鈉氫交換體可能是鈉-葡萄糖共轉運蛋白2抑制劑心力衰竭獲益及不良反應的潛在靶點

馬賽 左慶娟 張國瑞 郭藝芳

(1.河北省人民醫院疼痛科，河北 石家莊 050051；2.河北省人民醫院老年心血管內科，河北 石家莊 050051；3.河北醫科大學附屬石家莊第三醫院心內科，河北 石家莊 050011)

心力衰竭(heart failure，HF)是一種綜合因素引起的復雜而嚴重的臨床綜合征，是多種類型心血管疾病的嚴重或終末階段。參照《中國心力衰竭診斷和治療指南2018》[1]，依據左室射血分數，將HF分為射血分數降低的心力衰竭、射血分數正常的心力衰竭以及射血分數中間值的心力衰竭三類，其中射血分數正常的心力衰竭占所有HF病例的40%～60%，且目前針對射血分數降低的心力衰竭治療有效的藥物并不能改善射血分數正常的心力衰竭患者的臨床預后，探索治療新靶點迫在眉睫。眾所周知，心臟重構是HF最重要的發病機制之一，心肌肥大和心肌纖維化是其主要的病理改變。近年來，鈉氫交換體(Na+/H+exchanger，NHE)-1逐漸受到國內外學者的高度關注，因其作為細胞內多種信號轉導通路的共同途徑及重要下游分子參與了多種生長因子、腎上腺素能受體激動劑、血管緊張素、內皮素、凝血酶以及直接作用于細胞上的機械性張力等介導的心肌肥大和心肌纖維化，即參與了HF的病理生理過程[2]。

1 NHE-1及NHE-1抑制劑

到目前為止，在哺乳動物細胞中共發現了10種鈉質子反轉運蛋白，即NHE[3]，其中心肌細胞主要表達NHE-1，這些NHE通過1∶1等比例交換細胞外Na+和細胞內H+，將Na+泵入細胞內，將H+排出細胞外，借以在組織或器官處于缺血缺氧及酸中毒等情況下調節并維持細胞內pH值及細胞容積，保護細胞避免過度的酸化。當細胞內pH值不能快速恢復時，機體啟動缺血預處理流程，NHE-1介導的Na+內流成為導致細胞肥大的主要始動因素，同時細胞內Na+濃度升高，Na+與細胞外Ca2+交換增加，直接導致了細胞內Ca2+超載，既可引起線粒體結構紊亂及氧化磷酸化功能受損，使心肌氧利用能力減弱，又可激活磷酸酯酶，使膜磷酯降解，進而引起細胞器結構破壞，細胞水腫、凋亡甚至壞死，還能通過促進心肌纖維化而參與心室重塑全過程。在缺血預適應及HF等多種疾病狀態中，NHE-1基因表達上調，進而可改善梗死、凋亡及纖維化等病理生理過程，在慢性疾病的發生發展過程中，NHE-1基因上調主要與心肌肥厚、鈉潴留、體液潴留等適應過程相關，以上對于藥物開發非常重要[4-5]。如前所述，NHE-1是參與致HF多種信號通路的重要下游分子，因此并不能在NHE-1活化與心肌肥大、纖維化等病理生理過程之間確立因果關系，但如果抑制NHE-1活性可逆轉各種因素引起的心肌肥大和心肌纖維化等反應則可明確這種關系。

目前已知的NHE抑制劑包括卡立泊來德、唑尼哌利、利泊來德、依泊來德以及臨床上使用的利尿劑阿米洛利。采用培養心肌細胞或離體組織的方法來研究NHE-1在心肌肥大過程中的作用發現，細胞外信號調節激酶信號轉導激活、絲裂原活化蛋白激酶家族活化和蛋白合成增加均可被NHE-1抑制劑阻斷，即阻斷刺激因素導致的肥大反應[6]。實驗研究表明，NHE-1抑制劑可緩解異丙腎上腺素誘導的大鼠心肌肥大和心內膜下心肌纖維化[7]，可消除長期采用去氧皮質酮和高鹽飼養誘導的單側腎切除大鼠的血管周圍膠原纖維沉積，并抑制其心內膜和心外膜下心肌細胞的肥大。另外，NHE-1抑制劑具有抗心律失常作用，降低再灌注性室性心動過速和心室顫動的發生率，并呈劑量依賴性。臨床試驗方面，在急性心肌梗死相關試驗(ESCAMI)中，給予溶栓或經皮冠狀動脈介入治療后依泊來德未能顯示出顯著的安全性和心臟保護作用[8]。在另一項GUARDIAN試驗中，接受冠狀動脈旁路手術的患者死亡或心肌梗死的風險降低了25%(P=0.03)，這一臨床獲益主要源于非致死性心肌梗死的風險降低了32%[9]。其機制可能與在缺血性損傷發生之前依泊來德對NHE-1的抑制作用有關，因此NHE-1抑制劑有望成為缺血性心肌病的心肌保護劑。

2 鈉-葡萄糖共轉運蛋白2抑制劑的HF獲益機制及對NHE抑制作用

鈉-葡萄糖共轉運蛋白2抑制劑(sodium-glucose co-transporter 2 inhibitors，SGLT2i)是一種新型治療糖尿病的藥物，主要通過增加尿糖排泄發揮降糖作用。最近的一項薈萃分析包括來自EMPA-REG OUTCOME、CANVAS和DECLARE-TIMI 58試驗的34 322例患者，結果顯示SGLT2i將患者HF住院風險降低了23%，且在有或無心血管疾病或HF病史的患者中均有相似獲益[10]。這些臨床數據凸顯了SGLT2i在預防心血管事件和改善HF方面的益處，但其獲益機制仍不清楚，分析認為可能與以下幾方面有關。

2.1 血糖控制

腎臟中的葡萄糖重吸收是通過鈉-葡萄糖共轉運蛋白以鈉依賴性方式進行的，其中大部分重吸收發生在鈉-葡萄糖共轉運蛋白2分布的近曲小管。SGLT2i通過抑制鈉-葡萄糖共轉運蛋白2介導的葡萄糖重吸收，從而導致尿葡萄糖排泄增加，熱量損失增加，進而減輕體重。無論將SGLT2i作為單藥療法，還是與其他口服降糖藥物以及胰島素聯合應用，均可在一定程度上改善血糖控制。基于現有研究結果，一般認為SGLT2i的心腎獲益不是通過降糖作用實現的，因為相關的大型隨機化臨床試驗中各治療組之間血糖控制水平并無明顯差異。

2.2 血壓控制及改善壓力超負荷

壓力超負荷增加是HF及主要不良心血管事件發生發展過程中的主要機制之一，血壓輕度下降即可對心臟和腎臟的預后產生明顯有益影響。Baker等[10]進行的一項薈萃分析表明，SGLT2i可顯著降低2型糖尿病患者的收縮壓和舒張壓，且卡格列凈與收縮壓存在劑量反應關系。與血管擴張劑不同，血壓的降低并不伴有心率增快，這表明交感神經系統未激活。降低血壓，緩解壓力超負荷可能是SGLT2i顯著心血管獲益的重要機制之一，但降壓機制較復雜，可能與利尿、體重減輕以及直接的血管效應等密切相關，具體降壓機制有待進一步探索。

2.3 利鈉利尿及改善容量超負荷

一項前瞻性隨機雙盲對照試驗通過23Na磁共振成像技術檢測了2型糖尿病患者小腿皮膚和肌肉中的鈉含量，結果顯示服用達格列凈6周后皮膚組織鈉含量顯著降低，但在肌肉組織中未觀察到鈉含量的顯著變化[11]。Cherney等[12]研究顯示SGLT2i可通過減少葡萄糖和鈉在腎小管的重吸收而導致滲透性利尿，進而出現細胞外液體積減少，血管壁張力降低及心臟功能改善。在HF患者的臨床藥物治療中，噻嗪類利尿劑和袢利尿劑是常用藥物，但其引起的腎素-血管緊張素系統激活可使低鉀血癥及代謝性堿中毒的發生率升高，而SGLT2i作用于近端腎小管，發揮利尿作用同時發生上述不良反應的可能性小，且利鈉作用持久，可與其他抗高血壓藥協同降壓，因此SGLT2i對慢性心力衰竭具有可靠的治療作用，但上述機制并不足以解釋此類藥物在大型臨床試驗中的心血管獲益。

2.4 減輕體重

減肥手術可使患者在短期內降低體重，但其對心血管疾病預后的改善作用尚需進一步論證。Look AHEAD試驗數據顯示，無論強化生活方式干預還是降糖藥物治療，體重減輕10%以上可降低糖尿病患者的心血管死亡率及不良心血管事件發生率。但最新研究結果證實在降低患心臟病的風險方面，并非所有的減肥都能達到同樣的有益效果，減少脂肪量和腰圍尺寸與HF風險降低顯著相關，而以肌肉質量減輕的體重減輕，并未改變HF的風險[13]。SGLT2i因利尿及熱量損失等使得體重減輕，最初是隨著利尿作用迅速減重，隨后逐漸與尿中葡萄糖流失所致熱量損失相平衡。相關試驗中觀察到SGLT2i可使體重輕度減輕，具體降低的身體成分指標有待研究，因此這一機制也不能完全解釋SGLT2i的心血管獲益機制。

2.5 抑制NHE

達格列凈HF試驗(DAPA-HF)結果提示SGLT2i可能對心肌細胞產生直接作用[14]。從病理生理學角度出發，心肌細胞胞質Na+(Na+c)和Ca2+(Ca2+c)濃度升高及線粒體Ca2+(Ca2+m)濃度降低是HF和心因性死亡的驅動因素。為了證實SGLT2i將直接作用于心肌細胞，進而影響上述離子濃度，Baartscheer等[15]用熒光測定方法檢測了恩格列凈對離體兔及大鼠心室肌細胞Na+c、Ca2+c、Ca2+m和NHE-1活性的影響。用生理相關濃度0.25～1.00 mmol/L恩格列凈，5.5 mmol/L或11 mmol/L葡萄糖，10 mmol/L卡立泊來德或20 mmol NH4Cl(NH4+)處理心肌細胞，急性酸負荷后，予以NH4+脈沖，pH值恢復延遲可推斷NHE-1抑制。在相關控制條件下，NH4+脈沖后，pH可迅速恢復到正常值，NHE抑制劑卡立泊來德預處理后pH值恢復完全被抑制，恩格列凈處理后對NHE-1抑制作用約占卡立泊來德抑制作用的80%，且該作用不依賴于心肌細胞培養基中的葡萄糖濃度，因此推斷恩格列凈可通過抑制NHE-1活性而發揮直接心臟作用。Uthman等[16]進一步在臨床相關濃度的恩格列凈(1 μmol/L)、達格列凈(1 μmol/L)、卡格列凈(3 μmol/L)或溶媒干預下，測定了小鼠心肌細胞NHE活性和Na+c，結果顯示恩格列凈、達格列凈和卡格列凈均抑制了NHE活性并降低了Na+c，且通過分子對接模擬研究發現了上述三種SGLT2i與NHE細胞外Na結合位點具有高度親和力，即SGLT2i可能通過與NHE-1的Na結合位點結合而發揮心臟獲益機制。另外，在大鼠心臟成纖維細胞模型中，已證明達格列凈可減輕體外脂多糖刺激誘導的NHE-1表達上調及相關損傷，這一過程取決于單磷酸腺苷激酶的激活[17]。Kim等[18]發現miR-185可直接靶向NHE-1的3’-非翻譯區，miR-185過表達顯著降低了內質網應激誘導的心肌細胞凋亡，同時以劑量依賴性方式顯著降低了促凋亡標記物蛋白的表達，即參與了抑制內質網應激，抑制細胞凋亡，進而發揮心臟保護作用。除離體心肌細胞研究外，一項心臟缺血再灌注小鼠動物實驗表明恩格列凈和卡立泊來德均明顯延遲了心臟缺血期間冠狀動脈攣縮發作時間，但恩格列凈并未減輕缺血再灌注損傷[19]。

最近公布的DAPA-CKD研究證實慢性腎臟病患者服用達格列凈也可顯著獲益，且無論患者是否合并糖尿病其獲益幅度相似，但獲益機制亦尚不明確，是否通過抑制NHE而發揮腎臟保護作用有待進一步證實[20]。腎臟細胞主要表達NHE-3，受血管緊張素Ⅱ調節，主要參與近端腎小管氨的分泌和碳酸氫鈉的重吸收。在慢性腎臟病和HF等病理生理過程中，腎素-血管緊張素-醛固酮系統被激活，NHE-3表達上調，進而加重水鈉潴留及組織水腫。已有研究顯示NHE-3在大鼠腎小管中與鈉-葡萄糖共轉運蛋白2共定位，且鈉-葡萄糖共轉運蛋白2介導的葡萄糖攝取可調節近端腎小管中NHE-3介導的碳酸氫鈉重吸收[21]。Gallo等[22]研究證實SGLT2i可導致NHE-3活性和功能下降，進而促進利尿，血壓降低以及在腎小管水平的組織保護作用。迄今為止，關于SGLT2i對NHE的抑制作用仍屬于推測，目前仍缺乏SGLT2i與NHE-3結合的直接證據。

3 SGLT2i脫靶效應

有研究發現，SGLT2i可能與肢體截肢、Fournier’s壞疽、糖尿病酮癥酸中毒、代謝性骨病和造血功能增高等有關。假設SGLT2i通過抑制細胞表面及細胞內細胞器膜表面NHE發揮上述作用，即通過延緩細胞內pH值的恢復而繼發心臟和腎臟缺血預適應過程并增加骨髓造血功能，這可以解釋該類藥物的有益作用。相反，如果缺血組織無法迅速恢復pH值，則易造成肢體潰瘍、壞疽等，增加截肢、代謝性骨病和糖尿病酮癥酸中毒的風險。因此SGLT2i可能對NHE存在廣泛有效的“脫靶”效應。

3.1 糖尿病性潰瘍與截肢

眾所周知，組織缺氧和酸中毒是糖尿病足及嚴重肢體缺血所致潰瘍的主要發病機制。而NHE-1在神經元細胞、成纖維細胞、基質細胞和血管內皮細胞中均有活性，在這種情況下，NHE-1對缺血發作后細胞內pH值的恢復至關重要。因此，SGLT2i對NHE-1的抑制作用可能是該類藥物導致截肢和Fournier’s壞疽的發病機制，并且這一機制也與SGLT2i增加泌尿生殖系統感染有關，尤其是合并糖尿病、肥胖、免疫抑制狀態、吸煙、酗酒以及終末期腎或肝功能衰竭等危險因素時，可能會增加更為嚴重的感染的風險[23]。

3.2 造血系統

血細胞比容增加代表著血紅蛋白濃度增加和/或血漿容量減少。多項研究結果證實SGLT2i可導致血紅蛋白濃度和血細胞比容水平升高。Inzucchi等[24]對恩格列凈降低心血管疾病風險的潛在因素進行了單因素分析，結果表明恩格列凈可使血細胞比容增加5%，同時心血管疾病死亡率降低52%。有研究提示NHE參與造血功能的調節，紅細胞和網織紅細胞表面均表達NHE-1，SGLT2i可能通過抑制NHE-1而誘導缺氧誘導因子1表達，調節促紅細胞生成素分泌，進而促進血紅蛋白濃度、血細胞比容增加，而非全部因利尿作用引起[25]。但血紅蛋白濃度變化受多因素影響。Lee等[26]研究表明血液血紅蛋白濃度偏高或偏低均可造成心血管疾病發生率和全因死亡率升高，而將血紅蛋白濃度維持在正常范圍內可降低全因死亡率，因此需辯證分析各項研究結果。目前關于SGLT2i對紅細胞質量或血漿容積影響的研究尚少，需進一步探索。

3.3 血管功能

恩格列凈可降低糖尿病和高血壓患者的動脈僵硬度和血管阻力標志物[27-28]，其機制可能與抑制NHE-1，改善動脈順應性和松弛平滑肌相關。因此，SGLT2i的利尿作用與血管NHE-1抑制作用相結合，即使是對腎小球濾過率偏低的慢性腎臟病患者仍可使其血壓降低。

3.4 細胞代謝

多項關于SGLT2i的研究發現SGLT2i可使以β-羥基丁酸為代表的酮體水平升高，能量代謝底物由葡萄糖和脂肪酸向更節能的酮體轉變，這樣提高了心肌和腎臟的代謝效率，同時減少了氧耗[29-31]。這種生酮作用會增加2型糖尿病患者糖尿病酮癥酸中毒的風險及傾向性，可能獨立于對NHE抑制作用，但影響NHE通道，可介導糖尿病酮癥酸中毒前期腦水腫的發生[32]。

3.5 代謝性骨病

骨細胞表面可表達NHE-1、NHE-3和NHE-5，目前尚無研究通過抑制這些通道來評估NHE對骨細胞的作用。但慢性代謝性酸中毒可影響成骨細胞及破骨細胞的活性。針對骨質礦物質密度的研究發現，卡格列凈可能通過抑制NHE而影響與破骨細胞活化相關的骨吸收標志物[33]。研究發現，達格列凈與二甲雙胍均未對骨骼影像學或生化指標產生影響[34]。因此SGLT2i對骨代謝的影響仍有待論證。

4 總結

現有研究數據表明，SGLT2i作為一類降糖藥物，在預防心血管事件，改善HF和慢性腎臟病等方面顯著獲益，但其機制尚未完全明確。現部分總結了SGLT2i的HF獲益機制，重點強調了NHE抑制作用參與了HF的病理生理過程，該抑制作用可能是SGLT2i臨床獲益的潛在機制，也可能與截肢、代謝性骨病和糖尿病酮癥酸中毒等不良反應潛在相關。因此，需要進一步深入研究以驗證NHE抑制作用在SGLT2i藥理作用過程中的重要地位。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突。