研究背景：
胰高血糖素樣肽-1受體激動劑（GLP-1 RAs）是一類用于治療2型糖尿�。═2D）和減輕體重的有效化合物。T2D患者的心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)較高，是主要的發(fā)病和死亡原因。隨機(jī)心血管結(jié)果試驗(yàn)的數(shù)據(jù)顯示，GLP-1 RAs能顯著降低T2D患者的主要心血管不良事件和全因死亡率。盡管GLP-1 RAs對心血管有益，但是由于臨床慣性、藥物需要皮下注射、給藥增加心率及后者與心血管死亡率相關(guān)的不確定性等原因，導(dǎo)致其處方量較低。

GLP-1 RAs的促心率機(jī)制可能涉及自主神經(jīng)系統(tǒng)，但具體機(jī)制尚不清楚。嚙齒動物研究表明該反應(yīng)需要交感神經(jīng)輸入，但在人類中，靜脈注射GLP-1后并未增加腎上腺素和去甲腎上腺素的血漿濃度，而GLP-1受體存在于竇房結(jié)�；�于單細(xì)胞基因表達(dá)的研究表明，GLP-1 RAs的促心率作用可能通過竇房結(jié)介導(dǎo)。然而，自主神經(jīng)系統(tǒng)激活、心臟中GLP-1受體表達(dá)與GLP-1 RAs促心率作用之間的關(guān)系尚不清楚。

基于此，哥本哈根大學(xué)衛(wèi)生與醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系在Cardiovascular Research雜志上發(fā)表題為"Glucagon-like peptide-1 increases heart rate by a direct action on the sinus node"的文章。

使用大型哺乳動物模型研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1的促心率作用獨(dú)立于自主神經(jīng)系統(tǒng)，而是通過GLP-1受體直接作用于心臟，改變竇房結(jié)的電生理特性和心肌細(xì)胞Ca²⁺穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵蛋白磷酸化狀態(tài)實(shí)現(xiàn)。

圖解摘要

研究方法：
文中采用多通道電生理標(biāo)測系統(tǒng)（Electrical Mapping，MappingLab Limited，UK）記錄豬心竇房結(jié)的場電位信號，分析了竇房結(jié)的最早激活部位以及加入GLP-1、Ivabradine或GLP-1 + Ivabradine的傳導(dǎo)時(shí)間、傳導(dǎo)方向等數(shù)據(jù)。

研究結(jié)果：

1、使用GLP-1可增加心率。

在麻醉豬體內(nèi)，通過兩次連續(xù)45分鐘的GLP-1輸注和45分鐘的洗脫，評估GLP-1對心率的影響，結(jié)果顯示心率平均增加25 ± 4和21 ± 3次/分鐘。研究還評估GLP-1的主要代謝物GLP-1（9-36）酰胺、及在抑制劑Val-Pyr情況下的效果。結(jié)果表明，除了心率增加，GLP-1給藥還增加心輸出量和舒張壓，降低每搏輸出量和全身外周阻力，且這種心率增加不是由血壓下降引起的繼發(fā)性反應(yīng)，而是主要效應(yīng)。（圖1）

圖1.GLP-1增加麻醉豬的心率，但其代謝物GLP-1（9-36）并沒有增加
 

2、 GLP-1的促心率作用與β或α-腎上腺素能阻滯劑無關(guān)。

為了檢驗(yàn)GLP-1誘導(dǎo)的心率增加是否涉及交感神經(jīng)系統(tǒng)，我們在第一次（對照）GLP-1輸注后，使用β-或α-腎上腺素能受體阻滯劑重復(fù)了GLP-1輸注實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，給予阿托品作為陽性對照。結(jié)果顯示，第一次（對照）GLP-1輸注期間心率始終增加，而第二次GLP-1輸注時(shí)，無論使用鹽水、β-腎上腺素能阻滯劑、α-腎上腺素能阻滯劑還是聯(lián)合阻滯劑，心率增加幅度與第一次輸注相當(dāng)。受體阻滯劑對血壓無影響，阿托品總是增加心率。因此，GLP-1促心率作用與交感神經(jīng)系統(tǒng)無關(guān)。（圖2）

圖2.GLP-1誘導(dǎo)的心率增加與β或α-腎上腺素能刺激無關(guān)
 

3、GLP-1在進(jìn)行頸部迷走神經(jīng)切斷術(shù)、自主神經(jīng)節(jié)阻滯和 HCN 通道阻滯后仍能增加心率。

為了評估副交感神經(jīng)系統(tǒng)或自主神經(jīng)系統(tǒng)是否參與GLP-1誘導(dǎo)的心率增加，我們對麻醉豬進(jìn)行迷走神經(jīng)切斷術(shù)、Ivabradine阻斷HCN通道或神經(jīng)節(jié)阻滯。迷走神經(jīng)切斷術(shù)后，GLP-1仍然顯著增加心率。Ivabradine注射后，心率恢復(fù)到切斷術(shù)前水平，但GLP-1仍增加心率。神經(jīng)節(jié)阻滯實(shí)驗(yàn)中，hexamethonium注射后心率顯著增加，加入GLP-1使心率進(jìn)一步增加30 ± 7次/分鐘，與對照相當(dāng)。阿托品注射無影響，確認(rèn)副交感神經(jīng)系統(tǒng)信號缺乏。因此，副交感神經(jīng)系統(tǒng)、神經(jīng)節(jié)和HCN通道都不參與GLP-1的促心率作用。

圖3.GLP-1引起的心率增加與自主神經(jīng)系統(tǒng)或 HCN 通道無關(guān)
 

4、GLP-1的促心率作用在離體心臟中存在，并且由GLP-1受體介導(dǎo)。

由于體內(nèi)藥理實(shí)驗(yàn)無法排除循環(huán)因素的影響，我們使用離體心臟灌流裝置評估GLP-1對豬心臟的影響。結(jié)果顯示，加入GLP-1增加心率，平均增加12 ± 2次/分鐘，并且這一作用通過GLP-1受體介導(dǎo)。在體內(nèi)和離體的電生理研究中，GLP-1縮短PQ間期和心房有效不應(yīng)期（ERP），但對其他電生理參數(shù)沒有影響。這些數(shù)據(jù)表明GLP-1不僅增加心率，還加快從心房到心室的傳導(dǎo)時(shí)間。

圖4.GLP-1增加離體灌注豬心臟的心率，這依賴于GLP-1受體，并加快房室結(jié)傳導(dǎo)

5、在離體竇房結(jié)中，GLP-1縮短動作電位周期長度，這并不依賴與HCN通道改變最早激活的位點(diǎn)傳導(dǎo)。

為了進(jìn)一步研究GLP-1對竇房結(jié)的電生理影響，在離體豬竇房結(jié)中持續(xù)加入GLP-1、Ivabradine或兩者聯(lián)合。GLP-1縮短起搏動作電位周期長度，使心率增加33 ± 6%。它還使竇房結(jié)的舒張期去極化電位變陡，并縮短動作電位的持續(xù)時(shí)間，且這一效果不受Ivabradine的影響。使用64通道電極（MappingLab,UK）對竇房結(jié)區(qū)域標(biāo)測顯示，GLP-1組能使最早激活部位移向終嵴和下腔靜脈，但對傳導(dǎo)速度或局部激活時(shí)間無影響。這些發(fā)現(xiàn)表明GLP-1對起搏細(xì)胞有直接電生理作用，與HCN通道無關(guān)。

圖5.GLP-1在離體灌注的豬竇房結(jié)中縮短周期長度，并將最早激活部位移位，且這種作用不依賴于HCN通道
 

6、GLP-1受體在竇房結(jié)起搏細(xì)胞中表達(dá)。

離體灌注豬心臟的心率顯著增加依賴于GLP-1受體。使用snRNAseq分析顯示，GLP-1受體在竇房結(jié)起搏細(xì)胞中表達(dá)，并與HCN4和CACNA1D等標(biāo)志物重疊。這為GLP-1受體在豬竇房結(jié)起搏細(xì)胞中的存在提供了有力證據(jù)。

圖6.GLP-1受體定位于豬竇房結(jié)中的起搏器細(xì)胞
 

7、給予GLP-1藥物可調(diào)節(jié)竇房結(jié)中鈣循環(huán)蛋白的磷酸化狀態(tài)。

為了研究GLP-1對竇房結(jié)磷酸蛋白組的影響，我們在麻醉豬中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)GLP-1輸注增加心率。分析顯示GLP-1誘導(dǎo)鈣信號通路、cAMP信號通路、胰島素信號通路和腎上腺素信號通路中Ca²⁺循環(huán)蛋白的磷酸化，特別是通過cAMP誘導(dǎo)的PKA活化。此外，還注意到在鈉鈣交換器1、鈣通道和磷酸二酯酶上的調(diào)節(jié)磷酸化事件。這些數(shù)據(jù)表明GLP-1通過這些信號通路調(diào)節(jié)心率。

圖7.磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明，注射GLP-1后，豬竇房結(jié)中cAMP/Ca²⁺信號通路的調(diào)節(jié)作用
 

研究結(jié)論：
GLP-1通過竇房結(jié)起搏細(xì)胞中的GLP-1受體對心臟產(chǎn)生直接的促心率作用。它通過鈣信號通路引發(fā)PKA依賴性磷酸化，調(diào)節(jié)與起搏相關(guān)的Ca²⁺循環(huán)蛋白，導(dǎo)致動作電位形態(tài)和主要起搏位置的變化。靶向起搏鈣鐘可能是降低接受GLP-1受體激動劑治療者心率的策略。