SGLT2抑制剂对NLRP3炎症小体抑制动脉粥样硬化机制影响的研究进展

张丹，马茜钰，张锦

1 兰州大学第一临床医学院，兰州730000；2兰州大学第一医院心内科甘肃省心血管疾病重点实验室

2017年欧洲心脏病学会年会公布CANTOS研究，使动脉粥样硬化的炎症假说得到了临床证实[1]。根据最新的假设，炎症过程和脂质沉积共同促成了动脉壁动脉粥样硬化斑块的形成[2]。众多炎症反应参与了动脉粥样硬化的慢性炎症过程，其中核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(NLRP3)炎症小体在炎症反应中发挥重要的调控作用。多项研究显示，NLRP3炎症小体的激活可能对动脉粥样硬化形成与发展过程有着重要的促进作用[2-3]。钠—葡萄糖协同转运蛋白2(SGLT2)抑制剂是通过减少近曲小管对葡萄糖的重吸收来增加尿糖排泄，从而实现降糖作用的新型降糖药物[4]。研究发现,除了控制血糖外，SGLT2抑制剂对于改善动脉粥样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疗效[5]。对其心血管保护机制进行进一步研究，发现SGLT2抑制剂可以通过改善血管内皮慢性炎症反应来预防和治疗动脉粥样硬化[6]。近期的一些基础研究发现，SGLT2抑制剂在动脉硬化性心血管疾病患者中的获益似乎与NLRP3炎症小体的激活受限相关，其可能的机制涉及减少氧化应激、抑制核因子κB(NF-κB)信号通路、激活细胞自噬等方面。本文从SGLT2抑制剂通过限制NLRP3炎症小体激活改善血管内皮功能的角度，对其防治动脉粥样硬化的机制做一综述。

1 减少氧化应激

内源性活性氧簇(ROS)是氧化还原反应的代谢产物。研究显示，ROS介导的激活通路是NLRP3炎症小体响应各种外源和内源性刺激信号所必需的一步，在NLRP3的激活中发挥重要作用[7-8]。LENG等[9]使用链脲佐菌素诱导载脂蛋白E敲除小鼠并给予高脂饮食喂养，建立了小鼠糖尿病合并动脉粥样硬化模型，对实验组模型小鼠进行SGLT2抑制剂达格列净灌胃治疗。12周后发现，对照组模型小鼠的主动脉形成了明显的粥样硬化斑块，并且血清和斑块中的NLRP3蛋白表达水平及ROS水平均有升高；而实验组小鼠血糖和脂质代谢指标及NLRP3蛋白表达水平较对照组下降，ROS水平显著降低，主动脉形成的粥样硬化斑块也较少。这提示达格列净可能通过降低血糖和血脂来抑制ROS-NLRP3通路，进而减少后续炎症因子的产生，减轻血管内皮炎症反应，延缓动脉粥样硬化进展。一项糖尿病合并脂肪性肝炎小鼠模型的研究发现，达格列净可以降低糖尿病小鼠肝脏组织中ROS水平，从而抑制NLRP3炎症小体的激活[10]。有体外试验发现，用肿瘤坏死因子α(TNF-α)处理血管内皮细胞可显著提高细胞ROS水平，而加入SGLT2抑制剂恩格列净或达格列净孵育处理则可完全抑制TNF-α诱导的细胞内ROS水平上调，更直接地显示了SGLT2抑制剂通过清除细胞内ROS来减少氧化应激的作用机制[11]。XU等[12]在非血管内皮类型细胞中也发现，用脂多糖(LPS)诱导的巨噬细胞可以检测到更高的ROS水平和NLRP3炎症小体活性，在使用高剂量(>20 μmol/L)的SGLT2抑制剂卡格列净孵育3～12 h后，可观察到巨噬细胞中ROS减少、NLRP3炎症小体相关炎症因子的水平降低。然而，该实验在10 μmol/L的卡格列净组并没有发现ROS水平的明显减降低。此外，JIN等[13]发现他克莫司可降低分泌胰岛素的β细胞衍生细胞INS-1和人近端肾小管细胞HK-2的细胞活力，并增加ROS的产生；添加恩格列净后，HK-2表现为细胞活力增加、ROS水平降低，但在INS-1中则不明显。上述研究提示，SGLT2抑制剂可通过降低细胞内ROS水平限制NLRP3炎症小体的激活，从而延缓动脉粥样硬化的进展，且其对细胞内ROS的影响可能是浓度、抑制剂类型和细胞类型依赖性的。而SGLT2抑制剂在哪些条件下可以降低ROS，其具体通路是什么，目前尚不明确。

2 抑制NF-κB信号通路

NLRP3炎症小体的激活涉及多条相互影响的信号通路，其中NF-κB信号通路是NLRP3激活过程中必不可少的一部分[14]。研究显示，SGLT2抑制剂对于NLRP3炎症小体的影响可能与其对NF-κB信号通路的抑制相关。DAS等[15]研究发现，高糖能够以时间依赖性方式诱导HK-2细胞中NF-κB信号通路活化，而使用短发夹RNA(shRNA)靶向敲低TRAF3交互蛋白2(TRAF3IP2)基因后，高糖诱导的NF-κB信号通路激活作用明显减弱，提示高糖诱导的NF-κB信号通路活化作用是由TRAF3IP2介导的。该研究进一步使用恩格列净处理细胞，发现NF-κB信号通路的激活同样可被显著抑制，并能够达到同靶向敲低TRAF3IP2基因相同的效果。这提示高糖是HK-2细胞中TRAF3IP2依赖性的NF-κB信号通路激活诱导剂，而这种诱导作用可被恩格列净抑制。因此，可以推测恩格列净可能通过降低TRAF3IP2的表达来抑制NF-κB信号通路的激活，进一步抑制由NLRP3炎症小体介导的血管内皮炎症反应。在动物研究中也发现，经过恩格列净治疗后的小鼠主动脉瘤病变处炎症反应减轻，主动脉组织中NF-κB信号通路相关蛋白表达水平降低。研究者认为，恩格列净可以抑制白细胞与内皮细胞的相互作用及促炎趋化因子的释放，从而进一步减轻血管炎症[16]。ARAB等[17]使用三硝基苯磺酸(TNBS)滴注建立炎症性肠病大鼠模型，并给予达格列净抗炎治疗，通过测定高迁移率族蛋白HMGB1表达及其同源受体RAGE和NF-κB p65下游因子水平，探讨了达格列净对HMGB1蛋白表达和相关RAGE/NF-κB信号通路的影响。结果显示，达格列净可以通过抑制HMGB1/RAGE/NF-κB信号通路活性来缓解TNBS诱导的结肠黏膜损伤。以上研究提示，SGLT2抑制剂在人肾小管内皮细胞、血管内皮细胞以及肠上皮细胞中均可通过抑制NF-κB信号通路发挥其抗炎作用，而这种抗炎作用与NLRP3炎症小体的激活受限相关。

3 激活细胞自噬

细胞自噬是细胞在自噬相关基因的调控下利用溶酶体降解自身细胞器和大分子物质的过程，这种过程对实现细胞代谢、更新某些细胞器(如线粒体等)并维持细胞内稳态有重要作用[18-19]。研究发现，有关细胞自噬过程的调控同样参与了NLRP3炎症小体的激活，当细胞自噬受到抑制时，可导致受损线粒体和ROS堆积，最终正向影响NLRP3炎症小体的活性，从而介导炎症反应[20]。新的研究显示SGLT2抑制剂介导的细胞自噬上调将降低NLRP3炎症小体表达，从而减轻心肌细胞功能障碍和血管内皮损伤[21-22]。

XU等[23]用高糖诱导HK-2细胞后发现NLRP3炎症小体的表达增加，而用达格列净处理或SGLT2基因敲除后，这种高糖诱导的NLRP3炎症小体激活被显著抑制。进一步研究发现，高糖可以抑制AMPK磷酸化过程从而降低细胞自噬水平。AMPK是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，介导自噬过程的启动，在分解代谢的上调和合成代谢的失活中起关键作用[24]。该实验结果提示，达格列净可呈剂量依赖的形式恢复磷酸化AMPK(p-AMPK)，恢复由高糖诱导降低的细胞自噬水平，从而抑制NLRP3炎症小体的激活。YE等[25]在体外实验发现，暴露于脂多糖的心肌细胞p-AMPK/AMPK降低，达格列净和AMPK激活剂(A769662)均可增加AMPK磷酸化，而在使用AMPK抑制剂(化合物C)处理后可以完全阻断达格列净对AMPK磷酸化的提升作用。这种对AMPK磷酸化的增强作用也存在于结肠炎大鼠模型中，此外，研究者还发现达格列净可上调自噬相关蛋白Beclin1、下调泛素结合蛋白p62/SQSTM1的表达以提高细胞自噬水平[17]。不仅是达格列净，动物实验也发现恩格列净治疗可以激活AMPK在心肌中的表达并增强细胞自噬，同时降低了促炎细胞因子IL-6、TNF-α和MCP-1在心脏中的mRNA水平[26]。一项研究肾小球自噬在糖尿病肾病中作用的实验也发现，恩格列净增加了足细胞中自噬体和自体溶酶体的体积密度，提示恩格列净有激活细胞自噬的作用[27]。另有研究显示，卡格列净也具有类似的通过激活自噬介导的抗炎作用[28]。此外，研究者还发现SGLT2抑制剂可以通过激活SIRT1/PGC-1α/FGF21信号通路来促进自噬[29]。

综上所述，SGLT2抑制剂可以通过减少氧化应激、抑制NF-κB信号通路、激活细胞自噬等机制来抑制NLRP3炎症小体的激活，从而减轻内皮炎症损伤、抑制动脉粥样硬化斑块的形成。上述机制间可能存在串扰关系，如细胞内ROS水平增加可促进NF-κB信号通路的激活和细胞自噬的启动；细胞自噬可通过清除作用降低细胞内ROS水平，抑制NF-κB信号通路的激活等。尽管很多研究已经发现SGLT2抑制剂改善内皮功能的心血管保护机制，但仍缺乏直接构建动脉粥样硬化动物模型中的相关数据。到目前为止，尚没有直接临床数据支持SGLT2抑制剂与NLRP3炎症小体的表达关系，也没有确凿的证据表明SGLT2抑制剂对内皮功能起保护作用可以抑制动脉粥样硬化的进展。这些都将成为接下来SGLT2抑制剂在心血管领域的重要研究方向，为临床上更有针对性地治疗动脉粥样硬化提供依据。