类风湿关节炎（RA）是常见的系统性的自身免疫病,发病时交感神经兴奋,激活炎症免疫反应,产生大量促炎细胞因子,包括白细胞介素（IL）-1、IL-6、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等,引起关节炎症。RA除了慢性、进行性的、破坏性的滑膜炎表现外,还累及全身多个内脏器官,例如心、肺、肾和消化道等。虽然现在已经有多种治疗手段,但RA患者的死亡率仍远高于一般人群,最主要的原因为心血管系统受累,最终导致心功能障碍。RA患者在纠正了缺血性心脏病、流行病学和传统的心血管疾病危险因素后仍不能降低心力衰竭（HF）发生风险。对600多例RA患者的研究发现,在RA确诊前,部分患者就已经出现心功能障碍,且不能用传统的心血管疾病危险因素来解释。因此认为,RA患者本身的慢性炎症免疫反应和神经体液系统的过度活化在心血管疾病的发生发展中发挥了重要作用。目前认为,RA患者红细胞沉降率和类风湿因子阳性,多种促炎细胞因子高表达,导致免疫细胞活化、脂代谢紊乱、氧化应激、血管内皮功能障碍等,促进动脉粥样硬化（AS）的发展,最终引起心脏功能障碍,上述机制被认为是RA心功能障碍发生的重要原因。脂蛋白相关磷脂酶A2（Lp-PLA2）是AS的新炎症标志物,可直接准确反映血管内炎症的程度,并可作为一个AS的动态监测指标。然而文献报道,Lp-PLA2活性在确诊的RA患者中并没有明显升高。此外,临床上免疫抑制剂如甲氨蝶呤等的使用或促炎细胞因子的中和治疗如TNF-α抑制剂等,虽然能较好的抑制炎症因子,改善关节病变,但HF的发生仍不能得到很好控制,提示RA患者的早期心脏损害可能发生在炎症导致的AS之前,具体发病机制仍不清楚。迄今为止,对于RA心脏病的研究主要为临床回顾性调查,RA动物模型的心功能变化情况未见报道。本课题以胶原性关节炎（CIA）大鼠为研究对象,观察其心功能以及主要兴奋收缩偶联相关分子肌钙蛋白I（TnI）的动态变化情况,检测病程不同时期心肌组织β₁肾上腺素受体（β₁AR）及其主要调节分子G蛋白偶联受体激酶2（GRK2）和β-arrestin2的表达和分布,同时监测大血管壁AS的发生情况,为RA心脏病的基础研究提供动物模型支持,并初步揭示RA早期心功能障碍的发生机制。目的:观察大鼠CIA心功能障碍出现的病程,揭示CIA大鼠早期心功能障碍的发生机制。方法:建立大鼠CIA模型,观察全身表现评分、关节炎指数、关节炎肿胀数和继发侧足爪肿胀度等整体指标;根据关节炎症的发展过程于造模后D0、D14、D28、D35、D49、D63、D90分别用生物机能实验系统记录CIA大鼠的血流动力学数据,和小动物超声成像系统观察麻醉下CIA大鼠心脏舒张和收缩功能变化（PW多普勒模式下检测心脏舒张功能,B和M模式下检测心脏收缩功能）,采用超声成像系统检测关节的血流情况以及腹主动脉和颈动脉的血管中内膜厚度;于造模后不同时期处死大鼠,进行心脏称重;H&E染色评价关节和心脏的病理变化;Masson染色评价心肌组织纤维化程度;免疫印迹法检测心肌组织中GRK2和β-arrestin2表达水平;免疫荧光法检测心肌组织中β₁AR表达和分布以及β₁AR的S312位点磷酸化情况;流式细胞术检测外周血T、B淋巴细胞中GRK2的表达水平和分布;ELISA法检测大鼠血清中肾上腺素和Lp-PLA2含量;油红O染色观察胸主动脉AS的发生。结果:1.CIA大鼠病程不同时期关节炎症整体指标的变化与正常大鼠相比,CIA大鼠注射对侧足爪在造模后D14左右开始出现肿胀,D28关节炎症达到高峰;CIA大鼠体重从D14开始逐渐减轻,D35左右体重开始缓慢恢复,但仍显著低于正常组大鼠。全身表现评分、关节炎指数、关节炎肿胀数和继发侧足爪肿胀度在D28左右也达到最高值,D35之后渐渐回落,关节炎症逐渐消退,D90继发侧关节肿胀基本消退,但原发侧足爪仍有轻度肿胀。2.CIA大鼠病程不同时期关节病理学变化CIA大鼠关节H&E染色显示从D14开始,关节出现滑膜细胞异常增殖、炎性细胞浸润、血管翳形成、炎症和骨质侵蚀等病理改变,D35左右为炎症高峰,从D49开始关节病理显著恢复,D63时关节病理指标已接近正常水平。3.CIA大鼠病程不同时期关节超声影像学变化病程不同时期CIA大鼠进行关节超声学检查并进行评分,以D0的大鼠作为对照,D14炎症初期,超声影像学提示关节腔内血流信号轻度增多,D28和D35炎症的高峰期,血流信号最多最强,进入关节炎症缓解期后,关节腔血流信号也随之消退。4.CIA大鼠病程不同时期心脏的血流动力学变化与不同时期的正常大鼠相比,CIA大鼠造模D14时未观察到心脏收缩和舒张功能异常,但从D21开始,心脏舒张功能指标左室舒张末期压（LVEDP）明显升高,等容收缩期左心室内压力上升的最大速率（dp/dt）明显降低;从D35开始,心脏收缩功能指标左室收缩末期压（LVSP）和等容舒张期左心室压力下降的最大速率（-dp/dt）明显降低。5.CIA大鼠病程不同时期心脏超声影像学变化超声PW多普勒模式下检测CIA大鼠的心脏舒张功能,正常大鼠和CIA炎症早期二尖瓣E/A比值（MV E/A）>1,但是D35开始出现MV E/A<1,提示此时心脏舒张功能出现异常。超声B模式和M模式下检测CIA大鼠心脏收缩功能,与同龄的正常大鼠相比,炎症早期,D14左右,心脏收缩功能指标射血分数（EF）和缩短分数（FS）有轻微的升高,但随着关节炎的发展,在接近D90出现EF和FS的明显降低。6.CIA大鼠病程不同时期心脏重量的变化与正常大鼠相比,CIA大鼠的心脏重量从炎症早期至高峰期,即造模后D14-D35出现连续的降低,D35天以后心脏重量开始恢复,D90心脏重量明显高于正常大鼠。7.CIA大鼠病程不同时期心脏的病理结构变化H&E染色显示,与正常大鼠相比,到造模后D63,CIA大鼠心脏结构没有明显变化,心肌细胞的横截面积没有明显增加,到造模后D90,心肌细胞的横截面积明显增加。8.CIA大鼠病程不同时期心脏的胶原含量变化Masson染色显示,与正常组大鼠相比,造模后D35开始,CIA大鼠心脏中出现明显的胶原沉积,随着病程的发展胶原含量不断增加。9.CIA大鼠病程不同时期心脏磷酸化TnI的变化病程不同时期CIA组大鼠心脏组织蛋白印迹法检测发现,D14开始CIA大鼠心脏总TnI显著升高,pTnI/TnI比值明显降低。10.CIA大鼠病程不同时期心脏组织中β₁AR的表达、磷酸化和分布变化免疫荧光实验发现CIA大鼠D35舒张功能障碍时β₁AR表达降低,pβ₁AR表达增高;D90收缩功能障碍时β₁AR降低,pβ₁AR表达增高,D35和D90出现pβ₁AR/β₁AR明显降低。11.CIA大鼠病程不同时期心脏组织中GRK2和β-arrestin2表达的变化CIA大鼠心脏组织蛋白印迹法检测发现,D14关节炎症出现时GRK2和β-arrestin2即出现轻微升高,D35炎症高峰期以后,CIA大鼠心脏组织中GRK2和β-arrestin2的表达显著高于正常大鼠。免疫荧光检测发现,D90左右CIA大鼠心肌组织GRK2和β-arrestin2的表达仍明显高于正常大鼠。12.CIA大鼠病程不同时期外周血T、B淋巴细胞G蛋白偶联受体激酶2（GRK2）的表达和分布变化CIA大鼠造模D35外周血T、B淋巴细胞GRK2胞膜表达明显升高,胞质表达没有明显变化,此后GRK2一直在淋巴细胞胞膜上分布较多。13.CIA大鼠病程不同时期血清中肾上腺素水平的变化酶联免疫吸附实验发现CIA大鼠D14开始血清肾上腺素水平明显升高,此后一直维持在较高的水平。14.CIA大鼠病程不同时期血清中Lp-PLA2水平的变化酶联免疫吸附实验检测血清Lp-PLA2水平,直到CIA大鼠造模后D90,血清Lp-PLA2并未发现明显升高。15.CIA大鼠病程不同时期大动脉壁的影像学变化超声B模式下检测颈动脉和腹主动脉AS指标内中膜厚度（IMT）的变化,至造模后D90仍未观察到CIA组大鼠颈动脉和腹主动脉IMT的增厚,提示CIA大鼠在出现收缩性心功能障碍时没有出现明显的大动脉AS。16.CIA大鼠病程不同时期胸主动脉油红O染色情况油红O染色法检测胸主动脉AS斑块,造模后D90 CIA大鼠胸主动脉未发现明显的油红O着色,提示没有出现明显的AS。结论:1.CIA大鼠随着病程的进展,先后出现心脏舒张功能障碍和心脏收缩功能异常;2.CIA大鼠外周血肾上腺素含量增高,引起心肌中GRK2和β-arrestin2高表达,促进β₁AR磷酸化脱敏和内吞,可能是CIA大鼠早期心功能障碍的发生机制;3.外周血淋巴细胞GRK2的胞膜表达水平与EF显著负相关,可作为RA早期心功能障碍的诊断参考。