本文作者为中国医院PICU杨妮和刘春峰，本文已经发表在《儿科学大查房》年第七期。
综述目的β-肾上腺素能受体（β-adrenoceptor，β-AR）在心脏功能的调节中发挥重要作用。在已知β1、β2亚型的基础上，人类在20世纪80年代末又发现了第三种亚型——β3-肾上腺素能受体（β3-adrenoceptor，β3-AR）。
综述方法对近期与β3-AR、心脏功能调节等相关的文献进行检索与回顾，总结β3肾上腺素能受体在心脏功能调节中的作用。
最新进展无论在心肌细胞水平还是在心脏水平，许多研究都已证明激动β3-AR会产生负性肌力作用。β3-AR具有特殊药理学性能，故其在儿茶酚胺长期刺激导致的心肌重塑中能够发挥调节作用。β3-AR水平如果太高，则可引起衰竭心脏功能下降。
总结在心脏中发现β3-AR为心血管疾病的研究开启了一个新领域。在所有心血管病理状态下，β3-AR均增高，这说明其在这些疾病中发挥了不容忽视的作用。
引言
β-肾上腺素能受体（β-adrenoceptor，β-AR）在心脏功能的调节中发挥重要作用。在已知β1、β2亚型的基础上，人类在20世纪80年代末又发现了第三种亚型——β3-肾上腺素能受体（β3-adrenoceptor，β3-AR）。β3-AR与β1-AR、β2-AR分别有51%和46%的同源性，但其分子结构和药理学特性又不同于前两种亚型。早期研究发现β3-AR主要存在于脂肪细胞表面，而后越来越多的研究证实β3-AR在人体多种脏器中均有分布，如心脏、胆囊、胃肠道、前列腺、膀胱、脑及子宫肌层[1]。本文主要就β3-AR在心脏中的作用机制进行系统回顾。
β3-AR的基本结构和功能
β3-AR与β1-AR、β2-AR均属7次跨膜的G蛋白偶联受体，均有7个22~28个氨基酸组成的跨膜区，包含3个胞内环和3个胞外环。N末端在细胞外并被糖基化，C末端在细胞内。在第2和第3个胞外环中，Cys和Cys的双硫键区是β3-AR与配体结合和激活受体的重要位点；第4个胞内环的Cys是棕榈酰化区，β3-AR激动剂能够激活此处的腺苷酸环化酶[2,3]；第3~6个跨膜区是配基结合的关键性位点；第7个跨膜区参与了兴奋性G蛋白的激活过程。
年，人类β3-AR基因被成功克隆出[4]，之后大鼠、小鼠、牛、猴、狗[5]、绵羊和山羊[6]β3-AR基因也先后被克隆出。人类β3-AR基因定位于第8对染色体上，大鼠β3-AR基因和人类有79%的同源性，其中，跨膜区域同源性最高（94%），C末端及第三个细胞内同源性最低。与β1-AR、β2-AR不同的是，β3-AR基因序列中包含内含子，早期研究在外显子和内含子的数目方面存在争议。目前被广泛接受的是，编码人类β3-AR的基因结构包含2个外显子和1个内含子，第1个外显子编码所有7个跨膜区蛋白的个氨基酸残基，第2个外显子则编码羧基端的6个氨基酸残基及整个mRNA3’端的非翻译序列[7,8]，相似的结构在狗和猴子中亦被发现[9,10]。在大鼠和小鼠中，编码β3-AR的基因包含3个外显子和2个内含子[11]。第1个外显子编码第1个氨基酸。在大鼠中，第2个外显子编码C末端最后12个氨基酸。大鼠组织表达了两种β3-AR亚型，分别由和个氨基酸组成[12]。在小鼠中，第2个外显子的两个不同拼接位点也导致了两种亚型的产生，即β3a-AR和β3b-AR，β3b-ARmRNA在小鼠不同组织中表达量不同，在下丘脑和白色脂肪组织中表达量高于β3a-AR，在回肠平滑肌和褐色脂肪组织中表达量低于β3a-AR[13]。
β3-AR的调节特点与β1-AR或β2-AR亦不同。β1-AR或β2-AR激动剂的脱敏现象与特定受体的磷酸化、解耦联和内化相关。β1-AR、β2-AR在C末端含有丝氨酸或苏氨酸残基,可作为G蛋白偶联受体激酶的底物和环腺苷酸（cAMP）依赖性蛋白激酶A（PKA）磷酸化的协同序列；β3-AR缺乏PKA磷酸化位点,且在C末端含有的丝氨酸或苏氨酸残基较少,因此其可抵抗激动剂短期刺激引起的受体失敏。有研究表明，β2-ARC末端，第2和第3个细胞外区域的序列是导致脱敏的主要因素[14,15]。在人类子宫肌层中，β2-AR长期暴露于沙丁胺醇可诱发功能性失敏，持续刺激β3-AR并不能改变其功能效应，β3-AR连接位点数在治疗后亦未发生改变[16]。这些研究结果提示，在长期交感神经系统激活下，β1-AR或β2-AR对β-AR激动剂的反应性下降，甚至消失时，β3-AR仍能够保持其活性。
β3-AR的药理学特性
近年来，多种β3-AR激动剂和阻滞剂应用于β3-AR的研究中，然而它们的特异性有待商讨，且目前缺少统一的方法对这些药物的种类、功能和调控作用进行评估[17]，物种间的变异和实验条件的不同也决定了β3-AR在体内和体外药理学特点的复杂性。
β3-AR激动剂
与β1-AR或β2-AR相比，激活β3-AR需要更高的儿茶酚胺浓度（大约1μmol/L）[18]，这提示在交感紧张度增高时，β3-AR会被激活。β3-AR激动剂分为两类：第一类是苯乙醇胺类药物，包括BRL、SR和CL，而且BRL和SR对β1-AR或β2-AR也有低亲和力；第二类是芳香羟基丙醇胺类药物，包括CGPA、氰化吲哚洛尔和L-，有研究表明，L-对克隆的人类和猕猴β3-AR的激动作用是另两种药物的倍[19]。近期有学者报告，第三代β-AR阻滞剂奈必洛尔对β3-AR有激动样作用[20,21]，此药物在改善转基因大鼠心脏舒张功能不全和心肌重塑上可发挥作用[22]。
β3-AR阻滞剂
β3-AR可被非选择性β-AR拮抗剂布拉洛尔阻滞[23]，和β3-AR激动剂一样，拮抗剂的亲和力在不同物种、不同组织中亦不同。SRA在啮齿动物中具有选择性β3-AR拮抗剂作用，然而其在人体内是否具有选择性拮抗作用尚未得到证实[24]。另两个人类β3-AR选择性拮抗剂L-和L-，在啮齿动物体内亲和力非常低[25]。
β3-AR在心脏中的作用
β3-AR在心脏中的表达
在不同物种中，β3-AR在心脏中的表达量和功能不尽相同[26]。正常情况下，人类心脏β1-AR的表达量约为70%~80%，β2-AR为20%~30%，β3-AR相对较少。研究发现，在心肌缺血和扩张型心肌病患者中，心室肌中β3-AR的蛋白表达量上升[27]，相似的情况还出现在犬的衰竭心肌[28]，脓毒症患者的心室肌和脂多糖（LPS）处理的鼠心肌[29]，以及链脲霉素诱导糖尿病大鼠的心肌中[30]。以上结果均提示，在病理状态下心脏内β3-AR出现了高表达，这可能是由于此时组织或循环中的高儿茶酚胺水平激活了β3-AR。
β3-AR的心脏电生理作用
β3-AR介导负性肌力作用的机制目前尚不清楚，有研究显示，兴奋收缩偶联和跨膜离子通道参与了β3-AR的调控作用。在犬和大鼠的心肌细胞及跳动的荷兰猪心脏中，BRL诱导的负性肌力作用与其抑制L型钙通道及细胞内钙瞬变的幅度相关[31,32]。在兔心室肌细胞中，激动β3-AR时出现了L型钙通道抑制，同时出现了与一氧化氮（NO）通路有关的钾离子电流的增强，上述两种变化共同导致了心室肌复极相的加速和心肌收缩力的降低[33]。相似的研究发现，β3-AR激动剂激活了心脏的钠钾泵（Na+/K+泵），导致细胞内钠离子（Na+）减少，进而Na+-钙离子（Ca2+）交换引起Ca2+外流增加，最终降低了细胞内肌浆网对Ca2+的摄取[34]。而在人类心房组织中，β3-AR激动后L型钙通道电流增强会出现，且此作用在室温下明显[35]，在生理体温时消失[36]。
β3-AR对心肌收缩力的调控及相关信号通路
无论在心肌细胞水平还是在心脏水平，许多研究都已证明激动β3-AR会产生负性肌力作用。Audigane等[33]研究发现，多种β3-AR激动剂在兔心室肌细胞内介导的负性肌力作用是浓度依赖性的，且该作用与β3-AR激动剂抑制L型钙通道及细胞内钙瞬变的幅度有关，该作用的产生至少部分由于Gi/0和NO通路被激活，相似的作用通路在人类和犬类的研究中亦有报告[37,38]。Imbrogno等[39]报告，β3-AR在分离的鳗鱼心肌组织可诱导负性肌力作用，该作用在Gi蛋白抑制剂百日咳毒素的干预下消失。在大鼠离体灌流的心脏中，BRL诱导的浓度依赖性负性肌力作用不能被纳多洛尔（一种β1-AR或β2-AR阻滞剂）阻断，但能被SRA和L-阻断[40,41]，且这种负性肌力作用是通过激活NO-cGMP（cCGP）-蛋白激酶G（PKG）通路完成的[41]。Mazza等[42]首次报告了蛙的心脏内存在β3-AR，激动β3-AR产生的负性肌力作用是通过Gi/0蛋白和心内膜内皮-NO-cCGP-PKG/PDE2级联反应实现的。以上这些研究均提示NO-cGMP-PKG可能是β3-AR的下游信号转导通路。Zhang等[32]的研究结果显示，与正常心肌细胞相比，增加β3-AR激动剂BRL的浓度可更明显下调心力衰竭大鼠心室肌细胞中L型钙通道的电流，该作用可部分地被一氧化氮合酶（NOS）抑制剂L-NAME所拮抗，这提示β3-AR激活后可能部分地通过NOS/NO通路调控心肌细胞L型钙通道。Moniotte等[29]的研究也显示，在血清脂肪酶（LPS）激活的巨噬细胞条件培养基中，β3-AR激动剂诱导的心肌细胞负性肌力作用仅部分地被NOS抑制剂所拮抗，所以除NOS/NO外，其他信号转导通路也可能参与了β3-AR诱导的负性肌力作用，即非NO依赖途径[32]。
在人类心房组织中，Kaumann等[43]未观察到β3-AR激动剂BRL诱导的负性肌力作用，然而特异性人类β3-AR单克隆抗体检测到人类心房组织心肌细胞中有阳性表达，这说明β3-AR在人类心房中亦有表达[44]。研究显示BRL可以增加人类右心房小梁的收缩力，然而这一作用在纳多洛尔的作用下可消失，这提示BRL在人心房肌中是通过激活β1-AR或β2-AR发挥作用的[45]。这一现象可能与心房和心室中β3-AR与不同的G蛋白偶联相关。
β3-AR与NOS
现已证实心脏中有三种NOS亚型，内皮型NOS（eNOS），神经元型NOS（nNOS）和诱导型NOS（iNOS）。eNOS和nNOS在心脏中功能性地表达，而iNOS仅在病理状态下表达。大量研究显示，三种NOS亚型均在心血管疾病中发挥作用，但其与β3-AR的关系尚不明确。β3-AR的抗肾上腺素能作用最初被认为与eNOS释放的NO有关。然而近年来的研究显示，在一些情况下，增加的NO也有可能来源于其他两种NOS，即iNOS和nNOS。
在人心肌组织中使用β3-AR激动剂BRL后，首次证实β3-AR在人类心脏中可功能性表达。其负性肌力作用与抑制性Gi蛋白，NO释放和cGMP水平增加相关。BRL诱导的负性肌力作用可被非选择性NOS抑制剂L-NAME和L-NMMA所抑制，在给予足量的NOS底物左旋精氨酸（L-Arg）后负性肌力作用又获得恢复。免疫化学荧光染色显示左心室表达的是eNOS而非iNOS，这提示eNOS和β3-AR之间存在相关性[46]，eNOS在左心室中被激活主要是由于Ser的磷酸化作用[47]。对鼠心肌进行研究获得一致结论，BRL刺激NO释放，进而调节eNOS活性，该作用是特异性β3-AR激动的结果，因为该作用在β3-AR基因敲除的小鼠（β3-/-）中消失[48]。
nNOS定位于肌浆网，可能通过S-亚硝基化激活肌浆网上的Ryanoding受体（RyRs）。在心力衰竭患者、自发性高血压大鼠以及大鼠和小鼠心梗模型中，均已证实心肌nNOS表达增加。在基础条件下，药理性抑制nNOS会增加大鼠左心室收缩力，延长左心室等容舒张期，然而在心梗后心力衰竭的心肌中，这一作用明显减弱[49]。相反，抑制nNOS可增加衰竭心脏对β-AR激动的反应，却对正常心脏无影响，这提示心肌nNOS的激活与心力衰竭时对β-AR激活的反应下降相关。这一作用应是心力衰竭时心脏对儿茶酚胺过多的一种代偿性保护作用。Saraiva和Dawson等[50,51]发现，与野生（WT）小鼠相比，nNOS基因敲除小鼠在心梗后左室重构更严重。另有研究显示，在糖尿病和老年大鼠模型中，β3-AR通过调节源于nNOS的NO发挥作用[52]。Niu等[53]的最新研究表明，在慢性压力负荷条件下，同样给予β3-AR激动剂后，与心肌肥厚及心力衰竭相比，nNOS基因敲除小鼠心肌肥厚及心力衰竭更为严重。
有关β3-AR作用与iNOS关系的研究还非常有限。Visigalli等[54]发现，肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1β、γ-干扰素或脂多糖通过激活核因子-κB（NF-κB）促进左旋精氨酸（L-Arg）转运，上调iNOS基因表达，以及激活iNOS。Maffei等[55]的研究显示，β1-AR阻滞剂奈必洛尔具有β3-AR激动剂作用，增加NO释放为iNOS依赖，而非eNOS和nNOS依赖，β3-AR拮抗剂SRA抑制奈必洛尔在体外诱导的NO释放和iNOS表达。上述结果提示β3-AR也有可能通过iNOS发挥作用，但这还需要更多的研究来证实。
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