The β₃-Adrenoceptor and Its Effect on Heart<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

吴飞翔   Fei xiang Wu
倪  文   Wen Ni
中国人民解放军第二军医大学麻醉学教研室，上海  200433
Teaching and Researching Department of Anesthesiology, The Second Military Medicai University, Shanghai 200433

ABSTRACT

　　β₃-adrenoceptor is a new human gene encoding β-adrenergic receptor. It has been implicated in the physiological control of cardiac and vascular contractility throuth intracellular signaling pathway. β₃-adrenoceptor plays a negative inotropic role in human heart, and it would serve as a "rescue" mechanism for  preventing myocyte damage from excessive stimulation of β1-and β₂-adrenoceptors in failing heart.
　　Key words: β3-adrenoceptor;cGMP; heart failure

　　β-肾上腺素受体传统分为β₁和β₂肾上腺素受体。最近，分离出一种新的人类基因编码的肾脏上腺素受体--β₃-肾上腺素受体。β₃-肾上腺素受体的分子结构和药理特性不同于β₁、β₂肾上腺素受体，仅有40%-50%的氨基酸序列与之相一致。β₁和β₂-肾上腺素受体不含内含子，而β₃-肾上腺素受体含有内含子，而且缺乏cAMP和β-肾上腺素受体激酶的识别位点^[1]。β₃-肾上腺素受体可被特异性激动剂（如BRL37344和SR58611）激活。β₃-肾上腺素受体在各种组织中的作用都已有报道，如在白色脂肪组织中溶脂、棕色脂肪组织中产热作用、回结肠的抑制收缩作用、支气管平滑肌松弛及外周血管的扩张作用^[2,3]。而对心脏的作用仍知这甚少，本文主要就β₃-肾上腺素受体在心脏中的负性肌力及心衰中的调节作用进行阐述。

一、心脏组织中的β₃-肾上腺素受体
　　心肌细胞儿茶酚胺激活页纸的经典信号转导通路是β_1、β₂和及α肾上腺素受体作用。近期研究表明，β₃-肾上腺素受体也同心肌的收缩有关。将β₁和β₂肾上腺素受体拮抗剂纳多洛尔(nadolol)作用于心室心内膜组织切片，异丙肾上腺素反应呈非典型性，说明人体心室肌中存在第三种β－肾上腺素受体^[4]。在β₁-肾上腺素受体阻滞剂美托洛尔(metoprolol)或纳多洛尔(α、β₁、β₂肾上腺素受体阻滞剂)存在下，用BRL37344(β₃-肾上腺素受体特异性激活剂)激活受体，可见心肌收缩力减弱。而非特异性β₁、β₂、β₃肾上腺素受体阻滞剂布拉洛尔(bupranolol)则阻滞这一反应^[4]。

　　人体心室中检测到β₃-肾上腺素受体转录因子进一步证实了上述药理学试验结果。已经在心脏标本中，特别是心房水平检测到β₃-肾上腺素受体mRNA^[5]。而且，同一标本中探测β₃-肾上腺素受体转录因子，未发现人类激素敏感性脂肪酶（human hormone-sensitive lipase）基因的相应表达产物，表明转录因子并非脂肪细胞产生。 这与其它人体模型心房组织切片RT－PCR试验结果相似，排除了β₃-肾上腺素受体由心脏中的脂肪组织产生的可能性，从另一方面增强了β₃-肾上腺素受体药理学试验的可信度。利用特异性单克隆抗体对人类心内膜组织切片进行β₃-肾上腺素受体的免疫组化定位，并将此抗体作为初级抗体成功运用于Westernblot试验中，也证实β₃-肾上腺素受体蛋白在人类心肌细胞中表达。
　　同心室组织相比，Kaumann和Molenar用β₃-肾上腺素受体激动剂包括纳多洛尔，并没有观察到离体心房组织的任何抑制作用^[6]。另有实现表明，β₃-肾上腺素受体激活剂使心房L－Ca²⁺流增加，说明在心房中可能有正性肌力作用^[7]。
　　人类心房和各种哺乳动物脂肪组织，非传统的肾上腺素受体激动剂如吲哚洛尔（pindolol）和CGP12177的非典型效应已推翻存在“β₄-肾上腺素受体”的假设。第一，假设中的“β₄-肾上腺素受体”是在心脏包括心房中激活的，其正性肌力效应同β₃-肾上腺素受体的负性肌力作用相反^[6]。第二，β₃-肾上腺素受体基因缺乏的小鼠，心脏的“β₄-肾上腺素受体”效应仍然存在；而β₁-肾上腺素受体缺乏的纯合子小鼠CGP12177引起的β₄-肾上腺素受体的效应却消失。因此，有人认为“β₄-肾上腺素受体”没有明确的分子结构，可能是β₁-肾上腺素受体上的一个低亲合力位点^[8]。第三，“β₄-肾上腺素受体”是CGP12177激活的，BRL37344和CL316243都不能激活，而且β₃-肾上腺素受体拮抗剂SR59230对其阻滞作用极其微弱^[9]，都说明不存在“β₄-肾上腺素受体”。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

二、心脏中β3-肾脏上腺素受体细胞内信号转导能通路
　　1. Gi蛋白　心脏中的β₃-肾上腺素受体的负性肌力效应并非β₃-肾上腺素受体和Gs蛋白偶联所致，脂肪细胞中β₃-肾上腺素受体可同Gi蛋白偶联。为了确定Gi蛋白在人体心脏中的作用，Ganthier等人用百日咳毒素预处理心内膜切片，阻止GTP与Gi蛋白结合，β₃-肾上腺素受体激动剂BRL37344的心脏收缩和产生cGMP效应大大减少了（但不完全），表明Gi／o蛋白与β₃-肾上腺素受体信号转导致通路有关。
　　2. NOS 　某些哺乳动物中，由于心肌中内皮细胞NO合成酶（endothelial nitric oxide synthase, eNOS）持续激活引起NO产物激活会削弱儿茶酚胺的正性肌力作用，Gauthier等对NOS信号通路在心内膜β₃-肾上腺素受体效应中所起的作用进行研究，NO非特异性阻滞剂亚甲蓝抑制鸟苷酸环化酶活性，大大削弱BRL37344的负性肌力作用。NOS抑制剂N^G－硝基－L－精氨酸甲基脂（L-NAME）和N^G-硝基-1-甲基－精氨酸（L-NMMA）同时存在时，可观测到同样的结果，表明NOS在其中起一定的作用。
　　3. cGMP　在同样的试验条件下，细胞内cGMP水平的变化与心肌的收缩力的变化是平行的，说明cGMP可介导负性肌力作用。cGMP增加致负性肌力的细胞内信号通路包括cGMP依赖性的蛋白激酶和cGMP的磷酸二脂酶（cGMP－stimulated phosphodiesterases,PDE II），前者可调节L-型Ca²⁺通道减少钙离子流，或降低肌丝对Ca²⁺的敏感性；后者可降低cAMP水平^[10]。而NO对心脏调节是以cGMP非依赖性方式通过关键酶的共价修饰，如细胞色素C氧化酶、磷酸肌酸激酶或L型Ca²⁺通道等关键蛋白的共价修饰作用。但是，前人报告表明每个信号转导通路及最后心肌收缩效应都可能受到一些实验参数的影响，如试验准备、物种、实验场地及NO或cGMP浓度。

三、心衰的心脏β₃-肾上腺素受体表达的调节
　　心衰早期，人体通过神经体液机制升高血压，维持重要脏器的血供。这些机制包括激动肾素－血管紧张素-醛固酮系统、增加抗利尿激素释放及交感神经兴奋，但后期会产生有害作用并加重心脏损害。β-肾上腺素受体的长期激活使腺苷酸环化酶系统脱敏，包括两个步骤：短期步骤是通过β-肾上腺素受体激酶（β-adrenoreceptor kinase，β-ARK）和cAMP依赖性的PKA触发，它们可使受体磷酸化、同G蛋白Gs α脱偶联并易化受体同胞液β－抑制蛋白（β-arrestin）结合，长期步骤是激动剂长期暴露使受体下调所致。
　　Bristow首次对心衰时β-肾上腺素受体密度下降进行描述。进一步研究表明心衰终末期患者心肌细胞膜表面β₁-肾上腺素受体减少是由于心肌肥厚和心肌缺血。心肌缺血患者心肌切片上，β₂-肾上腺素受体没有改变或轻微下降，而心肌肥厚患者则无任何变化^[11]。β₁和β₂-肾上腺素受体mRNA定量RT-PCR试验证实，β₁-肾上腺素受体数量下降是mRNA下降所致，而β2mRNA及β₂-肾上腺素受体都无改变^[12]。然而，剩余β₂-肾上腺素受体在β-ARK的表达和活性同步提高的情况下，脱偶联的敏感性增加了，从而导致受体磷酸化和同Gs α脱偶联增加。
　　β₃-肾上腺素受体在心脏组织中的一个重要作用即心衰中的调节作用。心脏病患者心肌标本的研究表明，相对于非心衰、未切除神经的心脏，心衰患者缺血或肥厚的心肌中β₃-肾上腺素受体蛋白表达水平显著增加。免疫组化试验表明此受体主要在心肌细胞中表达，可同eNOS的直接偶联。而且受体的增加是同G αi－2蛋白表达水平的增加是平行的^[13]。β₃-肾上腺素受体在心衰中具有不同于β₁和β₂-肾上腺素受体的作用。首先，它同Gi／o蛋白，可能是Gαi－2（心室中Gi蛋白的主要异构体）偶联，心衰过程中蛋白水平明显增加^[13]。其次，β₃-肾上腺素受体对受体激动剂激活引起的脱敏有抵制作用。β₃-肾上腺素受体抵制短效激动剂激活的脱偶联是因为信号转导通路中不含蛋白激酶A和β-肾上腺素受体激酶磷酸化位点。受体对长效的下调也有抵制作用。而且，激活β3-肾上腺素受体的儿茶酚胺的浓度明显高于β1和β2。总之，交感神经兴奋引起的长时效激活过程中，β₃-肾上腺素受体介导的反应可持续维持，而β₁和β₂介导的反应则逐渐下降，提示β₃-肾上腺素受体在心衰中发挥一定作用。
　　儿茶酚胺激活使血管收既产生收缩效应（α-肾上腺素受体），又会产生舒张效应（β-肾上腺素受体）。cAMP依赖性的正性肌力作用（β₁和β₂-肾上腺素受体），和NO依赖性的负性肌力作用（β₃-肾上腺素受体）在心肌细胞中共存会协调肾上腺素介导的心肌收缩效应。换言之，β₃-肾上腺素受体通路通过eNOS的激活可作为心肌收缩的“挽救”机制阻止β₁和β₂-肾上腺素受体过度刺激所致的心肌损害。但是，若心肌的过度损害发展到晚期阶段，β₂-肾上腺素受体的激活少于β₁和β₂的下降程度，造成两种信号转导通路的失衡，这种“挽救”机制就难以适应，此时持续的负性肌力会加重心肌功能的损害。但β₃-肾上腺素受体激活并不会一律造成损害，β₃-肾上腺素受体的血管扩张效应会减少心衰患者外周血管阻力和心脏后负荷。而且，β₃-肾上腺素受体引起内膜局部NO的释放会增强心肌舒张、减少氧耗，从而改善心脏状况。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

　　四、展望
　　β₃-肾上腺素受体心脏中效应的发现为心衰患者β-肾上腺素受体阻滞疗效的提供了依据。但这一假设还需通过对三个亚型的β-肾上腺素受体分别行特异性阻滞加以证实。新近强选择性的β₃-肾上腺素受体激动剂的出现为研究受体在心肌功能障碍中的病理作用提供了一个更直接的途径，并可能会开发出心衰新药物。但受体对心肌电活动的调节尚未广泛研究，β₃-肾上腺素受体可与Kv（s）（KvLPT1/mink）K+通道偶联，表明受体可能通过激活K+复极化电流而调节心肌动作电位^[14]。离体心肌细胞β₃-肾上腺素受体在心脏兴奋－收缩偶联中的作用仍需更多的电生理方面的研究。

参考文献
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