合成利尿钠肽在心力衰竭治疗中的研究进展

冉倩 张翠 杨波

(武汉大学人民医院心内科 武汉大学心血管病研究所 心血管病湖北省重点实验室，湖北 武汉 430060)

心力衰竭(心衰)是各种心脏结构或功能性疾病导致心室充盈和射血功能受损，心排血量不能满足机体组织代谢需要，以肺循环或体循环淤血，器官、组织血液灌注不足为临床表现的一组综合征，伴有内源性神经体液系统的激活，常合并肾功能不全[1]。随着预期寿命的增加，心衰的发病率进一步增加。因此，必须改进心衰的治疗方法，缓解公共卫生资源的压力。

1 传统方法治疗心衰

传统的急性心衰治疗方法效果并不理想，利尿剂缓解充血的同时加剧神经体液系统的激活和肾功能不全。正性肌力药可改善心排血量和肾功能，但会导致心肌耗氧量的增加以及心律失常的发生。虽然硝酸盐、利尿剂和新型正性肌力药(如左西孟旦)可短期缓解症状，但迄今为止，上述药物均未显示出整体的生存益处。近年来，研究人员意识到调节神经体液系统的激活是治疗心衰的关键。其一是抑制正性调节因子的功能，如使用血管紧张素转化酶抑制剂，以降低血管紧张素Ⅱ和醛固酮的作用，从而减轻心脏负荷，改善冠状动脉供血。其二是增强负性调节因子的功能，利用利尿钠肽的血管舒张功能、利钠、利尿和对肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)的抑制作用来延缓心衰的进展和心肌重构。

2 天然利尿钠肽治疗心衰

利尿钠肽是一组结构相似但编码基因不同的肽，具有强大的利钠、利尿、血管舒张、抗纤维化和抗肥厚作用，并在心血管稳态中发挥关键作用。哺乳动物利尿钠肽包括三种亚型：心房钠尿肽(ANP)、脑钠肽(BNP)和C型利尿钠肽(CNP)，与位于心脏、血管和肾脏的利尿钠肽受体(NPRs)结合，以降低血压和循环容量[2]。利尿钠肽由高度保守的17个氨基酸环、N末端和C末端(CNP除外)组成。CNP缺乏C末端氨基酸残基，这可能是其利钠、利尿功能较弱[3]和在循环中被脑啡肽酶(neprilysin，NEP)快速降解[4]的原因。心衰患者静脉输注利尿钠肽可改善血流动力学，但偶发严重低血压。除哺乳动物利尿钠肽外，蛇毒中利尿钠肽如树眼镜蛇属利尿钠肽(dendroaspis natriuretic peptide，DNP)也逐渐被发现，为设计新型利尿钠肽提供了可能性。NPRs包括NPR-A、NPR-B和NPR-C。NPR-A和NPR-B包含鸟苷酰环化酶结构域，将鸟苷一磷酸转化为第二信使环鸟苷酸(cGMP)。ANP和BNP主要产生于心脏，对NPR-A表达高亲和力，具有利钠、利尿和抗增殖特性[5]。CNP主要由内皮细胞产生，优先激活NPR-B[6]，具有抗心肌细胞肥大和抗纤维化作用[7]，在心脏重构中起着重要作用。DNP是NPR-A的强效激活剂，具有类似ANP的强大生物学作用[6]。NPR-C通常被认为是一种清除受体[5]，利尿钠肽可通过与NPR-C的结合以及NEP的酶解作用被清除[5-6]。

尽管设计的ANP和BNP类似物已被广泛应用于治疗实验性心衰，但由于其化学合成效率低，制造成本昂贵，体内易降解等原因，其临床应用受到限制。自1995年以来，日本已批准重组ANP(卡必利肽)治疗急性心衰，重组BNP(奈西利肽)于2001年被FDA批准用于治疗急性失代偿性心衰。到目前为止，奈西利肽及卡必利肽的临床应用，由于在血压和肾功能方面的潜在不良影响以及短期死亡率的潜在增加，遇到了重大挑战[8-9]。

越来越多的心衰患者迫切需增强心功能和保留肾功能的有效治疗策略，这就产生了嵌合型利尿钠肽的概念：天然利尿钠肽的合成修饰。其作用、特异性和稳定性均优于天然利尿钠肽。

3 合成利尿钠肽治疗心衰

3.1 CD-NP

CD-NP是由梅奥诊所开发的一种新型嵌合型利尿钠肽，将DNP的15个氨基酸C末端融合到完整的CNP结构上[10]。CD-NP是NPR-A和NPR-B的双重激活剂[6]。

在正常犬模型中，CD-NP降低了肺动脉楔压，并显示出剂量反应性的利钠和利尿作用[11]。与此同时，至少在中等剂量范围内[(10～50)ng·kg-1·min-1]平均动脉压(MAP)未显著降低，即使在高剂量(100 ng·kg-1·min-1)下，MAP的降低也很轻微[11]。与奈西利肽相比，CD-NP在急性心衰治疗中更为有利，后者较少观察到低血压，且通过菊粉清除率证明肾小球滤过率(GFR)明显升高[11]。与CNP相比，CD-NP具有明显的利钠和利尿、肾小球cGMP激活、GFR增加，以及抑制血浆醛固酮的作用[12]。

CD-NP在慢性心衰治疗中也具有明显益处。肥大和纤维化是慢性心衰进展过程中经常涉及的关键因素[13]。CNP可防止血管紧张素Ⅱ诱导的离体心肌细胞肥大，在CNP基因缺陷小鼠中，转化生长因子-β表达明显增多，因此CNP的心脏保护作用与肥大和纤维化途径相关[7]。心肌营养素-1是一种促进纤维化和心肌细胞肥大的细胞因子，被认为是人心脏成纤维细胞(human cardiac fibroblasts，HCF)的强效激活剂，并在心衰状态下被激活[14]。在心肌营养素-1诱导的心肌纤维化和肥大模型中，通过溴脱氧尿苷摄取来评估DNA合成和细胞增殖，证明CD-NP抑制HCF增殖，此外，CD-NP可通过抑制转化生长因子-β1来降低HCF 1型胶原的产生[11]。在单侧肾切除术诱导的早期心肌纤维化大鼠模型中，皮下注射CD-NP两周可显著抑制单侧肾切除术大鼠的左心室纤维化和循环中醛固酮水平，同时保留收缩期和舒张期功能[15]。因此，CD-NP具有CNP强大的抗纤维化和抗HCF增殖特性以及DNP潜在的利钠和利尿特性，且降压效果比BNP小。

对利尿钠肽进行蛋白水解实验，使用表达人NPR-A或NPR-B的细胞分别评估ANP、BNP、CNP、DNP和CD-NP的活性，结果表明与ANP、BNP和CNP相比，CD-NP半衰期分别增加了13、3和4倍[16]。唯一一个更难降解的肽是DNP，在所有的利尿钠肽中，DNP具有最长的C末端，这可能是其对NEP酶解作用的抗性高于其他利尿钠肽的原因[17]。

以上研究表明CD-NP在心衰治疗中具有重大潜力，但其半衰期仍较短。因此需进一步研究CD-NP的给药方式以弥补这一缺陷。目前，利尿钠肽通常通过静脉或皮下给药。然而，静脉输液必须在医院进行，皮下给药需在皮下植入泵，需在医院进行植入或取出，给患者带来不便。CD-NP的临床应用因其半衰期短，以及缺乏合适的给药途径而受到阻碍。近年来一项研究开发出聚合物膜包埋CD-NP以提供缓释CD-NP[18]，通过cGMP生成增加，证实了CD-NP的生物活性，从可降解高分子膜中释放出来的CD-NP，能抑制肥大性HCF的增殖并抑制HCF中DNA的合成。与每日输注CD-NP相比，从可降解高分子膜中持续释放对肥厚性HCF表现出更高的抑制作用[19]，表明持续给药可能是抑制肥厚性HCF的必要条件，可能用于治疗心衰患者心脏重构性病变。

在稳定的心衰患者中，注射CD-NP在4 h后，患者血浆和尿液中cGMP水平明显增加，耐受性良好，无不良反应，血压未发生变化，在轻度肾功能不全患者中观察到GFR增加。CD-NP在稳定的心衰患者中具有良好的安全性和预期的药理作用，可增强心肾功能和保护心肾结构[20]。因此，CD-NP已成为一种有吸引力的心衰治疗策略。

3.2 CRRL269

CRRL269是由梅奥诊所开发的一种嵌合型利尿钠肽，由血管钠肽和BNP的氨基酸组合而成，是一种选择性NPR-A激活剂[21]。

CRRL269比血管钠肽更能抵抗NEP的降解。在正常犬中，与血管钠肽和BNP相比，CRRL269具有明显的利钠和利尿作用，但未引起血压降低，同时抑制RAAS[21]。此外，与BNP相比，CRRL269引起动脉舒张较少，促进心肌细胞生成环腺苷酸(cAMP)明显增加，CRRL269可能通过cGMP-PDE3-cAMP途径部分维持血压[21]。在急性肾衰竭犬模型中，CRRL269具有明显的利钠和利尿，肾小球cGMP激活，保留GFR，增加肾血流量，抑制血管紧张素Ⅱ，降低心脏充盈压而不降低血压的作用[22]。此外，体外组织学和组织凋亡分析表明，CRRL269减少了肾损伤和细胞凋亡[22]。

因此，CRRL269通过NPR-A对心肾疾病状态具有良好的保护作用，在治疗急性肾衰竭和心衰方面具有转化潜力。

3.3 mANP

ANP是一种由28个氨基酸组成的多肽，由17个氨基酸组成的环结构通过二硫键与一个6氨基酸N末端和一个5氨基酸C末端组成。在对人类ANP基因序列变异的靶向扫描中，发现了一个突变，该突变产生了一个40个氨基酸组成的多肽，由天然ANP和12个氨基酸的C末端延伸组成，称这种肽突变体为mANP，与ANP相比，受影响家族成员中mANP的循环水平高出5～10倍，部分原因是由于mANP抗NEP酶解能力较强[23]。

体外研究表明mANP通过浓度依赖的方式增加HCF内cGMP含量[24]。在狗体内给予大剂量mANP(33 pmol·kg-1·min-1)，血浆cGMP激活、利钠、利尿、GFR增加、RAAS抑制、减轻心脏负荷和血压降低特性显著高于天然ANP[24]。mANP与天然ANP相比，其MAP的降低和肾血流量的增加更为明显。因此，尽管在目前的研究中使用高剂量mANP能更大程度地降低MAP，但肾功能得到了更好的增强。与其他传统血管扩张剂相比，这一特点是独特的，传统血管扩张剂往往会减少肾脏灌注，因此mANP具有非常有利的特点。mANP通过激活cGMP从而减弱血管紧张素Ⅱ介导的人主动脉平滑肌细胞内Ca2+水平升高，同时直接舒张动脉环而产生降压作用[25]。在急性心衰背景下，收缩期高血压的患病率不断上升，因此，mANP可降低血压，同时改善肾血流动力学，利钠和利尿，抑制RAAS。与大剂量输注相比，低剂量mANP输注后MAP无明显下降。低剂量天然ANP无利钠和利尿作用，而低剂量mANP(2 pmol·kg-1·min-1)具有利钠和利尿特性，同时不会改变全身血流动力学[24]。因此，在伴有低血压和肾损害的急性心衰患者中，低剂量mANP可增加钠尿排泄而不影响血压。在高血压合并急性心衰模型中，与硝酸甘油相比，mANP具有明显的利钠和利尿，增加GFR，降低心脏负荷和抑制醛固酮的作用[26]。

在应用mANP的Ⅰ期临床试验中，在高血压患者中，mANP具有明显的利钠和利尿，增加GFR，增加cGMP含量和抑制醛固酮的作用，并具有良好的安全性及耐受性[27]。

4 小结

利尿钠肽系统提供了一种独特的多效性策略，以应对心衰治疗的挑战。嵌合型利尿钠肽最大限度地发挥利尿钠肽的有益特性：(1)利钠和利尿，抑制RAAS，降低心脏负荷；(2)抑制心肌纤维化，改善心脏重构；(3)增加GFR，保护肾功能。需进一步的基础和临床科学研究，以增加研究者对人类受试者中嵌合型利尿钠肽的作用机制、安全性和耐受性的了解，并开发可接受的给药方式，将其有益作用最大程度地转化为改善心衰状态的临床结果。