SGLT2抑制劑舒張血管及機制的研究進展

孔琪, 錢玲玲, 李庫林, 王如興

(南京醫科大學附屬無錫人民醫院心內科,江蘇 無錫 214023)

鈉-葡萄糖協同轉運蛋白-2(sodium-glucose co-transporter-2,SGLT2)抑制劑是一種口服降糖藥,其降糖機制較為獨特,通過抑制腎小管中葡萄糖的再吸收從而增加糖尿、降低血糖。糖尿的產生取決于腎功能和血液中葡萄糖的濃度,在腎小球濾過率<45 mL/min/1.73m2以及非高血糖患者中糖尿會減少,因此這類藥物發生低血糖的風險較低[1]。SGLT2抑制劑的代表藥物有恩格列凈、達格列凈、卡格列凈等。除控制血糖外,SGLT2抑制劑還對心血管具有廣泛的益處,包括抑制心臟重塑、改善心臟供能、降低血壓和降低動脈僵硬度等作用[2-5]。最近的研究發現,SGLT2抑制劑在血管舒張中發揮了重要的作用,且獨立于其降糖作用,其機制可能涉及SGLT2受體、鈉氫交換體(Na+/H+exchanger isoform，NHE)、血管平滑肌細胞增殖和遷移以及鉀離子通道。

1 SGLT2抑制劑介導的內皮依賴性血管舒張

早在2014年,Oelze 等[6]發現恩格列凈治療7周可以改善鏈脲佐菌素(streptozocin,STZ)誘導的1型糖尿病大鼠的血管內皮功能障礙。最近有研究采用高鹽飲食誘導鹽敏感的大鼠高血壓和舒張功能障礙,結果顯示高血壓大鼠血管細胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)和e-選擇素表達增加,應用達格列凈治療6周降低了這些內皮活化標志物的表達[7]。這在Gaspari 等[8]的體外實驗中也得到了驗證,達格列凈在體外抑制腫瘤壞死因子-α和高糖誘導的人血管內皮細胞活化,顯著降低可溶性細胞間黏附分子-1(soluble intercellular adhesion molecule-1, sICAM-1)和VCAM-1的蛋白表達；但這只發生在低劑量達格列凈處理的細胞中,高劑量達格列凈處理沒有這種效果。由于SGLT2抑制劑具有細胞毒性,是否起保護作用可能與它的濃度有關。

在動物實驗中,SGLT2抑制劑可介導內皮依賴性血管舒張。在Oelze 等[6]的研究中,STZ誘導的大鼠乙酰膽堿依賴性的血管舒張受損,使用不同劑量的恩格列凈均可改善。在另一項研究中,與對照組相比,達格列凈可顯著改善ApoE-/-小鼠的主動脈內皮依賴性血管舒張功能[8]。另外,主動脈脈搏波速度是評估中央主動脈硬化的標準,恩格列凈治療5周可顯著改善db/db小鼠的主動脈脈搏波速度。主動脈內皮的硬化與乙酰膽堿誘導的血管舒張損傷同時發生,恩格列凈治療消除了主動脈內皮硬化和對乙酰膽堿的異常反應[9-10]。這些研究結果顯示,SGLT2抑制劑在內皮依賴性的血管舒張中發揮了重要作用。

2 SGLT2抑制劑介導的內皮非依賴性血管舒張

在體外實驗中,SGLT2抑制劑對不同的血管表現出內皮非依賴性的血管舒張效果。卡格列凈可以導致肥胖患者的動脈進行性血管舒張,且這種舒張作用在內皮完整和裸露的節段之間沒有明顯差異[11]。另有研究表明,恩格列凈可呈濃度依賴性舒張大鼠腸系膜動脈,這種舒張作用仍不依賴于內皮[12]。此外,達格列凈處理也可誘導主動脈環內直接的、內皮細胞非依賴性的血管舒張[8]。

在動物實驗中,達格列凈可顯著改善ApoE-/-小鼠的主動脈內皮依賴性血管舒張功能；而不能顯著增強硝普鈉介導的內皮非依賴性血管舒張功能,這與體外急性結果并不一致[8]。但在另一項動物實驗中,卡格列凈則顯著增強了硝普鈉誘導的糖尿病小鼠冠狀動脈血管舒張[13]。

SGLT2抑制劑可以改善內皮非依賴性的血管舒張功能,但動物實驗的結果并不一致,這可能是由于藥物劑量和干預時間的不同所導致。

3 SGLT2抑制劑舒張血管的潛在機制

3.1 SGLT2受體可能參與血管舒張

葡萄糖通過SGLT1/2與Na+結合進入細胞,然后通過基底外側SGLT2被動地排出細胞。SGLT2抑制劑競爭性阻斷SGLT2受體防止腎小球濾過后的鈉和葡萄糖的再吸收,從而形成糖尿和鈉尿,達到降血糖的療效[1]。既往研究認為SGLT2受體幾乎只存在于腎臟中[14]。最近研究發現SGLT2受體在心肌梗死后早期的心臟組織中短暫表達,恩格列凈可能直接作用于SGLT2,以促進代謝底物的轉移[15]。在一項研究中,卡格列凈的血管舒張反應在內皮完整和裸露的節段之間沒有明顯差異,對人脂肪組織血管細胞行免疫組化,結果顯示所有檢測樣本的平滑肌細胞中SGLT2染色陽性[11]。還有一些研究證實在血管內皮中存在SGLT2[16-18]。而且糖尿病患者內皮細胞SGLT2表達增加,SGLT2抑制劑可以降低SGLT2。此外,細胞實驗證明,高糖培養導致SGLT2表達增加,卡格列凈干預可以下調SGLT2來抵消高糖的影響[19]。所以,SGLT2受體可能是SGLT2抑制劑介導血管舒張的重要因子,但仍需更多證據來證明。

3.2 SGLT2抑制劑通過抑制NHE舒張血管

鈉氫交換體1(Na+/H+exchanger isoform 1,NHE1)廣泛分布于所有組織的質膜上[20],研究顯示恩格列凈、卡格列凈和達格列凈均對NHE的細胞外Na+結合位點具有較高的結合親和力,并減弱其活性,減少胞內Na+含量[21]。恩格列凈可通過抑制內皮細胞中的NHE1來降低腫瘤壞死因子-α誘導的活性氧增加[22]。在高血壓大鼠心臟冠狀動脈內皮細胞中,NHE1顯著增加,表明內皮細胞NHE1可能是達格列凈的直接靶點[7]。為了確定達格列凈是否影響內皮細胞中NHE1的活性,研究者測量了NHE1依賴的內皮細胞內pH變化,結果顯示達格列凈能顯著降低細胞內pH恢復速率,這與NHE1抑制劑卡肽的作用類似[7]。這些結果表明,達格列凈干擾了內皮細胞中NHE1的活性。Wang等[23]報道,在STZ誘導的糖尿病大鼠模型中,NHE激活導致內皮細胞內Ca2+升高,內皮細胞一氧化氮合酶水平降低,主動脈環松弛受損,而NHE抑制則消除了這些作用。此外,卡格列凈刺激產生的血管舒張反應與BIX(NHE1抑制劑)干預產生的血管舒張反應相似。相比之下,卡格列凈誘導的小動脈節段的血管舒張反應明顯高于受SEA0400(鈉鈣交換體抑制劑)刺激的節段[11]。以上研究表明,NHE1抑制可能是SGLT2抑制劑血管舒張作用的另一靶點。

3.3 SGLT2抑制劑抑制血管平滑肌細胞增殖和遷移

血管平滑肌細胞的過度增殖和遷移在動脈病變的發病機制中起著關鍵作用[24-25]。卡格列凈可作為一種新的血管平滑肌細胞增殖和遷移的抑制劑。用卡格列凈作用于大鼠主動脈平滑肌細胞可呈濃度依賴性抑制細胞增殖,但不會引起細胞死亡?？ǜ窳袃羰勾笫笾鲃用}平滑肌細胞周期停留在G0/G1期,進入S期的細胞減少,進一步研究顯示卡格列凈顯著抑制平滑肌細胞DNA合成[26]。在抑制平滑肌細胞增殖的過程中,血紅素加氧酶-1(HO-1)起了重要作用。HO-1是一種血管平滑肌細胞功能調節因子,卡格列凈通過血管平滑肌細胞中的Nrf2/ARE復合物刺激HO-1啟動子活性增加,從而抑制血管平滑肌細胞增殖[26]。Oelze 等[6]研究顯示恩格列凈也以劑量依賴的方式抑制血管平滑肌細胞增殖,但這只發生在高糖培養基中,在低糖培養基中沒有出現這種現象。提示抑制葡萄糖攝取可能是恩格列凈抑制血管平滑肌細胞增殖的機制。此外,在正常葡萄糖條件下,恩格列凈可通過靶向白介素-17A介導的氧化應激、NLRP3炎性小體表達和炎癥反應來抑制主動脈平滑肌細胞的遷移和增殖,且不誘導細胞死亡[27]。這些結果表明,SGLT2抑制劑可以抑制血管平滑肌細胞增殖和遷移,這一作用可能是其參與血管舒張的中間機制。

3.4 SGLT2抑制劑通過鉀離子通道改善血管舒張

電壓依賴性鉀(Kv)通道有Kv1-12亞型,其中Kv1.5、Kv2.1和Kv7在血管張力的調節中尤為重要[28]。Li等[29]發現達格列凈可以誘導兔胸主動脈血管舒張,且呈濃度依賴性；達格列凈通過激活蛋白激酶G(PKG)和Kv1.5通道誘導血管舒張,而不參與到其他K+通道(包括BK、Kir、KATP)和Ca2+通道。這與Seo 等[30]研究結果一致。而De Stefano等[11]研究發現,雖然4-AP(電壓依賴性鉀離子通道阻滯劑)減弱了恩格列凈誘導的血管舒張,但Kv1.5、Kv2.1和Kv7亞型的激活并沒有影響恩格列凈的血管舒張作用；使用4-AP孵育肥胖患者脂肪組織動脈,未影響卡格列凈的舒張血管作用。這可能是由于鉀離子通道在不同動脈中的占比差異和使用的恩格列凈的濃度不同所致。Hasan等[12]報道恩格列凈可濃度依賴性地舒張大鼠腸系膜動脈,進一步研究發現其舒張作用主要與Kv1.5和Kv7有關。另外,Han等[13]研究發現,卡格列凈和皮根苷(天然的SGLT2抑制劑)都可以劑量依賴性舒張肺動脈；而對冠狀動脈具有較小的舒張作用。進一步的研究顯示SGLT2抑制劑預處理可減弱硝普鈉(NO供體)誘導的肺血管舒張,但不影響冠狀動脈血管舒張。NO通過cGMP-PKG級聯反應和(或)通過激活K+通道誘導平滑肌細胞的膜超極化,舒張血管平滑肌細胞；然而皮根苷不影響cGMP類似物所誘導的肺血管舒張。皮根苷和卡格列凈均使人肺動脈平滑肌細胞膜明顯超極化,均使硝普鈉誘導的細胞膜超極化減弱。結果表明,硝普鈉激活K+通道,皮根苷和卡格列凈均顯著減弱了其誘導的K+通道激活。與冠狀動脈的體外實驗數據相反,長期卡格列凈治療可顯著增強硝普鈉誘導的糖尿病小鼠冠狀動脈血管舒張。

SGLT2抑制劑對鉀離子流的影響在其他細胞中也有報道,神經內分泌和內分泌細胞會產生一種特殊的鉀電流,即M型鉀電流,研究顯示,當細胞暴露于達格列凈時,M型鉀電流振幅逐漸且顯著降低[31]。目前的研究證明,SGLT2抑制劑可以激活平滑肌細胞鉀離子通道,從而降低血管張力,舒張血管。

4 結語

綜上所述,SGLT2抑制劑在調節血管張力和舒張血管的過程中起著重要作用。糖尿病、高血壓和冠心病等疾病可導致血管功能受損,SGLT2抑制劑的血管舒張作用可能為此類慢性心血管疾病提供臨床治療新思路。SGLT2抑制劑的血管舒張作用在不同血管中的反應有所不同,這與其濃度、作用時間、體內體外實驗以及實驗所用的動物等有關。SGLT2受體、NHE、血管平滑肌細胞增殖及鉀離子通道等可能是SGLT2抑制劑介導血管舒張的潛在靶點,其具體機制仍需進一步研究。