SGLT2抑制剂对糖尿病心肌病心肌组织的直接作用机制研究进展

陈旭，施凯佳，姚姗，周田，许笃武，王姣 综述 陈小盼 审校

1.海南医学院研究生院，海南 海口 570102；2.海南医学院第一附属医院内分泌科，海南 海口 570102

糖尿病作为全球性高发疾病，其伴随的并发症也涉及全身众多器官和组织，糖尿病心肌病(DCM)因其难治性和较高的死亡率，已经越来越引起人们的重视。DCM是独立于冠心病、高血压和心脏瓣膜病之外的继发性心脏疾病[1]，它会使糖尿病患者发生心力衰竭的风险增加四到五倍。其病理发展通常被分为两个阶段，第一阶段一般是无临床症状的，出现心肌纤维化、室壁僵硬及舒张功能障碍的病理变化；第二阶段则会逐渐出现心力衰竭的症状，这一阶段左室肥厚、心室重构、心脏舒张功能障碍加重[2]。长期的高糖环境使心室肌功能逐渐失代偿，继而心力衰竭，虽然目前临床上还没有有效的方法来根治DCM，而钠-葡萄糖协同转运蛋白2抑制剂(SGLT2i)的出现则可以有效减缓DCM的进展。目前国内批准上市的SGLT2抑制剂主要有恩格列净、卡格列净、达格列净等，大量以CANVAS、EMPA-REG、DAPA-HF trial 为代表的临床追踪数据证明卡格列净、恩格列净、达格列净三者都可以降低患者的血糖、体质量、血压等，并通过减少和降低这些危险因素来间接干预心血管终末事件的发生、发展以及再住院率[3-12]。但相关体外实验证明，在损伤模型中，SGLT2i 可以直接影响NRF2/ARE、缺氧诱导因子1α等通路对心脏等脏器组织产生直接影响，也就是说其可以不依靠降低心脏疾病的危险因素来间接治疗糖尿病心肌病，本文将围绕SGLT2i对糖尿病心肌病心脏组织的直接作用可能涉及到的机制展开阐述[13-14]。

1 SGLT受体和SGLT2抑制剂概述

目前发现的钠-葡萄糖协同转运蛋白(SGLT)受体中涉及到葡萄糖吸收的主要有两种亚型，分别为SGLT-1 和SGLT-2，SGLT1 主要分布于小肠、心脏和肾近曲小管S3 段中，SGLT2 主要分布于肾近曲小管S1 段中[15]。在肾小管内两者都参与了葡萄糖重吸收的过程，原尿中的葡萄糖依靠钠泵转运钠离子所造成的势能差提供能量，借助肾小管上皮细胞表面的SGLT1和SGLT2两蛋白受体进入上皮细胞内，再重吸收入血液循环中；同样原理，在小肠内葡萄糖以SGLT1 为载体逆浓度梯度进入肠黏膜保证糖类物质的吸收利用，SGLT抑制剂(SGLTi)正是通过限制这两个过程起到降低血糖的作用[16]。SGLT2i 不但可以抑制SGLT2 受体，也可以一定程度上限制SGLT1 的作用，减少肾脏对葡萄糖的重吸收，增加原尿中葡萄糖的排泄，同时抑制肠道SGLT1 来减少葡萄糖的吸收，以非胰岛素介入的方式降低血糖[17-20]。

2 SGLT2抑制剂对DCM心肌组织直接作用机制

SAYOUR 等[21]在实验中对健康雄性大鼠进行人工冠状动脉闭塞30 min，缺血发作后5 min 对其中一部分大鼠静脉推注卡格列净(体质量3 µg/kg)。与未经治疗的大鼠相比，卡格列净的治疗显著减少了心肌梗死面积以及血清肌钙蛋白T 水平，并且增加了心脏组织凋亡调节蛋白BCL-2 的表达，短时间之内，卡格列净不可能通过调节血糖、血压等其他危险因素对心脏微环境产生影响。此外，有研究报告了在患有心血管疾病的高危T2DM 患者中，与接受安慰剂治疗相比，接受卡格列净治疗的T2DM患者因心力衰竭(HF)住院率大大降低，更为有趣的是，接受卡格列净治疗的患者发生急性心肌梗死的可能性与对照组相同，但存活率更高。这些发现支持了卡格列净等SGLT2i 可能独立于其抗糖尿病作用而具有直接的心脏组织保护作用的观点[22-23]，下文中将对其可能涉及到的机制展开探讨。

2.1 SGLT2抑制剂通过抑制SGLT1保护心肌在高糖环境中，通过抑制心肌细胞葡萄糖转运体1 和4(GLUT1 和GLUT 4)抑制葡萄糖摄取并不影响活性氧(ROS)的产生，而通过SGLT-1受体抑制剂(phlorizin根皮苷)则可以阻断高糖环境中ROS的产生[24]，使用仅可以通过SGLT-1受体转运的非代谢糖类物质则可以使细胞内NADPH 氧化酶(NOX)大量表达并且产生大量活性氧，由于GULTs是包括心肌细胞在内的人体细胞利用葡萄糖的门户，因此过量的葡萄糖代谢本身并不能解释细胞内氧化应激的原因。在高糖环境中葡萄糖通过SGLT-1转运这个过程在细胞膜内表面激活装配了NOX 并产生大量ROS[25]。实验证明，心肌细胞通过钠-葡萄糖协同转运蛋白(SGLT-1)将葡萄糖转运到细胞质内，这一过程促使蛋白激酶C (PKC-2β)的激活，pkc 募集p47phox 等催化亚基转移到细胞膜上，装配NOX[26-28]，NADPH 氧化酶是糖尿病心肌病心肌损伤的“导火线”，ROS 的产生是一个以NOX 居于前列的受控信号系统[29-30]。前文中讲到SGLT-1 在心脏和血管中也有分布，心肌细胞通过SGLT-1 转运葡萄糖的过程又介导了氧化应激引起的一系列级联反应，较高剂量的SGLT2抑制剂卡格列净对于SGLT-1同样具有一定的抑制作用[31]，因此其对于SGLT1受体的抑制很有可能是其体现出糖尿病心肌病保护作用的机制之一，但是大部分SGLT2抑制剂对SGLT2受体具有高选择性，因此这一作用机制只是基于卡格列净的一种猜测，并未被证实。

2.2 SGLT2 抑制剂抑制NHE 受体目前的研究中能够明确SGLT2 受体抑制剂恩格列净、卡格列净等对于糖尿病肾病、心血管病和心肌病有明确的治疗作用[32]，而具体作用机制目前还不能完全明确，上文中讲到卡格列净对SGLT-1受体的抑制作用很有可能是其对糖尿病心肌病有直接保护的一个作用机制。但是作为高选择性SGLT2抑制剂的恩格列净、达格列净则对于SGLT1受体的抑制作用很有限，但是其在心力衰竭的治疗上同样有明确的治疗作用，有实验证明恩格列净、卡格列净以及达格列净可以抑制心肌细胞膜上的NHE-1 受体(钠-氢交换体-1)的活性，降低胞质内Na+和Ca2+并增加了线粒体内Ca2+。最终通过抑制钠-氢交换来优化心肌线粒体功能和能量代谢，减少活性氧簇的产生，减少氧化应激所引起的一系列级联反应[33]。由于NHE表达量和Na+在糖尿病和衰竭心脏中均升高，促进Na+流入细胞内，从而激活了Na+/Ca2+交换体，使细胞内Ca2+浓度升高，通过Ca2+调节神经磷酸酶信号触发心脏肥大及纤维化，最终导致心肌细胞损伤，因此，SGLT2i 对病变心肌细胞中的Na+和NHE 活性的负性影响减轻甚至是逆转了这一心肌损伤过程，这也很有可能是SGLT2i对心肌保护作用的机制之一[34-38]。

2.3 SGLT2 抑制剂抑制GULTs 受体GARCIA-ROPERO等[39]将L6骨骼肌细胞系常规培养后，放在具有高浓度的2-脱氧葡萄糖(2-DG)的培养液中继续培养，对照组则用2-DG 和卡格列净(10 μmol/L)共同培养，实验结果表明，卡格列净干预组对比对照组中，被转运到细胞内的2-DG 大约减少了50%，而2-DG主要经过GULT1葡萄糖转运体易化扩散到细胞内，几乎并不经过SGLTs扩散。LIANG等[40]在实验中也发现卡格列净可以以不依赖AMPK 的方式抑制HEK-293细胞的2-脱氧葡萄糖的摄取，表明它对葡萄糖转运体可能具有额外的脱靶作用。综上，说明SGLT2 抑制剂卡格列净很有可能对细胞膜表面的GULTs 葡萄糖转运体具有直接或间接的抑制作用。人体内大多数细胞代谢所需要的葡萄糖都是以GULT1和GULT4葡萄糖转运体为载体转运到细胞内的，卡格列净对于GULTs的脱靶作用一定程度上抵消了高糖环境对细胞的损伤作用，考虑到骨骼肌细胞与心肌细胞一类肌细胞代谢与细胞表面受体相似性，卡格列净等SGLT2i 很大可能对于心肌细胞表面的GULTs 同样具有抑制作用，这也对SGLT2i 对高糖环境中心肌细胞保护作用提供了重要的理论依据。当然，SGLT2i 是否一定对于GULTs 有抑制作用还不明确，有待进一步研究判定。

2.4 SGLT2 抑制剂增加酮体利用糖尿病心肌病发生时，心肌细胞胰岛素抵抗，糖脂代谢紊乱，不能充分利用葡萄糖，对于能量消耗大且能量利用复杂的心肌细胞就需要找到更为有效的燃料。众所周知，SGLT2抑制剂通过增加尿糖排泄降低血浆葡萄糖水平，这减少高糖对胰岛β细胞的刺激，从而减少了胰岛素分泌。循环中胰岛素水平的下降以及随之而来的胰岛素抗脂解作用的降低，增加了循环中游离脂肪酸的水平，当超过肝脏氧化脂肪酸的能力时，就会导致肝脏酮体大量积累，大量酮体会被释放到血液循环中[33,41-42]，当心肌细胞能量不足时，SGLT2 抑制剂可以直接增加心肌细胞内酮体氧化利用的关键酶β-羟丁酸脱氢酶的表达，使心脏更好的利用酮体供能[38]，由此，酮体在肝内产生增加，在心脏组织利用增加，优化心肌细胞能量代谢，减少心脏组织活性氧的产生。

3 SGLT2i通过Keap1/Nrf2/ARE通路抑制ROS的产生

糖尿病心肌病心肌细胞内源性抗氧化系统功能被破坏，自由基不能被清除，导致氧化与抗氧化系统失衡，产生过量的活性氧[43]。过量的ROS生成可通过激活SAPK信号通路(ERK、JNKs、P38-MAPKs组成的丝裂原活化蛋白激酶MAPKs 和NF-κB 通路)介导细胞凋亡和炎症因子的分泌[44-45]。SGLT2受体抑制剂可以促进Keap1与Nrf2发生解藕联，释放的Nrf2 磷酸化后经核孔转位入细胞核，结合并激活DNA 的ARE 元件区。ARE元件位于许多抗氧化基因的上游启动区，可诱导下游多种抗氧化基因表达，如血红素加氧酶(hemeoxygenase，HO-1)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)、心肌去乙酰化酶，以此来起到抗氧化应激的作用[46]，也就是说其可通过Keap1/Nrf2 途径靶向控制保护性氧化应激反应酶，起到保护和治疗糖尿病心脏病的作用[47]。鉴于氧化应激表现在于大多数疾病的病理机制中，Keap1/Nrf2/ARE通路在细胞抗氧化应激中起着重要的作用，因此Keap1/Nrf2/ARE通路将会是未来疾病治疗的重要靶点[35，38，48-49]。

4 展望

在此之前，通常认为SGLT2抑制剂通过抑制肾小管SGLT2受体增加尿糖排泄和促进渗透性利尿，导致血浆容量减少，并降低血压和前后负荷，从体液因素改善心功能，也就是说先由保护肾功能再间接保护心功能，但是通过以上综述也发现SGLT2i有直接的心脏组织保护作用。通过SGLT2抑制剂对离体的心肌细胞进行体外处理，排除血压、血流量等其他干扰因素，探究其对心肌细胞的直接作用及其机制，以期对糖尿病心肌病药物治疗有更深一层次的认识；至此，SGLT2受体抑制剂由最初研究治疗糖尿病，再到后来发现其对心肌梗死、胰腺癌以及乳腺癌的明确治疗作用，相信目前对于SGLT2受体抑制剂的治疗作用以及其作用机制的研究都还只是冰山一角，关于它的层层迷雾也将会在不久的将来被层层剥开，为深受糖尿病心肌病在内的各种糖尿病并发症所折磨的广大患者带来福音。