SGLT2抑制劑對NLRP3炎癥小體抑制動脈粥樣硬化機制影響的研究進展

張丹，馬茜鈺，張錦

1 蘭州大學第一臨床醫學院，蘭州730000；2蘭州大學第一醫院心內科甘肅省心血管疾病重點實驗室

2017年歐洲心臟病學會年會公布CANTOS研究，使動脈粥樣硬化的炎癥假說得到了臨床證實[1]。根據最新的假設，炎癥過程和脂質沉積共同促成了動脈壁動脈粥樣硬化斑塊的形成[2]。眾多炎癥反應參與了動脈粥樣硬化的慢性炎癥過程，其中核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3(NLRP3)炎癥小體在炎癥反應中發揮重要的調控作用。多項研究顯示，NLRP3炎癥小體的激活可能對動脈粥樣硬化形成與發展過程有著重要的促進作用[2-3]。鈉—葡萄糖協同轉運蛋白2(SGLT2)抑制劑是通過減少近曲小管對葡萄糖的重吸收來增加尿糖排泄，從而實現降糖作用的新型降糖藥物[4]。研究發現,除了控制血糖外，SGLT2抑制劑對于改善動脈粥樣硬化性心血管疾病患者的心血管死亡率、全因死亡率等方面也有意外的療效[5]。對其心血管保護機制進行進一步研究，發現SGLT2抑制劑可以通過改善血管內皮慢性炎癥反應來預防和治療動脈粥樣硬化[6]。近期的一些基礎研究發現，SGLT2抑制劑在動脈硬化性心血管疾病患者中的獲益似乎與NLRP3炎癥小體的激活受限相關，其可能的機制涉及減少氧化應激、抑制核因子κB(NF-κB)信號通路、激活細胞自噬等方面。本文從SGLT2抑制劑通過限制NLRP3炎癥小體激活改善血管內皮功能的角度，對其防治動脈粥樣硬化的機制做一綜述。

1 減少氧化應激

內源性活性氧簇(ROS)是氧化還原反應的代謝產物。研究顯示，ROS介導的激活通路是NLRP3炎癥小體響應各種外源和內源性刺激信號所必需的一步，在NLRP3的激活中發揮重要作用[7-8]。LENG等[9]使用鏈脲佐菌素誘導載脂蛋白E敲除小鼠并給予高脂飲食喂養，建立了小鼠糖尿病合并動脈粥樣硬化模型，對實驗組模型小鼠進行SGLT2抑制劑達格列凈灌胃治療。12周后發現，對照組模型小鼠的主動脈形成了明顯的粥樣硬化斑塊，并且血清和斑塊中的NLRP3蛋白表達水平及ROS水平均有升高；而實驗組小鼠血糖和脂質代謝指標及NLRP3蛋白表達水平較對照組下降，ROS水平顯著降低，主動脈形成的粥樣硬化斑塊也較少。這提示達格列凈可能通過降低血糖和血脂來抑制ROS-NLRP3通路，進而減少后續炎癥因子的產生，減輕血管內皮炎癥反應，延緩動脈粥樣硬化進展。一項糖尿病合并脂肪性肝炎小鼠模型的研究發現，達格列凈可以降低糖尿病小鼠肝臟組織中ROS水平，從而抑制NLRP3炎癥小體的激活[10]。有體外試驗發現，用腫瘤壞死因子α(TNF-α)處理血管內皮細胞可顯著提高細胞ROS水平，而加入SGLT2抑制劑恩格列凈或達格列凈孵育處理則可完全抑制TNF-α誘導的細胞內ROS水平上調，更直接地顯示了SGLT2抑制劑通過清除細胞內ROS來減少氧化應激的作用機制[11]。XU等[12]在非血管內皮類型細胞中也發現，用脂多糖(LPS)誘導的巨噬細胞可以檢測到更高的ROS水平和NLRP3炎癥小體活性，在使用高劑量(>20 μmol/L)的SGLT2抑制劑卡格列凈孵育3～12 h后，可觀察到巨噬細胞中ROS減少、NLRP3炎癥小體相關炎癥因子的水平降低。然而，該實驗在10 μmol/L的卡格列凈組并沒有發現ROS水平的明顯減降低。此外，JIN等[13]發現他克莫司可降低分泌胰島素的β細胞衍生細胞INS-1和人近端腎小管細胞HK-2的細胞活力，并增加ROS的產生；添加恩格列凈后，HK-2表現為細胞活力增加、ROS水平降低，但在INS-1中則不明顯。上述研究提示，SGLT2抑制劑可通過降低細胞內ROS水平限制NLRP3炎癥小體的激活，從而延緩動脈粥樣硬化的進展，且其對細胞內ROS的影響可能是濃度、抑制劑類型和細胞類型依賴性的。而SGLT2抑制劑在哪些條件下可以降低ROS，其具體通路是什么，目前尚不明確。

2 抑制NF-κB信號通路

NLRP3炎癥小體的激活涉及多條相互影響的信號通路，其中NF-κB信號通路是NLRP3激活過程中必不可少的一部分[14]。研究顯示，SGLT2抑制劑對于NLRP3炎癥小體的影響可能與其對NF-κB信號通路的抑制相關。DAS等[15]研究發現，高糖能夠以時間依賴性方式誘導HK-2細胞中NF-κB信號通路活化，而使用短發夾RNA(shRNA)靶向敲低TRAF3交互蛋白2(TRAF3IP2)基因后，高糖誘導的NF-κB信號通路激活作用明顯減弱，提示高糖誘導的NF-κB信號通路活化作用是由TRAF3IP2介導的。該研究進一步使用恩格列凈處理細胞，發現NF-κB信號通路的激活同樣可被顯著抑制，并能夠達到同靶向敲低TRAF3IP2基因相同的效果。這提示高糖是HK-2細胞中TRAF3IP2依賴性的NF-κB信號通路激活誘導劑，而這種誘導作用可被恩格列凈抑制。因此，可以推測恩格列凈可能通過降低TRAF3IP2的表達來抑制NF-κB信號通路的激活，進一步抑制由NLRP3炎癥小體介導的血管內皮炎癥反應。在動物研究中也發現，經過恩格列凈治療后的小鼠主動脈瘤病變處炎癥反應減輕，主動脈組織中NF-κB信號通路相關蛋白表達水平降低。研究者認為，恩格列凈可以抑制白細胞與內皮細胞的相互作用及促炎趨化因子的釋放，從而進一步減輕血管炎癥[16]。ARAB等[17]使用三硝基苯磺酸(TNBS)滴注建立炎癥性腸病大鼠模型，并給予達格列凈抗炎治療，通過測定高遷移率族蛋白HMGB1表達及其同源受體RAGE和NF-κB p65下游因子水平，探討了達格列凈對HMGB1蛋白表達和相關RAGE/NF-κB信號通路的影響。結果顯示，達格列凈可以通過抑制HMGB1/RAGE/NF-κB信號通路活性來緩解TNBS誘導的結腸黏膜損傷。以上研究提示，SGLT2抑制劑在人腎小管內皮細胞、血管內皮細胞以及腸上皮細胞中均可通過抑制NF-κB信號通路發揮其抗炎作用，而這種抗炎作用與NLRP3炎癥小體的激活受限相關。

3 激活細胞自噬

細胞自噬是細胞在自噬相關基因的調控下利用溶酶體降解自身細胞器和大分子物質的過程，這種過程對實現細胞代謝、更新某些細胞器(如線粒體等)并維持細胞內穩態有重要作用[18-19]。研究發現，有關細胞自噬過程的調控同樣參與了NLRP3炎癥小體的激活，當細胞自噬受到抑制時，可導致受損線粒體和ROS堆積，最終正向影響NLRP3炎癥小體的活性，從而介導炎癥反應[20]。新的研究顯示SGLT2抑制劑介導的細胞自噬上調將降低NLRP3炎癥小體表達，從而減輕心肌細胞功能障礙和血管內皮損傷[21-22]。

XU等[23]用高糖誘導HK-2細胞后發現NLRP3炎癥小體的表達增加，而用達格列凈處理或SGLT2基因敲除后，這種高糖誘導的NLRP3炎癥小體激活被顯著抑制。進一步研究發現，高糖可以抑制AMPK磷酸化過程從而降低細胞自噬水平。AMPK是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，介導自噬過程的啟動，在分解代謝的上調和合成代謝的失活中起關鍵作用[24]。該實驗結果提示，達格列凈可呈劑量依賴的形式恢復磷酸化AMPK(p-AMPK)，恢復由高糖誘導降低的細胞自噬水平，從而抑制NLRP3炎癥小體的激活。YE等[25]在體外實驗發現，暴露于脂多糖的心肌細胞p-AMPK/AMPK降低，達格列凈和AMPK激活劑(A769662)均可增加AMPK磷酸化，而在使用AMPK抑制劑(化合物C)處理后可以完全阻斷達格列凈對AMPK磷酸化的提升作用。這種對AMPK磷酸化的增強作用也存在于結腸炎大鼠模型中，此外，研究者還發現達格列凈可上調自噬相關蛋白Beclin1、下調泛素結合蛋白p62/SQSTM1的表達以提高細胞自噬水平[17]。不僅是達格列凈，動物實驗也發現恩格列凈治療可以激活AMPK在心肌中的表達并增強細胞自噬，同時降低了促炎細胞因子IL-6、TNF-α和MCP-1在心臟中的mRNA水平[26]。一項研究腎小球自噬在糖尿病腎病中作用的實驗也發現，恩格列凈增加了足細胞中自噬體和自體溶酶體的體積密度，提示恩格列凈有激活細胞自噬的作用[27]。另有研究顯示，卡格列凈也具有類似的通過激活自噬介導的抗炎作用[28]。此外，研究者還發現SGLT2抑制劑可以通過激活SIRT1/PGC-1α/FGF21信號通路來促進自噬[29]。

綜上所述，SGLT2抑制劑可以通過減少氧化應激、抑制NF-κB信號通路、激活細胞自噬等機制來抑制NLRP3炎癥小體的激活，從而減輕內皮炎癥損傷、抑制動脈粥樣硬化斑塊的形成。上述機制間可能存在串擾關系，如細胞內ROS水平增加可促進NF-κB信號通路的激活和細胞自噬的啟動；細胞自噬可通過清除作用降低細胞內ROS水平，抑制NF-κB信號通路的激活等。盡管很多研究已經發現SGLT2抑制劑改善內皮功能的心血管保護機制，但仍缺乏直接構建動脈粥樣硬化動物模型中的相關數據。到目前為止，尚沒有直接臨床數據支持SGLT2抑制劑與NLRP3炎癥小體的表達關系，也沒有確鑿的證據表明SGLT2抑制劑對內皮功能起保護作用可以抑制動脈粥樣硬化的進展。這些都將成為接下來SGLT2抑制劑在心血管領域的重要研究方向，為臨床上更有針對性地治療動脈粥樣硬化提供依據。