鈉-葡萄糖共轉運蛋白2抑制劑抗內皮細胞衰老：慢性心血管疾病的潛在治療靶點

馮佳欣，盧成志

專家點評：

鈉-葡萄糖共轉運蛋白2（SGLT2）抑制劑是新提出的一種抗內皮細胞衰老藥物。本文主要敘述了SGLT2抑制劑抗內皮細胞衰老的兩大主要機制：抗氧化應激及糾正一氧化氮失衡，并提出幾種可能的信號通路，從分子機制層面解釋了SGLT2抑制劑的心血管內皮保護作用，為臨床上年齡相關慢性心血管疾病的診療提供了新的思路。

衰老是生物體結構及功能隨著年齡增長而下降的一種生物學現象，其已成為目前人類疾病的主要危險因素，包括糖尿病、癌癥、心血管疾病和神經退行性疾病等。因此，衰老機制也成為目前的研究熱點，其中內皮細胞衰老與心血管疾病密切相關。鈉-葡萄糖共轉運蛋白2（sodium-glucose co-transporter 2，SGLT2）抑制劑具有多系統效應，達格列凈是2017年在我國上市的首個SGLT2抑制劑，近年來其獨立于降糖作用的心血管保護作用引起了研究熱潮。眾所周知，抗內皮細胞衰老在慢性心血管疾病防治中具有重要作用，而SGLT2抑制劑具有抗內皮細胞衰老作用［1］，但其具體機制尚未完全解釋清楚。本文主要綜述了SGLT2抑制劑抗內皮細胞衰老的主要機制及信號通路，以期為衰老相關慢性心血管疾病提供新的治療靶點。

1 內皮細胞衰老機制

衰老是一個多因素影響的過程，包括代謝障礙、全身慢性炎癥反應、內皮功能障礙、能量穩態改變、氧化應激、線粒體功能障礙和自噬失調等。但包括心血管疾病在內的大多數疾病均是由氧化應激介導的［2-3］，長時間慢性氧化應激及抗氧化防御系統崩潰會導致細胞功能喪失，尤其是線粒體功能障礙，其將通過低效能量利用產生活性氧（reactive oxygen species，ROS），進而直接導致細胞衰老［4］。

眾所周知，N O產生受內皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）活性調節，在衰老過程中，長期慢性氧化應激使eNOS減少、NADPH氧化酶增加，從而導致NO減少，引起內皮功能障礙［5］。

1.1 氧化應激 ROS是一種高生物活性、短壽命分子，其含有不成對電子。ROS是目前已知的血管功能障礙主要刺激物之一。在心血管系統中，能生成ROS的酶包括NADPH氧化酶、eNOS、線粒體呼吸鏈酶、細胞色素P450單加氧酶和黃嘌呤氧化酶［6］，其中NADPH氧化酶是血管壁ROS的主要來源［7］，也是已知的ROS專屬酶源。ROS隨著抗氧化防御能力降低而增加的狀態稱為氧化應激。

氧化應激可引起內皮細胞DNA、蛋白質和脂質損傷，從而導致其生理活性改變和功能紊亂。因此，氧化應激是冠心病、高血壓等多種年齡相關疾病的發病基礎。與氧化應激相對抗的是抗氧化系統，主要抗氧化系統有超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶、硫氧還蛋白。在衰老過程中，長時間氧化應激超過抗氧化防御系統，會導致內皮功能障礙。線粒體氧化磷酸化缺陷是衰老的特征之一，其可導致ROS過度釋放和DNA損傷［4］；而線粒體DNA損傷將進一步損傷氧化磷酸化，觸發惡性循環，促進ROS進一步增多［8］。除了直接損傷DNA外，ROS還可以激活多聚ADP-核糖聚合酶，導致細胞的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+）和ATP耗盡，從而影響線粒體功能，導致內皮細胞壞死［9］。

去乙酰化酶是抗衰老家族中的重要成員之一，其可以抑制內皮細胞中ROS生成、調節DNA修復機制和防止端粒磨損［10］，對延緩內皮細胞衰老至關重要。其中，SIRT1與去乙酰化作用相關，其可調節核轉錄因子、共同調節因子和蛋白活性，從而調控基因表達。據報道，SIRT1可以通過去乙酰化作用而增強eNOS活性；此外，SIRT1還可以直接激活大、小動脈中的eNOS，進而調節NO和內皮功能［11］。因此，開發有效的抗氧化劑是目前的研究重點，這可以保護血管內皮、心肌等組織免受自由基的損傷，具體表現為細胞內ROS降低及內源性抗氧化劑谷胱甘肽、SOD、CAT、SIRT1增加。

1.2 內皮功能障礙 內皮細胞無法維持血管內穩態被稱為內皮功能障礙，其以血管擴張和血管收縮失衡為特點［12］。動脈粥樣硬化和高血壓是公認的機體衰老的一部分，與心血管疾病風險和死亡風險增加有關；而內皮功能障礙與動脈粥樣硬化、高血壓密切相關，是已知的導致老年心血管疾病的年齡相關動脈表型之一［5，13］。

內皮細胞釋放的血管活性因子包括血管舒張因子和血管收縮因子，前者包括內源性NO、前列環素、內皮源性超極化因子，后者包括血栓素A2和內皮素1。其中，內源性NO是一種重要的信號分子，其生物活性降低被認為是內皮功能障礙的標志［13］。而多數心血管疾病（特別是動脈粥樣硬化）的發病始動因素是內皮功能障礙，且隨著年齡增長，血管內皮細胞中的炎癥因子被逐漸激活，內源性NO逐漸減少，內皮功能障礙成為動脈粥樣硬化發展過程中的主要環節［14］。此外，老年人端粒功能障礙也與內皮功能障礙相關，其主要機制涉及p53介導的細胞周期阻滯［15］：機體逐漸衰老過程中，端粒損耗導致持續DNA損傷應答，造成腫瘤抑制基因p53被激活，進而激活p21蛋白，抑制細胞周期調控機制中的核心分子——周期蛋白依賴性激酶，進而阻滯細胞周期從G1期進入S期［16］。

內皮細胞的生理功能包括調節血液流動、維持血管壁滲透性、促進血管再生、參與炎癥調節、抑制血栓形成等，但其生理功能又受多種病理、生理因素影響，前者包括高糖血癥、高脂血癥、高血壓等，后者包括年齡相關慢性氧化應激等，這些均將導致NO生成減少及利用度降低、內源性收縮因子和舒張因子失衡［17］。內皮功能障礙可引發一系列改變，包括促進炎癥發生、血栓形成、黏附分子表達上調、趨化因子分泌增加、白細胞黏附、低密度脂蛋白氧化、血小板活化及血管平滑肌細胞增殖和遷移等。因此，內皮功能障礙是慢性心血管疾病的早期關鍵環節，且先于臨床癥狀［18］。但內皮功能障礙是可逆轉的，故不同治療方案的最終目標是將內皮細胞恢復到健康狀態，進而延緩衰老的發生。

2 SGLT2抑制劑抗內皮細胞衰老的主要機制

SGLT2幾乎只位于近端腎小管S1段，可實現90%的葡萄糖吸收，但SGLT2抑制劑確具有更廣泛的系統效應［19］，其被證實是一種新型的具有心血管保護作用的降糖藥物，且心血管保護作用獨立于降糖作用［20-22］。

SGLT2抑制劑抗內皮細胞衰老涉及多種機制，包括減輕氧化應激、平衡NO、抑制慢性炎癥及年齡相關的動脈粥樣硬化等，而上述病理生理過程又相互影響，其中氧化應激及NO失衡是導致內皮細胞衰老的主要機制。既往研究表明，SGLT2抑制劑的心血管保護作用涉及抗氧化應激及糾正NO失衡［20-22］。動物與細胞實驗結果也顯示，SGLT2抑制劑與卡路里限制（calorie restriction，CR）模型具有類似效果［1，23-24］，這為抗內皮細胞衰老提供了治療思路：SGLT2抑制劑可能通過平衡NO及減輕氧化應激來保護內皮細胞，甚至逆轉內皮功能障礙，從而達到延緩內皮細胞衰老的目的。

3 SGLT2抑制劑抗內皮細胞衰老的主要信號通路

3.1 PI3K/Akt/eNOS、AMPK/Akt/eNOS信號通路 PI3K家族是一種由磷酸基肌醇特異性催化的激酶，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。AMPK即AMP依賴的蛋白激酶，其作為調控能量穩態的重要激酶，是生物能量代謝調節的關鍵分子，同時，AMPK也是一個參與多種信號傳導通路的關鍵蛋白。Akt是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，可分為蛋白激酶α、β、γ 3種類型，其是PI3K及AMPK的一個重要下游靶點。Akt被磷酸化激活后可作用于下游靶蛋白Bad、caspase-9、糖原合酶激酶-3β、雷帕霉素和eNOS等靶點［25］。因此，Akt在細胞增殖、凋亡和自噬過程中起重要作用［26］。

據報道，阻斷PI3K/Akt信號通路可導致人內皮細胞中NO釋放減少，此外，在培養內皮細胞中，eNOS磷酸化也與PI3K/Akt信號通路有關，過表達AKT Myr突變體增加了eNOS磷酸化水平和NO產生［27］。研究表明，卡格列凈可通過激活AMPK/Akt/eNOS信號通路來保護內皮細胞免受氧化應激損傷［28］，該信號通路在預防心血管疾病中具有血管保護作用。上述研究表明，NO在PI3K/Akt/eNOS、AMPK/Akt/eNOS信號通路中起重要作用，而NO又是內皮細胞功能的重要指標。NO濃度和活性降低，會導致細胞內游離Ca2+濃度增加，進而導致血管收縮、細胞通透性改變、血管內皮功能障礙，從而加速動脈粥樣硬化等。因此，Akt被PI3K或AMPK激活，進而磷酸化eNOS，促進內源性NO合成和釋放，從而起到血管內皮保護作用［29］。研究表明，恩格列凈和達格列凈可以恢復NO的生物利用度，從而改善內皮功能［30］，且SGLT2抑制劑均可以阻止內皮功能障礙的發展［14］。另外，SGLT2抑制劑還可以逆轉內皮細胞衰老基因上調，進一步減輕內皮功能障礙［31-32］。

3.2 AMPK、SIRT1信號通路 研究表明，SGLT2抑制劑能夠激活能量傳感器AMPK、SIRT1信號通路，進而改善線粒體氧化功能［33］；卡格列凈和依帕列凈可通過磷酸化AMPK而激活AMPK信號通路，減輕炎癥反應及氧化應激，且有利于逆轉代謝綜合征［34-35］。SIRT1是另一個能量傳感器，能被NAD+激活，也能與AMPK相互激活，可以去乙酰化并激活轉錄因子，如過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助活化因子1α、線粒體轉錄因子A和核因子E2相關因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor-2，NRF2）。其中NRF2不僅可以促進線粒體功能，還具有較強的抗氧化活性，可增加細胞對氧化應激的抗性［36］；其是一種氧化還原敏感轉錄因子，被認為可介導CR的部分促長壽效應［37］，其被AMPK和SIRT1激活，在核易位后與小Maf蛋白結合形成異二聚體，并與抗氧化反應元件結合，進而促進各種抗氧化蛋白表達，如SOD、CAT、血紅素氧化酶1和谷胱甘肽等［38］。因此，促進NRF2核易位，增強NRF2/ARE信號通路，可以減輕氧化應激［39］。研究表明，依帕列凈除了促進AMPK上調外，還可以直接激活NRF2，增加抗氧化劑血紅素氧化酶1水平，從而減輕氧化應激［39］；另外，FOXO3轉錄因子也可被AMPK和SIRT1激活，從而靶向調節抗應激相關基因［40］。

3.3 IGF-1、mTOR信號通路 高胰島素水平可激活胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor 1，IGF-1）受體，胰島素/IGF-1信號通路（insulin/IGF-1 signalling，IIS）可通過p53介導ROS的產生［41］，并誘導細胞衰老；此外，IIS還可以不依賴氧化應激，通過抑制PI3K和SIRT1而介導p53-p21通路，使細胞周期停滯，進而誘導細胞衰老［42］。NRF-2與線粒體功能密切相關，且其受包括mTOR信號通路在內的多種信號通路調節。

研究表明，SGLT2抑制劑可以下調IGF-1、抑制mTOR信號通路激活，促進細胞修復，從而增強細胞應激抗性，延緩細胞衰老［21，34］；此外，SGLT2抑制劑還可以調節缺氧誘導因子（hypoxia inducible factor，HIF）-2α/HIF-1α信號通路［43-44］。SUGIZAKI等［45］研究表明，與接受胰島素處理的小鼠相比，接受SGLT2抑制劑處理的小鼠氧化應激標志物如尿8-羥基-2-脫氧鳥苷明顯減少，而抗氧化酶錳-SOD和CAT則明顯增加，脂肪細胞衰老標志物p16-INK4a和衰老細胞數量也明顯下降。此外，SGLT2抑制劑通過抑制mTOR信號通路激活，還能促進NRF2核易位，NRF2/ARE信號通路被激活后表現為抗氧化蛋白表達增加、氧化應激減輕［46-47］。

3.4 Akt/FOXO、胰島素/IGF-1/FOXO信號通路 FOXO是Akt信號通路及IIS的下游靶點，具有抗氧化應激能力［48］，在延緩內皮細胞衰老中起關鍵作用［38］。目前，尚無直接證據表明，SGLT2抑制劑對FOXO3基因產生作用，但FOXO3活性的相關調控通路提供了部分間接證據：（1）在CR狀態下（如使用SGLT2抑制劑），抑制IIS激活可減輕FOXO3的抑制情況［49］。（2）AMPK可以激活FOXO3，靶向調節抗應激相關基因［42］。（3）在CR狀態下（如使用SGLT2抑制劑），BOHB上調可以導致組蛋白高乙酰化［50］，從而誘導FOXO3表達，最終減輕氧化性損傷［42］；此外，直接輸注BOHB也可以通過誘導FOXO3表達而防止缺血-再灌注損傷［50］。（4）SGLT2抑制劑可以通過SIRT1調控FOXO3轉錄活性，以防止缺氧誘導的線粒體氧化損傷。因此，FOXO作為SGLT2抑制劑延緩壽命的潛在下游靶點，有很大的研究空間。

3.5 其他 在靶器官中，ROS可促進促纖維化因子的產生，如轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β，而TGF-β可以介導細胞外基質積累，導致年齡相關的心肌、腎纖維化、動脈粥樣硬化。既往研究報道，卡格列凈可以促使TGF-β正常表達，進而抑制細胞外基質的積累，且不依賴降糖作用［39，51］；魯格列凈可抑制細胞間黏附分子1（intercellular adhesion molecule 1，ICAM-1）、IL-1β、IL-6和腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）表達［52］；魯格列凈可以減少巨噬細胞在血管周圍脂肪組織中的積累，并減少新內膜增生［53］；恩格列凈可降低CD68、MCP-1、ICAM-1、TNF-α和NADPH氧化酶表達水平，從而改善內皮功能［54］；恩格列凈可以通過抑制人內皮細胞中的炎癥/NHE/［Na+］c/ROS信號通路而減輕氧化應激［55］。

4 小結與展望

內皮細胞衰老是一個涉及氧化應激、NO失衡及炎癥等多條信號通路及相關蛋白的復雜生理過程，且多種信號通路間又相互聯系。目前，SGLT2抑制劑抗內皮細胞衰老研究主要集中在單一方面，各信號通路分子間的橫向研究較少。與其他CR模型如二甲雙胍、雷帕霉素、白藜蘆醇和NAD+前體［56-57］相比，SGLT2抑制劑可能是治療衰老相關疾病最有前途的藥物，其通過調節多種信號通路而減輕氧化應激、DNA損傷、炎癥反應及減少終末器官纖維化、改善內皮功能，進而發揮抗內皮細胞衰老及心血管保護作用［14，19，58-60］。

作者貢獻：馮佳欣進行文章的構思與設計，文獻/資料收集、整理，撰寫、修訂論文；盧成志進行文章的可行性分析，負責文章的質量控制及審校，并對文章整體負責、監督管理。

本文無利益沖突。