研究背景：
胰高血糖素樣肽-1受體激動劑（GLP-1 RAs）是一類用于治療2型糖尿病（T2D）和減輕體重的有效化合物。T2D患者的心血管疾病風險較高，是主要的發病和死亡原因。隨機心血管結果試驗的數據顯示，GLP-1 RAs能顯著降低T2D患者的主要心血管不良事件和全因死亡率。盡管GLP-1 RAs對心血管有益，但是由于臨床慣性、藥物需要皮下注射、給藥增加心率及后者與心血管死亡率相關的不確定性等原因，導致其處方量較低。

GLP-1 RAs的促心率機制可能涉及自主神經系統，但具體機制尚不清楚。嚙齒動物研究表明該反應需要交感神經輸入，但在人類中，靜脈注射GLP-1后并未增加腎上腺素和去甲腎上腺素的血漿濃度，而GLP-1受體存在于竇房結。基于單細胞基因表達的研究表明，GLP-1 RAs的促心率作用可能通過竇房結介導。然而，自主神經系統激活、心臟中GLP-1受體表達與GLP-1 RAs促心率作用之間的關系尚不清楚。

基于此，哥本哈根大學衛生與醫學科學學院生物醫學科學系在Cardiovascular Research雜志上發表題為"Glucagon-like peptide-1 increases heart rate by a direct action on the sinus node"的文章。

使用大型哺乳動物模型研究發現，GLP-1的促心率作用獨立于自主神經系統，而是通過GLP-1受體直接作用于心臟，改變竇房結的電生理特性和心肌細胞Ca²⁺穩態的關鍵蛋白磷酸化狀態實現。

圖解摘要

研究方法：
文中采用多通道電生理標測系統（Electrical Mapping，MappingLab Limited，UK）記錄豬心竇房結的場電位信號，分析了竇房結的最早激活部位以及加入GLP-1、Ivabradine或GLP-1 + Ivabradine的傳導時間、傳導方向等數據。

研究結果：

1、使用GLP-1可增加心率。

在麻醉豬體內，通過兩次連續45分鐘的GLP-1輸注和45分鐘的洗脫，評估GLP-1對心率的影響，結果顯示心率平均增加25 ± 4和21 ± 3次/分鐘。研究還評估GLP-1的主要代謝物GLP-1（9-36）酰胺、及在抑制劑Val-Pyr情況下的效果。結果表明，除了心率增加，GLP-1給藥還增加心輸出量和舒張壓，降低每搏輸出量和全身外周阻力，且這種心率增加不是由血壓下降引起的繼發性反應，而是主要效應。（圖1）

圖1.GLP-1增加麻醉豬的心率，但其代謝物GLP-1（9-36）并沒有增加
 

2、 GLP-1的促心率作用與β或α-腎上腺素能阻滯劑無關。

為了檢驗GLP-1誘導的心率增加是否涉及交感神經系統，我們在第一次（對照）GLP-1輸注后，使用β-或α-腎上腺素能受體阻滯劑重復了GLP-1輸注實驗。在實驗結束時，給予阿托品作為陽性對照。結果顯示，第一次（對照）GLP-1輸注期間心率始終增加，而第二次GLP-1輸注時，無論使用鹽水、β-腎上腺素能阻滯劑、α-腎上腺素能阻滯劑還是聯合阻滯劑，心率增加幅度與第一次輸注相當。受體阻滯劑對血壓無影響，阿托品總是增加心率。因此，GLP-1促心率作用與交感神經系統無關。（圖2）

圖2.GLP-1誘導的心率增加與β或α-腎上腺素能刺激無關
 

3、GLP-1在進行頸部迷走神經切斷術、自主神經節阻滯和 HCN 通道阻滯后仍能增加心率。

為了評估副交感神經系統或自主神經系統是否參與GLP-1誘導的心率增加，我們對麻醉豬進行迷走神經切斷術、Ivabradine阻斷HCN通道或神經節阻滯。迷走神經切斷術后，GLP-1仍然顯著增加心率。Ivabradine注射后，心率恢復到切斷術前水平，但GLP-1仍增加心率。神經節阻滯實驗中，hexamethonium注射后心率顯著增加，加入GLP-1使心率進一步增加30 ± 7次/分鐘，與對照相當。阿托品注射無影響，確認副交感神經系統信號缺乏。因此，副交感神經系統、神經節和HCN通道都不參與GLP-1的促心率作用。

圖3.GLP-1引起的心率增加與自主神經系統或 HCN 通道無關
 

4、GLP-1的促心率作用在離體心臟中存在，并且由GLP-1受體介導。

由于體內藥理實驗無法排除循環因素的影響，我們使用離體心臟灌流裝置評估GLP-1對豬心臟的影響。結果顯示，加入GLP-1增加心率，平均增加12 ± 2次/分鐘，并且這一作用通過GLP-1受體介導。在體內和離體的電生理研究中，GLP-1縮短PQ間期和心房有效不應期（ERP），但對其他電生理參數沒有影響。這些數據表明GLP-1不僅增加心率，還加快從心房到心室的傳導時間。

圖4.GLP-1增加離體灌注豬心臟的心率，這依賴于GLP-1受體，并加快房室結傳導

5、在離體竇房結中，GLP-1縮短動作電位周期長度，這并不依賴與HCN通道改變最早激活的位點傳導。

為了進一步研究GLP-1對竇房結的電生理影響，在離體豬竇房結中持續加入GLP-1、Ivabradine或兩者聯合。GLP-1縮短起搏動作電位周期長度，使心率增加33 ± 6%。它還使竇房結的舒張期去極化電位變陡，并縮短動作電位的持續時間，且這一效果不受Ivabradine的影響。使用64通道電極（MappingLab,UK）對竇房結區域標測顯示，GLP-1組能使最早激活部位移向終嵴和下腔靜脈，但對傳導速度或局部激活時間無影響。這些發現表明GLP-1對起搏細胞有直接電生理作用，與HCN通道無關。

圖5.GLP-1在離體灌注的豬竇房結中縮短周期長度，并將最早激活部位移位，且這種作用不依賴于HCN通道
 

6、GLP-1受體在竇房結起搏細胞中表達。

離體灌注豬心臟的心率顯著增加依賴于GLP-1受體。使用snRNAseq分析顯示，GLP-1受體在竇房結起搏細胞中表達，并與HCN4和CACNA1D等標志物重疊。這為GLP-1受體在豬竇房結起搏細胞中的存在提供了有力證據。

圖6.GLP-1受體定位于豬竇房結中的起搏器細胞
 

7、給予GLP-1藥物可調節竇房結中鈣循環蛋白的磷酸化狀態。

為了研究GLP-1對竇房結磷酸蛋白組的影響，我們在麻醉豬中進行實驗，發現GLP-1輸注增加心率。分析顯示GLP-1誘導鈣信號通路、cAMP信號通路、胰島素信號通路和腎上腺素信號通路中Ca²⁺循環蛋白的磷酸化，特別是通過cAMP誘導的PKA活化。此外，還注意到在鈉鈣交換器1、鈣通道和磷酸二酯酶上的調節磷酸化事件。這些數據表明GLP-1通過這些信號通路調節心率。

圖7.磷酸化蛋白質組學分析表明，注射GLP-1后，豬竇房結中cAMP/Ca²⁺信號通路的調節作用
 

研究結論：
GLP-1通過竇房結起搏細胞中的GLP-1受體對心臟產生直接的促心率作用。它通過鈣信號通路引發PKA依賴性磷酸化，調節與起搏相關的Ca²⁺循環蛋白，導致動作電位形態和主要起搏位置的變化。靶向起搏鈣鐘可能是降低接受GLP-1受體激動劑治療者心率的策略。