恩格列凈治療射血分數(shù)保留的心力衰竭的機制研究

孫曉鳳 王勝強 曹邦明

264003 煙臺，濱州醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系(孫曉鳳)；264100 濱州醫(yī)學(xué)院煙臺附屬醫(yī)院心內(nèi)科(王勝強、曹邦明)

恩格列凈是鈉-葡萄糖共轉(zhuǎn)運蛋白2(sodium-glucose co-transporter 2，SGLT-2)抑制劑，具有非胰島素依賴性獨特降糖機制，通過抑制SGLT-2減少腎小管對葡萄糖的重吸收，增加尿糖排泄，降低血糖及糖化血紅蛋白，改善胰島素抵抗。2021年8月，歐洲心臟病學(xué)會公布了EMPEROR-Preserved Ⅲ期臨床試驗結(jié)果，與安慰劑相比，在主要終點方面，恩格列凈使射血分數(shù)保留的心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF)患者心血管死亡或因心力衰竭(簡稱“心衰”)住院的復(fù)合風(fēng)險降低21%，臨床獲益與是否合并糖尿病無關(guān)；在次要終點方面，恩格列凈使HFpEF患者因心衰首次住院和復(fù)發(fā)住院的相對風(fēng)險降低27%，并顯著延緩腎功能下降。不過，其心血管獲益機制尚未完全闡明，多項臨床研究正在進行中，一些新型作用機制如改善心肌細胞能量代謝障礙及微循環(huán)障礙，抑制氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)，抑制鈉氫交換體及其介導(dǎo)的下游各種效應(yīng)器，抑制心肌細胞焦亡、誘導(dǎo)自噬，抑制線粒體裂變等，或可為恩格列凈用于治療HFpEF提供進一步的理論支持。

恩格列凈治療HFpEF的傳統(tǒng)作用機制包括：降低心外膜脂肪組織容積，改善脂肪組織功能，減少瘦素分泌，升高脂聯(lián)素水平，降低炎癥反應(yīng)；改善心室舒張功能；滲透性利尿、利鈉、減重、輕度降壓；抑制交感神經(jīng)系統(tǒng)，阻斷心衰進展及惡性心律失常的發(fā)生；修復(fù)受損的管球反饋，降低腎小球內(nèi)壓力，減少蛋白尿，改善腎間質(zhì)纖維化；降低高尿酸血癥；改善肝臟脂肪變性；促進促炎M1型巨噬細胞向抗炎M2型巨噬細胞轉(zhuǎn)化及促紅細胞生成素的釋放等[1]。目前研究表明，恩格列凈對心肌細胞的作用更強，時間更持久，需探索其他SGLT-2抑制劑對心肌細胞特性的影響。

1 恩格列凈與心肌細胞能量代謝

心肌細胞能量代謝障礙在心衰的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，HFpEF時心肌ATP產(chǎn)生不足，糖酵解增強，Na+-K+-ATP酶的活性被抑制，Na+增多，Na+/Ca2+反向交換增強，大量Ca2+內(nèi)流最終導(dǎo)致Ca2+超載，進而打開線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔，釋放促凋亡因子觸發(fā)凋亡級聯(lián)反應(yīng)，促進細胞凋亡，導(dǎo)致ATP明顯減少和活性氧(reactive oxygen species，ROS)增加[2]，而ROS與心室重構(gòu)、心功能惡化相關(guān)。線粒體功能障礙、Ca2+超載和ROS過度產(chǎn)生是參與心肌細胞損傷的關(guān)鍵因素[3]，當(dāng)HFpEF發(fā)生時，酮體作為重要的能量底物，為衰竭的心臟有效供能。β-羥丁酸(β-hydroxybutyric acid，β-OHB)是循環(huán)中最豐富的酮體，恩格列凈提高β-OHB的水平，為衰竭的心臟提供能量來源。此外，酮體還發(fā)揮多效作用，如改善心肌肥厚及病理性重構(gòu)、心功能障礙，抑制心肌細胞凋亡等[4]。

2 恩格列凈與氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和心肌纖維化

氧化應(yīng)激是ROS增多誘發(fā)的病理損傷，是導(dǎo)致細胞功能紊亂、組織損傷、心肌纖維化、心室重構(gòu)和器官功能衰竭的最終共同途徑，氧化應(yīng)激所致的線粒體損傷在HFpEF中發(fā)揮重要作用。氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和經(jīng)典的TGF-β/Smad3途徑、血管緊張素Ⅱ均與心肌纖維化相關(guān)。

2.1 氧化應(yīng)激

β-OHB是組蛋白去乙?；傅膬?nèi)源性、特異性抑制劑，誘導(dǎo)FOXO3基因編碼的人類蛋白質(zhì)(forkhead box O3a，F(xiàn)OXO3a)和金屬硫蛋白2啟動子的局部組蛋白乙酰化，而FOXO3a是氧化應(yīng)激中多個信號通路的交匯點。恩格列凈強效阻斷氧化應(yīng)激反應(yīng)，進而發(fā)揮抑制心肌細胞肥大、纖維化，逆轉(zhuǎn)心室重構(gòu)等作用[5]。

2.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)偶聯(lián)是一個新發(fā)現(xiàn)的亞細胞結(jié)構(gòu)，將這兩個重要細胞器的功能聯(lián)系在一起，二者互相影響、互相調(diào)控。恩格列凈抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，從而發(fā)揮強大的心臟保護作用，改善心肌纖維化，抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，增強線粒體的氧化磷酸化及呼吸等代謝功能[6]。

2.3 心肌纖維化

(1)HFpEF中，膠原蛋白合成增加、降解減少導(dǎo)致Ⅰ、Ⅲ型膠原蛋白沉積增加，進而導(dǎo)致心肌纖維化、心室重構(gòu)的發(fā)生。其中，賴氨酰氧化酶參與合成加工，基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)-1/-8/-13和MMP-2/-9參與催化降解。恩格列凈抑制血管緊張素Ⅱ、MMP-2、MMP-9，改善心肌纖維化，逆轉(zhuǎn)心室重構(gòu)[7]；抑制調(diào)節(jié)心肌纖維化的經(jīng)典TGF-β/Smad3途徑，抑制成纖維細胞的激活和內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(endothelial to mesenchymal transition，EndMT)，保護內(nèi)皮功能，減少膠原蛋白沉積，改善心肌纖維化及病理性重構(gòu)[8]。其中，EndMT是內(nèi)皮細胞失去自身特征，逐漸變成間充質(zhì)和成纖維細胞，進而導(dǎo)致心肌纖維化、心臟瓣膜病、動脈粥樣硬化、肺動脈高壓等多種心血管疾病[9]。(2)肌成纖維細胞在HFpEF心肌纖維化、心室重構(gòu)中作用重大，恩格列凈顯著抑制促纖維化的關(guān)鍵標(biāo)志物，如Ⅰ型膠原蛋白α1、肌動蛋白α2、結(jié)締組織生長因子、纖維連接蛋白1，直接影響心臟肌成纖維細胞的表型和功能，降低肌成纖維細胞的活性、減少肌纖維母細胞介導(dǎo)的膠原蛋白重構(gòu)[10]。

3 恩格列凈與鈉氫交換體

鈉氫交換蛋白1(sodium hydrogen exchange protein-1，NHE1)，在心力衰竭、心肌肥厚等多種心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用[11]。NHE1是恩格列凈在心肌細胞和血管平滑肌細胞唯一表達的靶蛋白，恩格列凈抑制心肌細胞的Na+/H+交換，Na+降低，抑制鈣超載，保護線粒體結(jié)構(gòu)、功能的完整性，促進ATP生成，抑制心肌細胞凋亡，減輕缺血再灌注損傷。同時，抑制NHE1介導(dǎo)的各種下游效應(yīng)器，在HFpEF發(fā)病機制中意義非凡(圖1、表1)[12-13]。

Empagliflozin：恩格列凈；NHE1：鈉氫交換蛋白1；AKT：絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶；NFKB1：核因子κB1；HDAC1：組蛋白去乙?；?；CO1A1；Ⅰ型膠原蛋白α1；VEGFA：血管內(nèi)皮生長因子A；NOS2：誘導(dǎo)型一氧化氮合酶2；CHP：磷酸酶B同源蛋白；CATB：組織蛋白酶B；NLRP3：核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3；IL：白細胞介素；NAFT：活化T細胞核因子；TNFA：腫瘤壞死因子α；ICAM：細胞間粘附因子；ITB3：整合素β3；TGFβ1：轉(zhuǎn)化生長因子β1；HFpEF：射血分數(shù)保留的心力衰竭。恩格列凈作用于NHE1介導(dǎo)的下游效應(yīng)器，抑制HFpEF的發(fā)生發(fā)展。綠線表示激活；紅線表示抑制；藍線表示激活或抑制(細胞依賴效應(yīng))圖1 恩格列凈抑制鈉氫交換體及其介導(dǎo)的各種下游效應(yīng)器[12]

表1 NHE1介導(dǎo)的下游效應(yīng)器及作用特點

4 恩格列凈與心腎綜合征

微小RNA21(microRNA-21，miR-21)在心臟和腎臟中高度表達，是各型心腎綜合征重要的治療目標(biāo)[14]，恩格列凈抑制miR-21，進而抑制心肌、腎臟纖維化、延緩心腎疾病進展，改善心腎共同結(jié)局[15]。恩格列凈降低氧化應(yīng)激標(biāo)志物NADPH氧化酶-1/-2和氧化蛋白，也降低DNA損傷的指標(biāo)：磷酸化組蛋白H2AX和線粒體損傷的指標(biāo)：細胞色素C，早期即可保護患心腎綜合征大鼠的心臟和腎臟功能，維持線粒體結(jié)構(gòu)、功能完整性，抑制氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、細胞凋亡，改善心肌纖維化，減緩心室重構(gòu)[16]。

5 恩格列凈與細胞自噬、細胞焦亡

細胞自噬對維持細胞生存、穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要，激活心肌細胞自噬可改善心臟病理性重構(gòu)。2型糖尿病的自噬功能受損，促進自噬的調(diào)控因子沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶類(silent mating type information regulation 2 homolog，SIRT)1和MAPK受抑制[17]，而HFpEF亦表現(xiàn)出自噬功能減弱、細胞凋亡增加和線粒體功能紊亂[18]。

5.1 細胞自噬

SIRT3的表達隨著衰老、糖尿病、高血壓和肥胖的發(fā)生而逐漸下降，與HFpEF的表型密切相關(guān)，是線粒體能量代謝和細胞功能的一個新的調(diào)節(jié)器，恩格列凈增加線粒體SIRT3的豐度，增強自噬通量；增加自噬體和溶酶體的數(shù)量，增強心臟自噬活性，逆轉(zhuǎn)自噬功能障礙；抑制心肌細胞凋亡，改善缺氧引起的心肌細胞損傷、心功能障礙及心室重構(gòu)[19]。AMPK/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路是自噬的一個重要調(diào)控途徑，恩格列凈對患高脂血癥的肥胖小鼠，通過調(diào)節(jié)亮氨酸感受器(sestrin2)介導(dǎo)的AMPK-mTOR信號通路和細胞抗氧化系統(tǒng)，促進自噬，抑制氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)，改善心肌細胞肥大及心室舒張功能[20]。

5.2 細胞凋亡

恩格列凈上調(diào)SIRT1的表達，促進Akt的磷酸化，提升Bcl2(抗細胞凋亡基因)/Bax(促細胞凋亡基因)比率，抵御心肌細胞凋亡，減輕心肌損傷[21]。恩格列凈作用于酮體，激活磷脂酰肌醇-3-激酶/Akt途徑發(fā)揮抗凋亡作用，抑制凋亡過程的關(guān)鍵啟動子caspase-3的表達，抑制心肌細胞肥大、凋亡，改善心室重構(gòu)及心功能[22]。

線粒體的分裂融合是自噬的基礎(chǔ)，恩格列凈通過上調(diào)線粒體融合蛋白(Mfn1和Mfn2)、下調(diào)線粒體裂變蛋白FIS1和裂變因子MFF，恢復(fù)線粒體各種正常的代謝功能，促進線粒體自噬，抑制心肌細胞凋亡[23]。

5.3 細胞焦亡

細胞焦亡是一種新的程序性細胞死亡，主要由NLRP3炎癥小體及其下游效應(yīng)因子caspase-1激活介導(dǎo)，裂解后形成膜孔，GSDMD蛋白是參與細胞焦亡的關(guān)鍵切割靶點，最終導(dǎo)致白細胞介素釋放，引發(fā)強烈的炎癥反應(yīng)[24]。近來研究表明，細胞焦亡與動脈粥樣硬化、糖尿病心肌病、缺血再灌注損傷等密切相關(guān)。

恩格列凈阻斷NLRP3炎癥小體的激活和隨后的caspase-1活化，減少促炎細胞因子白細胞介素1β和白細胞介素18的釋放，發(fā)揮抗心肌細胞焦亡，抑制全身炎癥反應(yīng)、保護血管內(nèi)皮，抗動脈粥樣硬化、降低血壓等重要作用，改善HFpEF各種表型的預(yù)后[25]。

6 恩格列凈與改善心肌微循環(huán)

位于心臟循環(huán)系統(tǒng)末端的微血管內(nèi)皮細胞，影響著心肌灌注和冠狀動脈血流儲備，更容易受到高血糖的侵害且受損發(fā)生的時間也更早，微血管屏障完整性和功能受損是糖尿病血管并發(fā)癥的最初步驟。

恩格列凈作用于一氧化氮合酶，內(nèi)皮細胞產(chǎn)生一氧化氮(nitric oxide，NO)生物利用率增高，同時降低ROS對NO的清除作用，保護血管內(nèi)皮細胞，維護微血管屏障的完整性，延緩內(nèi)皮細胞的衰老和表型變化。NO的增多，作用于在HFpEF發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用的NO-sGC-cGMP通路[26]及NO-cGMP-PKG通路，改善心室舒張功能，減輕心肌肥厚及纖維化，逆轉(zhuǎn)心室重構(gòu)。NO擴張冠狀動脈、肺血管、骨骼肌血管，增加冠狀動脈及骨骼肌血流灌注、降低肺血管阻力，改善HFpEF的運動耐力；NO還阻礙血小板的粘附聚集以及血管壁內(nèi)白細胞募集、浸潤和活化，對微循環(huán)發(fā)揮抗血栓、抗炎作用。

臨床上，糖尿病患者合并冠狀動脈多支病變及心血管自主神經(jīng)病變明顯多于非糖尿病患者，這可能與高糖誘導(dǎo)血管平滑肌細胞增殖遷移加快、內(nèi)膜形成加速有關(guān)。恩格列凈阻斷血管平滑肌細胞增殖遷移，改善血管重構(gòu)，舒張血管，減少新生內(nèi)膜的形成，發(fā)揮抗動脈硬化作用，預(yù)防血管重建術(shù)后再狹窄。有研究表明，恩格列凈可減輕糖尿病患者藥物洗脫支架置入后的新內(nèi)膜增生[27]。對于患肺動脈高壓的單克隆大鼠，恩格列凈減輕肺血管纖維化及重構(gòu)，改善右心室肥厚，顯著降低平均肺動脈壓力及死亡率[28]。

恩格列凈還可增加心肌微血管密度、改善微血管重構(gòu)，增加心肌微循環(huán)灌注。

線粒體裂變在氧化應(yīng)激反應(yīng)及糖尿病微血管并發(fā)癥中發(fā)揮重要作用，動力相關(guān)蛋白1(dynamin-related protein 1，Drp1)是線粒體裂變的關(guān)鍵因子[29]，恩格列凈抑制ROS的產(chǎn)生和其介導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)，增強微血管內(nèi)皮細胞的生存能力和屏障功能；激活MAPK，抑制了促進線粒體裂變的Drp1S616的磷酸化，增加了促進線粒體融合的Drp1S637磷酸化，共同抑制線粒體裂變[30]，更好地維持線粒體結(jié)構(gòu)、功能的完整性，促進新生血管形成，抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，保護心臟微血管內(nèi)皮細胞的屏障功能。

7 小結(jié)

SGLT-2抑制劑恩格列凈治療HFpEF可能的新型作用機制：改善心肌細胞能量代謝障礙及微循環(huán)障礙、抑制NHE1及其介導(dǎo)的各種下游效應(yīng)器，抑制細胞焦亡、誘導(dǎo)自噬等，目前數(shù)項探索SGLT-2抑制劑心血管獲益的臨床研究正在進行中，如心肌鈣處理(NCT04591639)、心臟重構(gòu)(NCT03871621)、脂解作用和心外膜脂肪厚度及性質(zhì)的改變(NCT04219124、NCT04167761和NCT02235298)等，這些研究也將為進一步探索HFpEF病理生理學(xué)機制及其他SGLT-2抑制劑對HFpEF的臨床獲益提供重要見解。

利益沖突：無