カルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼII活性は、実験的およびヒト心不全における慢性β-アドレンセプター遮断中に持続します

背景：かなりの証拠は、カルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼII（CAMKII）の過活動が、過剰なβ-アドレナプセプター（β-AR）刺激を特徴とする心不全（HF）の病態生理（HF）に重要な役割を果たすことを示唆しています。最近の研究では、HFにおける有害なβ-ARシグナル伝達の下流のメディエーターとしてのCAMKIIを提示するβ-ARシグナル伝達とCAMKII活性化の間の有意なクロストークが示されています。この研究では、ヒトおよび実験的HFにおけるCAMKII活性に対する慢性β-ARブロッカー治療の効果を調査しました。 方法と結果：β-ARブロッカーで治療された心臓手術を受けている心臓手術（n = 12）を受けている末期HF患者（n = 12）および非HF被験者からの心筋の免疫ブロット分析では、非β-ARブロッカー治療患者と比較した場合、CAMKII活性の差は明らかになりませんでした。CAMKII活性は、CAMKII発現、自己リン酸化、酸化の分析と、CAMKII下流の標的のリン酸化状態を調査することによって判断されました。これらの所見をさらに評価するために、CamkiiΔCトランスジェニックマウスをβ1-ARブロッカーメトプロロール（270 mg/kg*d）で処理しました。メトプロロールは、導入遺伝子関連の死亡率を有意に減少させ（N≥29; P <0.001）、心肥大の発生（-14±6％心臓重量/脛骨長; P <0.05）を減衰させ、脳室性不整症（-70±22％の前脳室収縮; P <0.05）を強く減少させました。分子レベルでは、メトプロロールは、プロテインキナーゼA依存性ホスホランバンおよびリアノジン受容体2のリン酸化を予想して減少させました（P-ホスホランバン-S16の-42±9％およびP-リアノジン受容体2-S2808; P <0.05の-22±7％）。ただし、これは、CAMKIIの自己リン酸化、酸化、および基質結合の減少、またはCAMKII下流標的タンパク質のリン酸化の変化（N≥11）の変化によっても類似していませんでした。β-ARブロッカー処理によるCAMKII変調の欠如は、メトプロロールを投与された健康な野生型マウスで確認されました。 結論：患者およびCamkii誘発HFのマウスモデルにおける慢性β-ARブロッカー療法は、CAMKII活性の変化とは関連していません。したがって、我々のデータは、β-ARブロッカーの分子効果がCAMKIIの変調に基づいていないことを示唆しています。したがって、CAMKIIを直接標的とすることで、β-AR遮断に加えてHF療法がさらに改善される場合があります。

BACKGROUND: Considerable evidence suggests that calcium/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) overactivity plays a crucial role in the pathophysiology of heart failure (HF), a condition characterized by excessive β-adrenoceptor (β-AR) stimulation. Recent studies indicate a significant cross talk between β-AR signaling and CaMKII activation presenting CaMKII as a possible downstream mediator of detrimental β-AR signaling in HF. In this study, we investigated the effect of chronic β-AR blocker treatment on CaMKII activity in human and experimental HF. METHODS AND RESULTS: Immunoblot analysis of myocardium from end-stage HF patients (n=12) and non-HF subjects undergoing cardiac surgery (n=12) treated with β-AR blockers revealed no difference in CaMKII activity when compared with non-β-AR blocker-treated patients. CaMKII activity was judged by analysis of CaMKII expression, autophosphorylation, and oxidation and by investigating the phosphorylation status of CaMKII downstream targets. To further evaluate these findings, CaMKIIδC transgenic mice were treated with the β1-AR blocker metoprolol (270 mg/kg*d). Metoprolol significantly reduced transgene-associated mortality (n≥29; P<0.001), attenuated the development of cardiac hypertrophy (-14±6% heart weight/tibia length; P<0.05), and strongly reduced ventricular arrhythmias (-70±22% premature ventricular contractions; P<0.05). On a molecular level, metoprolol expectedly decreased protein kinase A-dependent phospholamban and ryanodine receptor 2 phosphorylation (-42±9% for P-phospholamban-S16 and -22±7% for P-ryanodine receptor 2-S2808; P<0.05). However, this was paralled neither by a reduction in CaMKII autophosphorylation, oxidation, and substrate binding nor a change in the phosphorylation of CaMKII downstream target proteins (n≥11). The lack of CaMKII modulation by β-AR blocker treatment was confirmed in healthy wild-type mice receiving metoprolol. CONCLUSIONS: Chronic β-AR blocker therapy in patients and in a mouse model of CaMKII-induced HF is not associated with a change in CaMKII activity. Thus, our data suggest that the molecular effects of β-AR blockers are not based on a modulation of CaMKII. Directly targeting CaMKII may, therefore, further improve HF therapy in addition to β-AR blockade.