Qinghong Li

1 Nestlé Purina Research, St. Louis, MO, Statele Unite ale Americii

Dorothy P. Laflamme

2 Consultant în comunicări științifice, Floyd, VA, Statele Unite ale Americii

John E. Bauer

3 profesor emerit, Texas A&M University, Longmont, CO, Statele Unite ale Americii

Date asociate

Toate datele relevante se află în manuscris și în fișierele sale de informații suport.

Abstract

Privarea de energie miocardică joacă un rol cauzal în dezvoltarea insuficienței cardiace. Un amestec de protecție cardiacă (CPB) de substanțe nutritive, inclusiv trigliceride cu lanț mediu, ulei de pește și alți nutrienți cheie, a fost dezvoltat pentru a încetini progresia bolii mitomatice a caninei mixomatoase (MMVD). O intervenție dietetică de șase luni a demonstrat eficacitatea CPB în încetinirea progresiei MMVD. Analiza metabolomică nedestinată a serului de la acești câini a identificat 102 metaboliți diferențiali (ajustat P g log 2 (x) = log 2 x + (a 2 + x 2) 2

unde a este o constantă cu o valoare implicită 1. În cele din urmă, datele transformate au fost auto-scalate pentru a obține o medie și o varianță a unității zero pentru orice variabilă: zij = xij - xi ¯ si unde xij este valoarea metabolitului i j eșantionul și xi ¯ și si sunt media și respectiv deviația standard. Avantajul scalării automate este că toți metaboliții devin la fel de importanți [31].

analize statistice

Analiza componentelor principale (PCA) pentru date multivariate de înaltă dimensiune a fost efectuată pe baza și datele de 6 luni. Primele două componente principale (PC-uri) care captează mai multe variații de date decât alte PC-uri au fost examinate pentru capacitatea lor de a separa grupuri pe baza dietei (CON vs CPB) sau a timpului (0 vs 6 luni). S-a efectuat o regresie liniară multiplă folosind fiecare PC ca variabilă dependentă și dietă sau timp ca variabilă independentă, ajustată pentru sex, vârstă, rasă și scorul stării corpului (BCS) și s-a obținut valoarea P pentru model. Datele pe 6 luni au fost supuse unei analize discriminante parțiale cu cele mai mici pătrate (PLS-DA) pentru a detecta metaboliții cheie cu cele mai mari scoruri de importanță variabilă în proiecție (VIP). Au fost căutate maximum cinci componente pentru performanțe optime și a fost efectuată validarea încrucișată pentru a evalua acuratețea predictivă a modelului.

Pentru fiecare metabolit, efectul dietei prin interacțiune în timp a fost estimat utilizând un model liniar cu efect mixt ajustat în funcție de vârstă, rasă, sex și BCS. Valorile P pentru termenii de interacțiune au fost obținute și ajustate pentru testări multiple pentru a controla rata de descoperire falsă (FDR) [32]. Un metabolit a fost considerat semnificativ dacă FDR a fost mai mic de 0,05. Modificarea pliurilor (FC) este definită ca raportul de 6 luni (t6) față de valoarea inițială (t0). Deoarece valoarea minimă din datele brute este cu mult mai mare decât 1, FC ≈ 2 (t6 - t0) dacă t6 ≥ t0 sau F C ≈ - 1 2 (t 6 - t 0) dacă t6 Fig 1A și 1B). Valorile p și efectele ajustării pentru sex, vârstă, rasă și BCS din modelele de regresie multiplă au fost raportate în fișierul S3. Primele două componente principale, PC1 și PC2, reprezintă 19,4% și 12,7% din variația totală a datelor la momentul inițial și respectiv 20,5% și 14,1% la 6 luni. PCA efectuată pentru a evalua modificările în timp nu a constatat nicio modificare la câinii CON, dar s-a observat un efect semnificativ de-a lungul PC1 la câinii CPB (P = 0,74, P = 3,4e-04, respectiv S1 Fig). Nu s-a găsit nicio separare de-a lungul PC2 P> 0,05 ).

metabolomice

tabelul 1

SM, sfingomielină; AA, aminoacizi; CHO, carbohidrați; NT, nucleotidă; CF_Vit, cofactori și vitamine; Xeno, xenobiotic; FA, acid gras; FDR, rata de descoperire falsă; FC, schimbare ori; CON, controlul dietei; CPB, amestec de protecție cardiacă. KEGG, Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes; PUBCHEM, bază de date de chimie deschisă la NIH; HMDB, Baza de date a metabolismului uman. Modificările negative ale pliurilor reprezintă scăderi ale concentrației de la momentul inițial la 6 luni.

Zece metaboliți cu cele mai mari scoruri VIP au fost identificați utilizând PLS-DA. Capratul, EPA, DHA și derivații săi de fosfatidilcolină DHA-PC și X-13866, un metabolit cu identitate necunoscută au fost mai mari la câinii CPB decât la câinii CON în timp ce două glicerofosfatidilcoline, o lizofosfolipidă, un metabolit necunoscut X-11795 și un sfingomielină au fost mai mici la câinii CPB (Fig. 1D). Valorile R2 și Q2, estimări ale acurateței predictive a modelului, au fost raportate în fișierul S3.

Raportul Omega-6 la omega-3 FA

Trei acizi grași polinesaturați omega-3 (PUFA), eicosapentaenoat (EPA; 20: 5n-3), docosapentaenoat (DPA; 22: 5n-3) și docosahexaenoat (DHA; 22: 6n-3) au fost crescuți la câinii CPB, dar scăderea la câinii CON. În schimb, trei omega-6 PUFA, arahidonat (ARA, 20: 4n-6), adrenat (22: 4n-6) și docosapentaenoat (n6 DPA; 22: 5n-6) și un omega-9 PUFA, luncă acid (20: 3n-9), au scăzut față de valoarea inițială la câinii CPB, dar au crescut la câinii CON (Fig. 2A). La momentul inițial, raportul seric omega-6 la omega-3 a fost de 2,41 pentru câinii CON și 1,46 pentru câinii CPB. Aceste rapoarte s-au schimbat la 4,30 și 0,46, respectiv, după 6 luni (Fig. 2B).

Modificări de pliere între CPB vs. Dietele CON în (A) FA polinesaturate, (B) raporturi de omega-6 la omega-3 FA, (C) acilcarnitine și deoxicarnitină, (D) lanț drept, lanț ramificat și dicarboxilic FA și (E) L-arginină, L-citrulină și acid 2-aminobutiric (AABA) la momentul inițial (0) și 6 luni (6). Barele roșii, verzi și aurii de-a lungul axei X reprezintă (A) omega-3, -6 și respectiv 9 FA și (D) lanț drept, ramificat și respectiv dicarboxilic. O modificare negativă a pliurilor reprezintă o scădere de la momentul inițial la 6 luni.

Acilcarnitine și deoxicarnitină

Două acil carnitine cu lanț lung, oleoilcarnitină (C18) și margaroylcarnitină (C17) și o carnitină dicarboxilică cu lanț scurt, adipoilcarnitină (C6-DC), au prezentat scăderi mari de la momentul inițial la 6 luni la câinii CPB (FC = -2,41, -2,62 și -1,74, respectiv, toate FDR Fig. 2C). Două acilcarnitine suplimentare, miristoleilcarnitina (C14: 1) și beenoilcarnitina (C22), au fost scăzute la câinii CPB, deși modificările nu au atins semnificația statistică după ajustarea valorii p (ambele P = 0,03, FDR = 0,12). Concentrația de deoxicarnitină, precursorul imediat al biosintezei carnitinei, a fost semnificativ crescută la câinii CPB comparativ cu câinii CON (FC = 2,51 și respectiv -1,11, FDR = 0,004).

MCFA, LCFA, BCFA și DCFA

Capratul, un MCFA cu 10 carboni, a arătat o creștere semnificativă față de valoarea inițială la câinii CPB comparativ cu modificările mici la câinii CON (FDR Fig 2D). Caprilatul, un MCFA cu 8 carbon, a arătat o tendință similară, dar schimbarea nu a atins semnificația statistică după ajustarea valorii p (P = 0,025, FDR = 0,11, datele nu sunt prezentate). S-au observat scăderi mari în trei LCFA, margarat (17: 0), 10-heptadecenoat (17: 1n7) și oleat/vaccenat (18: 1) și într-un acid gras cu lanț ramificat (BCFA), esterul metilic al palmiticului acid, la câinii CPB, în timp ce puțini sau deloc modificări s-au găsit la câinii CON (toți FDR Fig. 2D). În plus, patru acizi grași dicarboxilici (DCFA) au prezentat modificări: sebacat, eicosanodioat și decosadioat au crescut în timp ce octadecanedioatul (C18) a scăzut la câinii CPB (toți FDR Fig 2D).

Modificări ale profilurilor de aminoacizi

La nivelul căii, s-au observat creșteri ale metabolismului lizinei, fenilalaninei și tirozinei, ale aminoacizilor lanțului ramificat și ale metioninei, cisteinei și taurinei la câinii CPB vs. CON câini (Tabelul 1). Acidul alfa-aminobutiric (AABA), un modulator al homeostaziei glutationului în miocard [34], a fost crescut de 2,69 ori la câinii CPB comparativ cu o creștere mai mică de 1,29 ori la câinii CON (Fig. 2E, FDR = 0,026). Deși conținutul de arginină a fost similar între diete (CON: 1,53% față de CPB: 1,50%, tabelul S1), nivelurile serice de arginină și citrulină au fost semnificativ crescute față de valoarea inițială la câinii CPB (Fig 2E, ambele FC = 2,09, FDR = 0,031 și 0,024, respectiv), dar a scăzut la câinii CON.

Fosfolipide

Patru coline glicerofosfatidil (GPC) și DHA-colină au fost crescute în grupul CPB vs. Grupul CON în timp ce șapte GPC au fost scăzute (Fig 3A). În plus, glicerofosfoetanolamina și 1-palmitoil-2-arahidonoil-glicerofosfatidil etanolamina (GPE) (16: 0/20: 4) au fost scăzute (toate FDR Fig. 3B). SM a fost examinat în continuare pe baza constituenților LCFA saturați: acid palmitic (SM-16), acid arahidic (SM-20), acid behenic (SM-22) și acid lignoceric (SM-24). SM-16 a scăzut de peste 3 ori la câinii CPB, în timp ce SM-20, SM-22 și SM-24 au fost crescute (Tabelul 2). În acest studiu nu a fost găsită nicio ceramidă modificată semnificativ cu LCFA saturată.

masa 2

Metabolite Specii P-valoareFDRFC_CONFC_CPB
palmitoyl SM (d18: 1/16: 0)SM-160,0010,011-1.24-3.14
SM (d18: 2/16: 0, d18: 1/16: 1)SM-160,0000,000-1,09-3.27
SM (d18: 1/20: 0, d16: 1/22: 0)SM-20/220,0000,001-1,592.06
SM (d18: 1/20: 1, d18: 2/20: 0)SM-200,0080,047-1.231,64
SM (d18: 1/21: 0, d17: 1/22: 0, d16: 1/23: 0)SM-21/22/230,0010,013-1,571,97
SM (d18: 1/22: 1, d18: 2/22: 0, d16: 1/24: 1)SM-220,0000,003-1,631,60
SM (d18: 2/23: 0, d18: 1/23: 1, d17: 1/24: 1)SM-230,0030,025-1,541,79
SM (d18: 1/24: 1, d18: 2/24: 0)SM-240,0010,006-1,541,93

SM, sfingomielină; FDR, rata de descoperire falsă; FC, schimbare ori; CON, controlul dietei; CPB, amestec de protecție cardiacă.

Numerele negative (în verde) indică scăderea concentrației de la momentul inițial la 6 luni, în timp ce cifrele pozitive

(în roșu) arată crește

Plasmalogenul este un alt grup unic de fosfolipide cu o legătură vinil-eterică în poziția 1-acil. Trei dintre plasmalogenii identificați erau GPC, în timp ce ceilalți trei aparțineau GPE. Cele cinci plasmalogeni cu PUFA omega-6 (arahidonoil și linoleoil) și PUFA omega-9 (oleoil) în poziția 2-acil au fost scăzute în grupul CPB, în timp ce unul cu acid palmitic saturat (16: 0) a fost crescut (S2A– S2F Smochin).

În rezumat, analiza metabolomică serică nedestinată a identificat numeroși metaboliți care pot reflecta îmbunătățirea bioenergeticilor cardiace și a utilizării acizilor grași de către mitocondriile cardiace la câinii hrăniți cu dieta CPB. Markerii metabolomici sugerează, de asemenea, starea redox celulară îmbunătățită și inflamația redusă la câinii MMVD hrăniți cu dieta CPB. Datorită numeroaselor similitudini dintre MMVD uman și canin, studiul nostru poate arunca, de asemenea, lumină asupra perturbațiilor metabolice în MMVD uman.