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Metoprolol disrupts inflammatory response of human cardiomyocytes via β-arrestin2 biased agonism and NF-κB signaling modulation - 11/11/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.115804 
Fabrizio Ricci a, b, 1, Andrea Di Credico c, 1, Giulia Gaggi c, Giovanni Iannetti a, Barbara Ghinassi c, Sabina Gallina a, Brian Olshansky d, Angela Di Baldassarre c,
a Department of Neuroscience, Imaging and Clinical Sciences, G.d’Annunzio University of Chieti-Pescara, 66100 Chieti, Italy and University Cardiology Division, Heart Department, SS Annunziata University Hospital, Chieti, Italy 
b Department of Clinical Sciences, Lund University, 214 28 Malmö, Sweden 
c Department of Medicine and Aging Sciences, and Reprogramming and Cell Differentiation Lab, Center for Advanced Studies and Technology (CAST), G. D'Annunzio University of Chieti-Pescara, 66100 Chieti, Italy 
d University of Iowa, Iowa City, IA, USA 

Corresponding author at: Department of Medicine and Aging Sciences, "G. D'Annunzio" University of Chieti-Pescara, Via dei Vestini, 31, 66100 Chieti, Italy.Department of Medicine and Aging Sciences, "G. D'Annunzio" University of Chieti-PescaraVia dei Vestini, 31Chieti66100Italy

Abstract

Aims

Recent evidence supports non-class cardioprotective effects of metoprolol against neutrophil-mediated ischemia-reperfusion injury during exacerbated inflammation. Whether metoprolol exerts direct anti-inflammatory effect on cardiomyocytes is unknown. Accordingly, we aimed to investigate the direct anti-inflammatory effects of metoprolol in a cellular model of human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiCMs) and to explore the role of β-arrestin2 (β-ARR2) biased agonism signaling pathway.

Methods and results

hiCMs were treated with TNF-α for 24 h, followed by 4-hour treatment with metoprolol or esmolol. Electrical response of hiCMs to β1-selective blockade was assessed by microelectrode arrays technology. The effect on inflammatory and adhesion molecule expression was evaluated in wild-type and β-ARR2 silenced hiCMs. To silence β-ARR2 expression, hiCMs were transfected with a specific small interfering RNA targeting β-ARR2 mRNA and preventing its translation.

TNF-α stimulation boosted the expression of IκB, NF-κB, IL1β, IL6, and VCAM1 in hiCMs. TNF-α-treated hiCMs showed similar physiological responses to metoprolol and esmolol, with no difference in field potential duration and beat period recorded. Adding metoprolol significantly decreased inflammatory response patterns in wild-type hiCMs by dampening TNF-α induced expression of NF-κB, IL1β, and IL6, but not in β-ARR2-knockout hiCMs. A similar response was not observed in presence of β1-selective blockade with esmolol.

Conclusions

Metoprolol exerts a non-class direct anti-inflammatory effect on hi-CMs. β1-selective blockade with metoprolol disrupts inflammatory responses induced by TNF-α and induces significant inhibition of NF-κB signaling cascade via β-ARR2 biased agonism. If confirmed at clinical level, metoprolol could be tested and repurposed to treat cardiac inflammatory disorders.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical Abstract




ga1

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Highlights

Metoprolol exhibits non-class anti-inflammatory effects on hiCMs exposed to TNF-α.
Metoprolol downregulates the synthesis of inflammatory and adhesion molecules.
β-ARR2 biased agonism mediates anti-inflammatory effects regulating NF-kB activity.
Our in-vitro experiment hints at β-ARR2 biased agonism as a therapeutic strategy.

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Abbreviations : β-ARR, β-ARR1, β-ARR2, βAR, β1AR, CTRL, DAPI, hiCMs, IL-1β, IL-6, IKBα, NF-κB, qPCR, siRNA, NF-α, VCAM1

Keywords : Metoprolol, Biased agonism, β-arrestin, Cardiomyocyte, Inflammation


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Vol 168

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