钠-葡萄糖共转运蛋白2抑制剂防治动脉粥样硬化的作用机制

左庆娟、马赛综述，郭艺芳审校

糖尿病与心血管疾病密切相关，动脉粥样硬化（AS）性心血管疾病（ASCVD）是2型糖尿病（T2DM）致死、致残的主要原因。因此，治疗T2DM的主要目的在于，在降低急性高血糖事件与微血管并发症发生风险的同时，更有效地降低心血管事件发生风险。钠-葡萄糖共转运蛋白2（SGLT2）抑制剂通过选择性抑制SGLT2来减少肾小管中葡萄糖的重吸并增加尿糖排泄，发挥降糖作用。近年来先后公布的多项大规模随机临床试验证实，SGLT2抑制剂可降低T2DM患者的心血管死亡率、全因死亡率、心力衰竭住院率。在合并ASCVD的T2DM患者中，SGLT2抑制剂治疗对主要不良心血管事件风险的降低幅度更大[1]。改善心血管和肾脏结局的新型抗高血糖药物临床应用中国专家建议，SGLT2抑制剂可作为合并 ASCVD或伴有 ASCVD高危因素的 T2DM患者的首选药物之一[2]。但目前尚不明确SGLT2抑制剂的心脏保护机制。本文结合现有临床与基础研究证据，总结SGLT2抑制剂防治ASCVD的可能机制。

1 改善血管内皮功能

高血压与高胆固醇血症等均可通过不同的机制影响血管内皮功能。内皮功能受损在AS的发生、发展过程中起着关键作用，通常伴随着氧化应激和炎症反应。以脂蛋白E基因敲除（ApoE-/-）小鼠为基础的研究显示，链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病模型小鼠血浆环氧合酶衍生的类花生酸（如前列腺素E2和血栓烷素B2）水平明显升高，且乙酰胆碱内皮依赖性血管舒张作用显著受损。恩格列净治疗8周可显著降低类花生酸的血浆水平，并逆转内皮依赖性血管舒张功能损害[3]。衍生的类花生四烯酸在血管调节中具有多种作用。血栓烷素B2的前体前列腺素E2和血栓烷素A2可促进炎症反应加重。恩格列净还可通过保护动脉内皮细胞糖萼的完整性，恢复内皮细胞对受损的糖萼的机械转导反应，减少腹主动脉内皮细胞炎症反应[4]。血糖升高可增加晚期糖基化终产物的形成，及通过特定受体的信号传递，增加活性氧（ROS）生成，导致血管功能障碍和靶器官损害。通过降低糖尿病大鼠的血糖，恩格列净可减轻主动脉和血液中的氧化应激，促进内皮功能恢复[5]。Rahadian等[6]也发现，卡格列净可以改善糖尿病ApoE-/-小鼠主动脉内皮舒张功能，明显减少动脉中炎症因子如细胞内黏附分子-1（ICAM-1）、血管细胞黏附分子-1（VCAM-1）以及烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶底物NOX2和p22phox的表达，减轻动脉炎症反应和氧化应激。

血管舒张功能受多种机制调节，其中内皮细胞分泌的一氧化氮（NO）最为重要。NO主要由内皮型一氧化氮合成酶（eNOS）合成。体外实验表明，作为晚期糖基化终产物前体，丙酮醛通过抑制人脐静脉内皮细胞eNOSSer1177和蛋白激酶B （Akt）的磷酸化，并促使eNOSThr495和p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）磷酸化，增加内皮的炎症反应。由于内皮细胞几乎不表达SGLT2，卡格列净可能通过其降糖作用间接激活Akt-eNOS途径，减轻炎症反应[6]。内皮功能障碍是小鼠AS的启动环节，SGLT2抑制剂通过保护内皮功能，预防AS的发生、发展。

近年来亦有相关临床试验研究了SGLT2抑制对血管内皮功能的影响。比如，恩格列净对T2DM合并心血管疾病患者内皮功能影响（EMBLEM）试验的主要终点为恩格列净治疗24周后反应性充血外周动脉弹力测定法衍生的内皮功能的替代标志物——反应性充血指数（RHI）的变化，其结果显示，恩格列净对T2DM合并心血管疾病患者的RHI无显著影响[7]。同样，Kong等[8]观察到，达格列净治疗8周并未改变T2DM患者的RHI。达格列净对早期T2DM患者内皮功能和血糖控影响研究（DEFENS）采用血流介导的血管扩张功能（FMD）来评估内皮功能，其结果表明，在糖化血红蛋白水平＞ 7.0%的亚组患者中，达格列净联合二甲双胍治疗16周可增加患者的FMD[9]。SGLT2抑制剂可能对血糖控制欠佳的T2DM患者内皮功能的改善作用较明显。

2 对巨噬细胞的作用

炎症可能是AS进展的关键环节，炎症标志物通常与疾病活动和急性冠状动脉事件发生风险相关[10]。比如，糖尿病和肥胖患者的AS发展与炎症有关。巨噬细胞是主要的炎症细胞，可促进AS的进展。一方面，巨噬细胞是AS病变中细胞组成的主要部分，其分泌的某些细胞因子可能改变局部环境并导致病变不稳定和疾病发展；另一方面，巨噬细胞可通过吞噬氧化型低密度脂蛋白形成泡沫细胞，坏死的泡沫细胞可以形成脂质核心，而脂质核心是AS的主要组成部分[11]。

研究表明，主动脉中白细胞分类抗原（CD）68+细胞的浸润是AS的早期征象，达格列净可显著减少糖尿病大鼠主动脉外膜中CD68+巨噬细胞的积累，有助于预防与T2DM相关的早期AS[12]。多项动物实验表明，SGLT2抑制剂可明显减少AS病变区巨噬细胞的积聚[3,6,13-16]。Pennig等[16]通过给C57BL/6J小鼠注射低密度脂蛋白受体和B族Ⅰ型清道夫受体反义寡核苷酸后予以高脂饮食及腹腔注射STZ构建糖尿病性AS动物模型，用来研究AS的进展和消退，结果发现，恩格列净可使该模型小鼠的AS斑块明显缩小，CD68+巨噬细胞减少，可能与恩格列净显著抑制斑块内巨噬细胞的增殖和降低白细胞对血管壁的黏附力有关。

在AS病变的局部慢性炎症反应中，ROS激活Nod样受体蛋白3（NLRP3）炎性小体，促进巨噬细胞释放白细胞介素（IL）-1和IL-18。达格列净的抗AS作用可能与巨噬细胞通过ROS-NLRP3-caspase-1途径抑制IL-1的分泌有关[13]。另有细胞实验表明，丙酮醛可显著增加小鼠巨噬细胞系RAW264.7细胞中单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）、肿瘤坏死因子-α、VCAM-1等炎症分子的表达和c-Jun氨基末端激酶（JNK）和p38 MAPK的磷酸化水平，而JNK和p38 MAPK是血管炎症的信号分子[3]。SGLT2抑制剂可通过降糖作用减轻巨噬细胞的上述促炎反应。

泡沫细胞的形成受以下因素的调控：（1）清道夫受体：例如CD36和凝集素样低密度脂蛋白受体1（Lox-1）；（2）胆固醇酰基转移酶1（ACAT1）：一种用于胆固醇酯化的限速酶；（3）腺嘌呤核苷三磷酸结合盒转运蛋白A1（ABCA1）和腺嘌呤核苷三磷酸结合盒亚家族G成员1：介导的游离胆固醇外排。Terasaki等[17]发现，在糖尿病小鼠和糖尿病ApoE-/-小鼠这两种小鼠模型的腹腔巨噬细胞中，Lox-1和ACAT1的基因表达上调，而ABCA1的基因表达下调。SGLT2抑制剂可使这些基因表达正常化，抑制泡沫细胞的形成，有效预防AS斑块的形成。上述多项动物及细胞实验表明，SGLT2抑制剂可减少主动脉和AS斑块内巨噬细胞的浸润、减轻巨噬细胞相关的炎症反应、抑制泡沫细胞的形成等，从而有效防治AS病变。

3 增强斑块的稳定性

迁移到AS病变中的平滑肌细胞能够产生胶原纤维，胶原纤维是病变中纤维帽的主要来源。纤维帽中平滑肌细胞的减少或巨噬细胞的增加可使纤维帽变薄并容易破裂，构成斑块不稳定因素。

有研究显示，达格列净能增加糖尿病性ApoE-/-小鼠AS病变中平滑肌细胞数量，恩格列净可增加AS小鼠AS斑块内胶原蛋白含量，有利于增加斑块的稳定性[13,16]。在AS晚期，金属基质蛋白酶（MMP）降解富含胶原蛋白的细胞外基质，使斑块易于破裂。MCP-1促进AS病变中单核细胞或巨噬细胞积聚，MCP-1是斑块不稳定的直接因素。MCP-1可诱导人内皮细胞MMP-2以及人平滑肌细胞MMP-9的表达，这两种MMP通过降解细胞外基质发挥作用，都是参与斑块失稳的关键因素[18]。MMP组织抑制因子（TIMP）则可抑制MMP的表达，MMP和TIMP之间的平衡可作为评估MMP整体胶原活性的指标。研究表明，与对照组比较，卡格列净组ApoE-/-小鼠AS斑块缩小，VCAM-1减少，MCP-1信使RNA（mRNA）表达降低，而平滑肌细胞增多，胶原蛋白含量增多，TIMP-1mRNA表达增多，TIMP-1/MMP-2mRNA比值增高[15]。卡格列净可能通过降低MCP-1、VCAM-1等的表达，增加TIMP-1/MMP-2比值，提高AS斑块的稳定性。

然而，另有研究报道，SGLT2抑制剂鲁格列净治疗ApoE-/-小鼠1周后，主动脉壁MMP-2和MMP-9表达减少，但AS斑块中MMP-2和MMP-9表达没有明显减少[19]。体外实验显示，恩格列净对大鼠主动脉平滑肌细胞的增值无明显影响，且对血小板源性生长因子诱导的大鼠主动脉平滑肌细胞定向迁移无抑制作用[14]。Dimitriadis等[20]发现，恩格列净可以降低ApoE-/-小鼠动脉斑块内MMP-9表达，诱导TIMP-1表达，TIMP-1/MMP-2蛋白比率增加，但是斑块胶原蛋白含量没有明显差异。因此除上述因素外，SGLT2抑制剂还有可能通过其他途径影响平滑肌细胞和胶原蛋白或其他因素增强斑块的稳定性。目前关于SGLT2抑制剂对斑块稳定性影响的研究数据较少，且多数从斑块病灶中mRNA水平评估影响斑块稳定的因素。因此，需要更多研究来探索SGLT2抑制剂增强斑块稳定性的机制。

4 对动脉粥样硬化危险因素的影响

大量临床试验观察了SGLT2抑制剂对AS危险因素的作用。SGLT2抑制剂通过可逆地抑制肾小管SGLT2，减少葡萄糖的重吸收并增加尿糖排泄，发挥降血糖作用，这是一种独立于胰岛β 细胞功能和胰岛素抵抗的机制。除降糖作用外，SGLT2抑制剂对血压、体重、脂代谢紊乱等其他危险因素也有改善作用。

SGLT2抑制剂可不同程度地降低收缩压与舒张压，亦可降低T2DM合并杓型或非杓型高血压患者的平均24 h血压[21]。SGLT2抑制剂的降压机制可能与渗透利尿和轻度利钠作用有关[22]。

多数临床研究发现，SGLT2抑制剂治疗可导致T2DM患者高密度脂蛋白胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平升高。虽然SGLT2抑制剂使LDL-C水平升高，但未观察到致AS较强的小而密LDL-C水平升高[23]；此外在最佳降脂治疗的情况下，血脂得到良好控制时，达格列净对血浆LDL-C水平没有明显影响[24]。SGLT2抑制剂升高LDL-C的机制可能是LDL-C血浆清除率降低和富含甘油三酯的脂蛋白的脂解增加的结果[25]。最近有研究报道，SGLT2抑制剂也可能通过硫肝蛋白糖依赖的清除机制或胆汁酸途径增加低密度脂蛋白受体基因敲除小鼠中脂蛋白的清除，降低胆固醇并改善AS[26]。

超重或肥胖的T2DM患者接受SGLT2抑制剂治疗后，体重可有明显下降，且主要是包括内脏脂肪在内的脂肪质量的减少，相关机制可能与SGLT2抑制剂升高脂联素水平有关[27]。此外，SGLT2抑制剂在引起脂肪组织质量减少和细胞外液瞬时丢失的同时，伴有肾素-血管紧张素-醛固酮系统的上调，但不会导致细胞外液的永久性减少[28]。心外膜脂肪是位于心肌和心包内脏层之间的脂肪组织，流行病学调查显示，心外膜脂肪体积与AS和冠状动脉事件的发生风险呈正相关[29]。现有研究发现，SGLT2抑制剂可减小心外膜脂肪体积[30-31]。

动物实验显示，SGLT2抑制剂可通过不同程度影响上述危险因素来改善小鼠的AS[3,6,14-15,20]，但SGLT2抑制剂对体重、血脂、血压等的影响结果不一致，可能是由于所用AS动物模型不同、饮食结构不统一、干预药物的剂量和疗程存在差异等因素造成的。

5 其他

胰岛素抵抗可以促进AS斑块的形成和进展。SGLT2抑制剂可降低胰岛素分泌和组织对葡萄糖的利用，改善T2DM患者的胰岛素敏感性[32]。Han等[14]报道，恩格列净可以改善高脂饮食诱导ApoE-/-小鼠的AS病变，其部分机制可能是通过调节Akt-GSK-3β 途径增加胰岛素敏感性，改善胰岛素抵抗。有研究报道，血管周围脂肪组织在生理和病理条件下调节血管功能，血管周围脂肪组织的炎症与AS的发展有关[33]。高血糖可增加血管周围脂肪组织巨噬细胞浸润和炎症分子表达。新近研究发现，与非治疗组相比，恩格列净组糖尿病性ApoE-/-小鼠血管周围脂肪组织MCP-1、ICAM-1、VCAM-1、CD68和p47phox等多种炎性分子的表达减少，部分解释了恩格列净对小鼠AS的改善作用[3]。Dimitriadis等[20]发现，在恩格列净组和对照组ApoE-/-小鼠的主动脉中均有表达钠-葡萄糖共转运蛋白-1（SGLT1）mRNA，而SGLT2mRNA仅有极少表达，推测SGLT2抑制剂通过SGLT1直接作用于主动脉并减缓AS的进展。

6 总结与展望

现有的研究数据表明，SGLT2抑制剂在高血糖、高血压、脂代谢异常、肥胖等多种危险因素，以及与AS发生、发展密切相关的内皮细胞、巨噬细胞、平滑肌细胞功能等方面具有多效性作用。本文总结的相关机制部分解释了SGLT2抑制剂的心血管保护作用，也为临床实践中SGLT2抑制剂用于防治ASCVD提供了可行的理论依据。然而，SGLT2主要存在于肾脏，在心血管系统及其他组织器官几乎不表达。SGLT2抑制剂有可能通过SGLT1或类似的转运蛋白体发挥抗AS作用。临床上评估SGLT2抑制剂对T2DM患者的内皮功能、动脉血管紧张度、胆固醇等方面的临床数据较多，缺乏反映AS斑块大小或易损程度的直接数据。目前相关动物实验多数以高脂饮食诱导ApoE-/-小鼠构造AS的经典模型，合并或不合并STZ诱导的血糖升高。此类模型更接近于1型糖尿病合并AS，临床中却以T2DM更多见。由此所得的结果无法直接推断于临床，相关机制或许存在偏差。因此，我们需要构建更多的AS动物模型，从更广且更深入的动物及临床试验进一步探索SGLT2抑制剂的AS保护机制，为ASCVD的防治提供新策略。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突