SGLT2抑制劑對(duì)糖尿病心肌病心肌組織的直接作用機(jī)制研究進(jìn)展

陳旭，施凱佳，姚姍，周田，許篤武，王姣 綜述 陳小盼 審校

1.海南醫(yī)學(xué)院研究生院，海南 海口 570102；2.海南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科，海南 ?？?570102

糖尿病作為全球性高發(fā)疾病，其伴隨的并發(fā)癥也涉及全身眾多器官和組織，糖尿病心肌病(DCM)因其難治性和較高的死亡率，已經(jīng)越來越引起人們的重視。DCM是獨(dú)立于冠心病、高血壓和心臟瓣膜病之外的繼發(fā)性心臟疾病[1]，它會(huì)使糖尿病患者發(fā)生心力衰竭的風(fēng)險(xiǎn)增加四到五倍。其病理發(fā)展通常被分為兩個(gè)階段，第一階段一般是無臨床癥狀的，出現(xiàn)心肌纖維化、室壁僵硬及舒張功能障礙的病理變化；第二階段則會(huì)逐漸出現(xiàn)心力衰竭的癥狀，這一階段左室肥厚、心室重構(gòu)、心臟舒張功能障礙加重[2]。長期的高糖環(huán)境使心室肌功能逐漸失代償，繼而心力衰竭，雖然目前臨床上還沒有有效的方法來根治DCM，而鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2抑制劑(SGLT2i)的出現(xiàn)則可以有效減緩DCM的進(jìn)展。目前國內(nèi)批準(zhǔn)上市的SGLT2抑制劑主要有恩格列凈、卡格列凈、達(dá)格列凈等，大量以CANVAS、EMPA-REG、DAPA-HF trial 為代表的臨床追蹤數(shù)據(jù)證明卡格列凈、恩格列凈、達(dá)格列凈三者都可以降低患者的血糖、體質(zhì)量、血壓等，并通過減少和降低這些危險(xiǎn)因素來間接干預(yù)心血管終末事件的發(fā)生、發(fā)展以及再住院率[3-12]。但相關(guān)體外實(shí)驗(yàn)證明，在損傷模型中，SGLT2i 可以直接影響NRF2/ARE、缺氧誘導(dǎo)因子1α等通路對(duì)心臟等臟器組織產(chǎn)生直接影響，也就是說其可以不依靠降低心臟疾病的危險(xiǎn)因素來間接治療糖尿病心肌病，本文將圍繞SGLT2i對(duì)糖尿病心肌病心臟組織的直接作用可能涉及到的機(jī)制展開闡述[13-14]。

1 SGLT受體和SGLT2抑制劑概述

目前發(fā)現(xiàn)的鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(SGLT)受體中涉及到葡萄糖吸收的主要有兩種亞型，分別為SGLT-1 和SGLT-2，SGLT1 主要分布于小腸、心臟和腎近曲小管S3 段中，SGLT2 主要分布于腎近曲小管S1 段中[15]。在腎小管內(nèi)兩者都參與了葡萄糖重吸收的過程，原尿中的葡萄糖依靠鈉泵轉(zhuǎn)運(yùn)鈉離子所造成的勢能差提供能量，借助腎小管上皮細(xì)胞表面的SGLT1和SGLT2兩蛋白受體進(jìn)入上皮細(xì)胞內(nèi)，再重吸收入血液循環(huán)中；同樣原理，在小腸內(nèi)葡萄糖以SGLT1 為載體逆濃度梯度進(jìn)入腸黏膜保證糖類物質(zhì)的吸收利用，SGLT抑制劑(SGLTi)正是通過限制這兩個(gè)過程起到降低血糖的作用[16]。SGLT2i 不但可以抑制SGLT2 受體，也可以一定程度上限制SGLT1 的作用，減少腎臟對(duì)葡萄糖的重吸收，增加原尿中葡萄糖的排泄，同時(shí)抑制腸道SGLT1 來減少葡萄糖的吸收，以非胰島素介入的方式降低血糖[17-20]。

2 SGLT2抑制劑對(duì)DCM心肌組織直接作用機(jī)制

SAYOUR 等[21]在實(shí)驗(yàn)中對(duì)健康雄性大鼠進(jìn)行人工冠狀動(dòng)脈閉塞30 min，缺血發(fā)作后5 min 對(duì)其中一部分大鼠靜脈推注卡格列凈(體質(zhì)量3 μg/kg)。與未經(jīng)治療的大鼠相比，卡格列凈的治療顯著減少了心肌梗死面積以及血清肌鈣蛋白T 水平，并且增加了心臟組織凋亡調(diào)節(jié)蛋白BCL-2 的表達(dá)，短時(shí)間之內(nèi)，卡格列凈不可能通過調(diào)節(jié)血糖、血壓等其他危險(xiǎn)因素對(duì)心臟微環(huán)境產(chǎn)生影響。此外，有研究報(bào)告了在患有心血管疾病的高危T2DM 患者中，與接受安慰劑治療相比，接受卡格列凈治療的T2DM患者因心力衰竭(HF)住院率大大降低，更為有趣的是，接受卡格列凈治療的患者發(fā)生急性心肌梗死的可能性與對(duì)照組相同，但存活率更高。這些發(fā)現(xiàn)支持了卡格列凈等SGLT2i 可能獨(dú)立于其抗糖尿病作用而具有直接的心臟組織保護(hù)作用的觀點(diǎn)[22-23]，下文中將對(duì)其可能涉及到的機(jī)制展開探討。

2.1 SGLT2抑制劑通過抑制SGLT1保護(hù)心肌在高糖環(huán)境中，通過抑制心肌細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體1 和4(GLUT1 和GLUT 4)抑制葡萄糖攝取并不影響活性氧(ROS)的產(chǎn)生，而通過SGLT-1受體抑制劑(phlorizin根皮苷)則可以阻斷高糖環(huán)境中ROS的產(chǎn)生[24]，使用僅可以通過SGLT-1受體轉(zhuǎn)運(yùn)的非代謝糖類物質(zhì)則可以使細(xì)胞內(nèi)NADPH 氧化酶(NOX)大量表達(dá)并且產(chǎn)生大量活性氧，由于GULTs是包括心肌細(xì)胞在內(nèi)的人體細(xì)胞利用葡萄糖的門戶，因此過量的葡萄糖代謝本身并不能解釋細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激的原因。在高糖環(huán)境中葡萄糖通過SGLT-1轉(zhuǎn)運(yùn)這個(gè)過程在細(xì)胞膜內(nèi)表面激活裝配了NOX 并產(chǎn)生大量ROS[25]。實(shí)驗(yàn)證明，心肌細(xì)胞通過鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(SGLT-1)將葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，這一過程促使蛋白激酶C (PKC-2β)的激活，pkc 募集p47phox 等催化亞基轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜上，裝配NOX[26-28]，NADPH 氧化酶是糖尿病心肌病心肌損傷的“導(dǎo)火線”，ROS 的產(chǎn)生是一個(gè)以NOX 居于前列的受控信號(hào)系統(tǒng)[29-30]。前文中講到SGLT-1 在心臟和血管中也有分布，心肌細(xì)胞通過SGLT-1 轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的過程又介導(dǎo)了氧化應(yīng)激引起的一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng)，較高劑量的SGLT2抑制劑卡格列凈對(duì)于SGLT-1同樣具有一定的抑制作用[31]，因此其對(duì)于SGLT1受體的抑制很有可能是其體現(xiàn)出糖尿病心肌病保護(hù)作用的機(jī)制之一，但是大部分SGLT2抑制劑對(duì)SGLT2受體具有高選擇性，因此這一作用機(jī)制只是基于卡格列凈的一種猜測，并未被證實(shí)。

2.2 SGLT2 抑制劑抑制NHE 受體目前的研究中能夠明確SGLT2 受體抑制劑恩格列凈、卡格列凈等對(duì)于糖尿病腎病、心血管病和心肌病有明確的治療作用[32]，而具體作用機(jī)制目前還不能完全明確，上文中講到卡格列凈對(duì)SGLT-1受體的抑制作用很有可能是其對(duì)糖尿病心肌病有直接保護(hù)的一個(gè)作用機(jī)制。但是作為高選擇性SGLT2抑制劑的恩格列凈、達(dá)格列凈則對(duì)于SGLT1受體的抑制作用很有限，但是其在心力衰竭的治療上同樣有明確的治療作用，有實(shí)驗(yàn)證明恩格列凈、卡格列凈以及達(dá)格列凈可以抑制心肌細(xì)胞膜上的NHE-1 受體(鈉-氫交換體-1)的活性，降低胞質(zhì)內(nèi)Na+和Ca2+并增加了線粒體內(nèi)Ca2+。最終通過抑制鈉-氫交換來優(yōu)化心肌線粒體功能和能量代謝，減少活性氧簇的產(chǎn)生，減少氧化應(yīng)激所引起的一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng)[33]。由于NHE表達(dá)量和Na+在糖尿病和衰竭心臟中均升高，促進(jìn)Na+流入細(xì)胞內(nèi)，從而激活了Na+/Ca2+交換體，使細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，通過Ca2+調(diào)節(jié)神經(jīng)磷酸酶信號(hào)觸發(fā)心臟肥大及纖維化，最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞損傷，因此，SGLT2i 對(duì)病變心肌細(xì)胞中的Na+和NHE 活性的負(fù)性影響減輕甚至是逆轉(zhuǎn)了這一心肌損傷過程，這也很有可能是SGLT2i對(duì)心肌保護(hù)作用的機(jī)制之一[34-38]。

2.3 SGLT2 抑制劑抑制GULTs 受體GARCIA-ROPERO等[39]將L6骨骼肌細(xì)胞系常規(guī)培養(yǎng)后，放在具有高濃度的2-脫氧葡萄糖(2-DG)的培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，對(duì)照組則用2-DG 和卡格列凈(10 μmol/L)共同培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，卡格列凈干預(yù)組對(duì)比對(duì)照組中，被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)的2-DG 大約減少了50%，而2-DG主要經(jīng)過GULT1葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體易化擴(kuò)散到細(xì)胞內(nèi)，幾乎并不經(jīng)過SGLTs擴(kuò)散。LIANG等[40]在實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)卡格列凈可以以不依賴AMPK 的方式抑制HEK-293細(xì)胞的2-脫氧葡萄糖的攝取，表明它對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體可能具有額外的脫靶作用。綜上，說明SGLT2 抑制劑卡格列凈很有可能對(duì)細(xì)胞膜表面的GULTs 葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體具有直接或間接的抑制作用。人體內(nèi)大多數(shù)細(xì)胞代謝所需要的葡萄糖都是以GULT1和GULT4葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體為載體轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)的，卡格列凈對(duì)于GULTs的脫靶作用一定程度上抵消了高糖環(huán)境對(duì)細(xì)胞的損傷作用，考慮到骨骼肌細(xì)胞與心肌細(xì)胞一類肌細(xì)胞代謝與細(xì)胞表面受體相似性，卡格列凈等SGLT2i 很大可能對(duì)于心肌細(xì)胞表面的GULTs 同樣具有抑制作用，這也對(duì)SGLT2i 對(duì)高糖環(huán)境中心肌細(xì)胞保護(hù)作用提供了重要的理論依據(jù)。當(dāng)然，SGLT2i 是否一定對(duì)于GULTs 有抑制作用還不明確，有待進(jìn)一步研究判定。

2.4 SGLT2 抑制劑增加酮體利用糖尿病心肌病發(fā)生時(shí)，心肌細(xì)胞胰島素抵抗，糖脂代謝紊亂，不能充分利用葡萄糖，對(duì)于能量消耗大且能量利用復(fù)雜的心肌細(xì)胞就需要找到更為有效的燃料。眾所周知，SGLT2抑制劑通過增加尿糖排泄降低血漿葡萄糖水平，這減少高糖對(duì)胰島β細(xì)胞的刺激，從而減少了胰島素分泌。循環(huán)中胰島素水平的下降以及隨之而來的胰島素抗脂解作用的降低，增加了循環(huán)中游離脂肪酸的水平，當(dāng)超過肝臟氧化脂肪酸的能力時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致肝臟酮體大量積累，大量酮體會(huì)被釋放到血液循環(huán)中[33,41-42]，當(dāng)心肌細(xì)胞能量不足時(shí)，SGLT2 抑制劑可以直接增加心肌細(xì)胞內(nèi)酮體氧化利用的關(guān)鍵酶β-羥丁酸脫氫酶的表達(dá)，使心臟更好的利用酮體供能[38]，由此，酮體在肝內(nèi)產(chǎn)生增加，在心臟組織利用增加，優(yōu)化心肌細(xì)胞能量代謝，減少心臟組織活性氧的產(chǎn)生。

3 SGLT2i通過Keap1/Nrf2/ARE通路抑制ROS的產(chǎn)生

糖尿病心肌病心肌細(xì)胞內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)功能被破壞，自由基不能被清除，導(dǎo)致氧化與抗氧化系統(tǒng)失衡，產(chǎn)生過量的活性氧[43]。過量的ROS生成可通過激活SAPK信號(hào)通路(ERK、JNKs、P38-MAPKs組成的絲裂原活化蛋白激酶MAPKs 和NF-κB 通路)介導(dǎo)細(xì)胞凋亡和炎癥因子的分泌[44-45]。SGLT2受體抑制劑可以促進(jìn)Keap1與Nrf2發(fā)生解藕聯(lián)，釋放的Nrf2 磷酸化后經(jīng)核孔轉(zhuǎn)位入細(xì)胞核，結(jié)合并激活DNA 的ARE 元件區(qū)。ARE元件位于許多抗氧化基因的上游啟動(dòng)區(qū)，可誘導(dǎo)下游多種抗氧化基因表達(dá)，如血紅素加氧酶(hemeoxygenase，HO-1)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)、心肌去乙酰化酶，以此來起到抗氧化應(yīng)激的作用[46]，也就是說其可通過Keap1/Nrf2 途徑靶向控制保護(hù)性氧化應(yīng)激反應(yīng)酶，起到保護(hù)和治療糖尿病心臟病的作用[47]。鑒于氧化應(yīng)激表現(xiàn)在于大多數(shù)疾病的病理機(jī)制中，Keap1/Nrf2/ARE通路在細(xì)胞抗氧化應(yīng)激中起著重要的作用，因此Keap1/Nrf2/ARE通路將會(huì)是未來疾病治療的重要靶點(diǎn)[35，38，48-49]。

4 展望

在此之前，通常認(rèn)為SGLT2抑制劑通過抑制腎小管SGLT2受體增加尿糖排泄和促進(jìn)滲透性利尿，導(dǎo)致血漿容量減少，并降低血壓和前后負(fù)荷，從體液因素改善心功能，也就是說先由保護(hù)腎功能再間接保護(hù)心功能，但是通過以上綜述也發(fā)現(xiàn)SGLT2i有直接的心臟組織保護(hù)作用。通過SGLT2抑制劑對(duì)離體的心肌細(xì)胞進(jìn)行體外處理，排除血壓、血流量等其他干擾因素，探究其對(duì)心肌細(xì)胞的直接作用及其機(jī)制，以期對(duì)糖尿病心肌病藥物治療有更深一層次的認(rèn)識(shí)；至此，SGLT2受體抑制劑由最初研究治療糖尿病，再到后來發(fā)現(xiàn)其對(duì)心肌梗死、胰腺癌以及乳腺癌的明確治療作用，相信目前對(duì)于SGLT2受體抑制劑的治療作用以及其作用機(jī)制的研究都還只是冰山一角，關(guān)于它的層層迷霧也將會(huì)在不久的將來被層層剝開，為深受糖尿病心肌病在內(nèi)的各種糖尿病并發(fā)癥所折磨的廣大患者帶來福音。