合成利尿鈉肽在心力衰竭治療中的研究進展

冉倩 張翠 楊波

(武漢大學人民醫(yī)院心內科 武漢大學心血管病研究所 心血管病湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430060)

心力衰竭(心衰)是各種心臟結構或功能性疾病導致心室充盈和射血功能受損，心排血量不能滿足機體組織代謝需要，以肺循環(huán)或體循環(huán)淤血，器官、組織血液灌注不足為臨床表現(xiàn)的一組綜合征，伴有內源性神經體液系統(tǒng)的激活，常合并腎功能不全[1]。隨著預期壽命的增加，心衰的發(fā)病率進一步增加。因此，必須改進心衰的治療方法，緩解公共衛(wèi)生資源的壓力。

1 傳統(tǒng)方法治療心衰

傳統(tǒng)的急性心衰治療方法效果并不理想，利尿劑緩解充血的同時加劇神經體液系統(tǒng)的激活和腎功能不全。正性肌力藥可改善心排血量和腎功能，但會導致心肌耗氧量的增加以及心律失常的發(fā)生。雖然硝酸鹽、利尿劑和新型正性肌力藥(如左西孟旦)可短期緩解癥狀，但迄今為止，上述藥物均未顯示出整體的生存益處。近年來，研究人員意識到調節(jié)神經體液系統(tǒng)的激活是治療心衰的關鍵。其一是抑制正性調節(jié)因子的功能，如使用血管緊張素轉化酶抑制劑，以降低血管緊張素Ⅱ和醛固酮的作用，從而減輕心臟負荷，改善冠狀動脈供血。其二是增強負性調節(jié)因子的功能，利用利尿鈉肽的血管舒張功能、利鈉、利尿和對腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)的抑制作用來延緩心衰的進展和心肌重構。

2 天然利尿鈉肽治療心衰

利尿鈉肽是一組結構相似但編碼基因不同的肽，具有強大的利鈉、利尿、血管舒張、抗纖維化和抗肥厚作用，并在心血管穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮關鍵作用。哺乳動物利尿鈉肽包括三種亞型：心房鈉尿肽(ANP)、腦鈉肽(BNP)和C型利尿鈉肽(CNP)，與位于心臟、血管和腎臟的利尿鈉肽受體(NPRs)結合，以降低血壓和循環(huán)容量[2]。利尿鈉肽由高度保守的17個氨基酸環(huán)、N末端和C末端(CNP除外)組成。CNP缺乏C末端氨基酸殘基，這可能是其利鈉、利尿功能較弱[3]和在循環(huán)中被腦啡肽酶(neprilysin，NEP)快速降解[4]的原因。心衰患者靜脈輸注利尿鈉肽可改善血流動力學，但偶發(fā)嚴重低血壓。除哺乳動物利尿鈉肽外，蛇毒中利尿鈉肽如樹眼鏡蛇屬利尿鈉肽(dendroaspis natriuretic peptide，DNP)也逐漸被發(fā)現(xiàn)，為設計新型利尿鈉肽提供了可能性。NPRs包括NPR-A、NPR-B和NPR-C。NPR-A和NPR-B包含鳥苷酰環(huán)化酶結構域，將鳥苷一磷酸轉化為第二信使環(huán)鳥苷酸(cGMP)。ANP和BNP主要產生于心臟，對NPR-A表達高親和力，具有利鈉、利尿和抗增殖特性[5]。CNP主要由內皮細胞產生，優(yōu)先激活NPR-B[6]，具有抗心肌細胞肥大和抗纖維化作用[7]，在心臟重構中起著重要作用。DNP是NPR-A的強效激活劑，具有類似ANP的強大生物學作用[6]。NPR-C通常被認為是一種清除受體[5]，利尿鈉肽可通過與NPR-C的結合以及NEP的酶解作用被清除[5-6]。

盡管設計的ANP和BNP類似物已被廣泛應用于治療實驗性心衰，但由于其化學合成效率低，制造成本昂貴，體內易降解等原因，其臨床應用受到限制。自1995年以來，日本已批準重組ANP(卡必利肽)治療急性心衰，重組BNP(奈西利肽)于2001年被FDA批準用于治療急性失代償性心衰。到目前為止，奈西利肽及卡必利肽的臨床應用，由于在血壓和腎功能方面的潛在不良影響以及短期死亡率的潛在增加，遇到了重大挑戰(zhàn)[8-9]。

越來越多的心衰患者迫切需增強心功能和保留腎功能的有效治療策略，這就產生了嵌合型利尿鈉肽的概念：天然利尿鈉肽的合成修飾。其作用、特異性和穩(wěn)定性均優(yōu)于天然利尿鈉肽。

3 合成利尿鈉肽治療心衰

3.1 CD-NP

CD-NP是由梅奧診所開發(fā)的一種新型嵌合型利尿鈉肽，將DNP的15個氨基酸C末端融合到完整的CNP結構上[10]。CD-NP是NPR-A和NPR-B的雙重激活劑[6]。

在正常犬模型中，CD-NP降低了肺動脈楔壓，并顯示出劑量反應性的利鈉和利尿作用[11]。與此同時，至少在中等劑量范圍內[(10～50)ng·kg-1·min-1]平均動脈壓(MAP)未顯著降低，即使在高劑量(100 ng·kg-1·min-1)下，MAP的降低也很輕微[11]。與奈西利肽相比，CD-NP在急性心衰治療中更為有利，后者較少觀察到低血壓，且通過菊粉清除率證明腎小球濾過率(GFR)明顯升高[11]。與CNP相比，CD-NP具有明顯的利鈉和利尿、腎小球cGMP激活、GFR增加，以及抑制血漿醛固酮的作用[12]。

CD-NP在慢性心衰治療中也具有明顯益處。肥大和纖維化是慢性心衰進展過程中經常涉及的關鍵因素[13]。CNP可防止血管緊張素Ⅱ誘導的離體心肌細胞肥大，在CNP基因缺陷小鼠中，轉化生長因子-β表達明顯增多，因此CNP的心臟保護作用與肥大和纖維化途徑相關[7]。心肌營養(yǎng)素-1是一種促進纖維化和心肌細胞肥大的細胞因子，被認為是人心臟成纖維細胞(human cardiac fibroblasts，HCF)的強效激活劑，并在心衰狀態(tài)下被激活[14]。在心肌營養(yǎng)素-1誘導的心肌纖維化和肥大模型中，通過溴脫氧尿苷攝取來評估DNA合成和細胞增殖，證明CD-NP抑制HCF增殖，此外，CD-NP可通過抑制轉化生長因子-β1來降低HCF 1型膠原的產生[11]。在單側腎切除術誘導的早期心肌纖維化大鼠模型中，皮下注射CD-NP兩周可顯著抑制單側腎切除術大鼠的左心室纖維化和循環(huán)中醛固酮水平，同時保留收縮期和舒張期功能[15]。因此，CD-NP具有CNP強大的抗纖維化和抗HCF增殖特性以及DNP潛在的利鈉和利尿特性，且降壓效果比BNP小。

對利尿鈉肽進行蛋白水解實驗，使用表達人NPR-A或NPR-B的細胞分別評估ANP、BNP、CNP、DNP和CD-NP的活性，結果表明與ANP、BNP和CNP相比，CD-NP半衰期分別增加了13、3和4倍[16]。唯一一個更難降解的肽是DNP，在所有的利尿鈉肽中，DNP具有最長的C末端，這可能是其對NEP酶解作用的抗性高于其他利尿鈉肽的原因[17]。

以上研究表明CD-NP在心衰治療中具有重大潛力，但其半衰期仍較短。因此需進一步研究CD-NP的給藥方式以彌補這一缺陷。目前，利尿鈉肽通常通過靜脈或皮下給藥。然而，靜脈輸液必須在醫(yī)院進行，皮下給藥需在皮下植入泵，需在醫(yī)院進行植入或取出，給患者帶來不便。CD-NP的臨床應用因其半衰期短，以及缺乏合適的給藥途徑而受到阻礙。近年來一項研究開發(fā)出聚合物膜包埋CD-NP以提供緩釋CD-NP[18]，通過cGMP生成增加，證實了CD-NP的生物活性，從可降解高分子膜中釋放出來的CD-NP，能抑制肥大性HCF的增殖并抑制HCF中DNA的合成。與每日輸注CD-NP相比，從可降解高分子膜中持續(xù)釋放對肥厚性HCF表現(xiàn)出更高的抑制作用[19]，表明持續(xù)給藥可能是抑制肥厚性HCF的必要條件，可能用于治療心衰患者心臟重構性病變。

在穩(wěn)定的心衰患者中，注射CD-NP在4 h后，患者血漿和尿液中cGMP水平明顯增加，耐受性良好，無不良反應，血壓未發(fā)生變化，在輕度腎功能不全患者中觀察到GFR增加。CD-NP在穩(wěn)定的心衰患者中具有良好的安全性和預期的藥理作用，可增強心腎功能和保護心腎結構[20]。因此，CD-NP已成為一種有吸引力的心衰治療策略。

3.2 CRRL269

CRRL269是由梅奧診所開發(fā)的一種嵌合型利尿鈉肽，由血管鈉肽和BNP的氨基酸組合而成，是一種選擇性NPR-A激活劑[21]。

CRRL269比血管鈉肽更能抵抗NEP的降解。在正常犬中，與血管鈉肽和BNP相比，CRRL269具有明顯的利鈉和利尿作用，但未引起血壓降低，同時抑制RAAS[21]。此外，與BNP相比，CRRL269引起動脈舒張較少，促進心肌細胞生成環(huán)腺苷酸(cAMP)明顯增加，CRRL269可能通過cGMP-PDE3-cAMP途徑部分維持血壓[21]。在急性腎衰竭犬模型中，CRRL269具有明顯的利鈉和利尿，腎小球cGMP激活，保留GFR，增加腎血流量，抑制血管緊張素Ⅱ，降低心臟充盈壓而不降低血壓的作用[22]。此外，體外組織學和組織凋亡分析表明，CRRL269減少了腎損傷和細胞凋亡[22]。

因此，CRRL269通過NPR-A對心腎疾病狀態(tài)具有良好的保護作用，在治療急性腎衰竭和心衰方面具有轉化潛力。

3.3 mANP

ANP是一種由28個氨基酸組成的多肽，由17個氨基酸組成的環(huán)結構通過二硫鍵與一個6氨基酸N末端和一個5氨基酸C末端組成。在對人類ANP基因序列變異的靶向掃描中，發(fā)現(xiàn)了一個突變，該突變產生了一個40個氨基酸組成的多肽，由天然ANP和12個氨基酸的C末端延伸組成，稱這種肽突變體為mANP，與ANP相比，受影響家族成員中mANP的循環(huán)水平高出5～10倍，部分原因是由于mANP抗NEP酶解能力較強[23]。

體外研究表明mANP通過濃度依賴的方式增加HCF內cGMP含量[24]。在狗體內給予大劑量mANP(33 pmol·kg-1·min-1)，血漿cGMP激活、利鈉、利尿、GFR增加、RAAS抑制、減輕心臟負荷和血壓降低特性顯著高于天然ANP[24]。mANP與天然ANP相比，其MAP的降低和腎血流量的增加更為明顯。因此，盡管在目前的研究中使用高劑量mANP能更大程度地降低MAP，但腎功能得到了更好的增強。與其他傳統(tǒng)血管擴張劑相比，這一特點是獨特的，傳統(tǒng)血管擴張劑往往會減少腎臟灌注，因此mANP具有非常有利的特點。mANP通過激活cGMP從而減弱血管緊張素Ⅱ介導的人主動脈平滑肌細胞內Ca2+水平升高，同時直接舒張動脈環(huán)而產生降壓作用[25]。在急性心衰背景下，收縮期高血壓的患病率不斷上升，因此，mANP可降低血壓，同時改善腎血流動力學，利鈉和利尿，抑制RAAS。與大劑量輸注相比，低劑量mANP輸注后MAP無明顯下降。低劑量天然ANP無利鈉和利尿作用，而低劑量mANP(2 pmol·kg-1·min-1)具有利鈉和利尿特性，同時不會改變全身血流動力學[24]。因此，在伴有低血壓和腎損害的急性心衰患者中，低劑量mANP可增加鈉尿排泄而不影響血壓。在高血壓合并急性心衰模型中，與硝酸甘油相比，mANP具有明顯的利鈉和利尿，增加GFR，降低心臟負荷和抑制醛固酮的作用[26]。

在應用mANP的Ⅰ期臨床試驗中，在高血壓患者中，mANP具有明顯的利鈉和利尿，增加GFR，增加cGMP含量和抑制醛固酮的作用，并具有良好的安全性及耐受性[27]。

4 小結

利尿鈉肽系統(tǒng)提供了一種獨特的多效性策略，以應對心衰治療的挑戰(zhàn)。嵌合型利尿鈉肽最大限度地發(fā)揮利尿鈉肽的有益特性：(1)利鈉和利尿，抑制RAAS，降低心臟負荷；(2)抑制心肌纖維化，改善心臟重構；(3)增加GFR，保護腎功能。需進一步的基礎和臨床科學研究，以增加研究者對人類受試者中嵌合型利尿鈉肽的作用機制、安全性和耐受性的了解，并開發(fā)可接受的給藥方式，將其有益作用最大程度地轉化為改善心衰狀態(tài)的臨床結果。