CC BY
20
Рациональная Фармакотерапия в Кардиологии 2023;19(3):230-239
DOI:10.20996/1819-6446-2023-2894
ISSN 1819-6446 (Print)
ISSN 2225-3653 (Online)
РОССИЙСКОЕ
КАРДИОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБЩЕСТВО
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Концентрации аминокислот с разветвленной цепью в плазме крови у лиц без сердечнососудистых заболеваний в сравнении с пациентами с гипертонической болезнью и ишемической болезнью сердца
Кожевникова М. В., Коробкова Е. О.*, Кривова А. В., Кухаренко А. В. , Москалева Н. Е., Шестакова К. М., Месонжник Н. В., Агеев А. А., Болдин А. А., Брито А., Апполонова С. А., Привалова Е. В., Беленков Ю. Н.
Первый Московский государственный медицинский университет им. И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский университет), Москва, Россия
Цель. Изучить взаимосвязь между содержанием аминокислот с разветвленной боковой цепью (branched-chain amino acids, ВСАА) в плазме крови на различных этапах сердечно-сосудистого континуума - от клинически здоровых лиц до пациентов, страдающих ишемической болезнью сердца (ИБС). Материал и методы. В исследовании проводилось определение концентраций ВСАА (валина, лейцина и изолейцина) у 136 участников, из которых 27 были без сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ), из них 16 имели метаболические нарушения - повышенный индекс массы тела или дислипидемию; и 109 пациентов с диагностированными ССЗ, которые включали в себя 61 пациента с гипертонической болезнью (ГБ), из которых у 31 участника были верифицированы начальные признаки ремоделирования миокарда, и 48 пациентов с ИБС. Аминокислоты плазмы крови измерялись с помощью жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией.
Результаты. Концентрация ВСАА в плазме была значимо выше в группе пациентов с ССЗ по сравнению со здоровыми лицами (p<0,05 для всех исследуемых аминокислот): концентрация валина в группе без ССЗ составила 238,7 [219,6; 267,0] мкМ, а в группе ССЗ - 261,2 [233,8; 298,7] мкМ; концентрация лейцина была 134,8 [122,4; 153,2] мкМ и 146,8 [129,0; 166,6] мкМ, соответственно, а изолейцина 72,7 [65,3; 84,4] мкМ и 81,7 [68,0; 96,2] мкМ, соответственно. Концентрации лейцина и изолейцина были минимальными в подгруппе здоровых участников и максимальными в подгруппе пациентов с ИБС Статистически значимых различий в концентрации BCAA в подгруппах без ССЗ обнаружено не было. Значимое увеличение концентрации наблюдалось в подгруппах пациентов с ССЗ: концентрация валина в группе ГБ составила 256,3 [219,0; 297,9] мкМ, а в группе ИБС - 261,7 [236,5; 307,5] мкМ; концентрация лейцина была 141,8 [123,5; 166,6] мкМ и 154,1 [134,7; 172,7] мкМ, соответственно, а изолейцина 72,8 [65,7; 94,0] мкМ и 85,7 [74,9; 101,7] мкМ, соответственно. Профили исследуемых аминокислот всех участников с метаболическими нарушениями имели «хорошую» диагностическую точность: площадь под ROC-кривой составила 0,72, 0,70 и 0,70 для валина, лейцина и изолейцина, соответственно.
Заключение. Концентрация ВСАА увеличивается на каждом из этапов сердечно-сосудистого континуума, а определение уровня циркулирующих ВСАА потенциально может быть рассмотрено в качестве маркера ИБС.
Ключевые слова: сердечно-сосудистые заболевания, аминокислоты с разветвленной боковой г л цепью, аминокислоты, гипертоническая болезнь, ишемическая болезнь сердца, ВСАА, метаболиты. У JОЛЯЛ^Ш
Для цитирования: Кожевникова М. В., Коробкова Е. О., Кривова А. В., Кухаренко А. В., Москалева Н. Е., Шестакова К. М., Месонжник Н. В., Агеев А. А., Болдин А. А., Брито А., Апполонова С. А., Привалова Е. В., Беленков Ю. Н. Концентрации аминокислот с разветвленной цепью в плазме крови у лиц без сердечно-сосудистых заболеваний в сравнении с пациентами с гипертонической болезнью и ишемической болезнью сердца. Рациональная Фармакотерапия в Кардиологии. 2023;19(3):230-239. D0I:10.20996/1819-6446-2023-2894. EDN GUZEKM
Plasma branched-chain amino acid concentrations in individuals without cardiovascular diseases versus patients diagnosed with hypertension and coronary artery disease
Kozhevnikova M. V., Korobkova E. O.*, Krivova A. V, Kukharenko A. V., Moskaleva N. E., Shestakova K. M., Mesonzhnik N. V., Ageev A. A., Boldin A. A., Brito A., Appolonova S. A., Privalova E. V, Belenkov Y N.
Sechenov Moscow State Medical University (Sechenov University), Moscow, Russia
Aim. Branched-chain amino acids (BCAAs) have been postulated as potential indicators of cardiovascular risk. The objective of this study was to explore the relationship between plasma BCAAs and different stages of cardiovascular disorders.
Material and methods. In our cross-sectional study, plasma BCAAs (valine, leucine and isoleucine) in individuals without cardiovascular diseases (CVDs) (non-CVD group, total n=27, with n=16 healthy, but with metabolic disorders) were compared to patients diagnosed with CVDs [CVD group, total n=109, being n=61 hypertension (n=31 with signs of beginning of myocardial remodeling) and n=48 patients with coronary artery disease (CAD)].
Results. The plasma concentration of BCAAs was significantly higher in the group of patients with cardiovascular disease compared with the healthy group (p<0.05 for all amino acids tested): valine concentration was 238.7 [219.6; 267.0] pM in the non-CVD group and 261.2 [233.8; 298.7] pM in the CVD group; leucine concentration was 134.8 [122.4; 153.2] pM and 146.8 [129.0; 166.6] pM, respectively; and isoleucine 72.7 [65.3; 84.4] pM and 81.7 [68.0; 96.2] pM, respectively. Leucine and isoleucine concentration levels were minimal in the healthy participant subgroup and maximal in the IBS patient subgroup. No statistically significant differences in BCAAs concentrations were found in the subgroups without CAD. Significant increases in concentrations were observed in the subgroups of patients with CAD as follows: valine concentration was 256.3 [219.0; 297.9] pM in hypertension group and 261.7 [236.5; 307.5] pM in CAD group; leucine concentration
was 141.8 [123.5; 166.6] pM and 154.1 [134.7; 172.7] pM, respectively, and isoleucine 72.8 [65.7; 94.0] pM and 85.7 [74.9; 101.7] pM, respectively. BCAAs profiles in all participants with metabolic disorders had "good" diagnostic accuracy with area under the receiver operating characteristics curve being 0.72, 0.70 and 0.70 for valine, leucine and isoleucine, respectively.
Conclusion. BCAAs concentrations are elevated with higher severity of the cardiovascular disorder and exhibit potential as early independent indicators of coronary artery disease.
Keywords: cardiovascular disorders, branched-chain amino acids, amino acids, hypertension, coronary artery disease, metabolites.
For citation: Kozhevnikova M. V., Korobkova E. O., Krivova A. V., Kukharenko A. V., Moskaleva N. E., Shestakova K. M., Mesonzhnik N. V., Ageev A.A., Boldin A. A., Brito A., Appolonova S. A., Privalova E. V., Belenkov Y N. Plasma branched-chain amino acid concentrations in individuals without cardiovascular diseases versus patients diagnosed with hypertension and coronary artery disease. Rational Pharmacotherapy in Cardiology. 2023;19(3):230-239. D0I:10.20996/1819-6446-2023-2894. EDN GUZEKM
Corresponding Author (Автор, ответственный за переписку): eokor25@mail.ru
Received/Поступила: 23.03.2022
Review received/Рецензия получена: 24.04.2022
Accepted/Принята в печать: 26.06.2023
Введение
Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) - одна из основных причин смертности во всем мире (примерно 30% всех смертей в мире в год)1. Хорошо известно, что кардиометаболические факторы риска, включающие ожирение, дислипидемию и инсулино-резистентность, связаны с повышенным риском развития ССЗ [1]. Наличие данных состояний сопровождается бессимптомными нарушениями клеточного метаболизма, а клиническая симптоматика заболевания появляется только по мере прогрессирования этих нарушений.
Однако, в настоящий момент не существует маркеров нарушений обмена аминокислот и других низкомолекулярных метаболитов, которые бы отражали изменения метаболизма начиная от самых ранних этапов развития, а затем и прогрессирования ССЗ. Под данными этапами подразумевается такая последовательность событий, которая начинается с возникновения факторов риска ССЗ - дислипидемии, курения, ожирения, сахарного диабета - и продолжается в виде прогрессирующих патологических процессов, таких, как атеросклероз и ремоделиро-вание миокарда. Формируется повышение артериального давления (АД), сосудистой жесткости, пред- и постнагрузки на сердце. Указанные патологические процессы, в свою очередь, лежат в основе прогрессирующего ремоделирования сердца, приводя как к его гипертрофии, так и к дилатации на более поздних этапах сердечно-сосудистого континуума. Патологические изменения в конечном итоге приводят к развитию ишемической болезни сердца (ИБС) и сердечной недостаточности [1].
В настоящее время понимание метаболических изменений, происходящих в органах и тканях на фоне развития ССЗ, находится на достаточно высо-
1 WHO Mortality Database. [cited 2021 Mar 01]. Available from: https://www.
who.int/data/data-collection-tools/who-mortality-database.
ком уровне. Например, промежуточные метаболиты участвуют в сигнальных каскадах, влияя на профиль ацетилирования белков, которые контролируют ключевые процессы в клетке [2]. При гипертонической болезни (ГБ) и ИБС наблюдаются изменения в клеточном метаболизме, характеризующиеся снижением окисления жирных кислот и преобладанием гликолиза, а важным компонентом метаболических нарушений является изменение метаболизма ацил-карнитинов и аминокислот с разветвленной цепью (branched-chain amino acids, BCAA), таких как валин, лейцин и изолейцин [3]. ВСАА представляют собой комплекс из трех незаменимых гидрофобных про-теиногенных аминокислот, которые характеризуются особой нелинейной структурой алифатической боковой цепи, за что и получили такое название [4].
Повышение уровня BCAA как в плазме крови, так и в кардиомиоцитах на фоне развития сердечно-сосудистых и метаболических заболеваний было подтверждено в экспериментальных исследованиях [5-7]. Zhang L. и соавт. в 2018 г. продемонстрировали, что нарушение метаболизма кардиомиоцитов сопровождается соответствующими изменениями циркулирующих метаболитов [8]. Wagenmakers A. J. и соавт. на мышиной модели продемонстрировали влияние подавления метаболизма глюкозы на изменение катаболизма BCAA и, как следствие, повышение чувствительности сердца к ишемическому повреждению [6]. На основании этих исследований можно предположить, что уровень циркулирующих метаболитов может быть отражением нарушений тканевого метаболизма.
Широко изучена взаимосвязь изменений профиля BCAA в плазме крови с ожирением, нарушением гликемии натощак, инсулинорезистентностью, высоким АД, дислипидемией и увеличенной толщиной интима-медиа сосудов [9-15]. Li T. и соавт. продемонстрировали, что изменения в катаболизме BCAA приводят к заметному снижению поглощения глюко-
зы, окисления, содержания гликогена и гликозили-рования белка [5]. В других исследованиях была показана взаимосвязь повышение уровней циркулирующих ВСАА как в группах пациентов с ГБ, так и с ИБС по сравнению со здоровыми лицами. Однако, в настоящий момент не ясно, различаются ли уровни циркулирующих ВСАА на разных этапах сердечно-сосудистого континуума и могут ли они служить индикаторами прогрессирования ССЗ.
Цель исследования - изучить связь между содержанием BCAA в плазме крови и различными стадиями ССЗ.
Материал и методы
Характеристика пациентов/популяции исследования
Данное одномоментное исследование проведено в отделении кардиологии Университетской клинической больницы №1 Первого МГМУ им. И. М. Сеченова (Сеченовский университет), в период с 2018 по 2020 гг.
Критерии включения в основную группу: наличие диагностированной ГБ или ИБС, в контрольную группу включались люди без клинических и лабораторных признаков ССЗ.
Критерии исключения: вторичная артериальная гипертензия, цереброваскулярные нарушения (де-менция; менее 6 мес после перенесенного острого нарушения мозгового кровообращения), острая почечная недостаточность, хроническая болезнь почек 4-5 стадии, признаки и симптомы заболевания печени, портальная гипертензия, бронхиальная астма, хроническая обструктивная болезнь легких, язва желудка или двенадцатиперстной кишки в стадии обострения, хронический панкреатит в стадии обострения, злокачественные новообразования, забо-
левания щитовидной железы, синдром Кушинга, сахарный диабет 1 типа, тромбоцитопения, геморрагический синдром, аутоиммунные заболевания, психические заболевания или инвалидность, алкоголизм, наркомания, токсикомания, беременность и кормление грудью.
В исследовании приняли участие 136 взрослых пациентов (рис. 1). Основную группу составили 109 пациентов с ССЗ (группа ССЗ) - с ГБ (п=61) или ИБС (п=48), в контрольную группу вошли 27 участников без клинических и инструментальных признаков ССЗ (группа без ССЗ). ГБ диагностировалась согласно клиническим рекомендациям [16], если офисное систолическое артериальное давление (АД) было >140 мм рт.ст. и/или офисное диастолическое АД >90 мм рт.ст., или пациент находился на антигипер-тензивной терапии. Диагноз ИБС ставился согласно клиническим рекомендация Российского кардиологического общества [17] при наличии в анамнезе верифицированной стресс-индуцированной ишемии миокарда и наличии стенозирования коронарных артерий по данным коронароангиографии/ компьютерно-томографической коронарной ангиографии или наличием в анамнезе инфаркта миокарда/рева-скуляризации миокарда.
Всем участникам исследования проводилось стандартное общеклиническое обследование, включающее сбор жалоб, анамнеза заболевания, имеющейся медицинской документации, анамнеза жизни, фи-зикальное обследование, антропометрические измерения (масса тела, рост, окружность талии), расчет индекса массы тела (ИМТ) как отношение массы тела (кг) к росту2 (м), измерение офисного АД; комплекс лабораторных обследований, состоящий из общего анализа крови, определение показателей липидного обмена (общего холестерина, липопротеидов низкой плотности (ЛНП), липопротеидов высокой плотности (ЛВП), липопротеидов очень низкой плотно-
ССЗ — сердечно-сосудистые заболевания, ГБ — гипертоническая болезнь, ИБС — ишемическая болезнь сердца
Рисунок 1. Блок-схема участников исследования
сти (ЛОНП) и триглицеридов), углеводного обмена, при необходимости проведение теста толерантности к глюкозе или определение уровня гликозилирован-ного гемоглобина, уровней креатинина с расчетом скорости клубочковой фильтрации, мочевой кислоты, печеночных трансаминаз, креатинфосфокиназы-MВ, анализ уровней гормонов щитовидной железы (для исключения гипо- и гипертиреоза); электрокардиография на электрокардиографе Shiller Cardiovit AT-G2 (Shiller, Австрия); эхокардиографическое исследование при помощи аппарата Vivid 7 PRO 6.Ga (GE, Германия) в M и В режимах и в допплеровском режиме; по показаниям проводились ультразвуковое исследование почек и сонных артерий на аппаратах Logiq S7 (GE, США), 24-часовой амбулаторный мониторинг артериального давления при помощи монитора BPLab (ООО Петр Телегин, Россия), прошедший испытания точности по международному протоколу ESH-2GG1, 24-часовой мониторинг электрокардиографии на аппарате Schiller MT-1G1 (Schiller, Швейцария).
На основании проведенного обследования у части пациентов с ГБ выявлено ремоделирование миокарда (признаки диастолической дисфункции, увеличение объема левого предсердия, гипертрофия левого желудочка) (n=31; подгруппа ГБ + ремоделирование).
Принимая во внимание связь уровня BCAA с метаболическими нарушениями, такими, как ожирение, инсулинорезистентность и дислипидемия, среди клинически здоровых пациентов мы выделили подгруппу лиц, у которых отсутствовали клинические и инструментальные признаки ССЗ, но имелись признаки метаболических нарушений ^MT >25 кг/м2, дислипидемия] (n=16).
Определение аминокислот с разветвленной цепью
Образцы плазмы были взяты после ночного голодания между 8 и 1G ч утра из вены в вакуумные пробирки, содержащие дегидрат этилендиаминтетраук-сусной кислоты двукалиевой соли. Сразу после этого образцы центрифугировали при 2 GGG об/мин в течение 2G мин и помещали на хранение при -8GOC до выполнения анализа.
Определение BCAA в плазме крови проводилось в лаборатории фармакокинетики и метаболомного анализа Института трансляционной медицины и биотехнологий ПMГMУ им. И. M. Сеченова Mинздрава РФ (Сеченовский университет). BCAA в плазме крови измерялись с помощью жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией. Растворители и стандарты BCAA компании Sigma-Aldrich (St. Louis, Mиссури, США). Смесь изотопно-меченых аналитических стандартов (с D8-валином и D3-лейцином) была получена из набора MassChrom Amino Acids and Acylcarnitines Non Derivatised 57GGG Kit (Chromsystems, Германия).
Профили BCAA в плазме крови анализировались с помощью системы высокоэффективной жид-
костной хроматографии Waters Acquity I, соединенной с тройным квадрупольным масс-спектрометром Waters TQ-S-micro. (Waters Corp, Милфорд, США). Хроматографическое разделение проводилось с использованием колонки Waters ACQUITY BEH C18 1,7 мкм, 100 мм х 2,1 мм (Waters, США). Как подвижная фаза А (вода), так и фаза В (ацетонитрил) содержали 0,1% муравьиной кислоты. Линейные градиенты были следующими: 1% B в 1 мин, 20% B в 3 мин, 90% B в 5 мин, 90% B в 8 мин, 1% B в 8,1 мин и 1% B в 12 мин. Скорость потока составляла 0,3 мл/мин, а температура колонки была установлена на 40OC. Определение метаболитов проводилось в положительно-ионном режиме. Масс-спектрометрия проводилась при следующих условиях: время пребывания 0,019-0,025 сек; напряжение на капилляре 2 КВ; в качестве среды коллизионного газа использовался азот, а температура источника была установлена на 150OC. Импорт данных и предварительная обработка данных целевых MS проводились с помощью программного обеспечения Target Lynx (Waters, штат Массачусетс, США). Идентификация и количественное определение были достигнуты в режиме мониторинга множественных реакций, который в сочетании с тройными квадрупольными масс-спектрометрами нового поколения был разработан для обнаружения специфических пептидов в сложных биологических смесях, таких как плазма и сыворотка человека. В большинстве таких анализов используется ионизация электрораспылением с последующими двумя стадиями отбора масс: на первой стадии (MS1) выбирается масса интактного аналита (исходный ион) и, после фрагментации исходного иона путем столкновения с атомами газа, на второй стадии (MS2) выбирается специфический фрагмент исходного иона, в совокупности создавая мониторинг выбранной реакции [18].
Метод был проверен на селективность, линейность, прецизионность, точность, восстановление, влияние матрицы и стабильность в соответствии с рекомендациями Food and Drug Administration (США)2. Калибровочные кривые были линейными в диапазоне 1-1000 мкМ. Нижний предел количественного определения составлял 1 мкМ. Как внутри-, так и межпрогонная точность и прецизионность для всех аналитов были ниже 5,4% и 7,1%, соответственно. Эффект матрицы варьировался от 95,1% до 99,4%, а восстановление - от 93,8% до 99,1%. Все образцы были проанализированы в одной партии. Использовались средства контроля качества.
Этические аспекты
Исследование было проведено в Первом МГМУ им. И.М. Сеченова МЗ РФ (Сеченовский университет) в соответствии с этическими принципами проведения медицинских исследований с участием че-
Bioanalytical Method Validation Guidance for Industry [cited by 24 May, 2018]. Available from: https://www.fda.gov/files/drugs/published/ Bioanalytical-Method-Validation-Guidance-for-Industry.pdf.
Таблица 1. Характеристики участников исследования
Характеристики Пациенты без ССЗ (n = 27) Пациенты с ССЗ (n = 109) Без ССЗ И ССЗ р1 Все подгруппы р2
Здоровые пациенты (n=11) Пациенты с метаболическими нарушениями (n=16) Пациенты с ГБ (n=30) Пациенты с ГБ + ремоделирование (n=31) Пациенты с ИБС (n=48)
Пол (мужчины), n (%) 7 (63,6) 6 (37,5) 14 (46,7) 16 (51,6) 27 (56,3) 0,703 0,627
Возраст, лет 50 [44; 51] 47 [43; 51] 54 [47; 64] 63 [53; 67] 66 [60; 73] <0,001 <0,001
ИМТ, кг/м2 24,7 [22,9; 25,0] 27,1 [26,5; 29,3] 30,0 [29,1; 33,1] 30,7 [28,8; 35,3] 29,9 [26,3; 33,4] <0,001 <0,001
Дневное САД, мм рт.ст. 119 [112; 131] 123 [121; 125] 135 [122; 145] 136 [127; 143] 130 [120; 142] <0,001 0,046
Дневное ДАД, мм рт.ст. 68 [65; 69] 78 [76; 80] 82 [72; 100] 85 [73; 90] 81 [75; 90] 0,097 0,047
Ночное САД, мм рт.ст. 100 [97; 104] 105 [100; 108] 121 [108; 136] 128 [117; 133] 114 [103; 135] <0,001 <0,001
Ночное ДАД, мм рт.ст. 67 [56; 68] 69 [65; 70] 73 [66; 85] 72 [63; 79] 71 [69; 78] 0,057 0,373
Глюкоза натощак, ммоль/л 5,1 [4,3; 5,2] 5,0 [4,7; 5,3] 5,6 [5,0; 6,0] 5,5 [5,0; 5,9] 5,7 [5,4; 6,2] <0,001 0,096
ОХС, ммоль/л 5,1 [4,6; 5,2] 5,3 [4,7; 5,8] 5,4 [4,3; 6,1] 5,5 [4,9; 6,1] 4,6 [3,9; 5,6] 0,997 0,146
ЛНП, ммоль/л 4,2 [3,0; 4,3] 2,6 [2,1; 3,0] 3,3 [2,7; 3,6] 3,3 [2,4; 3,9] 2,6 [1,9; 3,6] 0,890 0,065
ЛОНП, ммоль/л 0,4 [0,2; 0,6] 0,7 [0,4; 0,9] 0,6 [0,5; 0,7] 0,7 [0,5; 0,9] 0,5 [0,4; 0,7] 0,337 0,074
Триглицериды, ммоль/л 1,0 [0,8; 1,2] 1,4 [1,1; 1,6] 1,3 [1,0; 2,0] 1,5 [1,1; 2,1] 1,1 [0,9; 1,5] 0,268 0,053
ЛВП, ммоль/л 1,6 [1,5; 1,9] 1,6 [1,3; 2,0] 1,5 [1,2; 1,7] 1,5 [1,3; 1,6] 1,4 [1,1; 1,8] 0,051 0,356
Мочевая кислота (мг/дл) 296,5 [260,0; 360,0] 293,0 [257,0; 320,0] 348,5 [279,0; 409,0] 348,0 [309,0; 383,0] 349,0 [291,0; 407,0] 0,014 0,127
Креатинин, ммоль/л 93,4 [85,4; 97,7] 93,0 [86,3; 102,6] 88,1 [80,3; 102,5] 86,2 [80,4; 105,1] 97,7 [80,5; 109,3] 0,744 0,480
Курение, n (%) 0 1 (6,3) 5 (16,7) 6 (19,4) 12 (25) 0,046 0,189
Данные представлены в виде Ме (25%; 75%), если не указано иное р1 отражает значимые различия между группами без ССЗ и ССЗ (и-критерий Манна-Уитни). р2 отражает значимые различия между всеми подгруппами (здоровые, метаболические нарушения, ГБ, ГБ + ремоделирование, ИБС), критерий Краскела-Уоллиса. ИМТ — индекс массы тела, ГБ — гипертоническая болезнь, ИБС — ишемическая болезнь сердца, ССЗ — сердечно-сосудистые заболевания, ЛВП — липопротеин высокой плотности, ЛНП — липопротеин низкой плотности, ЛОНП — липопротеин очень низкой плотности, САД — систолическое артериальное давление, ДАД — диастолическое артериальное давление, ОХС — общий холестерин
ловека, изложенными в Хельсинкской декларации, и было одобрено комитетом по научной этике университета. Все участники предоставили письменное информированное согласие до начала исследования.
Статистический анализ
Распределение переменных для профилей BCAA было проверено с помощью одновыборочного теста Колмогорова-Смирнова. H-тест Крускела-Уоллиса и тест Манна-Уитни использовались для сравнения общих характеристик, лабораторных данных, параметров ремоделирования миокарда и профилей BCAA между группами. Зависимость количественной переменной от факторов рассчитывалась с помощью метода линейной регрессии. Для оценки различий внутри подгрупп участников по профилям ВСАА применялся односторонний дисперсионный анализ (ANOVA) с post-hoc тестом Шеффе. Диагностическая точность оценивалась для профи-
ля BCAA путем расчета площади под кривой (AUC), полученной с помощью ROC-анализа при сравнении групп без ССЗ и групп с ССЗ и сравнении внутри подгрупп. AUC классифицировались как «недостаточные», «достаточные», «хорошие», «очень хорошие» или «отличные», если AUC были <0,5; от 0,5 до 0,6; 0,6-0,7; 0,7-0,8; 0,8-0,9 или >0,9, соответственно. Различия при p<0,05 считали статистически значимым. Статистический анализ проводился с использованием программ Statistica 12.0 (StatSoft Inc., США) и SPSS Statistics 23.0 (IBM, США).
Результаты
Исследуемые группы не различались по полу, однако пациенты с ССЗ закономерно относились к более старшей возрастной группе (р<0,001), имели более высокий ИМТ (р<0,001) и уровень глюкозы
Таблица 2. Концентрация аминокислот с разветвленными цепями в плазме крови между группами без ССЗ и ССЗ
Аминокислота Без ССЗ (n = 27) ССЗ (n = 109) p
Валин, мкМ 238,7 [219,6; 267,0] 261,2 [233,8; 298,7] 0,030
Лейцин, мкМ 134,8 [122,4; 153,2] 146,8 [129,0; 166,6] 0,038
Изолейцин, мкМ 72,7 [65,3; 84,4] 81,7 [68,0; 96,2] 0,031
Данные представлены в виде Me (25%; 75%), если не указано иное
р отражает значимые различия выполнялось с помощью и-критерия Манна-Уитни, между группами без ССЗ и ССЗ.
ССЗ — сердечно-сосудистые заболевания
Таблица 3. Концентрация аминокислот с разветвленными цепями в плазме крови в подгруппах без ССЗ
Аминокислота Без ССЗ (n = 27) p
Здоровые (n=11) Метаболические нарушения (n=16)
Валин, мкМ 234,7 [202,9; 254,6] 247,9 [226,5; 267,3] 0,191
Лейцин, мкМ 129,7 [113,0; 140,3] 135,8 [127,0; 159,0] 0,267
Изолейцин, мкМ 69,1 [59,4; 78,3] 74,6 [67,0; 87,3] 0,227
Данные представлены в виде Ме (25%; 75%), если не указано иное
p отражает значимые различия между подгруппами без ССЗ (U-критерий Манна-Уитни)
ССЗ — сердечно-сосудистые заболевания
Таблица 4. Концентрация аминокислот с разветвленными цепями в плазме крови в подгруппах ССЗ
Аминокислота ССЗ (n = 109) p p1 p2 p3
ГБ (n=30) ГБ + ремоделирование (n=31) ИБС (n=48)
Валин, мкМ 256,3 [219,0; 297,9] 261,2 [234,1; 289,9] 261,7 [236,5; 307,5] 0,719 0,823 0,543 0,481
Лейцин, мкМ 141,8 [123,5; 166,6] 142,5 [122,9; 161,7] 154,1 [134,7; 172,7] 0,1 10 0,994 0,074 0,089
Изолейцин, мкМ 72,8 [65,7; 94,0] 76,6 [66,0; 89,1] 85,7 [74,9; 101,7] 0,044 0,948 0,032 0,044
Данные представлены в виде Ме (25%; 75%), если не указано иное
р отражает значимые различия между всеми подгруппами (здоровые, метаболические нарушения, ГБ, ГБ + ремоделирование, ИБС), критерий Краскела-Уоллиса
Р1 отражает значимые различия между подгруппами ГБ и ГБ+ремоделирование (и-критерий Манна-Уитни) Р2 отражает значимые различия между подгруппами ГБ+ремоделирование и ИБС (и-критерий Манна-Уитни). Р3 отражает значимые различия между подгруппами ГБ и ИБС (и-критерий Манна-Уитни). ССЗ — сердечно-сосудистые заболевания, ГБ — гипертоническая болезнь, ИБС — ишемическая болезнь сердца
плазмы крови натощак (р<0,01) (табл. 1). По результатам эхокардиографии: 90,8% пациентов с ССЗ имели нормальную фракцию выброса левого желудочка (ФВ ЛЖ), 50,5% — диастолическую дисфункцию и 49,5% — гипертрофию ЛЖ. В группе без ССЗ подгруппа здоровых и подгруппа с метаболическими нарушениями различались по ИМТ (р<0,001) и уровню ЛНП (р<0,05). Подгруппы с ГБ и подгруппа с ИБС различались по возрасту, объему левого предсердия, уровню общего холестерина и триглицери-дов (р<0,05).
Подгруппа с ГБ по сравнению с другими подгруппами ССЗ различалась по большинству эхокардио-графических параметров, включая значимые различия в толщине задней стенки левого желудочка и межжелудочковой перегородки, в объеме левого и правого предсердий и наличию диастолической дисфункции (р<0,05).
Были выявлены значимые различия между профилями ВСАА пациентов в группе с ССЗ и группе без ССЗ в уровнях концентрации валина, лейцина и изолейцина (табл. 2). При использовании Н-теста
Крускела-Уоллиса было выявлено, что уровни концентраций лейцина и изолейцина были минимальными в подгруппе здоровых участников и максимальными в подгруппе пациентов с ИБС (p<0,05). Уровень валина значимо не различался между всеми группами (p=0,118). Статистически значимых различий в концентрации BCAA в подгруппах без ССЗ обнаружено не было (табл. 3). При сравнительном анализе подгрупп ССЗ значимых различий по уровню валина выявлено не было, также как и значимых различий по всем исследуемым ВСАА между подгруппами ГБ и ГБ + ремоделирование. Однако, значимое различие продемонстрировал изолейцин как между всеми тремя подгруппами ССЗ, так и между ГБ в сравнении с ИБС и ГБ+ремоделирование в сравнении с ИСБ (табл. 4).
При проведении ANOVA с post-hoc тестом Шеффе было подтверждена статистически значимое различие между профилями всех подгрупп в уровнях лейцина (p=0,039) и изолейцина (p=0,015), а уровни валина статистически значимо (p=0,009) различались между здоровой группой и группой ИБС.
Здоровые Метаболические ГБ нарушения
Подгруппы
ГБ+
ремоделирование
ИБС
(B)
200
i
s
я
>5 § 120 о
80
(C)
400
^350
Л 300
PQ 250
200
Здоровые Метаболические ГБ ГБ+ ИБС
ГБ ремоделирование
нарушения
Подгруппы
Здоровые Метаболические ГБ
нарушения
ГБ+
ремоделирование
ИБС
Подгруппы
(А) лейцин, (В) изолейцин, (С) валин
ИБС — ишемическая болезнь сердца, ГБ — гипертоническая болезнь
Рисунок 2. Бокс-плот концентраций ВСАА
в образцах плазмы крови исследуемых групп
Несмотря на отсутствие статистически значимых различий в уровнях исследуемых аминокислот между всеми исследуемыми подгруппами, отмечается тенденция нарастания концентраций всех ВСАА у больных ССЗ (рис. 2). Дополнительно был проведен статистический анализ зависимости уровней концентрации аминокислот с известными факторами риска развития ИБС, как ожирение, пол, возраст и курение. Несмотря на то, что отдельные показатели (наличие ожирения, пол) при использовании метода линейной регрессии показали взаимосвязь с ВСАА, однако проведение анализа с применением множественной регрессии показало, что совокупность факторов значительно не влияет на статистическую значимость полученных ранее результатов.
Расчетные площади под ЮС-кривыми для ВСАА в группах без ССЗ и ССЗ варьировались в пределах 0,63-0,64 (достаточная диагностическая точность). Однако рассчитанные площади под ЮС-кривыми для ВСАА у всех участников исследования с метаболическими нарушениями (метаболические нарушения, ГБ, ГБ + ремоделирование, ИБС) были выше и составляли от 0,70 до 0,72 (хорошая диагностическая точность) (рис. 3, табл. 5).
Обсуждение
Авторы исследовании предположили, что изменения в метаболизме ВСАА связаны с различными стадиями ССЗ. Мы обнаружили, что уровни ВСАА в плазме крови взаимосвязаны с этапами сердечно-сосудистого континуума и наиболее высокие уровни наблюдаются у пациентов с ИБС. Эти выводы были основаны на сравнении профилей ВСАА у здоровых людей, людей с метаболическими нарушениями, пациентов с ГБ и пациентов с ИБС.
В первых работах, связанных с изучением ВСАА, была отмечена их роль в развитии метаболических нарушений — в особенности инсулинорезистентно-сти. В последующем как в экспериментальных, так и в клинических исследованиях данное предположение было проверено и подтвердило участие ВСАА в развитие инсулинорезистентности [15]. До сих пор, однако, не совсем ясно, как метаболические пути, в которых задействованы ВСАА, связаны с её развитием, однако уже было показано, что повышение уровня ВСАА в плазме крови является ранним предиктором развития диабета [19].
Существуют противоречивые данные о взаимосвязи между наличием ССЗ и изменениями метаболического профиля в зависимости от общих характеристик (пол, возраст, ИМТ) и биохимических параметров (уровней липопротеинов и глюкозы в плазме). МН Mahbub с соавт. показали связь повышенного АД с увеличением концентрации ВСАА, но изменения уровня этих аминокислот не были значительными после корректировки на ИМТ [20].
Таблица 5. Площади под ROC-кривой для различия групп без ССЗ по сравнению с группой ССЗ
Аминокислота Без ССЗ vs ССЗ1 Все участники 2
AUC Диагностическая точность AUC Диагностическая точность
Валин, мкМ 0,64 Достаточная 0,72 Хорошая
Лейцин, мкМ 0,63 Достаточная 0,70 Хорошая
Изолейцин, мкМ 0,63 Достаточная 0,70 Хорошая
AUC были получены в результате анализа ROC-кривой.
AUC 1 были рассчитаны с целью оценки диагностической точности для различения двух групп («без-ССЗ» против «ССЗ»), AUC2 были рассчитаны с целью оценки диагностической точности для различения всех участников исследования (метаболические нарушения, ГБ, ГБ + ремоделирование, ИБС), AUC были получены в результате анализа ROC-кривой.
AUC — площадь под кривой, ССЗ — сердечно-сосудистые заболевания, ГБ — гипертоническая болезнь, ИБС — ишемическая болезнь сердца, ROC — Receiver operating characteristic
Рисунок 3. ROC-кривые, различающие содержание ВСАА в плазме крови между группой без ССЗ и группой с ССЗ
В то же время другие авторы продемонстрировали, что связь между повышением уровня циркулирующих ВСАА и гипертонией не зависит от ИМТ [21]. Особого внимания заслуживает проспективное по-пуляционное когортное исследование PREVEND, в рамках которого была проведена количественная оценка уровня ВСАА с помощью ядерного магнитного резонанса у взрослых преимущественно европеоидной расы (период наблюдения составил 8,6 лет). В данной работе была продемонстрирована тесная взаимосвязь между содержанием ВСАА в плазме крови и развитием артериальной гипертонии, которые напрямую коррелировали с возрастом, ИМТ, курением, диастолическим артери-
альным давлением, глюкозой и триглицеридами плазмы. Также была продемонстрирована прогностическая роль ВСАА в развитии ГБ [22].
Интересным представляется ряд исследований, оценивавших взаимосвязь уровней ВСАА с различными вариантами дислипидемии и инсулиноре-зистентностью [21, 23]. Так, связь циркулирующих аминокислот с показателями липидного спектра не зависит от наличия инсулинорезистентности, и была продемонстрирована даже у лиц без сахарного диабета 2 типа [21]. В других работах сообщалось о корреляции уровней циркулирующих ВСАА с толщиной комплекса интима-медиа, что свидетельствует о роли измененного метаболизма ВСАА в развитии дисли-
пидемии и, как следствие, атеросклероза [23]. Эти результаты в совокупности дают основание предположить, что метаболические изменения BCAA связаны в первую очередь с нарушениями липидного обмена и тем самым способствуют прогрессированию атеросклероза и, как следствие, развитию ИБС.
На основании результатов нашей работы, а также результатов исследований других авторов стало возможным найти патофизиологическое обоснование связи между повышением уровня BCAA и прогресси-рованием ССЗ. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что BCAA принимают значимое участие в регуляции липидного обмена в жировой ткани, в формировании чувствительности тканей к инсулину и, как следствие, оказывают влияние на метаболизм глюкозы. Помимо повышения чувствительности к инсулину за счет активации рецепторов mTOR, BCAA вероятно играет роль в синтезе белков, липидов, а также в аутофагии клетки [24]. Кроме того, ВСАА оказывает влияние и на процессы производства/использования энергии, питательных веществ, а также на кишечную сигнализацию посредствам toll-like рецептора 4 типа [25]. Она, в свою очередь, лежит в основе формирования хронического воспаления за счет экспрессии макрофагами интерлейкина-6, интерлейки-на-10, фактора некроза опухоли а, оксида азота [26]. Известно также, что инсулинорезистентность формируется при высоком содержании жировой ткани (при морбидном ожирении) и атеросклерозе вследствие реакции на хроническое воспаление интимы сосудов. В свою очередь на фоне ожирения и инсули-норезистентности увеличивается синтез свободных
жирных кислот, способствуя развитию факторов риска ССЗ [27, 28]. Участвуя в регуляции всех указанных патологических процессов, ВСАА, вероятно, лежат в основе развития и прогрессирования ССЗ.
Ограничения исследования
Ограничениями нашего исследования было небольшое количество участников в подгруппах без ССЗ, более молодой возраст данной группы пациентов, неравное количество участников во всех исследуемых подгруппах.
Заключение
Наше исследование показало значимое увеличение BCAA, а именно лейцина и изолейцина, на этапах по сердечно-сосудистого континуума от пациентов с наличием факторов риска, до пациентов с ГБ и ИБС. Определение концентрации BCAA в плазме крови имеет перспективы в диагностике ИБС. Тем не менее, необходимы дальнейшие проспективные исследования с целью ответа на вопрос: действительно ли BCAA являются независимыми предикторами ССЗ.
Отношения и Деятельность. Нет.
Relationships and Activities. None.
Финансирование. Исследование проведено при поддержке Первого МГМУ им. И. М. Сеченова (Сеченовский Университет).
Funding. The study was performed with the support of the I. M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University).
References/Литература
1. Dzau V, Braunwald E. Resolved and unresolved issues in the prevention and treatment of coronary artery disease: a workshop consensus statement. Am Heart J. 1991;121(4 Pt 1):1244-63. D0l:10.1016/0002-8703(91)90694-d.
2. Taegtmeyer H, Young ME, Lopaschuk GD, et al. American Heart Association Council on Basic Cardiovascular Sciences. Assessing Cardiac Metabolism: A Scientific Statement From the American Heart Association. Circ Res. 2016;118(10):1659-701. D0I:10.1161/RES.0000000000000097.
3. Kukharenko A, Brito A, Kozhevnikova MV, et al. Relationship between the plasma acylcarnitine profile and cardiometabolic risk factors in adults diagnosed with cardiovascular diseases. Clin Chim Acta. 2020;507:250-256. D0I:10.1016/j. cca.2020.04.035.
4. Nie C, He T, Zhang W, Ma X. Branched Chain Amino Acids: Beyond Nutrition Metabolism. Int J Mol Sci. 2018;19(4):954. D0I:10.3390/ijms19040954.
5. Li T, Zhang Z, Kolwicz SC Jr, et al. Defective Branched-Chain Amino Acid Catabolism Disrupts Glucose Metabolism and Sensitizes the Heart to Ischemia-Reperfusion Injury. Cell Metab. 2017;25(2):374-385. D0I:10.1016/j. cmet.2016.11.005.
6. Wagenmakers AJ, Veerkamp JH. Degradation of branched-chain amino acids and their derived 2-oxo acids and fatty acids in human and rat heart and skeletal muscle. Biochem Med. 1982;28(1):16-31. D0I:10.1016/0006-2944(82)90051-5.
7. Herman MA, She P, Peroni 0D, et al. Adipose tissue branched chain amino acid (BCAA) metabolism modulates circulating BCAA levels. J Biol Chem. 2010;285(15):11348-56. D0I:10.1074/jbc.M109.075184.
8. Zhang L, Wei TT, Li Y, et al. Functional Metabolomics Characterizes a Key Role for N-Acetylneuraminic Acid in Coronary Artery Diseases. Circulation. 2018;137(13):1374-1390. D0I:10.1161/CIRCULATI0NAHA.117.031139.
9. Yang R, Dong J, Zhao H, et al. Association of branched-chain amino acids with carotid intima-media thickness and coronary artery disease risk factors. PLoS 0ne. 2014;9(6):e99598. D0I:10.1371/journal.pone.0099598.
10. Yang P, Hu W, Fu Z, et al. The positive association of branched-chain amino acids and metabolic dyslipidemia in Chinese Han population. Lipids Health Dis. 2016;15:120. DOI:10.1186/s12944-016-0291-7.
11. Mels CM, Schutte AE, Schutte R, et al. The link between vascular deterioration and branched chain amino acids in a population with high glycated haemoglobin: the SABPA study. Amino Acids. 2013;45(6):1405-13. D0I:10.1007/s00726-013-1611-0.
12. Magnusson M, Lewis GD, Ericson U, et al. A diabetes-predictive amino acid score and future cardiovascular disease. Eur Heart J. 2013;34(26):1982-9. D0I:10.1093/ eurheartj/ehs424.
13. Wang TJ, Larson MG, Vasan RS, et al. Metabolite profiles and the risk of developing diabetes. Nat Med. 2011;17(4):448-53. D0I:10.1038/nm.2307.
14. Newgard CB. Interplay between lipids and branched-chain amino acids in development of insulin resistance. Cell Metab. 2012;15(5):606-14. D0I:10.1016/j. cmet.2012.01.024.
15. Newgard CB, An J, Bain JR, et al. A branched-chain amino acid-related metabolic signature that differentiates obese and lean humans and contributes to insulin resistance. Cell Metab. 2009;9(4):311-26. DOI: 10.1016/j.cmet.2009.02.002.
16. Kobalava Z. D., Konradi A. O., Nedogoda S. V., et al. Arterial hypertension in adults. Clinical guidelines 2020. Russian Journal of Cardiology. 2020;25(3):3786 (In Russ.) [Кобалава Ж.Д., Конради А. О., Недогода С. В., и др. Артериальная гипертензия у взрослых. Клинические рекомендации 2020. Российский кардиологический журнал. 2020;25(3):3786]. https://doi.org/10.15829/1560-4071-2020-3-3786
17. Clinical practice guidelines for Stable coronary artery disease. Russian Journal of Cardiology. 2020;25(11):4076 (In Russ.) [Стабильная ишемическая болезнь сердца. Клинические рекомендации 2020. Российский кардиологический журнал. 2020;25(11):4076]. DOI:10.15829/1560-4071-2020-4076.
18. Anderson L, Hunter CL. Quantitative mass spectrometric multiple reaction monitoring assays for major plasma proteins. Mol Cell Proteomics. 2006;5(4): 573-88. DOI: 10.1074/mcp.M500331-MCP200.
19. Lee CC, Watkins SM, Lorenzo C, et al. Branched-Chain Amino Acids and Insulin Metabolism: The Insulin Resistance Atherosclerosis Study (IRAS). Diabetes Care. 2016;39(4):582-8. DOI:10.2337/dc15-2284.
20. Mahbub MH, Yamaguchi N, Hase R, et al. Plasma Branched-Chain and Aromatic Amino Acids in Relation to Hypertension. Nutrients. 2020;12(12):3791. DOI: 10.3390/nu12123791.
21. Flores-Guerrero JL, Connelly MA, Shalaurova I, et al. A metabolomic index based on lipoprotein subfractions and branched chain amino acids is associated with incident hypertension. Eur J Intern Med. 2021;94:56-63. D0I:10.1016/j. ejim.2021.07.002.
22. Shah SH, Bain JR, Muehlbauer MJ, et al. Association of a peripheral blood metabolic profile with coronary artery disease and risk of subsequent cardiovascular events. Circ Cardiovasc Genet. 2010;3(2):207-14. DOI:10.1161/ CIRCGENETICS.109.852814.
23. Lind L. A detailed lipoprotein profile in relation to intima-media thickness and echogenicity of three major arteries. Clin Physiol Funct Imaging. 2019;39(6):415-421. D0I:10.1111/cpf.12594.
Сведения об Авторах/About the Authors-Мария Владимировна Кожевникова [Maria V. Kozhevnikova] eLibrary SPIN 8501-9812, ORCID 0000-0003-4778-7755 Екатерина Олеговна Коробкова [Ekaterina O. Korobkova] eLibrary SPIN 2000-6309, ORCID 0000-0003-2873-704X Анастасия Викторовна Кривова [Anastasia V. Krivova] eLibrary SPIN 6666-2845, ORCID 0000-0001-5800-7713 Алексей Владимирович Кухаренко [Alexey V. Kukharenko] eLibrary SPIN 9830-2310, ORCID 0000-0002-2416-6377 Наталья Евгеньевна Москалева [Natalia E. Moskaleva] eLibrary SPIN 1210-2210, ORCID 0000-0002-73 09-8913 Ксения Михайловна Шестакова [Ksenia M. Shestakova] eLibrary SPIN 6384-0572, ORCID 0000-0001-6554-3936 Наталья Владимировна Месонжник [Natalia V. Mesonzhnik] eLibrary SPIN 6424-7816, ORCID 0000-0001-8860-5853
24. Mao Z, Zhang W. Role of mTOR in Glucose and Lipid Metabolism. Int J Mol Sci. 2018;19(7):2043. D0l:10.3390/ijms19072043.
25. Eguchi A, Iwasa M, Tamai Y, et al. Branched-chain amino acids protect the liver from cirrhotic injury via suppression of activation of lipopolysaccharide-binding protein, toll-like receptor 4, and signal transducer and activator of transcription 3, as well as Enterococcus faecalis translocation. Nutrition. 2021;86:111194. D0I:10.1016/j.nut.2021.111194.
26. Fang X, Miao R, Wei J, et al. Advances in multi-omics study of biomarkers of glycolipid metabolism disorder. Comput Struct Biotechnol J. 2022;25(20):5935-5951. DOI: 10.1016/j.csbj.2022.10.030.
27. Després JP, Lamarche B, Mauriège P, et al. Hyperinsulinemia as an independent risk factor for ischemic heart disease. N Engl J Med. 1996;334(15):952-7. DOI:10.1056/NEJM199604113341504.
28. Lavrenova EA, Drapkina OM. Insulin resistance in obesity: pathogenesis and effects. Obesity and metabolism. 2020;17(1):48-55 (In Russ.) [Лавренова Е.А., Драпкина О. М. Инсулинорезистентность при ожирении: причины и последствия. Ожирение и метаболизм. 2020;17(1):48-55]. D0I:10.14341/omet9759.
Антон Александрович Агеев [Anton A. Ageev] eLibrary SPIN 3169-4583, ORCID 0000-0002-2161-2140 Андрей Андреевич Болдин [Andrey A. Boldin] ORCID 0000-0001-6785-3751 Алекс Брито [Alex Brito] ORCID 0000-0002-6212-8814
Светлана Александровна Апполонова [Svetlana A. Appolonova]
ORCID 0000-0002-9032-1558
Елена Витальевна Привалова [Elena V. Privalova]
ORCID 0000-0001-6675-7557
Юрий Никитич Беленков [Yuri N. Belenkov]
ORCID 0000-0002-3014-6129
