Ziel dieser Studie ist die systematische Analyse der Dysregulation des Arginin-Stoffwechsels in einem Rattenmodell der Herzinsuffizienz, um moderne wissenschaftliche Grundlagen zur Aufklärung der Pathogenese der Herzinsuffizienz zu liefern und neue Ansätze für die Prävention und Behandlung mit traditioneller chinesischer Medizin bereitzustellen. Methoden: Durch thorakale Operation wurde die linke koronare Vorderabstiegstange bei Ratten ligiert, um eine akute Myokardischämie zu induzieren, wodurch eine post-infarktbedingte Herzinsuffizienz entstanden ist. Die Ratten wurden in Sham-Operation- und Modellgruppen zu je 8 Tieren eingeteilt. Die Serum-Targeted-Metabolomik wurde mittels ultra-hochleistungs-Flüssigchromatographie gekoppelt mit einem Triple-Quadrupol-Massenspektrometer (UPLC-TQ-S) analysiert. Die räumliche Verteilung der Metaboliten im Herzgewebe wurde durch luftdynamisch unterstützte Desorptions-Elektrospray-Ionisations-Massenspektrometrie-Imaging (AFADESI-MSI) beobachtet. Durch die Verwendung menschlicher Gen-Datenbanken (GeneCards), Expressionsdatenbanken (GEO) wurden Herzinsuffizienz- und Arginin-Stoffwechsel-assoziierte Ziele ausgewählt, ein Protein-Protein-Interaktionsnetzwerk (PPI) erstellt sowie KEGG-Weg- und GO-Anreicherungsanalysen durchgeführt. Molekulare Docking-Tests zur Validierung der Kernmetaboliten und Schlüsselziele wurden durchgeführt und auf Basis der Kernwege und Ziele TCM-Prädiktionen erstellt. Ergebnisse: Im Vergleich zur Sham-Gruppe zeigten die Modellratten signifikant verringerte Serumspiegel von Arginin und Citrullin (P<0,01) sowie deutlich erhöhte Werte von Prolin, Ornithin, Kreatin, Kreatinin und Glutamat (P<0,05, P<0,01). Die Massenspektrometrie-Imaging des Herzens zeigte eine lokale Abnahme der Arginin-Konzentration im Myokard. Die Bioinformatik identifizierte 24 Kernziele wie Angiotensin-Converting-Enzym (ACE), neuronale Stickstoffmonoxid-Synthase1 (NOS1), 5-HT2A-Rezeptor (HTR2A), epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor (EGFR) etc. Anreicherungsanalysen zeigten signifikante Beteiligung an Kalziumsignalisierungswegen, neuronalen ligand-rezeptor Interaktionen und Phosphatidylinositol-Signalwegen. Molekulares Docking bestätigte starke Bindungsaktivitäten von Arginin und Citrullin mit HTR2A, Kreatin und Kreatinin mit EGFR u.a. Potenzielle Interventionen mit TC-Medikamenten wie Ginseng und Houpu wurden auf Grundlage der Wege und Ziele prognostiziert. Fazit: Diese Studie zeigt charakteristische Dysregulationen des Arginin-Stoffwechsels in der Herzinsuffizienz auf, deren Kernziele eng mit Phosphatidylinositol-Signalwegen verknüpft sind, bietet eine moderne biologische Interpretation der Pathogenese der Herzinsuffizienz aus Sicht der TCM und liefert Hinweise für eine gezielte Therapie sowie die Entwicklung chinesischer Arzneimittel.

Herzinsuffizienz; Arginin; Metabolomik; Bioinformatik; Massenspektrometrie-Imaging