心肌纵切面的透射电子显微图。
心肌纵切面的透射电子显微图。(Prof Giorgio Gabella / Wellcome Collection;CC BY 4.0)

用人源窦房结细胞模拟起搏功能

替尔泊肽同时激活胰高血糖素样肽-1(GLP-1)与葡萄糖依赖性促胰岛素多肽(GIP)的受体。临床研究观察到这类药物可使静息心率增加。斯坦福大学(Stanford University)等机构在 Circulation 报道一项人源模型研究,直接考察替尔泊肽如何作用于心脏起搏细胞。

团队将人诱导多能干细胞(iPSC)分化为窦房结细胞,再与同类来源的心脏成纤维细胞按 9:1 混合,形成三维窦房结类器官。模型自发搏动约每分钟 100 次,高于心室肌细胞形成的类器官。窦房结相关标志物的比较来自 2 条 iPSC 细胞系、4 次独立分化。

在多电极阵列上,多巴酚丁胺使类器官搏动加快,伊伐布雷定使其减慢,方向符合预期药理作用。团队随后用同一平台测量替尔泊肽的急性反应。

替尔泊肽使搏动加快,双受体阻断减弱反应

100 nM 替尔泊肽处理 15 分钟后,窦房结类器官的自发搏动频率增加 8.59 ± 1.88%。预先同时加入 GLP-1 和 GIP 受体拮抗剂可减弱这一变化,支持 2 类受体参与模型中的药物反应。

在另一次急性实验中,加入 β 肾上腺素能受体阻断剂普萘洛尔,可随浓度增加减弱替尔泊肽引起的搏动加快。这里的受体阻断和搏动结果均来自体外模型,研究主要解释药物对人源起搏细胞的直接作用。

局部 cAMP 增加与钙循环加快同时出现

团队用荧光共振能量转移(FRET)探针,在窦房结细胞中分别观察细胞膜、肌浆网和胞质的环磷酸腺苷(cAMP)。替尔泊肽使细胞膜和肌浆网的探针信号增加,肌浆网的变化较大;双受体阻断可抑制这种反应。

蛋白定位实验进一步显示,2 类受体与肌浆网上的受磷蛋白(PLN)在空间上接近。钙成像观察到细胞搏动加快,钙信号回落时间常数缩短,提示钙循环更快。

替尔泊肽还提高了受磷蛋白 Ser16 位点的磷酸化水平,双受体阻断可明显压低这一变化。作者据此提出,局部 cAMP 信号和受磷蛋白调节可能促进钙回收,从而影响窦房结细胞的起搏活动。

从急性药物反应继续研究起搏机制

这项研究把三维类器官中的搏动变化,与对应窦房结细胞的受体、局部信号和钙处理结果结合起来。文中还重新分析了既有猪窦房结磷蛋白组资料,作为讨论相关钙调节过程的补充。

实验的主要药物观察窗口为 15 分钟,没有追踪长期暴露,也没有将模型结果与患者心血管结局逐例比较。进一步研究可继续检验不同受体和信号步骤的作用,以及这类药物在更长期条件下的心脏反应。

来源与延伸阅读

  1. Tirzepatide Regulates Pacemaker Function by Modulating cAMP and Calcium Dynamics in Human Sinoatrial Node Cells. Circulation (2026). ↗