在主动免疫兔模型中，增高的β1肾上腺素能受体自身抗体通过介导心房钙处理异常和纤维化构建房颤的易损基质

研究背景：

心房颤动(房颤)是一种全球流行的心律失常，其发病率、致残率和死亡率均呈上升趋势。房颤的发病机制包括电重构、结构重构、自主神经功能障碍和氧化应激等不同的病理生理机制，新研究发现自身免疫性疾病是房颤发生的原因之一。

自身抗体是适应性免疫系统在病理条件下对抗自身免疫的副产物。β1-肾上腺素能受体自身抗体(β1-AAb)是心血管系统中的自身抗体，靶向β1-肾上腺素能受体(β1AR)的第二个细胞外环的功能域，并调节这些受体的活性。基础实验中大量证据支持β1-AAbs促进多种不良心脏表型（包括细胞凋亡、自噬和电生理易损性）出现，增加心律失常易感性。然而，β1-AAbs参与AF的确切病理生理和分子机制仍不清楚。

研究显示：肌浆网（SR）中的Ca²⁺释放部分是由肾上腺素能信号传导决定的，这是由于磷酸化修饰的ryanodine受体(RyR2)功能的增加。与异丙肾上腺素(ISO)相比，β1-AAb在心肌肥厚中产生更长的受体激活效应。在HL-1细胞中，β1-AAb介导的β1-AR脱敏依赖于其对受体内吞骨架蛋白（β-arrestin1/2）的限制，这意味着β1-AAb可能是心律失常中β1-AR信号通路的独特驱动者，但β1-AAb的调控与Ca²⁺处理之间的关系目前尚不清楚。

基于此，新疆医科大学第一附属医院汤宝鹏教授团队进行了深入研究，并在《Clinical Science》发表了题目为：Increased β1-adrenergic receptor antibody confers a vulnerable substrate for atrial fibrillation via mediating Ca²⁺ mishandling and atrial fibrosis in active immunization rabbit models的相关研究论文。旨在探讨β1-AAb在主动免疫兔模型中房颤底物形成和心房重构中的作用及其潜在的分子机制。

研究方法：

1. 主动免疫法构建兔自身抗体增高模型。

2. 采用有创电生理检查和体外光学标测技术（Optical Mapping）评估电生理参数和钙处理性能的变化。

3. 采用磷酸化蛋白质组学和分子生物学相结合的方法研究β1-AAbs诱导心房重构的潜在机制。

4. 外源性β1-AAbs处理于体外水平再次确认β1-AAbs诱导的HL-1细胞和心房成纤维细胞的房颤易感表型。

研究结论：

抑制β1-AAbs通过改善心房Ca²⁺处理异常和心房纤维化有效保护心房易损基质，可预防自身免疫性相关房颤。

关键词：

房颤；自身免疫；钙处理；光学标测；β1肾上腺素能受体抗体

研究结果：

1. β1-AAb降低心房电稳定性，增加房颤易感性

系统β1-AAb滴度和心房cAMP含量可证实主动免疫模型造模成功。第一次接种β1AR-ECL2后，免疫组和治疗组β1-AAb浓度在第2周至第8周与对照组相比持续升高。同时，免疫组和比索洛尔组cAMP水平较高，支持β1-AAb诱导的β1ar激活效应。无创ECG监测显示，与对照组或比索洛尔组相比，β1-AAb组心率和P波离散显著增加。

                                                                                                                                                          图1. 研究方案及主动免疫模型的建立

测定心内膜电生理参数，评价β1-AAb刺激下心房电稳定性。β1-AAb缩短了主动免疫反应兔的AERP并增加房颤WOV，通过阻断β1AR逆转了这两种情况。β1-AAb组在高频起搏诱导下的AF发生率显著提高，AF持续时间也显著延长，而比索洛尔通过降低房颤易感性发挥抗心律失常的作用。

                                                                                                                                     图2. β1-AAb降低心房电不稳定性，增加房颤易感性

2. β1-AAb促进心房扩大和心房纤维化

超声心动图显示β1AR-ECL2组的家兔心房明显增大，LAD和RAD增加。与β1-AAb组的心房大小相比，比索洛尔在一定程度上阻止了心房结构重塑，尤其是右心房。此外，β1-AAb损害心功能，促进心室结构改变，包括LVEDd、LVEDs扩大，LVEF降低。Pearson线性分析显示，第8周β1-AAb滴度与LAD、RAD呈正相关。组织学研究显示心房重构的病理改变。Masson三色染色显示β1-AAb组左心房细胞外基质大量堆积，胶原沉积，而比索洛尔组减少。同时，总胶原蛋白面积与第8周β1-AAb滴度呈正相关。上述证据预示着抑制β1-AAb对心功能不全、心房扩张和心房纤维化有改善作用。

                                                                                                                                                   图3. β1-AAb促进心房扩大和心房纤维化

3. 通过体外光学标测实验证明β1-AAb导致动作电位时程改变

选择了四个不同位点记录AP的复极化。与对照组相比，β1-AAb组APD延长始于复极至20%处，而比索洛尔组APD80和APD90复极较β1-AAb组有明显降低。与另两组相比，β1-AAb增加APD的空间异质和变异系数（COV）。与对照组相比，比索洛尔在一定程度上使β1-AAb在窦性心律条件下达峰时间显著延迟，传导异质性增加。

                                                                                                                  图4.β1-AAb通过体外光学标测参与动作电位时程改变

4. β1-AAb在心房整体水平促进CaD改变

在正常情况下，Ca²⁺瞬变受细胞内钙信号的调控。CaD的不同复极化阶段揭示了内源性Ca²⁺动态调节不同阶段（包括启动、瞬变和衰减）中所花费的时间。β1-AAb促进CaD从CaD20延长到CaD90，而对照组和治疗组之间除CaD70外，CaD无明显差异。此外，比索洛尔有效地缓解了空间差异和β1-AAb引起的CaD的COV。与β1-AAb组相比，比索洛尔可有效缩短延迟的激活时间，降低CV异质性值。

                                                                                                                                            图5. β1-AAb促进离体心脏水平的CaD改变

5. β1-AAb阻碍心房传导特性

使用S1-S2刺激进行体外光学标测的AERP测量。β1-AAb组AERP降低，但比索洛尔治疗部分缓解，与心内膜电生理结果相似。此外，在连续8次S1刺激时同时测量心房传导速度。与对照组相比，β1-AAb改变CV，加重多向传导和异位活动。定量结果表明，与β1-AAb组相比，比索洛尔有效地恢复了CV。β1-AAb处理后的CV异质性大于其他各组。

                                                                                                                                                          图6. β1-AAb阻碍心房传导特性

6. β1-AAb延长Ca²⁺瞬变不应期

S1刺激诱发了细胞内Ca²⁺释放。额外的S2刺激可以使下一个Ca²⁺瞬态在正常状态下达到相当大的振幅。当S1脉冲诱导细胞内Ca²⁺瞬变时，S2诱导的CaT与之前S1诱导的CaT的比值被确定为CaT不应期，也称为RyR2不应期。图中展示了S1刺激与最终S2刺激吻合后的CaT轨迹。热图显示了四个区域的RyR2不应期随S1-S2区间递减的空间差异。β1-AAb组CaT恢复比的空间异质性明显高于其他各组。与β1-AAb组相比，比索洛尔在不同的S2区间显著提高了CaT的恢复，但无法将其恢复到对照组水平。β1-AAb组CaT的COV高于对照组或治疗组，表明Ca²⁺释放恢复能力存在显著的区域异质性。

                                                                                                                                                        图7. β1-AAb延长Ca²⁺瞬变不应期

7. β1-AAb增强致心律失常性的心房交替和折返

采用S1-S1刺激记录心房交替。β1-AAb组房颤诱导率和持续时间增加，但比索洛尔给药减轻了这一影响。心房APD交替和CaT交替比值反映了复极离散和区域内每搏夺获下的Ca²⁺处理的异质。空间不协调模式(SDA)表现为不同区域间的复极化离散。β1-AAb组SDA发生率升高，比索洛尔治疗降低SDA发生率。

                                                                                                                                                图8. β1-AAb增强致心律失常性SDA

此外，同时监测整体水平的心房交替。与对照组和比索洛尔组相比，β1-AAb加重了单一区域内的APD交替，增加了致心律失常的CaT交替比率，且相位记录为交替和折返现象的耦合提供了直接证据。

                                                                                                                                          图9. β1-AAb增强致心律失常性心房交替和折返

10. β1-AAb诱导心房Ca²⁺处理异常的潜在机制

在经典范式中，β1-AR信号通路的信号转导依赖于上游激酶对底物的磷酸化。本研究进行了磷酸化蛋白质组学研究，以探索主动免疫模型背后的重要生物学方向。

                                                                                                                                           图10. β1-AAb诱导心房Ca²⁺处理异常的潜在机制

11. 外源性β1-AAb干预诱导HL-1细胞和心房成纤维细胞出现心律失常倾向的细胞表型

外源性β1-AAb干预48小时后，HL-1细胞CaMKII和RyR2明显激活，但阻断β1-AR阻止了这种正向调控。三组间SERCA2α表达差异无统计学意义。比索洛尔消除了β1-AAb诱导的PLB钝化。此外，β1-AAb通过增加α平滑肌肌动蛋白(α-SMA)和胶原蛋白1 (Col 1)的表达，促进了心房成纤维细胞向肌成纤维细胞的表型转化，而比洛尔在一定程度上消除了这种表型转化。

                                                                                                                  图11. 外源性β1-AAb干预诱导HL-1细胞和心房成纤维细胞心律失常倾向的细胞表型

原文链接：

Increased β1-adrenergic receptor antibody confers a vulnerable substrate for atrial fibrillation via mediating Ca2+ mishandling and atrial fibrosis in active immunization rabbit models – PubMed (nih.gov)