利用超极化[2-13C]丙酮酸磁共振波谱技术揭示酮体β-3-羟基丁酸输注对猪心肌代谢灵活性的调控机制

本研究通过超极化[2-13C]丙酮酸磁共振波谱(MRS)技术，首次在猪模型中实时观测到外源性酮体β-3-OHB输注对心肌代谢通路的动态调控。研究人员在高胰岛素-正常血糖钳夹(HEC)条件下，发现β-3-OHB可显著提高心输出量(1.9→3.8 L/min)并促进心肌代谢向乳酸生成转变，同时降低乙酰肉碱和谷氨酸水平，为心衰治疗中酮体代谢干预提供了新依据。

　　

在心血管疾病治疗领域，心肌能量代谢紊乱一直是困扰临床的难题。尤其对于心衰患者，其心肌细胞对葡萄糖和游离脂肪酸的摄取利用能力显著下降，而酮体代谢途径却保持相对完整。这种独特的代谢特征，加上酮体在氧利用效率上的优势（每摩尔氧可产生更多ATP），使得外源性酮体补充成为极具潜力的治疗策略。然而，酮体如何实时调控心肌能量代谢网络，其与心脏功能的动态关联机制尚不明确。

丹麦奥胡斯大学MR研究中心（The MR Research Centre, Aarhus University）的研究团队在《Scientific Reports》发表创新性研究，通过超极化[2-¹³C]丙酮酸磁共振波谱技术，首次在活体猪心脏中捕捉到β-3-羟基丁酸(β-3-OHB)输注引发的代谢重编程过程。该研究采用高胰岛素-正常血糖钳夹技术稳定血糖水平，结合心脏MRI和实时代谢监测，揭示了酮体通过抑制丙酮酸脱氢酶(PDH)活性、促进乳酸生成等机制，在提升心功能的同时维持心肌能量供应的分子路径。

研究主要采用三项关键技术：1）超极化[2-¹³C]丙酮酸MRS实时监测TCA循环代谢流；2）高胰岛素-正常血糖钳夹(HEC)精确控制代谢环境；3）心脏MRI同步评估血流动力学参数。实验选用5只丹麦长白猪建立模型，通过动脉插管实现多重生理监测。

研究结果

Hemodynamics

β-3-OHB输注2小时内使心输出量显著提升110%（p=0.0011），心率增加67%（p=0.0004），但左室射血分数和血压未见显著变化。这种血流动力学改变在停止输注1小时后仍持续存在，提示酮体可能通过降低外周血管阻力产生持久效应。

[2-¹³C]pyruvate derived metabolites

代谢谱分析显示：1）乳酸标记显著增加41%（p=0.0196），反映PDH活性抑制和糖酵解分流；2）乙酰肉碱和谷氨酸分别降低60%（p=0.0081）和87%（p<0.0001），表明酮体优先进入TCA循环；3）输注停止后代谢标志物迅速恢复，证实心肌代谢的高度可塑性。

Blood gas analysis

动脉血气显示血酮浓度在输注30分钟内快速上升，停止输注后1小时即恢复基线（p<0.0001），而血糖始终稳定在5 mmol/L左右，验证了HEC的有效性。值得注意的是，血乳酸变化与心肌乳酸生成呈现组织特异性差异，暗示器官间代谢串扰。

讨论与意义

该研究通过创新性技术组合，首次在活体层面证实：1）外源性β-3-OHB可绕过复杂调控节点，通过质量作用原理快速整合入心肌能量代谢；2）酮体通过"代谢抢占"效应（优先利用）重塑能量分配，在不影响整体能量供应前提下提升心脏功能；3）超极化¹³C技术能敏感捕捉PDH通量变化，为代谢性疾病研究提供新工具。这些发现不仅解释了SGLT-2抑制剂（如empagliflozin）心血管保护作用的潜在机制，更为心衰代谢治疗提供了精准干预靶点。未来研究可进一步探索不同异构体（D/L-β-3-OHB）的效应差异，以及在病理模型中的长期疗效。