钠-葡萄糖协同转运蛋白2抑制剂对糖尿病肾病保护作用的研究进展

武肖珊，李 英

(河北医科大学第三医院 肾内科，河北 石家庄 050081)

糖尿病肾病(diabetic nephropathy, DN)是由糖尿病引起的慢性肾脏病(chronic kidney disease, CKD)，是糖尿病最常见的微血管并发症之一。目前已成为发达国家和地区CKD及糖尿病患者死亡的主要原因[1]。研究调查显示，近年来DN的患病率急剧上升，约占糖尿病患者的40%，预计到2040年，全球DN患者将增至6.42亿[2]。一项横断面研究表明，从2010年至2015年，我国CKD住院患者中DN占比呈上升趋势(由19.5%升至24.3%)，DN患者占我国CKD住院总人数的第一位(1.1%)[3]。当前DN的防治主要为控制血糖、血压以及调整生活方式等。经循证医学证明，血管紧张素转换酶抑制剂(angiotensin-converting-enzyme inhibitors, ACEI)和血管紧张素受体阻滞剂(angiotensin receptor blockers, ARB)是最常用的可有效延缓DN进展的药物。但ACEI/ARB类药物因存在升高肌酐、血钾等不良反应，在血压正常及肾小球滤过率估算值(estimated glomerular filtration rate, eGFR)<30 ml/(min·1.73 m2)的DN患者中应用有所限制。新型的具有肾脏保护作用的降糖药物的研发受到广大学者的迫切关注。

钠-葡萄糖协同转运蛋白2 (sodium-dependent glucose transporters 2, SGLT2)抑制剂(SGLT2 inhibition, SGLT2i)是近年来新兴的一类口服降糖药物。与其他传统降糖药物通过促进胰岛素的分泌、增加外周组织对胰岛素的敏感性或延缓葡萄糖在肠道吸收的作用机制不同，SGLT2i作用于肾小管，通过抑制肾小管对葡萄糖的重吸收，促进尿糖排泄而发挥降糖作用。并且，SGLT2i效果不会随着胰岛β细胞功能的衰竭或严重的胰岛素抵抗而下降，也不会产生传统降糖药物带来的不良反应。SGLT2i除了降糖作用外，还具有心脏和肾脏保护作用，本文就其对DN肾脏保护作用机制作一综述。

1 SGLT2i概述

1.1SGLT2i发展历程 1835年，法国化学家从苹果树的根皮中分离出一种称为phloridzin的天然物质，该物质最初被用于治疗传染性疟疾[4]。进一步的研究发现，该物质可阻碍肾脏对葡萄糖的重吸收，增加尿液中葡萄糖的排泄，降低血糖水平并改善胰岛素抵抗[4-5]。然而，phloridzin是一种非选择性的钠-葡萄糖协同转运蛋白抑制剂。phloridzin可被小肠中的β-葡萄糖苷酶水解，在小肠中生物利用率仅15%，并且容易引起腹泻、脱水等不良反应[6]。其肠道不良反应大，口服生物利用度低，半衰期短，未应用于临床。直到1990年探索肾脏细胞内葡萄糖转运时，科学家才发现该药的作用机理。1992年，编码SGLT2的基因被发现，并以与SGLT1相似的结构命名。近年来，随着医学科学技术的发展，科学家对phloridzin的结构进行了化学修饰，并逐渐开发出许多新的衍生物，包括O-葡萄糖苷，C-葡萄糖苷，N-葡萄糖苷和非葡萄糖苷，并将其命名为SGLT2i。C-葡萄糖苷因具有高SGLT2选择性和安全性而被广泛用于临床。随后大量的动物实验证实了这些phlorizin衍生物可显著降低血糖及糖化血红蛋白(HbA1c)水平，并改善胰岛素抵抗，SGLT2i相关研发有了更多进展，并开始进行临床实验[7]。目前，全球获得批准的SGLT2i有卡格列净(2013年)、达格列净 (2013年)、恩格列净 (2014年)、伊格列净 (2014年)、鲁格列净 (2014年)、托格列净 (2014年)、埃格列净 (2017年)、索格列净 (2019年)等，其中索格列净是第一个同时抑制SGLT1和SGLT2的双靶点抑制剂。

1.2SGLT2i的表达和药理作用 健康人每日从肾小球中滤出约160～180 g葡萄糖，并重新吸收到血液循环中，因此几乎没有尿糖。在糖尿病患者中，被肾小球滤过的葡萄糖显著增加，可以达到180～240 g。该水平远高于肾脏葡萄糖阈值，导致尿糖增加。葡萄糖进入真核细胞需要两个膜相关转运蛋白：钠-葡萄糖协同转运蛋白(SGLT)和葡萄糖转运蛋白(glucose transporters，GLUT)。SGLT通过主动转运逆浓度梯度转运葡萄糖，而GLUT以自由扩散的方式顺浓度梯度转运葡萄糖。SGLT是一类在小肠黏膜和肾脏近曲小管中发现的葡萄糖转运蛋白。共有200多种类似物，其中SGLT1和SGLT2对人体葡萄糖代谢起着重要的作用[8]。SGLT1分布在小肠、肾脏、心脏、脑，主要使小肠吸收葡萄糖，并有助于吸收肾脏过滤后的葡萄糖。SGLT2主要分布在肾脏，在糖代谢中发挥主导作用，约90%以上的葡萄糖经SGLT2重吸收[9]。肾脏中的SGLT1则重吸收肾小管近端被SGLT2重吸收的葡萄糖[10]。

SGLT2i的糖苷配基可以竞争性地结合GLUT，有效抑制肾脏近曲小管中SGLT2的活性，减少肾小管上皮细胞对葡萄糖的重吸收，促进尿液葡萄糖的排泄从而发挥降糖作用。SGLT2i还可以抑制肾小管中钠的重吸收，增加近曲小管远端和远曲小管近端的尿钠浓度，改善肾脏管球反馈，减少肾脏超滤，降低近端小管的钠和葡萄糖浓度[11]。另外，SGLT2i在体内不依赖胰岛素或胰岛β细胞发挥药理作用。这些药物不仅可以降低血糖和HbA1c，还可以改善胰岛β细胞的功能并降低体内胰岛素水平[12]。Bonner等[13]还发现SGLT2在分泌胰高血糖素的胰岛α细胞中表达。经达格列净治疗可促进健康小鼠体内胰高血糖素的分泌和肝糖异生，拮抗了禁食引起的血糖降低，所以他们认为SGLT2是内分泌调节剂。Sargent等[14]研究进一步支持这一观点。因此，SGLT2i也有望用于胰岛素抵抗和胰岛功能不全的患者，并且在降糖的同时带来其他益处。

2 SGLT2i肾脏保护机制

2.1血糖控制 血糖控制不佳是DN进展的主要原因。当机体葡萄糖代谢出现异常时，将释放出胰岛素样生长因子-1、一氧化氮、血管内皮生长因子和前列腺素等血管活性介质，从而引起肾脏入球小动脉扩张、囊内压增高，导致肾小球高滤过、高灌注及肾小球毛细血管内压升高，形成过高的肾小球滤过率(glomerular filtration rate, GFR)、肾血浆流量及尿微量白蛋白的排泄；高血糖也会增加活性氧水平，引起肾脏血管内皮细胞功能障碍，肾小管周围毛细血管开始凋亡并出现结构和功能破坏，进而加重肾脏纤维化进展。

SGLT2i可通过抑制近曲小管中的SGLT2，减少葡萄糖重吸收，增加尿葡萄糖排泄，降低糖尿病患者的血糖。SGLT2i可将肾糖阈从10 mmol/L降低至2～7 mmol/L，可有效降低血糖水平。研究表明，抑制肾脏近曲小管SGLT2可使尿液中的葡萄糖排泄增加至约60～100 g/d[15]。用不同剂量恩格列净治疗2型糖尿病患者24周时，10 mg/d组中的35.3%以及25 mg/d组中的43.6%的患者HbA1c水平可达到7.0%以下[16]。同样，应用卡格列净300 mg/d治疗的2型糖尿病患者，HbA1c较基线水平降低0.93%[17]。数项大型临床试验(如DCCT和UKPDS)显示，对1型或2型糖尿病患者进行严格的血糖控制均可延缓DN的发生发展[18-19]。

2.2减少肾小球超滤 DN的早期阶段会出现肾小球高滤过状态，高血糖通过激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system, RAAS)在诱导肾小球高滤过中起关键作用[20]。糖尿病和胰岛素抵抗状态还可通过激活蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)增强RAAS的活性，引起肾小球内压和单肾GFR的增加，从而导致肾小球超滤，引起肾小球损伤。血糖升高使肾小管SGLT2的活性增强，近端小管重吸收钠和葡萄糖增加，远端肾小管致密斑处钠浓度降低，低钠抑制管球反馈，扩张入球小动脉，肾脏血流量及GFR升高，肾小球持续处于高灌注、高压力、高滤过状态，导致肾小球血管内皮细胞损伤，基底膜增厚，肾小球逐渐硬化，肾功能进一步恶化。

SGLT2i作用于肾脏近曲小管，抑制SGLT2活性，肾脏重吸收钠和葡萄糖减少，远端小管致密斑处的钠和葡萄糖增多，激活颗粒细胞释放肾素，恢复管球反馈。进而入球小动脉收缩，改善肾小球高灌注、高压力、高滤过，延缓肾小球硬化的过程，肾功能得到恢复。Cherney等[21]研究1型糖尿病患者，对高eGFR患者与正常eGFR患者进行干预后发现：在eGFR≥135 ml/ (min·1.73 m2)的受试者中，给予恩格列净可减轻肾脏高滤过，而在eGFR正常的受试者中，给予恩格列净并不改变GFR。这一重要的研究结果强调了SGLT2i可在DN早期阶段减弱肾小球高滤过，从而减缓疾病进展。

2.3抗炎和氧化应激 糖尿病患者处于微炎症状态，炎症因子及氧化应激在DN发病机制中起着重要作用。血糖升高，肾脏近端小管中转化生长因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)、原纤维蛋白和血管生长因子等表达增加，肾皮质变厚导致肾间质纤维化。糖尿病患者还可发生蛋白质非酶糖基化，导致晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products， AGEs)形成及糖基化终产物受体(receptor for advanced glycation endproducts, RAGE)表达，引起氧化应激及肾脏纤维化，增加机体活性氧水平，使肾脏结构进一步破坏，肾功能下降，导致血管功能障碍[22-23]。氧化应激、炎症与AGE/ RAGE成分之间存在着相互作用，这些与DN发生发展密切相关。

SGLT2i可以抑制炎症因子的表达并减少其浸润，从而抑制肾脏炎症并延迟DN患者肾脏结构和功能的变化以及纤维化的进展。恩格列净的给药明显减少了细胞炎症，并减少了糖尿病小鼠肾脏中TGF-β等炎症因子表达[24]。采用恩格列净治疗的糖尿病小鼠肾小球系膜的扩张明显减少，并减轻了炎症和氧化应激反应[25]。Oelze等[26]研究发现，口服恩格列净可抑制AGE/RAGE的结合。因此，SGLT2i对肾脏的保护作用可独立于血糖控制，对炎症及氧化应激均有良好的改善作用。

2.4影响交感神经活动(sympathetic nervous activity, SNA) 剧烈的SNA是心血管疾病的重要危险因素。SNA在CKD、糖尿病、高血压、充血性心力衰竭及肥胖患者中均可被激活。在肾脏中，SNA增加肾小管Na+-K+-ATP酶的活性，引起钠的重吸收和潴留。SNA还会激活RAAS，血管紧张素Ⅱ能够刺激肾脏近端小管处钠的重吸收，诱导肾脏出球小动脉收缩，增加肾小球毛细血管内压和渗透性，引起肾血管的过度收缩，导致肾脏缺血，部分肾单位损伤和坏死，从而加剧DN[27]。肾脏去神经支配治疗是目前具有前景的治疗SNA相关疾病的方法。但是，在SYMPLICITY HTN-3试验中，肾脏去神经支配治疗和假手术组之间未观察到具有统计学差异的血压降低[28]。因此，对于DN、CKD、高血压或充血性心力衰竭患者，应寻求另一种减少SNA的治疗方法。

有研究表明，SGLT2i的给药可以改善肥胖小鼠SNA的昼夜节律[29]。另有研究证实SGLT2i还可以控制高脂饮食引起的小鼠肾脏酪氨酸羟化酶和去甲肾上腺素的激活[30]。使用鲁格列净治疗的2型糖尿病患者，尤其是在较高心率组中，心率有更大幅度的下降(心率越高，下降越明显)，表明SGLT2i可以降低这些SNA过度活跃患者的心率[31]。长期使用伊格列净还可显著改善心脏交感神经功能[32]。Rafiq等[33]研究发现，肾脏去神经治疗可通过抑制SGLT2，增加组织葡萄糖的摄取和尿液中的葡萄糖排泄来改善葡萄糖代谢。口服SGLT2i可能是SNA治疗的一种非侵入性肾脏去神经方法。

2.5增加促红细胞生成素(erythropoietin，EPO)产生 糖尿病可引起近端肾小管损伤，促使EPO产生细胞分化为肌成纤维细胞，而失去合成EPO的能力，同时合成胶原蛋白，导致细胞外基质积聚，最终导致肾脏纤维化。EPO产生细胞是神经源性成纤维细胞，主要位于近端小管周围。该部位易缺氧，是肾脏感应机体氧饱和度的重要部位。在糖尿病状态下，SGLT2在近端肾小管上皮细胞中表达，导致近端肾小管需氧量升高并且因过度的葡萄糖重吸收使近端肾小管上皮细胞几乎耗尽，进一步加重了纤维化，从而产生EPO减少，最终导致肾性贫血[34]。

而SGLT2i的给药可以减轻近端小管的负担，增加缺氧诱导因子-1α的表达，抑制EPO产生细胞分化为肌成纤维细胞，在治疗数周内便可提高EPO水平[35]。应用SGLT2i后，患者血红蛋白的升高可能也反映了DN引起的肾小管间质损伤的恢复。

2.6其他机制

2.6.1改善血管内皮功能 DN属于慢性微血管病变，而血管内皮功能受损是糖尿病血管病变发生的始动环节。糖尿病或胰岛素抵抗均可导致肾小球内皮细胞中胰岛素/胰岛素受体底物1(insulin receptor substrate1, IRS1)作用选择性地丧失，使内皮细胞中的胰岛素/IRS1/蛋白激酶B(protein kinase B, Akt)信号失活而诱发大血管疾病[36]。在动物研究中，伊格列净的给药可逆转糖尿病小鼠主动脉内皮一氧化氮合酶和Akt的磷酸化，改善小鼠内皮功能[37]。这也与前面提到的减少炎症及氧化应激存在相互关系。目前尚不清楚SGLT2i是否能改善人类的内皮功能，需要大规模的临床研究来评估SGLT2i对内皮功能的影响。

2.6.2轻度酮症 SGLT2i可降低胰岛素水平，同时升高胰高血糖素水平，引起脂肪分解和酮体生成增加。Zinman等[38]研究发现，恩格列净治疗组与安慰剂组在3年内酮症酸中毒的发生率差异无统计学意义。β-羟基丁酸(β-hydroxybutyricacid, β-OHB)是一种可以产生有效能量的酮体[39]，可以与G蛋白偶联受体相互作用或参与其他信号传导途径[40]。当静脉内注入β-OHB时，小鼠肾脏中的抗炎和抗氧化应激分子如过氧化氢酶的含量显著增加[41]。证明SGLT2i引起的轻度酮症在肾脏保护中存在一定作用。

2.6.3利尿作用 SGLT2与近端小管中的Na+/H+交换子3(Na+/H+exchanger 3，NHE3)膜蛋白共表达，因此SGLT2i可产生利尿和降压作用，从而减轻肾脏负担。有研究表明，抑制SGLT2可能会阻断近端小管中的NHE3，这证明SGLT2和NHE3在功能上相关[42]。这种机制也与SGLT2i促进尿钠、尿糖排泄作用相呼应。

3 SGLT2i的肾脏安全性评价

由于SGLT2i主要是通过肾脏发挥对血糖调节的作用，关于其肾脏安全性的问题一直备受关注。在临床实践中，也发现使用SGLT2i后可出现短暂的、可逆的血肌酐上升。从理论上讲，SGLT2i对肾脏的影响及其引起的一系列变化可能增加急性肾损伤的风险，对于肾功能不全患者在临床应用SGLT2i时需谨慎。

有研究发现，接受达格列净治疗的肾功能正常或轻度异常患者eGFR仅在治疗第1周短暂下降，第24周时可恢复到接近基线水平并保持稳定至第102周[43]。在65岁或中度肾功能不全患者[eGFR为 30～60 ml/ (min·1.73 m2)]亚组分析中，达格列净组发生肾脏不良反应(包括氮质血症、血肌酐异常、GFR下降和急性肾功能衰竭)的频率高于安慰剂组，没有报道急性肾小管坏死事件。由此可推测在肾功能正常或轻度受损的患者中，达格列净与急性肾毒性或肾功能恶化的风险增加无关。日本一项研究评估了肾功能不全的2型糖尿病患者对恩格列净的药代动力学、药效学及安全性，发现恩格列净暴露量随肾功能损害的增加而增加。在所有肾功能组中，最大恩格列净血药浓度相似，尿葡萄糖排泄随肾功能损害的增加而降低，并与eGFR相关；表明在2型糖尿病且肾功能不全的患者中，不需要调整恩格列净的剂量，尿糖排泄的降低，更好地减轻肾脏负担[44]。Petrykiv等[45]曾总结了11个为期24周的Ⅲ期临床试验，与安慰剂组相比，达格列净对HbA1c的降低作用随肾功能下降而减弱，但尿白蛋白/肌酐比值(UACR)、体重及血压可持续降低。这提示达格列净降低UACR也独立于降糖作用，并且不依赖eGFR水平。可以认为在使用SGLT2i初期，eGFR的反应性下降并不会造成持续的肾脏损伤。相反，在长期应用药物时，eGFR的水平会逐渐回升并维持稳定，肾功能也随之改善。

使用SGLT2i早期引起的一过性肾功能下降的病理生理机制目前还没有完全明确，但可以推测其与肾脏不良反应无关。可能与SGLT2i利尿作用引起的血压下降导致肾脏灌注降低相关，也可能是恢复管球反馈时引起GFR的短暂下降，对此仍需要更多大样本量的实验来进行探究。

已有多项大型循证研究显示，SGLT2i不仅不会增加急性肾损伤的风险，反而能够减少急性肾损伤的发生，具有可靠的肾脏安全性。EMPA-REG OUTCOME研究、CANVAS研究及DECLARE研究均证实了SGLT2i使肾脏复合终点(包括进展至大量蛋白尿、肌酐倍增、终末期肾脏病或因肾脏疾病死亡)风险下降[46-48]。CREDENCE研究[49]是全球首个通过肾脏复合终点研究SGLT2i对DN保护作用的、具有里程碑意义的临床循证研究。该项研究由于提前达到了预设疗效终点结束试验，研究结果显示：与安慰剂组比较，卡格列净降低肾脏复合终点风险达34%。随着CREDENCE研究结果公布，2019年6月，美国糖尿病协会(ADA)指南更新：对于有DN的2型糖尿病患者，eGFR≥30 ml/ (min·1.73 m2)，尤其是UACR>300 mg/g，应考虑使用SGLT2i，以延缓CKD或心血管事件的发生发展。并且2021年ADA指南继续延用此建议[50]。与ADA建议相矛盾的是，尽管每种药物的关键试验包括eGFR≥30 ml/ (min·1.73 m2)的参与者，并证明eGFR较低的亚组受益， FDA批准恩格列净及达格列净适用于eGFR≥45 ml/ (min·1.73 m2)的患者[51]。而卡格列净也未明确被证实可用于30 ml/ (min·1.73 m2)≤eGFR<45 ml/ (min·1.73 m2)的患者[52]。

DN患者在使用SGLT2i后均能获得心脏及肾脏的保护作用，而由于缺乏临床研究证据，对于eGFR<30 ml/ (min·1.73 m2)患者仍禁用各类SGLT2i。需要注意的是，SGLT2i的降糖作用依赖一定的eGFR水平，尽管在eGFR<45 ml/ (min·1.73 m2)的患者中仍具有较好的肾脏安全性，但其降糖作用已下降至无明显效果，此时制定降糖方案需权衡患者的代谢及肾脏获益。我国专家共识建议[53]，SGLT2i在中度肾功能不全患者[eGFR 为45～60 ml/ (min·1.73 m2) ]可减量使用。起始SGLT2i治疗前需检测肾功能，并根据肾功能确认是否可以起始治疗，并且治疗过程中每年至少监测肾功能1次。治疗过程中，如果同时予以其他影响肾功能的药物治疗其他疾病时，起始治疗前需检测肾功能，且定期监测肾功能。当患者的肾功能逐渐下降并趋向于中度肾功能不全时，需要每年监测肾功能2～4次，同时关注泌尿道感染和血容量降低等不良事件。尽管SGLT2i导致急性肾损伤的概率并不高，但可能会造成容量消耗的风险，临床医生应避免在此时应用这类药物。

4 小结与展望

SGLT2i是一种治疗DN的新型药物，它的肾脏保护作用包括：改善血糖控制，提高胰岛素分泌和敏感性；抑制管球反馈，减轻肾脏高滤过，降低肾小球内压，同时减轻近端小管的负担；抗炎抗氧化应激；改善心脏交感神经功能，降低心血管事件及死亡风险；增加EPO产生；改善内皮功能；轻度生酮以及排钠利尿等。这些SGLT2i的多效协同作用，如EMPA-REG OUTCOME和CANVAS等大型临床试验所揭示的那样，已显示出良好的心脏和肾脏保护作用。随着这些以心脏和肾脏保护为重点的随机对照试验的发表， SGLT2i可使DN患者获益的观点迅速得到认可，并被纳入DN治疗和预防的国际指南。在临床工作中，SGLT2i也显示出良好的应用前景，有望成为临床治疗2型糖尿病的一线药物。

当然SGLT2i也存在一些不良反应，如生殖泌尿系感染、酮症酸中毒、外周血管疾病甚至急性肾损伤风险增加等。在不同程度肾功能不全的2型糖尿病患者中所进行的研究提示，对轻度肾功能不全患者，此类药物仍然发挥疗效，并具有良好的安全性。中度肾功能不全可进一步下降SGLT2i的疗效，直至无明显疗效，但并没有明显的安全性的问题。只有了解和重视其作用机制，才能更好认识其局限性，做到合理用药、防范风险。当然，SGLT2i的作用机制仍需进一步深入研究。我们今后努力的方向将是，在提高治疗效果的基础上，减少药物不良反应、帮助临床合理用药。