心血管疾病(CVD)是全球人类死亡的主要原因，据统计，2020年全球约有1900万人死于CVD,比2010年增加了18.7%[1]。预计到2030年，因CVD死亡人数将增加到2300万[2]。因此，CVD的防治仍然是心血管领域的重要难题。肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system, RAS)是调节心血管系统稳态的主要途径之一，对维持心血管系统的正常功能、电解质和体液平衡，以及在血压调节中均发挥重要作用。因而RAS的失调与CVD的发生发展密切相关。在RAS过度激活的情况下，其主要生物活性物质血管紧张素II(angiotensin II,Ang II)显著增加，而Ang II与心脏中的血管紧张素II-1型受体(angiotensin II type 1 receptor, AT1R)结合后，可以通过激活下游的G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor, GPCR)信号通路，促进心肌细胞增生和胶原合成、促进心肌重塑、增加炎性反应和活性氧(ROS),进而影响心肌细胞的收缩和舒张功能[3]。因而，Ang II参与了心律失常、高血压、心力衰竭(HF)等疾病的发生发展。

AT1R还可以激活β-arrestin信号通路促进相关信号转导，β-arrestin信号通路发挥了不同于GPCR介导的心血管反应，例如，增加心肌细胞收缩力[4]、降低心率[5]、改善心脏结构和功能[6]、减少心肌细胞凋亡[7]等。而靶向AT1R偏向激动β-arrestin信号通路的配体(如TRV027、TRV023、TRV067等),能够通过偏向激活β-arrestin信号通路发挥上述作用。本文就AT1R在心脏中的作用机制进行回顾分析，并对其偏向性配体与β-arrestin信号通路之间的关系以及在CVD中的研究进展进行综述。

1、 AT1R介导的经典G蛋白相关信号通路参与心脏和血管组织的结构和功能变化

AT1R作为经典的GPCR,在心脏、血管、肾脏、脑等器官和组织中广泛表达。AT1R主要通过与Ang II结合在心血管系统中发挥作用，Ang II与AT1R结合后，可以引起GPCR相关信号通路的功能变化：AT1R与异源三聚体G蛋白(Gq、Gi、G12和G13) 相互作用，产生包括三磷酸肌醇、二酰基甘油和ROS等物质在内的第二信使，后者导致下游效应物、磷脂酶C、A和D的激活。上述信号通路在不同的组织发挥着不同的作用。在HF患者中，AT1R通过与Gq偶联激活烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，从而增加ROS的产生，ROS对心肌Ca2+处理产生负面影响，导致心律失常的发生，同时，该作用机制通过诱导心肌细胞肥大信号传导、细胞凋亡和坏死来促进心脏重塑[8,9]。因而GPCR信号通路可以参与HF所致的心脏损伤并与HF患者发生心律失常密切相关。在血管平滑肌细胞 (vascular smooth muscle cells, VSMC) 中，GPCR信号通路中的第二信使通过磷酸化激活A解整合素和金属蛋白酶17(ADAM17),导致表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)配体脱落，并激活EGFR,进而通过Ras/Raf/MEK/ERK通路和PI3K/Akt-PKB/mTOR通路促进VSMC的肥大、增殖和迁移，导致血管舒缩功能障碍[10,11,12]。GPCR信号通路还可以通过Gq/11Ca2+-敏感肌球蛋白轻链激酶的激活和G12/13Rho/Rho-激酶介导的肌球蛋白的抑制来调节收缩轻链磷酸酶的功能，从而影响VSMC的舒缩功能[13]。可见在血管中，GPCR信号通路的激活与血管的收缩有显著的相关性。

在高血压及HF等CVD中，Ang II的异常表达，将通过与AT1R相关的经典的GPCR信号通路的功能改变来引起心脏及血管等组织的病理变化。目前临床上常用的治疗HF及高血压的药物血管紧张素受体阻滞剂(Angiotensin receptor blockers, ARB),就是基于ARB能够阻断AngⅡ与AT1R的结合， 从而阻断AT1R所介导的GPCR信号通路，最终抑制或改善因Ang II过度兴奋导致的诸多不良作用，例如ARB类药物能够降低肺毛细血管楔压及平均肺动脉压，扩张血管，减轻全身血管阻力， 降低心脏前负荷， 增加心排血量等[14]。因此，Ang II、AT1R及下游的GPCR通路仍然是研究CVD治疗中的重要靶点，寻找新的针对以上靶点的药物及相关信号通路依然是心血管领域研究的重点。

2、 AT1R介导的β-arrestin相关信号通路与经典的G蛋白相关通路的关系

近年来研究发现，AT1R与Ang II结合后，除了激活经典的GPCR信号通路外，也可激活β-arrestin信号通路[15]。其胞内丝氨酸、苏氨酸残基被GPCR激酶快速磷酸化，AT1R激活β-arrestin通路后，被磷酸化的受体与β-arrestin特异性结合，使得活化的AT1R与相关G蛋白的脱敏和解偶联[16,17,18]。AT1R激活β-arrestin后能够与其形成长效复合物，其后复合物进入核内体，减缓了受体再循环的速度，最终导致质膜上的GPCR密度和信号转导的下降，这个过程被称为受体的内化[19]。因此能够激活β-arrestin相关通路的物质及药剂也可以被认为是GPCR信号转导的抑制剂。

传统的AT1R阻滞剂ARB可同时阻断G蛋白和β-arrestin信号通路[20]。而作为新型的AT1R偏向配体，TRV027被证明能够竞争性拮抗Ang II激活的G蛋白信号传导，同时激活β-arrestin信号通路，这种偏向性配体可能在CVD状态下是一种潜在的治疗靶点[21]。类似地，Monasky[22]等研究发现， 在使用皮下渗透泵将Ang II泵入大鼠体内制备的心肌肥厚大鼠模型中，将TRV023(也属于AT1R的偏向配体)经渗透泵输注至大鼠体内可阻断AT1R激活的G蛋白偶联信号通路、减轻左室质量和降低左室前后壁厚度，改善Ang II介导的心肌肥厚，同时激活了β-arrestin信号传导、调节多种肌丝翻译后修饰并增强肌丝对Ca2+的反应性，并且这种作用可能优于氯沙坦。这说明与传统的ARB类药物相比，AT1R偏向性配体(TRV027、TRV023等)可以阻断G蛋白偶联通路、竞争性抑制Ang II引起的不良心血管反应，同时激活β-arrestin信号转导，保留了β-arrestin信号通路在CVD中的保护作用。目前发现存在于心脏中的β-arrestin主要有两种亚型，即β-arrestin 1和β-arrestin 2。然而，每种β-arrestin亚型在不同CVD和组织中发挥的作用存在差异，具体作用将在后文详述。

3、β-arrestin信号通路及AT1R偏向性配体对CVD的影响

3.1 β-arrestin信号通路、TRV027与高血压

高血压与RAS的过度激活密切相关：异常表达的Ang II通过与肾脏、血管平滑肌和血管内皮等组织中的AT1R结合，促进血管收缩、水钠潴留，导致血压升高，而经典的ARB类降压药就是基于能够阻断AT1R的上述作用来发挥降低血压的作用。近年来研究发现，新型的AT1R偏向性配体及β-arrestin相关信号通路在血压调节方面也发挥着重要作用。Violin[23]等研究表明，作为偏向激动β-arrestin信号通路的AT1R配体，TRV027能够竞争性拮抗Ang II介导的血管收缩作用，降低Ang II刺激引起的高血压大鼠的平均动脉压。Zanaty[24]等在盐敏感性高血压小鼠模型中给予小鼠脑室内输注TRV027,结果表明TRV027可以通过增加小鼠对水的摄入量而减少对盐水的摄入量，即增加了小鼠对盐的厌恶来降低血压，该研究推测这种作用可能是由β-arrestin介导的。另一项研究用渗透微量泵将TRV027(20ng/h, 连续14d)分别输送至自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rat, SHR)和魏-凯氏大鼠(Wistar Kyoto rats, WKY)侧脑室中，结果显示与WKY组相比，输注TRV027的SHR的平均动脉压和收缩压降低、迷走神经张力增加、外周血管对Ang II的反应性降低，表明TRV027可以显著降低由于RAS异常所致的大鼠的血压升高和改善自主神经系统障碍，其发挥降压作用的机制可能是TRV027偏向性激活了中枢内AT1R介导的β-arrestin信号通路[25]。而王涛[5]等还发现在SHR延髓腹外侧部(大脑的心血管调节区域之一)过表达β-arrestin 2可以降低SHR的血压和肾交感神经活动。Soergel[26]等前期的临床研究结果也显示，在健康志愿者中输注TRV027是安全且耐受性良好的，另一方面，TRV027可以降低RAS激活(即血浆肾素活性升高)的健康志愿者的平均动脉压。以上研究表明，β-arrestin通路及AT1R偏向性配体TRV027能够通过影响自主神经功能、血管功能参与血压的调节。因此，后续还需进行大量的研究来探索β-arrestin通路及TRV027在血压调节中的具体作用机制，为高血压的治疗提供新的作用靶点。

3.2 β-arrestin信号通路、TRV027与HF

由于β-arrestin可以调节GPCR介导的信号转导，β-arrestin相关通路的激动或抑制也已成为HF的潜在治疗靶点。Boerrigter[27]等发现，在HF犬中，静脉输注TRV027降低了平均动脉压、右心房压和肺毛细血管楔压、全身和肾血管阻力，并增加了心输出量和肾血流量，减轻了HF的容量负荷。Boerrigter[28]等还发现，与单独使用呋塞米治疗HF犬相比，呋塞米和TRV027的联合使用降低了HF犬平均动脉压、全身血管和肺血管阻力，以及心房利钠肽水平，而对照组和TRV027干预组的尿流量和尿钠排泄率无显著差异，即TRV027通过减少回心血量并降低外周血管阻力从而改善了HF程度。以上两项研究均表明TRV027能够通过抑制Ang II介导的血管收缩、激活β-arrestin信号通路，并增加了心肌细胞的收缩性，从而改善了HF犬的心脏功能。

研究表明，在心肌梗死(myocardial infarction, MI)后HF小鼠中，过表达β-arrestin 2可以显著改善心脏功能、细胞凋亡程度、炎症反应和梗死后的不良重塑[29]。Kashihara[30]等研究发现TRV027对未成熟心肌细胞可以产生长效正性肌力作用，机制是通过AT1R/β-arrestin/ L型Ca2+通道途径增强新生HF小鼠的心肌细胞收缩力，显著提高左室射血分数，而对心率、耗氧量、ROS的产生和醛固酮分泌的影响很小，说明TRV027可以在改善新生HF小鼠的心输出量的同时使对心脏的进一步损害最小化，因此可能成为一种有价值的治疗小儿HF的特异性药物。而一项关于急性心力衰竭中血管紧张素受体偏向性配体的研究(Biased Ligand of the Angiotensin Receptor Study in Acute Heart Failure, BLAST-AHF)[31]研究也证实了低剂量的TRV027可以降低基线收缩压水平较高的HF患者180d的全因死亡率、心血管死亡和HF再住院等事件的发生风险，表明了TRV027在HF患者中具有一定的安全性，并且对基线收缩压较高的HF患者可能具有一定的益处。因此，β-arrestin信号通路及AT1R偏向性配体在HF中的作用不可忽视，有望成为研究HF治疗的潜在靶点，未来还需要更多的研究深入地探索AT1R介导的β-arrestin信号通路及偏向性配体在HF的治疗过程中发挥的具体作用。

3.3 β-arrestin信号通路与MI

MI是严重危害人体健康的CVD之一，可以导致患者猝死，其预后和梗死范围的大小、侧支循环的建立以及治疗是否及时有关。近年来研究发现，β-arrestin信号通路对心梗后的梗死面积、心脏功能有一定的影响。有研究表明，卡维地洛能够减轻MI大鼠心肌坏死和炎性细胞浸润，抑制MI引起的左心室舒张末期压力升高和左心室收缩末期压力降低，从而改善心脏功能，其机制可能与其增加MI后非梗死区心肌组织中β-arrestin 2的表达有关[32]。Ishizuka[33]等发现，采用结扎左前降支动脉诱导MI小鼠模型4周后，与对照组相比，心肌细胞特异性趋化因子受体7(CXCR7)敲除小鼠的心脏重量与胫骨长度比、左心室舒张末期容积、收缩末期容积升高更显著，说明心肌细胞中CXCR7的缺失加剧了MI后的心脏扩张和收缩功能障碍，潜在机制可能是CXCR7激活了心肌细胞中的β-arrestin信号通路，从而在MI小鼠中发挥了一定的心脏保护作用。另外有研究显示，MI后HF小鼠心脏过表达β-arrestin 2可显著改善心脏功能、细胞凋亡和梗死后的不良重塑[29]。类似地，胰高血糖素样肽激动剂Exendin-4能够通过激活β-arrestin 2来减小急性MI后大鼠梗死面积、改善左室功能并减轻远端心肌的不良重塑能力[34]。而Bathgate-Siryk[35]等发现，β-arrestin 1的缺失减小了MI面积、减弱了细胞凋亡和纤维化，并提高了梗死后小鼠的存活率。以上研究表明β-arrestin 1在MI中发挥了负作用，而β-arrestin 2在MI后则发挥了保护作用。这说明心脏组织中的β-arrestin 1和2可能在调节心脏功能和结构方面发挥了相反的作用，其具体机制尚不明晰。未来还需进行更多的实验研究来探索具体机制。

4、小结及展望

靶向AT1R偏向激活β-arrestin信号通路已经成为研究CVD当前领域的热点之一。基于AT1R的偏向性配体能够部分阻断Ang II的作用，独立激活β-arrestin信号通路，其特异性的偏向性配体TRV027、TRV023等药物已被证实能够在HF或者高血压患者的心脏中发挥保护作用。但由于β-arrestin在心脏及血管等组织中的亚型的功能及分布不同，而且在MI中发挥的作用尚存在争议，未来仍需要更多的、深入的研究来探索β-arrestin在心脏中的具体作用及详细机制。

参考文献:

[14]国家卫生计生委合理用药专家委员会,中国药师协会.心力衰竭合理用药指南(第2版)[J].中国医学前沿杂志(电子版),2019,11(7):1-78.

基金资助:兰州大学第二医院“萃英科技创新”应用基础研究-面上项目(CY2021-MS-A13);国家自然科学基金(81960086)~~;

文章来源:陈馨嵘,范鑫,龙章佑等.靶向AT1R及β-arrestin信号通路在心血管疾病中的研究进展[J].心血管康复医学杂志,2023,32(05):492-496.