慢性心衰β-arrestin/hERG通路对室性心律失常发生的保护机制研究

Ventricular arrhythmias(VA) and sudden cardiac death(SCD) are common in chronic heart failure(CHF) patients, due to hERG attenuation and QT prolongation. The prevention of carvedilol(a β-arrestin–biased agonist) on VA in CHF was greater than metoprolol.Our preliminary results show that β-arrestin activation enhanced hERG and shortened action potential duration. To this end, we propose the hypothesis: β-arrestin activation enhanced hERG to anticipate VA in CHF. To test this hypothesis, first of all, we apply guinea pigs CHF model in vivo and isoproterenol(ISO) treated myocyte-culture CHF model in vitro, and we interfere β-arrestin, after verifying the effect of interference, then we observe VA in vivo and in vitro to clear the role of β-arrestin in CHF induced VA. Secondly, by western blot, β-arrestin biosensor, and patch clamp, we observe activation of key factors in this signal pathway,to analyze the potential molecular mechanisms accounting for β-arrestin/hERG pathway involved in CHF induced VA in vitro and in vivo. Our study has vital significance to clarify β-arrestin/hERG pathway in CHF induced VA and will provide us novel therapetic target to prevent VA in CHF.

慢性心力衰竭（CHF）易发生室性心律失常（VA）。CHF时hERG电流密度下降，导致QT延长，易并发VA。卡维地洛具有β-arrestin通路的激活作用。课题组前期研究结果提示β-arrestin激动可增大hERG电流缩短动作电位时程。因此，卡维地洛较美托洛尔进一步减少CHF 患者VA发生的机制可能与β-arrestin通路的激活相关。为此，我们提出假说：β-arrestin激动可以通过增强hERG电流对CHF时VA起到保护作用。为了验证该假说，我们应用豚鼠CHF模型及心肌细胞CHF模型，以β-arrestin激动及β-arrestin阻滞等为工具，体内外分别观察心肌细胞和心脏的VA发生情况；此外，采用western blot、β-arrestin biosensor、膜片钳等手段，从体内外探讨β-arrestin/hERG通路在CHF后VA的分子机制，以寻找有效防治CHF后VA的新靶点。

【背景】. 室性心律失常是慢性心力衰竭（Chronic heart failure, CHF）患者发生心源性猝死（sudden cardiac death, SCD）的主要原因。心衰时，心室肌细胞 IKr 电流明显下降，导致 QT 间期延长，这也是 CHF 患者容易发生心律失常的可能机制。卡维地洛作为一种非选择性的 β 受体阻断剂，相比其他 β 受体阻滞剂（例如美托洛尔）能显著提高 CHF 患者的生存率，这种优势可能与卡维地洛特有的 β-arrestin 通路的激活有关。本研究旨在探索 β-arrestin/hERG 通路在 CHF 后室性心律失常发生中的作用机制，以寻找有效防治 CHF 后心律失常的新靶点。.【研究目的】.从动物模型、细胞及分子机制水平探明β-arrestin降低慢性心衰时心律失常易感性。 .【研究结果】.1. 慢性心衰时，豚鼠心率加快，QTc 间期延长，心室肌有效不应期延长，心肌细胞动作电位延长，IKr 电流下降；β-arrestin2 在慢性心衰豚鼠心肌组织中表达明显下降。.2. 在 PE 诱导的心肌肥大模型中，IKr 电流受到抑制，动作电位延长；过表达β-arrestin2 能够改善病理性肥大的心肌细胞中 IKr 电流的降低，缩短延长的动作电位；干扰 β-arrestin2 对 IKr 电流及动作电位没有明显影响。.3. 干预 β-arrestin2 不影响心衰豚鼠的心脏结构和心肌纤维化；β-arrestin2 减慢心衰豚鼠快速的心室率，缩短 QTc 间期；β-arrestin2 能够降低去甲肾上腺素诱发的恶性心律失常的发生率；β-arrestin2 缩短了心衰时延长的心室肌有效不应期，降低心律失常易感性；过表达 β-arrestin2 明显增加心衰时衰减的IKr 电流。.【科学意义】. 在慢性心衰豚鼠心肌组织中 β-arrestin2 表达显著下降，β-arrestin2 在心肌细胞肥大过程中调控 IKr 和动作电位，过表达 β-arrestin2 可以通过修复心衰时降低的 hERG/IKr 电流，减少心衰室性心律失常的发生。因此，β-arrestin2 将有望成为预防和治疗心衰后室性心律失常的潜在靶点。