SGLT2抑制剂舒张血管及机制的研究进展

孔琪, 钱玲玲, 李库林, 王如兴

(南京医科大学附属无锡人民医院心内科,江苏 无锡 214023)

钠-葡萄糖协同转运蛋白-2(sodium-glucose co-transporter-2,SGLT2)抑制剂是一种口服降糖药,其降糖机制较为独特,通过抑制肾小管中葡萄糖的再吸收从而增加糖尿、降低血糖。糖尿的产生取决于肾功能和血液中葡萄糖的浓度,在肾小球滤过率<45 mL/min/1.73m2以及非高血糖患者中糖尿会减少,因此这类药物发生低血糖的风险较低[1]。SGLT2抑制剂的代表药物有恩格列净、达格列净、卡格列净等。除控制血糖外,SGLT2抑制剂还对心血管具有广泛的益处,包括抑制心脏重塑、改善心脏供能、降低血压和降低动脉僵硬度等作用[2-5]。最近的研究发现,SGLT2抑制剂在血管舒张中发挥了重要的作用,且独立于其降糖作用,其机制可能涉及SGLT2受体、钠氢交换体(Na+/H+exchanger isoform，NHE)、血管平滑肌细胞增殖和迁移以及钾离子通道。

1 SGLT2抑制剂介导的内皮依赖性血管舒张

早在2014年,Oelze 等[6]发现恩格列净治疗7周可以改善链脲佐菌素(streptozocin,STZ)诱导的1型糖尿病大鼠的血管内皮功能障碍。最近有研究采用高盐饮食诱导盐敏感的大鼠高血压和舒张功能障碍,结果显示高血压大鼠血管细胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)和e-选择素表达增加,应用达格列净治疗6周降低了这些内皮活化标志物的表达[7]。这在Gaspari 等[8]的体外实验中也得到了验证,达格列净在体外抑制肿瘤坏死因子-α和高糖诱导的人血管内皮细胞活化,显著降低可溶性细胞间黏附分子-1(soluble intercellular adhesion molecule-1, sICAM-1)和VCAM-1的蛋白表达；但这只发生在低剂量达格列净处理的细胞中,高剂量达格列净处理没有这种效果。由于SGLT2抑制剂具有细胞毒性,是否起保护作用可能与它的浓度有关。

在动物实验中,SGLT2抑制剂可介导内皮依赖性血管舒张。在Oelze 等[6]的研究中,STZ诱导的大鼠乙酰胆碱依赖性的血管舒张受损,使用不同剂量的恩格列净均可改善。在另一项研究中,与对照组相比,达格列净可显著改善ApoE-/-小鼠的主动脉内皮依赖性血管舒张功能[8]。另外,主动脉脉搏波速度是评估中央主动脉硬化的标准,恩格列净治疗5周可显著改善db/db小鼠的主动脉脉搏波速度。主动脉内皮的硬化与乙酰胆碱诱导的血管舒张损伤同时发生,恩格列净治疗消除了主动脉内皮硬化和对乙酰胆碱的异常反应[9-10]。这些研究结果显示,SGLT2抑制剂在内皮依赖性的血管舒张中发挥了重要作用。

2 SGLT2抑制剂介导的内皮非依赖性血管舒张

在体外实验中,SGLT2抑制剂对不同的血管表现出内皮非依赖性的血管舒张效果。卡格列净可以导致肥胖患者的动脉进行性血管舒张,且这种舒张作用在内皮完整和裸露的节段之间没有明显差异[11]。另有研究表明,恩格列净可呈浓度依赖性舒张大鼠肠系膜动脉,这种舒张作用仍不依赖于内皮[12]。此外,达格列净处理也可诱导主动脉环内直接的、内皮细胞非依赖性的血管舒张[8]。

在动物实验中,达格列净可显著改善ApoE-/-小鼠的主动脉内皮依赖性血管舒张功能；而不能显著增强硝普钠介导的内皮非依赖性血管舒张功能,这与体外急性结果并不一致[8]。但在另一项动物实验中,卡格列净则显著增强了硝普钠诱导的糖尿病小鼠冠状动脉血管舒张[13]。

SGLT2抑制剂可以改善内皮非依赖性的血管舒张功能,但动物实验的结果并不一致,这可能是由于药物剂量和干预时间的不同所导致。

3 SGLT2抑制剂舒张血管的潜在机制

3.1 SGLT2受体可能参与血管舒张

葡萄糖通过SGLT1/2与Na+结合进入细胞,然后通过基底外侧SGLT2被动地排出细胞。SGLT2抑制剂竞争性阻断SGLT2受体防止肾小球滤过后的钠和葡萄糖的再吸收,从而形成糖尿和钠尿,达到降血糖的疗效[1]。既往研究认为SGLT2受体几乎只存在于肾脏中[14]。最近研究发现SGLT2受体在心肌梗死后早期的心脏组织中短暂表达,恩格列净可能直接作用于SGLT2,以促进代谢底物的转移[15]。在一项研究中,卡格列净的血管舒张反应在内皮完整和裸露的节段之间没有明显差异,对人脂肪组织血管细胞行免疫组化,结果显示所有检测样本的平滑肌细胞中SGLT2染色阳性[11]。还有一些研究证实在血管内皮中存在SGLT2[16-18]。而且糖尿病患者内皮细胞SGLT2表达增加,SGLT2抑制剂可以降低SGLT2。此外,细胞实验证明,高糖培养导致SGLT2表达增加,卡格列净干预可以下调SGLT2来抵消高糖的影响[19]。所以,SGLT2受体可能是SGLT2抑制剂介导血管舒张的重要因子,但仍需更多证据来证明。

3.2 SGLT2抑制剂通过抑制NHE舒张血管

钠氢交换体1(Na+/H+exchanger isoform 1,NHE1)广泛分布于所有组织的质膜上[20],研究显示恩格列净、卡格列净和达格列净均对NHE的细胞外Na+结合位点具有较高的结合亲和力,并减弱其活性,减少胞内Na+含量[21]。恩格列净可通过抑制内皮细胞中的NHE1来降低肿瘤坏死因子-α诱导的活性氧增加[22]。在高血压大鼠心脏冠状动脉内皮细胞中,NHE1显著增加,表明内皮细胞NHE1可能是达格列净的直接靶点[7]。为了确定达格列净是否影响内皮细胞中NHE1的活性,研究者测量了NHE1依赖的内皮细胞内pH变化,结果显示达格列净能显著降低细胞内pH恢复速率,这与NHE1抑制剂卡肽的作用类似[7]。这些结果表明,达格列净干扰了内皮细胞中NHE1的活性。Wang等[23]报道,在STZ诱导的糖尿病大鼠模型中,NHE激活导致内皮细胞内Ca2+升高,内皮细胞一氧化氮合酶水平降低,主动脉环松弛受损,而NHE抑制则消除了这些作用。此外,卡格列净刺激产生的血管舒张反应与BIX(NHE1抑制剂)干预产生的血管舒张反应相似。相比之下,卡格列净诱导的小动脉节段的血管舒张反应明显高于受SEA0400(钠钙交换体抑制剂)刺激的节段[11]。以上研究表明,NHE1抑制可能是SGLT2抑制剂血管舒张作用的另一靶点。

3.3 SGLT2抑制剂抑制血管平滑肌细胞增殖和迁移

血管平滑肌细胞的过度增殖和迁移在动脉病变的发病机制中起着关键作用[24-25]。卡格列净可作为一种新的血管平滑肌细胞增殖和迁移的抑制剂。用卡格列净作用于大鼠主动脉平滑肌细胞可呈浓度依赖性抑制细胞增殖,但不会引起细胞死亡。卡格列净使大鼠主动脉平滑肌细胞周期停留在G0/G1期,进入S期的细胞减少,进一步研究显示卡格列净显著抑制平滑肌细胞DNA合成[26]。在抑制平滑肌细胞增殖的过程中,血红素加氧酶-1(HO-1)起了重要作用。HO-1是一种血管平滑肌细胞功能调节因子,卡格列净通过血管平滑肌细胞中的Nrf2/ARE复合物刺激HO-1启动子活性增加,从而抑制血管平滑肌细胞增殖[26]。Oelze 等[6]研究显示恩格列净也以剂量依赖的方式抑制血管平滑肌细胞增殖,但这只发生在高糖培养基中,在低糖培养基中没有出现这种现象。提示抑制葡萄糖摄取可能是恩格列净抑制血管平滑肌细胞增殖的机制。此外,在正常葡萄糖条件下,恩格列净可通过靶向白介素-17A介导的氧化应激、NLRP3炎性小体表达和炎症反应来抑制主动脉平滑肌细胞的迁移和增殖,且不诱导细胞死亡[27]。这些结果表明,SGLT2抑制剂可以抑制血管平滑肌细胞增殖和迁移,这一作用可能是其参与血管舒张的中间机制。

3.4 SGLT2抑制剂通过钾离子通道改善血管舒张

电压依赖性钾(Kv)通道有Kv1-12亚型,其中Kv1.5、Kv2.1和Kv7在血管张力的调节中尤为重要[28]。Li等[29]发现达格列净可以诱导兔胸主动脉血管舒张,且呈浓度依赖性；达格列净通过激活蛋白激酶G(PKG)和Kv1.5通道诱导血管舒张,而不参与到其他K+通道(包括BK、Kir、KATP)和Ca2+通道。这与Seo 等[30]研究结果一致。而De Stefano等[11]研究发现,虽然4-AP(电压依赖性钾离子通道阻滞剂)减弱了恩格列净诱导的血管舒张,但Kv1.5、Kv2.1和Kv7亚型的激活并没有影响恩格列净的血管舒张作用；使用4-AP孵育肥胖患者脂肪组织动脉,未影响卡格列净的舒张血管作用。这可能是由于钾离子通道在不同动脉中的占比差异和使用的恩格列净的浓度不同所致。Hasan等[12]报道恩格列净可浓度依赖性地舒张大鼠肠系膜动脉,进一步研究发现其舒张作用主要与Kv1.5和Kv7有关。另外,Han等[13]研究发现,卡格列净和皮根苷(天然的SGLT2抑制剂)都可以剂量依赖性舒张肺动脉；而对冠状动脉具有较小的舒张作用。进一步的研究显示SGLT2抑制剂预处理可减弱硝普钠(NO供体)诱导的肺血管舒张,但不影响冠状动脉血管舒张。NO通过cGMP-PKG级联反应和(或)通过激活K+通道诱导平滑肌细胞的膜超极化,舒张血管平滑肌细胞；然而皮根苷不影响cGMP类似物所诱导的肺血管舒张。皮根苷和卡格列净均使人肺动脉平滑肌细胞膜明显超极化,均使硝普钠诱导的细胞膜超极化减弱。结果表明,硝普钠激活K+通道,皮根苷和卡格列净均显著减弱了其诱导的K+通道激活。与冠状动脉的体外实验数据相反,长期卡格列净治疗可显著增强硝普钠诱导的糖尿病小鼠冠状动脉血管舒张。

SGLT2抑制剂对钾离子流的影响在其他细胞中也有报道,神经内分泌和内分泌细胞会产生一种特殊的钾电流,即M型钾电流,研究显示,当细胞暴露于达格列净时,M型钾电流振幅逐渐且显著降低[31]。目前的研究证明,SGLT2抑制剂可以激活平滑肌细胞钾离子通道,从而降低血管张力,舒张血管。

4 结语

综上所述,SGLT2抑制剂在调节血管张力和舒张血管的过程中起着重要作用。糖尿病、高血压和冠心病等疾病可导致血管功能受损,SGLT2抑制剂的血管舒张作用可能为此类慢性心血管疾病提供临床治疗新思路。SGLT2抑制剂的血管舒张作用在不同血管中的反应有所不同,这与其浓度、作用时间、体内体外实验以及实验所用的动物等有关。SGLT2受体、NHE、血管平滑肌细胞增殖及钾离子通道等可能是SGLT2抑制剂介导血管舒张的潜在靶点,其具体机制仍需进一步研究。