烟酸和烟酸受体激动剂在动脉粥样硬化中的研究进展

李慧瑾，金 曦，李鹏权，尹 凡，弓 雪，曹慧玲

(陕西省缺血性心血管疾病重点实验室，西安医学院基础与转化医学研究所，陕西 西安 710021)

心脑血管疾病是威胁全球人类的死因之首，2017年全球约1,780万人死于心脑血管疾病[1]。动脉粥样硬化(atherosclerosis，As)是心脑血管疾病发生的主要病理基础和重要环节[2]。As的发病机制复杂，其中，脂质代谢异常是As的主要病变基础。控制血脂是As常用的预防与治疗手段，降血脂药主要分为两类，一类以降低胆固醇为主，如他汀类；另一类以降甘油三酯(triglyceride，TG)为主，如烟酸类。目前，临床一线使用的降脂药物多为他汀类，其可降低血清总胆固醇(total cholesterol，TC)和低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein-cholesterol，LDL-C)，有效预防并改善As，但他汀类对某些高脂血症患者无效，降低TG作用较弱，且长期大量使用，可引发患者肝肾功能异常、肌肉综合征等不良反应。

烟酸(niacin，NA)作为调脂药物，应用于临床已有50多年历史。与他汀类不同，NA可通过激动其受体，发挥独特的降脂作用[3]。NA受体包括G蛋白偶联受体109A(G protein-coupled receptors 109A，GPR109A)，G蛋白偶联受体109B(G protein-coupled receptors 109B，GPR109B)和 G蛋白偶联受体81(G protein-coupled receptors 81，GPR81)3个亚型，但NA只与 GPR109A具有高亲和力。NA可通过激动GPR109A，促进胆固醇逆转运，降低TC和TG，升高高密度脂蛋白胆固醇(high density lipoprotein-cholesterol，HDL-C)，改善血管内皮细胞功能，抑制炎症反应，发挥抗As作用，尤其是与他汀类联合用药后，可显著改善As。本文从烟酸抗As作用、烟酸受体、新型烟酸受体激动剂、烟酸与他汀类药物联合应用四个方面，综述了烟酸与烟酸受体在As中的研究进展，以期为基于烟酸受体激动剂的新型抗As药物研发提供新思路。

1 NA抗As作用

NA，又名维生素B3，化学名为3-吡啶甲酸，在人体内组成辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ并参与脂代谢等多种重要代谢过程。NA作为一种降脂类药物，应用于临床已有50余年历史。人体正常的需求量为每天20 mg，生理浓度的NA无法激动烟酸受体，临床通常采用大剂量口服(1～2 g·d-1)，用于降脂与抗As治疗。研究表明，NA激动其受体后，可促进胆固醇逆转运，发挥降脂功能，可降低TC与TG，升高HDL-C，抗炎，改善内皮细胞功能，保护血管，发挥抗As作用。

1.1 NA可促进胆固醇逆转运胆固醇逆向转运(reverse cholesterol transport，RCT)由多种分子参与调控，是机体排出多余胆固醇的唯一途径，也是抗As的主要机制之一[4]。大量研究从细胞水平、动物水平和临床水平，证实了NA对胆固醇逆转运的调控作用。

细胞水平研究中，欧露等[5]研究发现，在人肝癌细胞HepG2细胞中模拟高脂环境，NA可通过抑制前蛋白转化酶枯草溶菌素 9型(proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9)的表达，降低PCSK9成熟蛋白形成，进而减少LDLR降解，促进细胞摄取与代谢LDL-C。李晓宇等[6]研究发现，低剂量脂多糖处理HepG2细胞致炎，可上调细胞GPR109A的表达，减少细胞内cAMP释放。炎症应激上调HepG2中GPR109A水平，减少HDL，增加心脑血管不良事件发生的风险。

动物水平研究中，主要采用鼠、兔或犬作为研究模型。李丽华等[7]用NA干预C57BL/6J小鼠研究发现，NA可通过增加肝X受体α(liver X receptor，LXRα)、三磷酸腺苷结合盒转运体超家族(ABCA1和ABCG1等)mRNA水平促进RCT，降低血清中TG、TC和LDL-C浓度，上调血清中HDL-C和载脂蛋白A-Ⅰ(apoA-Ⅰ)浓度，减少胆固醇蓄积，缩小As斑块。Mangat等[8]发现，在啮齿动物中，NA可显著上调肠移植体中PPAR-γ和肉毒碱棕榈酰转移酶I(carnitine palmitoyl transferase-I，CPT-I)，降低肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor，TNF-α)的mRNA水平。As兔模型研究结果显示，NA可上调外周细胞中ABCA1和微囊蛋白1(caveolin-1)mRNA表达，提高胆固醇转出率，改善血脂，缩小As斑块。Méndez-Lara等[9]研究发现，在高胆固醇血症小鼠模型中，NA给药治疗后，可影响HDL代谢，促进胆固醇从巨噬细胞至肝脏逆转运，促进胆固醇排泄。

临床标本分析中，El Khoury等[10]将10名接受他汀类药物治疗的受试者予以NA/拉吡普兰缓释剂治疗，发现可有效改善餐后高甘油三酯血症，刺激HDL介导的胆固醇在餐后返回肝脏并排入粪便，从而有效清除体内胆固醇。Figueroa等[11]对8名低浓度HDL(≤40 mg/dL)的患者进行NA缓释剂治疗，结果发现，NA可提高HDL-C与总磷脂水平，显著增强SR-BⅠ介导的HDL-C外排胆固醇的能力，改善As。

总之，细胞水平、动物水平及临床水平不同层面研究均表明，NA可通过上调LXRα、ABCA1、ABCG1、CPT-I、PPARγ、caveolin-1、CYP7α、HDL-C和apoA-1，下调PCSK9、TC、TG、LDL-C和TNF-α，促进RCT，改善As。

1.2 NA可改善血管内皮细胞功能血管内皮细胞可通过合成和释放NO和内皮素等血管活性物质，参与调节血管舒缩，组织灌注与血流量。在一些病理因素刺激下，血管内皮细胞失去活性，导致血管活性物质分泌异常，引发血管内皮细胞功能障碍。因此，保护和改善内皮功能是抗As的有效途径之一。

细胞水平研究显示，NA在氧化应激条件下可通过p38-MAPKs途径诱导人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVECs)中血红素加氧酶1(heme oxygenase-1，HO-1)表达，抑制内皮细胞凋亡，抗As。NA可通过改变血管生成因子表达水平，诱导HUVECs的细胞骨架重排，特别是重新排列肌动蛋白和桩蛋白的结构，改善内皮细胞功能。Peters等[12]研究发现，在高棕榈酸盐培养基中补充维生素D、NA或两种维生素，可促进内皮细胞生成，保持其稳定性。虽然，维生素D和NA均具有促进血管生成功能，但只有NA能改善肥胖小鼠缺血损伤后肢的恢复。Hughes-Large等[13]的研究结果证实，低浓度NA可通过激活NA受体，改善脂毒性损伤人类微血管内皮细胞的血管生成功能。

动物水平研究发现，NA可改善脂毒性和低氧条件下内皮生成，促进饮食诱导的高脂血症小鼠缺血损伤后的血管重建和肢体功能恢复。采用SD大鼠高脂饮食模型研究发现，NA可增强NO活性，改善大鼠血管内皮功能，缩小As斑块面积，发挥抗As作用。采用雄性Wistar大鼠高脂饲料造模发现，NA可增加血清可溶性细胞间粘附分子-1(soluble intercellular adhesion molecule-1，sICAM-1)及腹主动脉ICAM-1的表达水平，改善血脂、血管内皮凝血功能障碍，发挥抗As功能[14]。Wu等[15]临床研究表明，NA可抑制血管炎症，保护内皮功能，改善患者As，但对患者血脂水平无明显影响。

综上，NA可通过改善HUVEC血管形成、缺血血管修复、NO活性、sICAM-1和p38-MAPKs-HO-1，改善血管内皮细胞功能，改善As。

1.3 NA的抗炎作用As是一种慢性炎性疾病，具有变质、渗出和增生等炎症性疾病的病理特征，血管炎症、泡沫细胞以及其产生的细胞因子均可加速As斑块的形成，如As破裂，可引发心肌梗死和脑卒中等不良心脑血管事件。

采用血管紧张素Ⅱ诱导HUVECs炎症模型研究发现，NA可通过抑制NF-κB，减弱C反应蛋白的mRNA和蛋白水平，减轻HUVECs炎症[16]。Li等[17]发现，NA抗炎功能是通过上调NAD-依赖性去乙酰化酶(sirtuin-1，SIRT1)和活性氧簇(reactive oxygen species, ROS)，从而抑制NLR家族Pyrin域蛋白3(pyrin domain containing protein 3，NLRP3)炎性小体激活，干扰半胱天冬酶-1(caspase-1)剪切和白介素1β(interlukin-1β，IL-1β)的分泌来实现。Li等[18]采用新西兰大白兔造模，诱导左颈总动脉急性血管炎症。通过饮食中加入NA治疗，发现NA可通过上调SIRT1在兔内皮细胞中的表达，进而下调CD40依赖的信号通路，减轻血管炎症损伤，保护血管。采用雄性新西兰大白兔造模研究发现，NA可增强PPARγ和CD36 mRNA的表达水平，减少瘦素(leptin)分泌，减轻炎症损伤[19]。Wu等[20]发现，NA在体内和体外都能激活HO-1，NA的血管保护作用可能与HO-1的诱导有关。

总之，NA可通过上调HO-1、PPARγ、SIRT1、CD36和SIRT1/CD40，下调NLRP3、caspase-1剪切、IL-1β和Leptin，减轻炎症损伤，保护血管，发挥抗As作用。

2 NA受体

NA通过激动NA受体，发挥独特的降脂作用。NA受体为G蛋白偶联受体，包括GPR109A，GPR109B和 GPR81三个亚型。其中，GPR109A与GPR109B同源性为96%，GPR109A与GPR81两者的同源性为60%。NA与 GPR109A有高亲和力，而与其它两种亲和力较低。GPR109A、GPR109B、GPR81的内源性配体分别为β-羟基丁酸、3-羟基辛酸、乳酸，三者均属于羟基羧酸，又命名为羟基羧酸(hydroxy-carboxylic acid，HCA)受体。GPR109A多表达于脂肪组织和免疫细胞，人源性和鼠源性GPR109A分别为命名为HM74A和PUMA-G。其中，PUMA-G是3个课题组在2003年发现，基因敲除小鼠证实其可介导NA抑制脂肪分解。

在PUMA-G 基因敲除小鼠发现，GPR109A是NA 降低游离脂肪酸(free fatty acid,FFA)和TG所必需。NA 可通过激动脂肪细胞的GPR109A，降低cAMP浓度，和血浆中FFA 浓度。Lukasova等[21]研究发现，NA给药治疗敲除GPR109A的小鼠无抗As作用。但是，将GPR109A敲除小鼠的骨髓移植到易于形成As的动物体内，再给予NA治疗，发现NA的抗As功能被抑制。NA还可通过激活GPR109A，阻止单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)诱导的巨噬细胞向As斑块聚集，改善As。

综上，NA受体GPR109A是NA发挥作用所必需的，NA可通过激动NA受体GPR109A，抑制蛋白激酶A水平，抑制脂肪分解，抑制MCP-1诱导的巨噬细胞迁移，改善As。

3 NA受体激动剂

NA作为一种维生素，生理浓度无法激动 GPR109A，即NA并非GPR109A的内源性配体。临床上需大剂量口服NA(1～2 g·d-1)，方可发挥降脂及抗As作用。但是大剂量口服NA，易导致血尿酸升高和皮肤潮红等不良反应，降低了其临床用药依从性，因此，研发新型NA受体激动剂十分必要。D-β-羟基丁酸(D-β-hydroxybutyrate，DβHB)在禁食和生理浓度下，可特异激活GPR109A，降低脂肪细胞的脂分解。因此，推测DβHB可能是GPR109A的一种内源性配体。自GPR109A发现以来，已经发现一些新型的GPR109A激动剂(Tab 1)。

3.1 吡啶甲酸和吡嗪甲酸类NA属于吡啶甲酸类，其羧基基团是保持活性的必需基团，与GPR109A有高亲和力，两者结合后有明显降脂作用。阿昔莫司是吡嗪甲酸类似物，其降脂作用及引起皮肤潮红的不良反应较NA弱。Maillard反应的产物2，5-二甲基吡嗪和5-甲基吡嗪-2-甲酸，属于吡嗪甲酸类GPR109A激动剂，激动GPR109A后抑制脂肪分解，抑制血中FFA升高，发挥降脂作用。

3.2 吡唑-3-羧酸类吡唑甲酸与GPR109A有亲和力，亲和力最强的为5-丁基吡唑-3-甲酸。MK-1903也是吡唑-3-羧酸类激动剂，其不良反应较NA轻，在临床试验中表现出很好的用药依从性，可减少FFA反弹现象[22]。Merck和Arena公司发现，吡唑羧酸类化合物用异噁唑环等其它五元杂环代替吡唑环后，对GPR109A有很强的激动活性。

3.3 阿昔呋喃及其衍生物阿昔呋喃可激动GPR109A和GPR109B两个亚型，发挥降脂作用。阿昔呋喃的12个衍生物中，仅有4-氟苯基衍生物与阿昔呋喃活性类似。用苯环取代的噻吩类似物中，5-氯/溴-3-噻吩衍生物有较好的活性[23]。

3.4 邻氨基苯甲酸类及其衍生物具有邻氨基苯甲酸结构的GPR109A激动剂可衍生获得联苯邻氨基苯甲酰胺，其具有较好受体激动活性，但药动学性质较差。MK-6892是四氢化邻氨基苯甲酸类化合物结构改造后获得的化合物，具有高效的GPR109A激动活性，并且MK-6892与GPR109A的结合具有高特异性、高亲和性，较好的药动学性质，已被列为临床候选药物，用于降脂与抗As。

3.5 其它新型烟酸受体激动剂黄嘌呤衍生物虽然无酸性羧基，但其母核结构可与GPR109A的Arg111相互作用，激动 GPR109A，发挥降脂作用。

3，6，7-三取代吡唑并嘧啶类化合物对GPR109A激动具有选择性，反式丁烯酸酯类化合物和丙烯酸类化合物也可激动GPR109A[24]。以吡啶并嘧啶酮化合物为先导结构合成的一系列衍生物，该类化合物对GPR109A亲和力高，可作为新型GPR109A激动剂研发的先导化合物。

总之，上述新型NA受体激动剂，与NA相比，激动GPR109A活性较强，不良反应较弱，有望成为NA受体激动剂新型降脂与抗As药物研发提供有潜力的先导化合物。

4 联合用药

研究表明，NA与他汀类联合用药，可同时降低血清TC、TG、LDL-C，升高HDL-C，改善内皮细胞功能，减轻炎症，尤其是可稳定易损斑块，改善As预后[25]。NA与氟伐他汀联合用药可以显著降低老年As患者的超敏CRP和血液同型半胱氨酸的浓度，降低颈动脉内膜中层厚度。126名有心血管病史的受试者被随机分配到阿托伐他汀组或阿托伐他汀/NA组，治疗1年后发现，阿托伐他汀/NA组治疗可增加HDL-C和巨噬细胞外流，改善颈动脉斑块作用更优。Bhargava等[26]筛选434例成人2型糖尿病患者接受NA缓释片和吡格列酮治疗的电子病历进行回顾性分析，其中47名患者符合研究入组标准。与单独使用吡格列酮相比，NA联合治疗组，2型糖尿病和高脂血症患者均能明显提高HDL-C，降低TC和TG，改善As作用更优，对血糖无明显影响。综上，NA联合他汀类等药物可显著降低血脂，改善As预后。

Tab 1 Classification of niacin receptor agonists

5 总结与展望

NA可通过激动NA受体GPR109A，促进胆固醇逆转运，降低TG、TC、LDL-C，升高HDL-C，减少胆固醇蓄积，改善血管内皮细胞功能，减轻炎症，缩小As斑块面积，发挥抗As作用。NA改善As作用，与抑制蛋白激酶A水平，抑制脂肪酶，抑制脂肪分解，抑制MCP-1诱导的巨噬细胞迁移相关。目前已进入临床试验新型的GPR109A激动剂主要包括：吡啶甲酸和吡嗪甲酸类，吡唑-3-羧酸类和异噁唑类，阿昔呋喃及其衍生物，邻氨基苯甲酸类及其衍生物和黄嘌呤衍生物五类，可望为基于NA受体激动剂的新型降脂与抗As新药研发提供潜在的先导化合物。NA与他汀类药物联合应用，降脂与抗As疗效更优，值得推广。

综上，本文主要从NA抗As作用，NA受体，新型NA受体激动剂，联合用药等四个方面，综述了NA和NA受体激动剂在As中的研究进展，以期为基于NA受体激动剂的新型降脂与抗As药物研发提供新思路，内容小结如Fig 1所示。

Fig 1 Summary of anti-atherosclerosis, NA receptor, NA receptor agonists and drug combination with statins of NA