Ziel dieser Studie ist die systematische Analyse der gestörten Arginin-Metabolismus bei Ratten mit Herzinsuffizienzmodell, um eine moderne wissenschaftliche Grundlage für die Erklärung der Pathogenese der Herzinsuffizienz zu liefern und neue Ansätze für die Prävention und Behandlung mit traditioneller chinesischer Medizin zu bieten. Methode: Durch Thorakotomie wurde die linke vordere absteigende Koronararterie bei Ratten ligiert, um eine akute Myokardischämie zu verursachen und somit die Bildung einer Herzinsuffizienz nach Myokardinfarkt zu induzieren. Die Tiere wurden in Sham-Gruppe und Modellgruppe mit je 8 Ratten aufgeteilt. Die Ultrahochleistungsflüssigchromatographie gekoppelt mit Triple-Quadrupol-Massenspektrometer (UPLC-TQ-S) wurde für die gezielte Serum-Metabolomik-Analyse verwendet, während die luftdynamisch assistierte Desorption ESI-Massenspektrometrie-Bildgebung (AFADESI-MSI) zur Beobachtung der räumlichen Verteilung von Metaboliten im Herzgewebe eingesetzt wurde. Mithilfe von humanen genetischen Datenbanken (GeneCards) und Genexpressionsdatenbanken (GEO) wurden Herzinsuffizienz- und Argininstoffwechsel-bezogene Ziele herausgefiltert, ein Protein-Protein-Interaktionsnetzwerk (PPI) erstellt und KEGG-Pfad- sowie Genontologie (GO)-Anreicherungsanalysen durchgeführt. Molekulares Docking der Kernmetaboliten und Schlüsseltargets wurde durchgeführt und basierend auf den Kerndaten wurden chinesische Kräuter vorhergesagt. Ergebnisse zeigten im Vergleich zur Sham-Gruppe eine signifikante Abnahme der Arginin- und Citrullinspiegel im Serum der Modellgruppe (P<0,01) sowie eine deutliche Erhöhung der Prolin-, Ornithin-, Kreatin-, Kreatinin- und Glutamatspiegel (P<0,05, P<0,01). Die Massenspektrometrie-Bildgebung des Herzens zeigte eine Abnahme der lokalen Arginin-Häufigkeit im Myokard. Die Bioinformatikanalyse identifizierte 24 Kernzielproteine wie Angiotensin-konvertierendes Enzym (ACE), neuronale Stickstoffmonoxid-Synthase 1 (NOS1), 5-Hydroxytryptamin-2A-Rezeptor (HTR2A), epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor (EGFR) usw., mit Anreicherungsanalysen, die auf eine signifikante Beteiligung an Calcium-Signalwegen, neuroaktiven Liganden-Rezeptor-Interaktionen und Phosphatidylinositol-Signalwegen hinweisen. Molekulares Docking bestätigte eine starke Bindungsaktivität von Arginin und Citrullin mit HTR2A sowie von Kreatin und Kreatinin mit EGFR. Basierend auf den Signalwegen und Zielproteinen wurden potenzielle chinesische Kräuter wie Ginseng und Houpu prognostiziert. Fazit: Die Studie zeigt charakteristische Störungen im Arginin-Stoffwechsel bei Herzinsuffizienz, wobei die Kernzielproteine eng mit dem Phosphatidylinositol-Signalweg verbunden sind. Dies bietet eine moderne biologische Interpretation der Pathogenese der Herzinsuffizienz auf Ebene der Metaboliten und Signalwege und dient als Referenz für die gezielte Therapie und Entwicklung der traditionellen chinesischen Medizin bei Herzinsuffizienz.

Herzinsuffizienz; Arginin; Metabolomik; Bioinformatik; Massenspektrometrie-Bildgebung