钠-葡萄糖协同转运蛋白2抑制剂降低新发房颤潜在机制研究

易兴娟，张 虹

0 引言

房颤(Atrial fibrillation，AF)作为最常见的房性心律失常，其机制来源于异位电触发及心脏组织折返异常电活动。异位电活动常来源于肺静脉，而射频消融术后AF复发最常见原因是隔离区域异常电路的重新连接。心房肌的重构为AF的发生和维持提供了异常基质。在心肌细胞水平上，早期后除极(Early after depolarization,EAD)是Na+、Ca2+离子稳态紊乱结果，也是肺静脉异位电活动的主要机制。此外，慢性AF长期遭受氧化还原信号干扰，驱动离子通道、线粒体及能量改变，心肌肥大、纤维化及心律失常的发生。钠-葡萄糖协同转运蛋白2抑制剂(Sodium-glucose cotransporter 2 inhibitors,SGLT2i)在2型糖尿病治疗中可降低新发房颤发生。本文对SGLT2i降低新发房颤潜在机制进行综述。

1 SGLT2i调节AF患者离子通道平衡

1.1 Ca2+、Na+离子通道及与AF关系 早期后除极和触发活动常常是始动和维持AF的重要机制。心房肌细胞Ca2+、Na+失衡促成早期后除极。Lenaerts等[1]的研究发现,持续性AF可通过增加Na+/Ca2+交换体、降低肌浆网Ca2+释放致细胞内Ca2+超载，加速平台期L型Ca2+通道失活，使动作电位及有效不应期(ERP)时程缩短,AF时T型Ca2+通道表达增加，加快心房自律细胞0期去极化速度，从而促进了AF的发生和维持。此外，AF时活性氧簇(Reactive oxygen species,ROS)的增加抑制心肌肌浆网Ca2+/ATP酶活性、促进Ryanodine受体2(Ryanodine receptor 2,RyR2)通道开放及激活钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ(Ca2+/calmodulin depedent protein kinase Ⅱ,CaMK Ⅱ)，影响内质网上Ca2+调节蛋白，进一步加重胞内Ca2+超载[2]。除了Ca2+异常外，AF时峰值Na+电流降低，Na+/K+泵活性降低，Na+/H+交换体活性增加。晚期Na电流增加不仅激活CaMK II、Na+/Ca2+交换体及PKA增加内质网Ca2+渗漏,还延长动作电位并促进早期后除极[3],这可能是Na+通道引起AF机制之一。

1.2 SGLT2i调节Ca2+、Na+离子通道 多项研究已表明,SGLT2i对心房肌细胞Ca2+、Na+通道有调节作用。Bode等[4]报道，SGLT2i促进尿钠排泄、抑制Na+/H+交换体、促进Na+/Ca2+交换体外排Ca2+，显著降低心肌细胞内Na+、Ca2+浓度及内质网释放Ca2+。Lee等[5]研究显示，恩格列净可激活心房肌细胞中受抑制的心肌肌浆网Ca2+/ATP酶，改善RyR2介导的内质网Ca2+泄漏，降低胞内Ca2+水平。在体外24 h小鼠和人类心肌细胞培养中发现，恩格列净可降低CaMK II活性，降低Ca2+释放水平，CaMKII为SGLT2i调节Ca2+提供了一个合理靶点[6]。此外，有系统的研究数据表明,SGLT2i可抑制心肌成纤维细胞中Na+/H+交换体的mRNA表达,提高腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)活性，逆转心脏重构[7]。以上研究结果表明，SGLT2i通过直接或间接作用调节Ca2+、Na+通道，改善电重构及结构重构，降低AF的发生。

2 SGLT2i改善线粒体功能

2.1 线粒体ROS的产生与AF关系 线粒体是心肌细胞能量来源的关键部位,在氧化应激、维持细胞离子内环境稳态及细胞内信号产生与传递等方面起作用。AF时会引起线粒体功能障碍，导致ROS增加、ATP合成减少和线粒体Ca2+增多，ROS增加加强晚期钠电流、Na+/Ca2+交换体及RyR2活性，同时RyR2激活促进内质网中Ca2+通过Na+/Ca2+交换体释放，导致胞质中Ca2+超载[8]。在AF的电重构中，线粒体中Ca2+负荷反馈致使ROS生成。此外，线粒体功能障碍继发的ATP减少可抑制心肌肌浆网Ca2+/ATP酶活性。

2.2 SGLT2i改善线粒体功能 多项研究表明，SGLT2i减少线粒体ROS的产生。Olgar等[9]在早期使用达格列净治疗的心室肌细胞中观察到耗竭的线粒体Ca2+恢复，心室收缩功能改善。前期代谢综合征大鼠模型中显示，达格列净通过增加线粒体内膜电位、恢复ADP/ATP比率和降低ROS水平，抑制线粒体异常融合或裂变，促进线粒体生物合成[10]。Shao等[11]证明，恩格列净可使糖尿病大鼠线粒体最大耗氧量、内膜电位、生物合成蛋白质表达增加，缓解心脏结构重塑及电重塑，减少 AF发生。由此可见，SGLT2i降低线粒体 ROS，调节心肌细胞内离子稳态、能量平衡，预防心室重构，减少心律失常发生。

2.3 线粒体AMPK激活改善AF发生 AMPK是线粒体生物合成、自噬和活性氧释放的能量调节器。与正常心律相比，不规律起搏时动作电位缩短，舒张期Ca2+的通透性增加，激活CaMK Ⅱ和AMPK，同时促进脂质及糖原累积，激活促凋亡信号途径[12]。有研究表明，线粒体ROS是AMPK的生理激活剂，AMPK的激活触发PGC-1α依赖的抗氧化反应，从而限制线粒体ROS的产生。因此，在缺乏AMPK活性的细胞中，ROS表达水平增加[13]。这些研究表明，AMPK激活是改变AF中线粒体ROS释放及电活动靶点。

2.4 SGLT2i促进AMPK磷酸化 Lu等报道[14]，被SGLT2i处理小鼠心肌细胞中磷酸化AMPK数量增加。SGLT2i介导的AMPK磷酸化可防止脂多糖诱导的ATP/ADP耗竭及TNF-α、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)表达，增加抗炎标志蛋白M2水平[15]。此外，磷酸化的AMPK上调并激活肝脏和白色脂肪组织中沉默信息调节因子1(Silent information regulator 1,SIRT1)，促进脂肪酸氧化及糖异生，降低乳酸及脂质堆积，改善能量代谢[16]。综上所述，SGLT2i促进AMPK磷酸化，参与炎症的减轻，调节能量生成，延缓AF进展。

3 SGLT2i维持AF患者能量平衡

3.1 能量紊乱促进AF发生 心脏是一个高能耗氧器官，维持电活动及机械活动所需ATP大部分来自脂肪酸氧化,小部分来源于乳酸、葡萄糖、酮体、氨基酸的氧化。既往研究显示，AF时ROS增加和Ca2+超载使得线粒体氧化磷酸化水平降低，ATP产生下降。此外，Zima等[17]发现,AF时线粒体中脂肪酸氧化异常和糖酵解增强导致细胞酸化(乳酸升高)，Na+泵、L型Ca2+通道、NHE-1等心肌离子通道异常，引起心肌传导异质性及心电活动紊乱，直接导致心肌细胞离子通道重塑和电不稳定性，诱发房性心律失常。

3.2 SGLT2i改善能量形成及利用 Zhang等[18]的研究显示，在2型糖尿病小鼠中，恩格列净可以抑制NHE-1来减少乳酸生成，促进棕榈酸酯合成α-酮戊二酸。酮体作为心肌细胞的潜在代谢底物，与代谢关键酶含量在AF持续中增高，且在SGLT2i长期治疗中增加血液中酮体水平，改善ATP利用[19]。有报道，酮体可抑制瞬时钾外流通道，延迟去极化，减少AF发生[20]。此外，酮体可降低炎症及逆转心室重塑。

4 SGLT2i改善心房肌重塑

4.1 SGLT2i降低炎症因子水平 AF与炎症相互作用，形成恶性循环。炎症促进心房结构和心房电重构的潜在机制包括心房纤维化、间隙连接异常和细胞内Ca2+调节异常。既往有研究显示，心脏术后服用秋水仙碱进行抗炎，降低了AF发生率[21]。而目前在接受SGLT2i治疗的人体初步研究中显示了瘦素、C反应蛋白、TNF-α、IL-6等炎症因子水平降低，抗炎因子增高[22-23]。此外，在高血压心肌病、糖尿病治疗过程中，还发现SGLT2i具有降低纤维化、胶原合成和成纤维细胞活化能力，其原因如下：①降低心肌成纤维细胞转化生长因子-β1激活，减轻细胞外基质重塑[24]；②将极化巨噬细胞从炎症M1型转变为更具抗炎作用的M2型[25]；③降低巨噬细胞中NLR结构域中炎性小体的活性，从而抑制肌纤维细胞激活相关促炎细胞因子白细胞介素(IL)1β和IL-18的成熟和分泌[26]。

4.2 SGLT2i减少心外膜脂肪 肥胖是AF的风险因素之一。在两者关联机制中，炎症的诱导起着非常重要的作用。SGLT2i主要通过以下机制缓解肥胖的不利影响。首先，SGLT2i治疗可降低人体体重和体脂质量[27]。其次，动物研究表明，SGLT2i使棕色脂肪组织向分泌炎症因子活性低的白色脂肪组织转变[28]。最后，SGLT2i减少人体心外膜脂肪体积[29]。

5 小结

SGLT2i作为新的降糖药物，已有大量研究证明其可以改善糖尿病及非糖尿病合并心衰的预后，并且已纳入多个国家治疗指南中。目前，部分研究显示，SGLT2i可降低新发房颤的发生，但作用机制尚无统一结论。综合现有研究，SGLT2i可通过调节离子通道、改善线粒体功能及心房肌重构、维持能量平衡等多重机制预防AF。而这些作用机制间存在的内在联系值得进一步研究。