格列本脲的抗炎机制及其应用研究进展

丁冉，段翌，张倩薇，单若冰

1青岛大学，山东青岛 266000;2青岛大学附属青岛市妇女儿童医院

第二代磺脲类降糖药格列本脲是一种选择性钾离子通道(K-ATP)抑制剂。一项纳入1 160例类鼻疽败血症患者的研究发现，伴有糖尿病的患者存活率更高，但仅限于长期服用格列本脲组，该组患者63个免疫相关基因表达改变，表现为抗炎作用增强[1]。近10年研究发现，格列本脲对呼吸[2,3]、循环[4,5]、神经[6,7]、泌尿[4]等系统的炎症损伤均能产生保护作用。NLRP3炎性小体的产生是炎症反应的重要环节，抑制NLRP3的生成或NLRP3炎性小体的组装可一定程度上降低病原体或非病原体引起的炎症水平。格列本脲通过抑制Sur1相关的离子通道活性、抑制NLRP3炎性小体组装以及炎症介质表达，减轻了炎症反应。当前对于不同类型炎症的治疗主要依赖于抗生素或激素，但对于慢性炎症损伤缺乏有效的防治措施，同时也存在耐药或其他不良反应等问题。格列本脲是临床治疗常用的药物，具有安全性高、价格低等特点，并且其特殊的抗炎机制或可在一定程度作为上述药物的补充。然而，国内尚无格列本脲抗炎机制和作用的系统阐述。因此，现将格列本脲抗炎治疗的最新发现综述如下。

1 格列本脲抗炎作用机制

1.1 影响NLRP3炎性小体 炎性小体是一类存在于免疫细胞胞质的高分子量复合蛋白，其中NLRP3炎性小体是由凋亡相关斑点样蛋白(ASC)、NOD样受体蛋白3(NLRP3)以及pro-caspase-1组成的多蛋白复合体。NLRP3炎性小体的激活过程受K+、Ca2+转运，ROS水平及溶酶体内的多种蛋白酶的调控，其激活可促进pro-caspase-1成为caspase-1，进而使下游炎症因子IL-1β及IL-18前体转化为具有活性的炎症因子，参与机体炎症反应。格列本脲对NLRP3炎性小体的抑制是目前较为肯定的抗炎机制，其对K+、Ca2+转运及氧化应激水平各自的调节又互相影响其他调控机制，影响炎症细胞活性和炎症因子的表达。

1.1.1 激活NLRP3炎性小体 生理状态下，NLRP3处于低表达状态，不能组装生成炎性小体，启动信号及激活信号是NLRP3炎性小体活化的必要条件。NOD样受体或其他病原识别受体可识别包括细菌脂多糖(LPS)、肽聚糖等病原相关分子模式(PAMPs)或自身细胞、组织破损产生的损伤相关分子模式(DAMPs)在内的启动信号，促进NF-κB进入细胞核。启动开始后，ATP或颗粒物质等多种激活信号可介导NLRP3炎性小体的组装。目前关于NLRP3炎性小体激活的假说主要有4种：①K+外流被认为与大多数活化NLRP3炎性小体的通路相关。ATP等NLRP3激动剂也可导致K+外流，细胞内低K+有助于NLRP3炎性小体的活化[8]。但也发现，阻断K-ATP通道不能影响NLRP3炎性小体的活化，而NLRP3激活突变的巨噬细胞可在没有K+外流的条件下产生NLRP3炎性小体[8]。②线粒体功能障碍及髓过氧化物酶、一氧化氮合酶等特定酶产生的活性氧(ROS)可减少NLRP3炎性小体的产生。组织ROS表达受抑制时，caspase-1及IL-1β水平表现为下降。ROS对NLRP3炎性小体的活化作用在于启动阶段对NLRP3表达的影响，而不是激活阶段。③NLRP3炎性小体的激活过程存在Ca2+转运，细胞内Ca2+增加可促进NLRP3与ASC的结合[9]，抑制内质网Ca2+通道可减少其活化。④二氧化硅等物质可导致溶酶体膜破损，组织蛋白酶家族的多种蛋白酶进入胞质导致NLRP3炎性小体活化，该作用受组织蛋白酶抑制剂调控。

1.1.2 调控K+转运 P2X7受体参与LPS对NLRP3炎性小体的活化，ATP与P2X7受体结合可刺激缝隙连接蛋白pannexin-1开放及K+外流[10]。过去认为，格列本脲对NLRP3炎性小体的抑制在于对K-ATP通道的关闭作用[11]，但同为K-ATP通道抑制剂的格列吡嗪并不能下调NLRP3炎性小体的生成，且缺乏K-ATP亚基或ATP结合盒转运蛋白的巨噬细胞也被证明能正常地产生NLRP3蛋白并组装形成炎性小体[10]。此外，格列本脲含有环己脲基、磺酰基和苯甲酰胺基三种基团，仅含有磺酰基和苯甲酰胺基的格列本脲类似物可正常抑制NLRP3炎性小体活化，抑制K-ATP通道的环己脲基被证明不是必须基团，并且磺酰基和苯甲酰胺基同时存在才有最好的效果。此外，LPS刺激炎症细胞后，尼日利亚菌素nigericin或DOTAP激活的NLRP3炎性小体均受格列本脲调控，并且小分子物质可正常通过nigericin引起的pannexin-1开放的炎症细胞。因此，K+转运或许不是NLRP3激活的关键因素[8]，格列本脲对K-ATP通道的抑制也不是影响NLRP3炎性小体水平的主要机制。值得注意的是，沙门菌诱导的IL-1β转换酶蛋白激活因子及炭疽致死毒素诱导的NALP1b均可正常结合ASC[10]。可见，格列本脲对NLRP3炎性小体的调控位点位于P2X7受体下游及NLRP3组装之前，但具体调控原件及位点目前仍需进一步研究。格列本脲抑制K-ATP通道对于NLRP3炎性小体的影响或需更多研究探讨。

1.1.3 调控ROS 生理情况下，NLRP3的配体硫氧还蛋白硫氧还蛋白(TRX)互作蛋白质(TXNIP)结合并抑制TRX活性。当细胞受到异常刺激或线粒体损伤时ROS产生增加并引起TXNIP与TRX分离，活化NLRP3。ROS还是启动阶段髓样分化因子(MyD88)信号通路介导NLRP3去泛素化的重要促进因素，其产生依赖于NADPH氧化酶、髓过氧化物酶及一氧化氮合酶等特定酶。实验发现，格列本脲可显著降低大鼠ROS水平，增加抗氧化因子SOD-1及过氧化氢酶水平的同时降低大鼠髓过氧化物酶、一氧化氮合酶的生成，但具体机制仍不清楚[12]。此外，格列本脲可增加胞质谷胱甘肽(GSH)浓度，减轻ROS对细胞的影响。由此可见，格列本脲通过减少ROS的产生和增加消耗，维持氧化应激水平稳定的同时抑制了NLRP3的生成。

1.1.4 调控Ca2+转运 Ca2+可促进ASC与NLRP3的结合[9]，但对AIM2和NLRC4炎性小体的激活无影响。格列本脲对正常细胞Ca2+转运影响很小，但可调控P2X7受体相关通路抑制LPS诱导的细胞内Ca2+增加，通过P2X7受体/Ca2+/AP-1信号通路抑制TNF-α等炎症因子表达，减少启动信号对细胞的刺激。此外，ROS清除剂tiron和线粒体抑制剂鱼藤酮同样可抑制ATP及毒胡萝卜素诱导的Ca2+瞬时升高，并且格列本脲不能改变tiron和鱼藤酮处理后的细胞Ca2+转运[13]。因此，格列本脲除了可直接影响Ca2+的转运，还可能通过调控细胞内氧化应激和线粒体活性间接影响Ca2+水平，进而调控NLRP3炎性小体的启动和激活。

1.2 抑制炎症细胞 炎症细胞过度聚集于局部是炎症进展及组织损伤的重要原因。缺氧可引起内皮细胞K-ATP通道开放，使细胞处于超极化状态，随后激活SAPK/JNK信号通路并分泌P选择素诱导炎症细胞向损伤部位聚集[14]。K-ATP通道开放剂硫化氢可诱导中性粒细胞的聚集，但该作用受格列本脲的阻滞。格列本脲预处理可减轻内皮细胞的超极化，抑制中性粒细胞及单核/巨噬细胞的黏附趋化功能。由此可见，格列本脲对K+跨膜转运的抑制可影响炎症细胞的功能，减轻中性粒细胞在组织聚集造成的炎症损伤。单核细胞可分化形成M1、M2两种类型巨噬细胞，M1以促炎、杀伤为主，M2主要功能是抗炎和组织修复。Kewcharoenwong等[15]研究发现，格列本脲导致M1/M2比例减小，增加M2表面标记(CD163+、CD206+)，并降低M1巨噬细胞的表面标记(HLA-DR+、CD86+)。M1/M2巨噬细胞比例降低伴随TNF-α分泌减少、抗炎因子IL-10增加及炎症细胞活化水平降低。NLRP3炎性小体的表达水平是影响巨噬细胞抗炎作用的重要因素，高氧可引起M2巨噬细胞表型向M1巨噬细胞转化，但NLRP3-/-巨噬细胞未出现该变化[3]。格列本脲可能是通过调控NLRP3炎性小体间接影响巨噬细胞。嗜酸性粒细胞是过敏性炎症和寄生虫感染的主要效应细胞，其活性受血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)及eotaxin等炎症因子调控。辅助性T淋巴细胞2(Th2)增多会导致Th1/Th2功能失衡，Th2细胞因子IL-4、IL-13过度表达又可促进VCAM-1及eotaxin生成；Th2细胞因子IL-5可促进嗜酸性粒细胞表达IL-5Ra和成熟，成熟嗜酸性粒细胞也可分泌IL-5正反馈促进嗜酸性粒细胞相关的炎症损伤。格列本脲在体内外均可显著减少Th2细胞因子表达，降低STAT6磷酸化水平，减少VCAM-1、eotaxin等炎症因子水平，抑制嗜酸性粒细胞的激活[16]。值得注意的是，Bruchard等[17]认为是NLRP3而不是NLRP3炎性小体参与Th2分化的调控，Th2的NLRP3定位于细胞核参与转录水平的调控。NLRP3基因敲低可明显抑制IL-4、IL-5、IL-13 mRNA的表达，但不影响IL-4受体基因正常编码，排除了NLRP3对嗜酸性粒细胞的影响。此外，M2巨噬细胞的激活被认为可抑制炎症，Th2减少不利于单核细胞分化形成M2巨噬细胞，但格列本脲格被认为既可抑制Th2的形成，又能增加M2细胞的激活。因此，格列本脲对M2巨噬细胞的调控可能与独立于Th2的其他细胞或信号通路相关。

2 格列本脲在临床各系统的抗炎应用

2.1 呼吸系统 急性肺损伤(ALI)是肺内、肺外各种损伤因素引起的急性呼吸功能不全，肺泡出血、间质水肿、肺不张、炎症细胞浸润及ROS增加是其重要特征。格列本脲可减轻ALI大鼠肺组织损伤，减少IL-1β及ROS[18]，而通过抑制ASC也可达到相似效果[19]，也说明了格列本脲对炎性小体的抑制是其发挥保护作用的重要机制。支气管肺发育不良(BPD)是新生儿长时间高浓度氧气治疗的常见后遗症。新生小鼠暴露于高氧可见M2巨噬细胞表型向M1变化，炎症细胞NLRP3炎性小体活化，IL-1β、IL-18增加[3]。格列本脲阻断高氧暴露小鼠NLRP3炎性小体活化，减少炎症细胞浸润，可明显增加肺泡数量及肺部结构复杂程度[3]，应用IL-1受体拮抗剂(IL-1ra)也可起到类似效果[20]。严重肺部疾病常需长时间辅助呼吸治疗，疾病本身和辅助呼吸治疗手段均可对肺部结构造成严重不良影响。目前仍缺乏有效解决方法，糖皮质激素对于ALI的预防和治疗效果均不确切，对BPD的治疗也存在一定争议。而格列本脲对急性及慢性肺疾病的炎症损伤和组织重构均表现出一定的保护作用，格列本脲将来或可用于肺损伤的治疗。

哮喘是一种常见的呼吸道疾病，是以Th2免疫反应过度、气道高反应性及嗜酸性粒细胞大量聚集等为特征的炎症性疾病。卵清蛋白诱导的哮喘小鼠肺组织Sur1表达增加86.36%，BALF炎症细胞数也显著增加，而格列本脲治疗后Sur1较前下降，BALF嗜酸性粒细胞减少了48%，VCAM-1及eotaxin-1也较前降低[2]。哮喘小鼠支气管和血管周围有广泛的斑片状炎性浸润和多量黏液产生，格列本脲治疗后明显减少，腹腔注射低剂量格列本脲可使小鼠气道炎症减少20%，而高剂量时可减少50%。Li等[21]认为格列本脲通过抑制NLRP3炎性小体，一定程度上降低了IL-4、IL-5及IL-13等炎症因子并且增加IL-10表达。虽然格列本脲对哮喘气道高反应性的影响仍存在争议，但总体治疗结果表现为减轻哮喘的严重程度，为未来治疗哮喘提供了新的可能。

2.2 循环系统 心血管系统急慢性炎症常可造成心脏或血管不可逆损伤，影响患者循环系统整体功能。格列本脲治疗尽管未能逆转高腺嘌呤饮食大鼠心脏器质性变化，但可减轻局部炎症，改善血压和血管反应性，使收缩和舒张末期左心室直径趋于正常，降低舒张末期左室容积，明显改善心功能[4]。Cai等[22]研究发现，格列本脲预处理可减轻LPS诱导的脓毒症小鼠心肌损伤，降低IL-1β及TNF-α水平。LaRock等[5]研究发现，格列本脲减少NLRP3炎性小体及IL-1β可减轻强心苷的心肌细胞毒性。此外，格列本脲还可减少小鼠粥样斑块形成，增加斑块内胶原含量，降低斑块易损指数及斑块内巨噬细胞含量。虽然格列本脲对心肌缺血预适应的影响尚有争议，但格列本脲对心血管系统的保护作用不应被就此忽略，并且短期小剂量应用格列本脲对血糖及心血管的影响相对较小，其安全性得到证实。同时，FDA不良事件报告系统显示格列本脲与地高辛连用的不良事件发生率为16%，低于地高辛单用的28%。因此，当糖尿病患者伴发急性或慢性心血管系统疾病时，格列本脲是较好的降糖药选择。

2.3 神经系统 中风是中老年人常见的疾病，缺血缺氧迅速形成的脑水肿及再灌注引起的局部炎症反应是导致患者病情恶化、脑疝和死亡的重要原因。正常情况下，仅小部分神经细胞表达Sur1参与形成K-ATP通道。脑缺血可导致Sur1表达上调并参与调节血管内皮细胞、神经元及胶质细胞Sur1-Trpm4通道的形成。多项二期临床研究表明，格列本脲静脉注射剂RP-1127小剂量应用可显著下调MMP-9水平[23，24]。格列本脲对MMP-9活性无直接影响，对Sur1-Trpm4通道[7]及NLRP3炎性小体[25]的抑制作用可能是MMP-9表达及激活减少的机制。格列本脲减少了MMP-9对血脑屏障血管内皮细胞间紧密连接、基质及血管基底膜的损伤，避免了因通透性增加引起的炎症细胞不断聚集和TNF-α、IL-1β等炎症因子加重局部炎症损伤。此外，格列本脲联合亚低温治疗中风大鼠可显著降低环氧合酶-2、TNF-α、IL-1β等炎症因子水平，效果较单纯亚低温治疗显著[6]。格列本脲对Sur1-Trpm4通道的抑制还可减轻神经细胞水肿及大脑半球中线偏移程度[26]，避免细胞肿胀死亡加重局部炎症。当前格列本脲的脑保护作用已进展至临床研究阶段，并取得了一定的研究成果，有望成为脑损伤的临床治疗药物。但剂量选择仍是需要解决的难题，严重的脑损伤伴随低血糖对患者可能是致命的打击。有研究发现，在不对血糖造成显著影响的剂量下，格列本脲仍有神经系统保护作用[24]。动物研究也证明，注射小剂量格列本脲不显著改变血糖，但已有明显的抗炎效果[2]。但脑损伤患者使用格列本脲除了抗炎，更多的是其他神经保护作用，其最佳剂量仍需进一步探索。

2.4 泌尿系统 高腺嘌呤喂养的大鼠肾脏出现慢性炎症细胞浸润，肾小管损伤，纤维化增加，血浆肌酐升高，尿液蛋白质、尿酸及尿素均增加。相较正常饮食大鼠，肾脏炎症标志物TNF-α、NLRP3及氧化损伤标志物血红素氧合酶1均增加，但在格列本脲治疗后显著减低[4]。此外，格列本脲还可明显减少大鼠肾小管上皮细胞晶体沉积。接受格列本脲治疗的糖尿病大鼠肾脏炎症细胞浸润及TNF-α、IL-1β、IL-6等炎症因子明显减少，抗氧化应激能力提高，肾脏功能及组织结构明显改善[27，28]。缺血再灌注是肾脏损伤常见病因，再灌注大鼠肾脏血管通透性增加，TNF-α及髓过氧化物酶水平上升；格列本脲通过影响中性粒细胞迁移减少肾脏炎症因子，可加快肾脏功能恢复速度。关于格列本脲对肾脏等器官炎症损伤的的研究目前还较少，还需更多研究来探索格列本脲可能存在的保护作用。

综上所述，格列本脲通过调控NLRP3炎性小体、抑制炎症细胞激活及细胞因子表达等方式，在一定程度上减轻了各器官系统的炎症损伤和组织重构。随着研究的不断深入，格列本脲对不同炎症性疾病的治疗作用得到越来越多的认识，多项神经系统损伤后使用格列本脲治疗的临床试验也证明了其潜在的抗炎治疗价值。此外，不同研究关于格列本脲的给药方式和剂量仍存在较大差异，对于非糖尿病患者不同炎症性疾病的最佳药用剂量和安全性等问题，期待进一步探讨。