恩格列凈保護心肌及調控線粒體功能的機制研究

李永光，徐偉澤，魏鈞伯，沈成興

(1.上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院心內科，上海 200233； 2.承德醫(yī)學院臨床醫(yī)學系，河北 承德 067000)

研究顯示，糖尿病可導致心力衰竭的發(fā)生率增加2～4倍，且糖尿病心肌病變在2型糖尿病患者中普遍存在，因此正確使用具有心肌獲益的降糖藥物十分重要[1]。二甲雙胍、胰高血糖素樣肽-1受體激動劑和鈉-葡萄糖協(xié)同轉運蛋白(sodium-dependent glucose transporter，SGLT)2抑制劑均具有心血管保護作用[2]。SGLT2主要定位于近曲小管的S1段近端小管上皮細胞的刷狀緣膜中[3-4]。SGLT2位于第16號染色體p11.2著絲粒附近[5]，首次與糖尿病有關的報道見于1994年[6]。SGLT2在糖尿病患者、大鼠和db/db小鼠中的表達均顯著增加，且與腎小球濾過、葡萄糖重吸收以及血糖升高相關[7]。而抑制SGLT2表達可導致滲透性利尿、血漿容量收縮、葡萄糖重吸收減少以及血漿葡萄糖濃度降低等[8]。雖然在心肌細胞和心臟中未檢測到SGLT2，但SGLT1在人、大鼠和小鼠的心臟及心肌細胞中均高表達，甚至在心肌缺血、心肌肥厚、心力衰竭和糖尿病心肌中表達上調，然而，目前尚無SGLT2抑制劑與SGLT1之間關系的研究報道[9]。此外，多項大規(guī)模、隨機對照試驗證據(jù)表明，SGLT2抑制劑除了對糖尿病患者血糖水平、體重、血壓和蛋白尿等參數(shù)產(chǎn)生有益影響外，還可降低心血管疾病和心力衰竭的發(fā)生風險[10-13]。現(xiàn)就SGLT2抑制劑恩格列凈保護心肌及調控線粒體功能的機制予以綜述。

1 恩格列凈在保護心肌方面的作用

SGLT2抑制劑保護心臟的潛在機制主要包括預防心臟炎癥和氧化應激、拮抗細胞凋亡、保護離子穩(wěn)態(tài)以及改善線粒體功能等[7]。Durak等[14]對另一種SGLT2抑制劑達格列凈相關的心臟保護提出了新見解，即SGLT2抑制劑不一定依靠SGLT2起作用。此外，將達格列凈用于射血分數(shù)降低的心力衰竭患者，可降低心力衰竭導致的死亡風險[15]。另有研究顯示，恩格列凈除可改善血糖參數(shù)外，還有助于改善脂質代謝、降低收縮壓，在利尿的同時又不影響心率[16-17]。

1.1心肌梗死 恩格列凈在糖尿病患者心肌梗死中的作用證據(jù)較充分。如有研究顯示，恩格列凈可改善糖尿病心肌梗死患者心肌左心室短縮分數(shù)、縮小心肌梗死面積；同時，恩格列凈還可降低動物體重、血糖和平均動脈壓水平，但膽固醇、三酰甘油和晚期糖基化終末產(chǎn)物水平保持不變[17]。研究表明，恩格列凈可通過降低誘導型一氧化氮合酶的表達和脂質過氧化作用改善心功能、減少梗死面積，同時還可改善氧化還原反應，其作用機制與信號轉導及轉錄活化因子3的抗氧化和抗炎作用有關；而信號轉導及轉錄活化因子3水平增加的同時還伴有丙二醛水平降低以及心肌誘導型一氧化氮合酶和白細胞介素-6表達下調，同時恩格列凈還可抑制心肌纖維化以及自噬，從而對心肌梗死后的心肌重構起保護作用[17-18]。此外，恩格列凈還可保護心肌梗死造成的急性腎損傷，改善糖尿病心肌梗死患者的預后[19]。SGLT2抑制劑可降低主要不良心血管事件的發(fā)生率，但對不穩(wěn)定型心絞痛的發(fā)生無作用[20]。還有研究提示，SGLT2抑制劑的應用可降低心力衰竭入院率及心肌梗死的發(fā)生率[21]。

1.2心力衰竭 恩格列凈在心力衰竭中也具有重要作用。研究證實，恩格列凈不僅可調控2型糖尿病患者的尿糖排泄，還可使心血管死亡的相對風險降低38%，同時使因心力衰竭住院的風險降低35%，伴或不伴糖尿病患者的心力衰竭首次住院或心血管死亡復合終點風險降低；這不僅歸因于患者血糖、體重及血壓的改善，還有其他機制參與其中，但具體機制目前尚不清楚[22-23]。在糖尿病心肌中，脂質過氧化產(chǎn)生的4-羥基壬烯酸表達水平升高，而恩格列凈可通過抑制心肌鈉氫交換器-1表達、促進線粒體能量代謝，改善線粒體氧化程度，使心肌細胞壞死、肥大程度降低，從而增強其收縮力；恩格列凈還具有抗炎作用，可使瘦素水平降低、脂聯(lián)素水平升高，從而抑制纖維化程度；此外，恩格列凈也可使機體間質液減少，從而促進酮體的生成和利用[24]。而Shao等[7]發(fā)現(xiàn)，應用恩格列凈處理后，糖尿病大鼠射血分數(shù)改善，但左心室重構被顯著抑制。還有研究者給予3例擴張型心肌病患者恩格列凈，每日1次，每次25 mg，共28 d，并于恩格列凈治療前和治療第28天進行心臟評估(包括心力衰竭指標、容量狀態(tài)、腎功能、超聲心動圖和心內膜活檢)，結果顯示，恩格列凈并不全部有效，其效果取決于沉默信息調節(jié)因子3(silent information regulator 3，SIRT3)基因是否突變[25]。該研究提示，恩格列凈可以作用于心力衰竭，但并不是對所有的心力衰竭均有效。

1.3心房顫動 恩格列凈在心房顫動中的作用仍存在爭議。糖尿病是心房顫動的重要危險因素，而恩格列凈可改善線粒體功能、調控線粒體合成，從而參與高脂飲食/鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠心房重構和電重構；恩格列凈治療可通過過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子-1α/核呼吸因子-1/線粒體轉錄因子A信號轉導通路減少糖尿病相關的心房顫動[7]。但另有研究顯示，使用SGLT2抑制劑與使用安慰劑治療的糖尿病患者心房顫動發(fā)生率比較差異無統(tǒng)計學意義[20]。因此，對糖尿病患者進行深入的系統(tǒng)研究可以更好地理解SGLT2抑制劑在心房顫動中的潛在應用價值。

1.4其他 恩格列凈在心血管的其他方面也具有一定作用。研究表明，恩格列凈可通過調控線粒體功能激活AMP活化的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)，從而恢復AMP/ATP比值，進而抑制動力相關蛋白1 S616磷酸化、增加動力相關蛋白1 S637磷酸化，改善線粒體功能，保護心肌細胞，而持續(xù)內皮型一氧化氮合酶磷酸化和內皮依賴性舒張可改善微血管密度和灌注[16]。以上研究提示，恩格列凈在治療糖尿病微血管病變中具有調控和改善作用。此外，恩格列凈還可作用于心肌代謝方面，使心肌傾向于從糖代謝到脂代謝的轉變，同時降低胰島素、血糖、尿酸水平[26]。但該代謝調整可能加重糖尿病患者心肌缺血，因此心肌脂代謝增加不能解釋其所導致的心血管病死率降低等問題。有研究顯示，恩格列凈可清除和使用心肌中的酮體，提高線粒體氧化水平和心肌工作效率，從而降低尿酸、炎癥、氧化應激程度以及晚期糖基化終末產(chǎn)物水平[24]。但酮體增加也給臨床工作帶來較大挑戰(zhàn)，因此恩格列凈在調控酮體和糖脂代謝方面的作用以及在心血管方面的獲益仍需進一步研究。恩格列凈誘導的尿糖和能量損失可以被看作是一種能量消耗模型，它可以增加線粒體的生物生成，模擬食物限制或運動狀態(tài)，通過減少核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3炎癥小體的激活起到保護作用，但其具體機制仍有待進一步研究證實[27]。

2 恩格列凈調控線粒體功能

恩格列凈可調控線粒體功能，而線粒體與細胞能量代謝、氧化應激、炎癥反應以及凋亡等密切相關。其中，線粒體代謝相關的酶、氧化呼吸鏈、離子通道以及線粒體正常的結構在維持細胞功能中均具有重要作用。

2.1線粒體酶 恩格列凈通過調控線粒體SIRT3參與心肌保護作用。SIRT3參與清除活性氧，還可抑制細胞凋亡和腫瘤細胞形成，對細胞核基因表達、腫瘤、心血管疾病、神經(jīng)保護、衰老以及代謝調控等均有深遠影響[28-30]。經(jīng)恩格列凈處理后，阿霉素誘導的心肌病模型的Toll樣受體9(Toll-like receptor 9，TLR9)可與Beclin1和線粒體SIRT3結合，從而保護心臟免受阿霉素毒性；TLR9和SIRT3均是恩格列凈發(fā)揮保護作用所必需，SIRT3點突變和酶活性降低的擴張型心肌病患者TLR9激活減少、線粒體反應降低，導致SGLT2抑制劑療效減弱，表明恩格列凈促進TLR9激活和心臟誘導的線粒體呼吸速率增加受SIRT3基因調控；恩格列凈對線粒體Beclin1-TLR9-SIRT3復合物的調控可能是心力衰竭的一種潛在治療策略，而SIRT3相關通路在其中起重要作用[25]。然而，通過觀察心肌梗死模型發(fā)現(xiàn)，恩格列凈并未直接改變線粒體鈣潴留能力，恩格列凈預處理并未激活蛋白激酶B、內皮型一氧化氮合酶、糖原合成酶激酶-3β磷酸化，也未激活胞外信號調節(jié)激酶以及AMPKα磷酸化，但恩格列凈可下調心肌誘導型一氧化氮合酶和白細胞介素-6的表達，且其在減少心肌梗死中的作用可能依賴于STAT3[17]。另有研究表明，恩格列凈可通過線粒體合成相關信號通路(如過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子-1α/核呼吸因子-1/線粒體轉錄因子A)的信號轉導預防糖尿病大鼠心肌重構[31]。

2.2線粒體呼吸鏈 恩格列凈可作用于線粒體呼吸鏈，而線粒體呼吸鏈是細胞提供能量、氧化應激、代謝以及增殖調控的重要組成部分。線粒體呼吸鏈由5種復合物酶組成，通過電子傳遞驅動ATP產(chǎn)生，而ATP可作為細胞過程的主要能量載體，呼吸鏈活動的改變以及線粒體復合物的組裝均涉及多種人類疾病的調控和進展[32]。研究顯示，恩格列凈可增加離體缺血再灌注大鼠心肌線粒體呼吸鏈復合物Ⅱ的功能，并作用于線粒體內膜通透性和解偶聯(lián)，從而改善缺血再灌注后的心肌重構；而SGLT2抑制劑可通過抑制線粒體呼吸鏈復合物Ⅰ、提高AMP/ADP比值改變AMPK活性，但這種效應只在高濃度的卡格列凈中觀察到，在恩格列凈和達格列凈中并未觀察到[9]。恩格列凈可促進HEK-293細胞內的AMPKγ Thr172磷酸化，且可通過抑制線粒體呼吸鏈復合物Ⅰ表達而作用于細胞質內的AMP/ADP起作用[33]。由此可見，不同SGLT2抑制劑的作用信號通路也不完全相同，這可能導致其作用機制不同。恩格列凈可通過線粒體呼吸鏈復合物Ⅰ和線粒體呼吸鏈復合物Ⅱ起作用，但目前仍缺乏有力證據(jù)支持。因此，恩格列凈調控線粒體呼吸鏈的具體機制仍需未來進一步探索，這也可能是恩格列凈保護心功能機制中的重要環(huán)節(jié)。

2.3線粒體離子通道 恩格列凈可作用于離子通道，而線粒體的離子穩(wěn)態(tài)可直接調節(jié)氧化代謝，任何離子穩(wěn)態(tài)的破壞均會導致線粒體功能障礙，最終導致心力衰竭。線粒體穩(wěn)態(tài)與線粒體內膜電位密切相關，為了調節(jié)和維持離子穩(wěn)態(tài)，線粒體膜配備了多種離子轉運蛋白，且涉及多個不同的離子通道[34]。研究顯示，恩格列凈可通過抑制鈉氫交換器活性導致細胞質鈉離子和鈣離子水平降低、線粒體鈣離子水平升高[22]。目前在哺乳動物中共發(fā)現(xiàn)10種鈉質子反轉運蛋白，在心肌細胞中主要表達鈉氫交換器-1[35]。而鈉氫交換器-1是細胞內多種信號轉導通路的重要下游分子，參與介導心肌肥大和心肌纖維化以及心力衰竭的病理生理過程[36]。恩格列凈可促進線粒體生物生成以及酮體氧化增加，導致ATP生成增加，而心肌細胞質中鈉離子和鈣離子水平升高和線粒體中的鈣離子水平降低是心力衰竭和心肌細胞死亡的驅動因素，恩格列凈可通過抑制大鼠和兔心臟的鈉氫交換器活性，降低心肌細胞質內的鈉離子水平[22]。恩格列凈還可維持人類誘導性多能干細胞內的鈣平衡，而人類誘導性多能干細胞中還存在SGLT2，這與既往的研究結果不一致[37]，仍需未來研究進一步探索。

2.4線粒體合成和超微結構 恩格列凈治療有助于維持糖尿病患者心肌線粒體完整性。線粒體可進行復制、裂變和融合，還可與其他線粒體或細胞結構形成網(wǎng)絡，以提高ATP產(chǎn)生的效率并提供細胞內信號以響應生理和病理刺激。線粒體融合與裂變的平衡以及生物合成和復制的過程可保證線粒體種類的維持與能量需求相適應。線粒體的分裂和融合可以使細胞器的功能障礙部分切割成小的球形碎片，隨后被降解，其中線粒體自噬參與了細胞凋亡、焦亡以及活性氧的生成[38]。而線粒體分裂可導致線粒體嵴紊亂、膜通透性和促凋亡蛋白釋放以及細胞死亡，最終導致高血糖心腎損傷，而恩格列凈可保護糖尿病小鼠心功能及心肌纖維化[16]。經(jīng)恩格列凈治療的db/db小鼠線粒體較大，但線粒體密度保持不變，且小鼠心肌過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子-1α和細胞色素C氧化酶亞基8b信使RNA水平以及細胞色素C氧化酶亞基4蛋白均發(fā)生改變，但線粒體融合/裂變卻未發(fā)現(xiàn)改變[39]。因此，恩格列凈對線粒體的作用機制仍需進一步研究驗證。

3 小 結

SGLT2抑制劑恩格列凈在心血管領域用途廣泛，可作用于心力衰竭、急性心肌梗死，但其在心房顫動、心肌代謝等方面的作用仍需進一步深入研究。雖然恩格列凈在線粒體呼吸鏈復合物Ⅱ以及線粒體離子通道方面有調控作用，可通過SIRT3參與心肌保護，還可通過調控線粒體合成相關信號通路(如過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子-1α/核呼吸因子-1/線粒體轉錄因子A)的信號轉導預防糖尿病大鼠心肌重構，但未來仍需進一步探索并評估其心臟保護的分子機制。同時，SGLT2抑制劑在不同心血管疾病中的作用存在差異，這將有助于細化評估糖尿病或非糖尿病患者心血管疾病獲益，為針對SGLT2抑制劑的臨床試驗以及安全應用提供依據(jù)。