SGLT2抑制劑對糖尿病心肌病心肌組織的直接作用機制研究進展

陳旭，施凱佳，姚姍，周田，許篤武，王姣 綜述 陳小盼 審校

1.海南醫學院研究生院，海南 海口 570102；2.海南醫學院第一附屬醫院內分泌科，海南 海口 570102

糖尿病作為全球性高發疾病，其伴隨的并發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，已經越來越引起人們的重視。DCM是獨立于冠心病、高血壓和心臟瓣膜病之外的繼發性心臟疾病[1]，它會使糖尿病患者發生心力衰竭的風險增加四到五倍。其病理發展通常被分為兩個階段，第一階段一般是無臨床癥狀的，出現心肌纖維化、室壁僵硬及舒張功能障礙的病理變化；第二階段則會逐漸出現心力衰竭的癥狀，這一階段左室肥厚、心室重構、心臟舒張功能障礙加重[2]。長期的高糖環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-葡萄糖協同轉運蛋白2抑制劑(SGLT2i)的出現則可以有效減緩DCM的進展。目前國內批準上市的SGLT2抑制劑主要有恩格列凈、卡格列凈、達格列凈等，大量以CANVAS、EMPA-REG、DAPA-HF trial 為代表的臨床追蹤數據證明卡格列凈、恩格列凈、達格列凈三者都可以降低患者的血糖、體質量、血壓等，并通過減少和降低這些危險因素來間接干預心血管終末事件的發生、發展以及再住院率[3-12]。但相關體外實驗證明，在損傷模型中，SGLT2i 可以直接影響NRF2/ARE、缺氧誘導因子1α等通路對心臟等臟器組織產生直接影響，也就是說其可以不依靠降低心臟疾病的危險因素來間接治療糖尿病心肌病，本文將圍繞SGLT2i對糖尿病心肌病心臟組織的直接作用可能涉及到的機制展開闡述[13-14]。

1 SGLT受體和SGLT2抑制劑概述

目前發現的鈉-葡萄糖協同轉運蛋白(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運鈉離子所造成的勢能差提供能量，借助腎小管上皮細胞表面的SGLT1和SGLT2兩蛋白受體進入上皮細胞內，再重吸收入血液循環中；同樣原理，在小腸內葡萄糖以SGLT1 為載體逆濃度梯度進入腸黏膜保證糖類物質的吸收利用，SGLT抑制劑(SGLTi)正是通過限制這兩個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，減少腎臟對葡萄糖的重吸收，增加原尿中葡萄糖的排泄，同時抑制腸道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DCM心肌組織直接作用機制

SAYOUR 等[21]在實驗中對健康雄性大鼠進行人工冠狀動脈閉塞30 min，缺血發作后5 min 對其中一部分大鼠靜脈推注卡格列凈(體質量3 μg/kg)。與未經治療的大鼠相比，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節蛋白BCL-2 的表達，短時間之內，卡格列凈不可能通過調節血糖、血壓等其他危險因素對心臟微環境產生影響。此外，有研究報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生急性心肌梗死的可能性與對照組相同，但存活率更高。這些發現支持了卡格列凈等SGLT2i 可能獨立于其抗糖尿病作用而具有直接的心臟組織保護作用的觀點[22-23]，下文中將對其可能涉及到的機制展開探討。

2.1 SGLT2抑制劑通過抑制SGLT1保護心肌在高糖環境中，通過抑制心肌細胞葡萄糖轉運體1 和4(GLUT1 和GLUT 4)抑制葡萄糖攝取并不影響活性氧(ROS)的產生，而通過SGLT-1受體抑制劑(phlorizin根皮苷)則可以阻斷高糖環境中ROS的產生[24]，使用僅可以通過SGLT-1受體轉運的非代謝糖類物質則可以使細胞內NADPH 氧化酶(NOX)大量表達并且產生大量活性氧，由于GULTs是包括心肌細胞在內的人體細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胞內氧化應激的原因。在高糖環境中葡萄糖通過SGLT-1轉運這個過程在細胞膜內表面激活裝配了NOX 并產生大量ROS[25]。實驗證明，心肌細胞通過鈉-葡萄糖協同轉運蛋白(SGLT-1)將葡萄糖轉運到細胞質內，這一過程促使蛋白激酶C (PKC-2β)的激活，pkc 募集p47phox 等催化亞基轉移到細胞膜上，裝配NOX[26-28]，NADPH 氧化酶是糖尿病心肌病心肌損傷的“導火線”，ROS 的產生是一個以NOX 居于前列的受控信號系統[29-30]。前文中講到SGLT-1 在心臟和血管中也有分布，心肌細胞通過SGLT-1 轉運葡萄糖的過程又介導了氧化應激引起的一系列級聯反應，較高劑量的SGLT2抑制劑卡格列凈對于SGLT-1同樣具有一定的抑制作用[31]，因此其對于SGLT1受體的抑制很有可能是其體現出糖尿病心肌病保護作用的機制之一，但是大部分SGLT2抑制劑對SGLT2受體具有高選擇性，因此這一作用機制只是基于卡格列凈的一種猜測，并未被證實。

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]，而具體作用機制目前還不能完全明確，上文中講到卡格列凈對SGLT-1受體的抑制作用很有可能是其對糖尿病心肌病有直接保護的一個作用機制。但是作為高選擇性SGLT2抑制劑的恩格列凈、達格列凈則對于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，有實驗證明恩格列凈、卡格列凈以及達格列凈可以抑制心肌細胞膜上的NHE-1 受體(鈉-氫交換體-1)的活性，降低胞質內Na+和Ca2+并增加了線粒體內Ca2+。最終通過抑制鈉-氫交換來優化心肌線粒體功能和能量代謝，減少活性氧簇的產生，減少氧化應激所引起的一系列級聯反應[33]。由于NHE表達量和Na+在糖尿病和衰竭心臟中均升高，促進Na+流入細胞內，從而激活了Na+/Ca2+交換體，使細胞內Ca2+濃度升高，通過Ca2+調節神經磷酸酶信號觸發心臟肥大及纖維化，最終導致心肌細胞損傷，因此，SGLT2i 對病變心肌細胞中的Na+和NHE 活性的負性影響減輕甚至是逆轉了這一心肌損傷過程，這也很有可能是SGLT2i對心肌保護作用的機制之一[34-38]。

2.3 SGLT2 抑制劑抑制GULTs 受體GARCIA-ROPERO等[39]將L6骨骼肌細胞系常規培養后，放在具有高濃度的2-脫氧葡萄糖(2-DG)的培養液中繼續培養，對照組則用2-DG 和卡格列凈(10 μmol/L)共同培養，實驗結果表明，卡格列凈干預組對比對照組中，被轉運到細胞內的2-DG 大約減少了50%，而2-DG主要經過GULT1葡萄糖轉運體易化擴散到細胞內，幾乎并不經過SGLTs擴散。LIANG等[40]在實驗中也發現卡格列凈可以以不依賴AMPK 的方式抑制HEK-293細胞的2-脫氧葡萄糖的攝取，表明它對葡萄糖轉運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細胞膜表面的GULTs 葡萄糖轉運體具有直接或間接的抑制作用。人體內大多數細胞代謝所需要的葡萄糖都是以GULT1和GULT4葡萄糖轉運體為載體轉運到細胞內的，卡格列凈對于GULTs的脫靶作用一定程度上抵消了高糖環境對細胞的損傷作用，考慮到骨骼肌細胞與心肌細胞一類肌細胞代謝與細胞表面受體相似性，卡格列凈等SGLT2i 很大可能對于心肌細胞表面的GULTs 同樣具有抑制作用，這也對SGLT2i 對高糖環境中心肌細胞保護作用提供了重要的理論依據。當然，SGLT2i 是否一定對于GULTs 有抑制作用還不明確，有待進一步研究判定。

2.4 SGLT2 抑制劑增加酮體利用糖尿病心肌病發生時，心肌細胞胰島素抵抗，糖脂代謝紊亂，不能充分利用葡萄糖，對于能量消耗大且能量利用復雜的心肌細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，這減少高糖對胰島β細胞的刺激，從而減少了胰島素分泌。循環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，增加了循環中游離脂肪酸的水平，當超過肝臟氧化脂肪酸的能力時，就會導致肝臟酮體大量積累，大量酮體會被釋放到血液循環中[33,41-42]，當心肌細胞能量不足時，SGLT2 抑制劑可以直接增加心肌細胞內酮體氧化利用的關鍵酶β-羥丁酸脫氫酶的表達，使心臟更好的利用酮體供能[38]，由此，酮體在肝內產生增加，在心臟組織利用增加，優化心肌細胞能量代謝，減少心臟組織活性氧的產生。

3 SGLT2i通過Keap1/Nrf2/ARE通路抑制ROS的產生

糖尿病心肌病心肌細胞內源性抗氧化系統功能被破壞，自由基不能被清除，導致氧化與抗氧化系統失衡，產生過量的活性氧[43]。過量的ROS生成可通過激活SAPK信號通路(ERK、JNKs、P38-MAPKs組成的絲裂原活化蛋白激酶MAPKs 和NF-κB 通路)介導細胞凋亡和炎癥因子的分泌[44-45]。SGLT2受體抑制劑可以促進Keap1與Nrf2發生解藕聯，釋放的Nrf2 磷酸化后經核孔轉位入細胞核，結合并激活DNA 的ARE 元件區。ARE元件位于許多抗氧化基因的上游啟動區，可誘導下游多種抗氧化基因表達，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激的作用[46]，也就是說其可通過Keap1/Nrf2 途徑靶向控制保護性氧化應激反應酶，起到保護和治療糖尿病心臟病的作用[47]。鑒于氧化應激表現在于大多數疾病的病理機制中，Keap1/Nrf2/ARE通路在細胞抗氧化應激中起著重要的作用，因此Keap1/Nrf2/ARE通路將會是未來疾病治療的重要靶點[35，38，48-49]。

4 展望

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