可溶性鳥苷酸環化酶激動劑的心血管保護作用研究進展

王喜梅 吳永健

(中國醫學科學院 北京協和醫學院 國家心血管病中心 阜外醫院，北京 100037)

一氧化氮(NO)通路受損與多種心血管疾病(如心力衰竭、高血壓和肺動脈高壓等)密切相關。然而，由于NO供體藥物或吸入NO在臨床治療中的局限性，再加上近年來NO-可溶性鳥苷酸環化酶(sGC)-環鳥苷酸(cGMP)信號通路相關機制研究的不斷深入，sGC激動劑在心血管系統的臨床應用得到廣泛開展。sGC是NO-sGC-cGMP通路中關鍵的信號轉導酶，其激動后催化三磷酸鳥苷生成cGMP。cGMP通過調節下游的蛋白激酶G、cGMP依賴的磷酸二酯酶及cGMP門控離子通道，從而參與心血管、神經及免疫系統等多種生理和病理調節。大量研究顯示，cGMP活性減低可引起內皮功能障礙、血管收縮、血管僵硬和不良重構，以及腎和冠狀動脈血流減少等。而sGC激動劑通過活化下游的cGMP在抗心肌缺血，改善左心室重塑，改善心力衰竭，抑制炎癥和纖維化，改善代謝等方面發揮重大作用。

sGC激動劑發揮心血管保護作用不依賴于NO濃度，直接激活cGMP這一重要細胞內的第二信使。根據開啟sGC的活性是否需血紅素輔基，sGC激動劑主要分為sGC刺激劑和sGC激活劑兩大類。sGC刺激劑可不依賴于NO，但需依賴含有鐵的血紅素輔基直接激活sGC-cGMP信號通路；也可提高sGC對內源性NO的敏感性，進而與NO產生協同作用。sGC激活劑則可通過結合到sGC的特定位置使sGC的空間構象發生轉變而開啟sGC的活性，進一步激活下游的cGMP信號通路，達到治療疾病的目的。近年來開發了多種血紅素依賴的sGC刺激劑(如BAY 41-2272、vericiguat、riociguat和praliciguat等)和非血紅素依賴的sGC激活劑(如cinaciguat和TY-55002等)。

1 sGC激動劑與心血管疾病相關重大研究試驗的發展歷程

Stasch等[1]于2001年在Nature雜志上報道了第一個口服sGC刺激劑BAY 41-2272的開發，該刺激因子可不依賴于NO的濃度，通過與sGC亞基上的調控位點相結合，進而發揮一系列生物學作用。研究結果顯示BAY 41-2272在NO缺乏誘導的高血壓大鼠模型中具有血小板活性，可降低血壓，提高高血壓動物存活率，因此可能為治療心血管疾病提供一種新方法。此后的研究又進一步證實，BAY 41-2272不僅可介導心力衰竭動物模型全身和腎動脈血管擴張，降低血壓，增加心輸出量，而且在不激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統的前提下保持其腎小球濾過率，增加腎臟灌注[2]。后期隨著研究的廣泛開展，有關sGC激動劑的心血管疾病相關重大研究結果相繼問世。2009年一項臨床研究顯示，sGC激活劑cinaciguat可降低急性失代償性心力衰竭患者的心臟前后負荷，增加心輸出量[3]。然而隨后的COMPOSEⅡb研究顯示短期靜脈內cinaciguat注射可明顯降低急性心力衰竭患者的血壓，但并不能改善患者的心臟指數和呼吸困難癥狀。鑒于該藥對患者呼吸困難和心臟指數無明顯影響，且即使低劑量也有降壓作用，因此靜脈注射cinaciguat對急性心力衰竭患者的益處有待商榷[4]。2013年一項安慰劑對照臨床研究結果顯示，靜脈注射cinaciguat可顯著降低急性心力衰竭患者的心臟負荷，但因高劑量靜脈注射cinaciguat引起嚴重低血壓事件，該試驗被提前終止[5]。DILATE-1研究發現，riociguat可明顯降低舒張性心力衰竭(射血分數>50%)合并肺動脈高壓患者的收縮壓和右心室舒張末期面積[6]。vericiguat是一款口服的sGC刺激劑，目前正開發用于射血分數降低性心力衰竭(HFrEF)和射血分數保留性心力衰竭(HFpEF)患者的治療。SOCRATES-REDUCED和SOCRATES-PRESERVED兩大試驗分別研究vericiguat對HFrEF和HFpEF患者的影響，結果發現vericiguat可明顯提高該類患者的生活質量，但未改善患者12周時N末端腦鈉肽前體(NT-proBNP)水平和左心房容積大小。其結果陰性可能與隨訪時間短有關，建議臨床隨訪更長的時間來明確兩組的心血管事件終點是否有差別[7-8]。VICTORIA是第一個針對心力衰竭惡化患者對vericiguat進行評估的臨床研究。結果顯示，當和其他可用的抗心力衰竭藥物聯合使用時，與安慰劑相比，vericiguat顯著降低了慢性心力衰竭患者(射血分數<45%)惡化事件后心力衰竭住院或心血管死亡復合終點的風險[9]。VITALITY-HFpEF研究主要是評估vericiguat對HFpEF患者日常活動中身體機能的安全性和有效性。結果顯示，與安慰劑相比，vericiguat 15 mg/d或10 mg/d治療24周均未改善心力衰竭患者的身體機能限制評分[10]。目前正在進行的臨床試驗DYNAMIC和CAPACITY HFpEF研究分別是評估riociguat和praliciguat對HFpEF患者的影響，期待后續相關研究結果的發布[11-12]。

2 sGC激動劑的心血管保護作用

2.1 改善缺血再灌注損傷

由于NO生物利用度的降低和sGC的NO不敏感形式的增加，NO-sGC-cGMP信號途徑的保護作用在一些心血管疾病中被中斷。而cinaciguat可優先激活這些不敏感和氧化的sGC形式，增強NO-cGMP通路在心肌缺血再灌注后的相關保護作用。基礎研究結果顯示cinaciguat預處理可減少心肌細胞的壞死和凋亡，減少心肌梗死面積，對心肌缺血再灌注損傷起到重要保護作用[13]。另外的研究在心肌缺血再灌注開始時給予riociguat，發現小鼠的心肌梗死面積更小，并能更好地長期保存左心室收縮功能，這些結果提示，再灌注治療時sGC激動劑可能是一種預防心肌梗死后心力衰竭有效的治療策略[14]。cinaciguat預處理可改善低溫體外循環心臟停跳術后的心肌和內皮功能，減輕缺血再灌注損傷[15]。此外，研究發現經cinaciguat預處理的供體心臟，在進行心臟移植后心臟的左心室功能得到明顯改善[16]。研究顯示刺激NO-GC-cGMP通路的藥物依賴于心肌細胞的大電導鈣離子激活鉀(BK)通道，發揮缺血再灌注的相關心臟保護作用，心肌細胞缺少BK通道使心臟更易發生缺血再灌注損傷，增加BK活性有利于缺血再灌注心肌的存活。因此心肌線粒體BK通道作為減少心肌梗死后急性心臟損傷和長期不良事件的有效靶點[17]。

2.2 抗心力衰竭和改善心臟重構

NO-GC-cGMP通路作為一種對正常心臟和血管功能至關重要的途徑，目前sGC成為治療心力衰竭的關鍵藥物靶點，在抗心力衰竭治療中發揮重要作用。一項研究riociguat對左心功能障礙導致的肺動脈高壓患者的雙盲、隨機和安慰劑對照的臨床試驗結果顯示，患者使用該藥16周，肺動脈壓力未見明顯降低，但該藥耐受性較好，并且可降低肺及全身血管阻力，改善心臟指數[18]。而DILATE-1研究主要是評估riociguat對舒張性心力衰竭(射血分數>50%)合并肺動脈高壓患者的急性血流動力學影響，與安慰劑組相比，riociguat并未對平均肺動脈壓力有明顯影響，但可明顯降低患者的收縮壓和右心室舒張末期面積[6]。一項薈萃分析結果顯示riociguat可明顯降低心力衰竭患者的NT-proBNP，而vericiguat未對NT-proBNP產生上述影響。其一方面原因可能是由于不同研究入選心力衰竭患者基線差異所致，另一方面這兩種sGC激動劑潛在的抗心力衰竭機制不同，仍需更多的研究證實[19]。

大量的基礎研究也相繼證實sGC激動劑具有抑制心肌纖維化，改善心肌肥厚和心室重塑等心臟保護作用。研究發現在過度壓力負荷誘導的心肌肥厚大鼠模型中，cinaciguat在不影響血壓情況下，可有效改善病理性心肌肥厚的程度[20]。此外，cinaciguat與其他激動劑減輕心臟負荷和改善心臟重構機制不同，cinaciguat主要是通過增加蛋白激酶G(PKG)的活性，選擇性抑制心肌纖維化、氧化應激和心肌細胞的凋亡，進而改善左心室重塑[21]。另外，cinaciguat可通過阻止糖尿病大鼠模型心臟結構和分子的改變，進而改善心臟功能，因此，藥物活化sGC可能成為一種治療糖尿病心肌病的新方法[22]。由于sGC激動劑可使心力衰竭患者的血壓明顯降低，導致該類藥物在患者的臨床應用上受到一定程度的限制。而TY-55002作為一種新的短效sGC激活劑，它通過短效舒張血管而大大降低了急性心力衰竭動物模型的低血壓風險[23]。因此，在急性心力衰竭的藥物治療中，TY-55002有望成為具有重大應用潛力的創新藥物。

2.3 改善心肌代謝效率

基礎研究顯示給予riociguat處理后，實驗動物的冠狀動脈阻力和全身血管阻力均有顯著下降，riociguat可明顯提高健康幼豬的心臟代謝效率[24]。此外riociguat可輕微改善心肌淀粉樣變性患者的6分鐘步行試驗距離、心功能分級和心輸出量等指標，可能與其改善心肌代謝效率有關。由于該研究為單中心小規模臨床試驗，其具體機制仍需進一步的相關研究來揭示[25]。

2.4 降低肺動脈壓力和抑制肺血管重塑

大量的研究證實sGC激動劑可降低肺動脈壓力和阻力，抑制肺血管重塑，提高肺動脈高壓患者的運動耐量[26-28]。其中最有代表性的為riociguat，是第一個成功從試驗轉向臨床應用的sGC激動劑。2013年riociguat被FDA批準用于動脈性肺動脈高壓和慢性血栓栓塞性肺動脈高壓且世界衛生組織心功能分級為Ⅱ～Ⅲ級的患者，取得良好的臨床治療效果。

2.5 減輕炎癥

炎癥和氧化應激在心血管疾病的發生和發展過程中起重要作用。高敏C反應蛋白作為系統性炎癥的標志物，與心肌梗死和心力衰竭等疾病的嚴重程度和預后密切相關。而心力衰竭患者尿酸常升高，且尿酸水平和心力衰竭嚴重程度和預后相關。SOCRATES-REDUCED第二階段研究顯示，vericiguat治療12周可明顯降低HFrEF患者體內高敏C反應蛋白和尿酸水平，但未發現治療組和安慰劑組的臨床事件有明顯差異[29]。這一結果提示可能需更長的時間來隨訪不同治療組高敏C反應蛋白和尿酸的降低是否與臨床預后相關。另外，基礎研究結果顯示在白介素-1β誘導的白細胞聚集和黏附的小鼠模型中，BAY 41-2272通過抑制P選擇素的表達和白細胞募集發揮抗炎作用[30]。praliciguat可抑制心腎衰竭動物模型體內的炎癥和纖維化，改善心腎損傷[31]。最新的研究發現sGC激活劑cinaciguat除了減少炎癥和氧化應激，改善心肌細胞功能，還可調節sGC-cGMP-PKG信號通路，使肥厚相關激酶鈣離子/鈣調素依賴性蛋白激酶Ⅱ、蛋白激酶C和細胞外信號調節激酶2活性正常化，這表明cinaciguat不僅改善心力衰竭，也是心肌肥厚患者的潛在治療選擇[32]。

2.6 降低血壓與改善血糖和血脂水平

研究顯示舒尼替尼誘發的單純高血壓模型在具有完整的內皮依賴的腎血管阻力調節前提下，其腎皮質sGC下調。這提示高血壓模型中sGC下調發生在腎血管外，增加腎內鈉潴留。而使用sGC激動劑cinaciguat后可明顯降低其血壓[33]。盡管cGMP信號通路在心血管疾病的發生和發展與治療過程中發揮重要的作用，但迄今為止，其具體機制僅有部分得到證實。最新的研究顯示，sGC激動劑不僅具有松弛血管平滑肌的作用，還可提高胰島素敏感性，改善血糖和血脂水平[34]。

3 小結與展望

sGC作為一個重要的信號轉導酶，為心血管疾病藥物的研發提供了新的靶目標。隨著人們對sGC激動劑心血管保護研究的深入，該類藥物展現出廣闊的臨床應用前景。sGC激動劑在治療心力衰竭和肺動脈高壓等心血管疾病中具有良好的效果，也是未來心臟缺血再灌注損傷、心肌肥厚和心肌代謝異常等疾病臨床治療的潛在選擇。然而，仍存在一系列臨床實際應用問題需解決，如心力衰竭患者聯合使用sGC激動劑和其他抗心力衰竭藥物時，如何減少或避免體位性低血壓和暈厥等不良反應的發生，啟動sGC激動劑的時機及使用療程，不同的sGC刺激劑和激活劑在不同的心血管疾病中的具體保護作用機制等需進一步研究證實。此外，具有組織靶向性的sGC激動劑的研發，將進一步擴大該類藥物的臨床應用潛力，從而使更多的心血管疾病患者受益。