《Journal of Molecular and Cellular Cardiology Plus》：The β1 adrenoceptor (AR) blocker metoprolol normalises βAR cascade and caveolar protein expression and restores β1AR responsiveness in failing right ventricular myocytes
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右心室衰竭是肺动脉高压（PAH）的首要死因，迫切需要保留右心室收缩力的治疗方法。β-肾上腺素能受体阻滞剂在临床上用于左心室衰竭以改善β-肾上腺素能受体的反应性，但尚不清楚它们是否在右心室衰竭中具有相同的益处。研究人员使用大鼠野百合碱（MCT）诱导的PAH模型对
右心室衰竭是肺动脉高压（PAH）的首要死因，迫切需要保留右心室收缩力的治疗方法。β-肾上腺素能受体阻滞剂在临床上用于左心室衰竭以改善β-肾上腺素能受体的反应性，但尚不清楚它们是否在右心室衰竭中具有相同的益处。研究人员使用大鼠野百合碱（MCT）诱导的PAH模型对此进行了测试。当PAH确立后，开始使用β1AR选择性的美托洛尔（10 mg/kg/天；MCT + BB组）或赋形剂（MCT组）进行治疗。与非衰竭对照组（CON）相比，来自MCT的分离右心室心肌细胞对β1AR刺激的正性肌力和正性松弛反应减弱，并且这可以通过BB治疗得到恢复。在Ca2+瞬变的振幅和动力学上观察到了类似的影响。右心室衰竭和BB对β1AR反应性的影响可以通过βAR级联蛋白及其调节结构域小窝的表达改变来解释。在MCT的右心室中，β1AR、腺苷酸环化酶5/6、小窝蛋白1和3以及小窝蛋白1的表达降低，而G蛋白受体激酶的表达增加。除了小窝蛋白1外，这些变化通过BB治疗得到了逆转。结合观察到的蛋白表达变化的心肌细胞β1AR信号计算模型显示，BB治疗恢复了小窝和小窝外区室中的β1AR-cAMP信号。模型表明，腺苷酸环化酶5/6的恢复是BB治疗对衰竭右心室心肌细胞收缩力产生有益影响的主要因素。由于右心室功能严重影响症状和死亡率，这项研究支持了将BB作为PAH右心室衰竭新疗法的潜在用途。
肺动脉高压（PAH）由于肺动脉血流受限导致肺动脉压力升高，增加了右心室的负荷并最终导致右心室衰竭。右心室功能决定了PAH患者的预后，右心室衰竭是导致患者死亡的主要原因。目前的治疗主要靶向肺血管重塑，缺乏直接针对衰竭右心室的治疗方案。在左心室衰竭中，交感神经张力增加起初可代偿心肌收缩力，但最终会导致包括β-肾上腺素能受体（βAR）通路脱敏在内的不良适应性改变。尽管β-肾上腺素能受体阻滞剂（BB）在左心室衰竭中能有效恢复βAR反应性并改善长期生存率，但目前指南并不推荐将其用于PAH和右心室衰竭的治疗。临床前研究表明BB能改善心肌兴奋-收缩偶联等，但尚无直接证据表明BB治疗能逆转右心室衰竭中的βAR脱敏。为填补这一机制研究的空白，研究人员探讨选择性β1AR阻滞剂美托洛尔对βAR反应性及关键信号通路蛋白表达的影响。
这项研究成果发表在《Journal of Molecular and Cellular Cardiology Plus》上。研究得出结论，美托洛尔治疗能够恢复衰竭右心室心肌细胞中受阻的β1AR反应性，这一功能性恢复归因于βAR信号级联蛋白和小窝蛋白表达的逆向重塑，计算模型进一步揭示腺苷酸环化酶5/6（AC5/6）表达的恢复是其中最关键的驱动因素。此研究揭示了BB治疗右心室衰竭的潜在细胞分子机制，为将其作为PAH右心室衰竭的新型靶向治疗策略提供了有力证据。
在主要的关键技术方法方面，研究人员基于雄性Wistar大鼠的野百合碱（MCT）诱导PAH模型队列开展研究，在PAH建模成功后给予美托洛尔干预，分离右心室心肌细胞并利用数字边缘检测和单色器系统同时记录细胞缩短和Ca2+瞬变，采用蔗糖密度梯度离心法对心肌组织进行亚细胞组分分离，通过Western blotting和RT-PCR检测特定蛋白和mRNA的表达及分布，随后改编并应用犬心室肌细胞β1AR信号计算模型来模拟蛋白表达和分布变化对细胞功能及区室化cAMP信号的影响。
BB treatment improves β1AR responsiveness in the MCT model（BB治疗改善MCT模型中的β1AR反应性）：通过分离大鼠右心室心肌细胞并给予选择性β1AR刺激，发现MCT组细胞对β1AR刺激的正性肌力和正性松弛反应显著减弱，且伴随Ca2+瞬变振幅和衰减动力学反应的迟钝；而美托洛尔（BB）治疗能够部分但显著地恢复这种受损的收缩和Ca2+反应性，同时提高面对急性β1AR刺激时复极化细胞的存活率。
BB treatment improves cell survival in response to β1AR stimulation in the MCT model（BB治疗提高MCT模型中响应β1AR刺激的细胞存活率）：通过对急性暴露于β1AR激动剂异丙肾上腺素（ISO）的心肌细胞进行存活统计，发现MCT组细胞由于Ca2+超载等原因死亡率显著升高，而BB治疗组细胞的存活率介于健康组与未治疗组之间，表明BB治疗能够保护右心室心肌细胞免受急性β1AR刺激诱导的死亡。
RV failure and BB treatment have minimal impact on β2AR responsiveness（右心室衰竭和BB治疗对β2AR反应性的影响极小）：使用β2AR激动剂ZIN刺激细胞后，发现各组间呈现正性肌力反应的细胞比例以及反应的幅度和动力学均没有显著性差异。这说明右心室衰竭和BB治疗的有益作用并不涉及改变β2AR反应性，因此研究重点集中于β1AR相关级联途径。
BB treatment normalised expression of βAR cascade components in the MCT model（BB治疗使MCT模型中βAR级联成分的表达正常化）：通过分子生物学手段测定右心室心肌匀浆，发现MCT组中β1AR和AC5/6的蛋白表达显著降低，而G蛋白受体激酶（GRK2）表达显著增加；BB治疗成功逆转了这些关键刺激性和抑制性β1AR级联蛋白的异常表达，使其恢复至接近健康对照组的水平，但对应的mRNA转录水平并未随BB治疗发生同等恢复，提示调控发生在转录后水平。同时，BB治疗也逆转了MCT组中Gαi3表达的异常升高。
BB treatment normalised expression of caveolar proteins in the MCT model（BB治疗使MCT模型中小窝蛋白表达正常化）：小窝蛋白和小窝蛋白家族结构蛋白对调节βAR信号的小窝微domain至关重要。研究发现MCT组中小窝蛋白（Cav）1、Cav 3和小窝蛋白1的表达显著下降，BB治疗能恢复Cav 3和小窝蛋白1的水平（Cav 1除外）。通过蔗糖密度梯度离心发现，MCT组伴随β1AR和Cav 3从富含胆固醇的小窝区室向非小窝区室的重新分布，这种异常的亚细胞分布也可被BB治疗逆转，这有助于保护信号传导小窝结构域的完整性。
Computer simulations recapitulate improved β1AR responsiveness（计算机模拟重现β1AR反应性的改善）：将实验测得的蛋白表达与分布变化参数整合到心室肌细胞计算模型中，模拟显示MCT组在胞内小窝（CAV）、非小窝膜（ECAV）和胞质（CYT）功能区室中基础和ISO刺激下的cAMP水平显著降低；而BB治疗能部分恢复CAV和ECAV区室的cAMP反应；模拟的Ca2+瞬变与实验观察高度一致，证明引入蛋白表达重塑能够从机制上重现β1AR反应性的改善及恢复。
Computer simulations predict recovery of protein phosphorylation（计算机模拟预测蛋白磷酸化的恢复）：通过模拟评估兴奋-收缩偶联中关键调节靶点的磷酸化状态，发现MCT组在被β1AR刺激时，PKA和Ca2+/钙调蛋白依赖性激酶（CaMKII）多位点的磷酸化均受损。模型预测，BB治疗能够相对恢复由PKA和CaMKII介导的L型钙通道和心肌型兰尼碱受体2（RyR2）的磷酸化反应，但对受磷蛋白（PLB）和肌钙蛋白I（TnI）的弱恢复则解释了部分松弛反应难以完全复原的原因。进一步的敏感性分析模拟表明，AC5/6蛋白表达的恢复是改善β1AR反应性的最主要贡献因素，β1AR也贡献了一部分作用，而GRK2和Cav3表达改变的影响力在短时模拟中相对较小。
讨论部分总结，本研究的实验和模拟数据共同揭示了右心室衰竭中BB治疗恢复β1AR反应性的深层机制。MCT模型中观测到的β1AR通路重塑与人类PAH右心室中观察到的改变高度一致。BB治疗能在转录后水平逆转诸如β1AR、AC5/6等关键大窝内外信号分子蛋白的异常表达与分布。计算模型的关键发现指出，由于AC5/6处于β1AR信号级联的下游且极度富集于小窝结构区，其极度下调是导致右心室cAMP生成能力衰减的决定性因素；而美托洛尔促成的AC5/6表达回升，结合β1AR表达的增加及恢复正常的小窝定位，是心室肌细胞重获对急性儿茶酚胺刺激产生正性肌力反应的基础。该研究最终重申，BB治疗在PAH患者中能够对模型产生诸如对儿茶酚胺信号功能上的重致敏作用，后期研究需要充分识别明确哪类伴随有特定心律失常或血管重构合并症的PAH亚组患者，能从选择性β1AR阻滞剂限制心肌多余脂肪化和病理性脱敏的逆向重塑干预中获益。
