钠-葡萄糖协同转运蛋白2抑制剂治疗糖尿病视网膜病变的研究进展△

邹蔚文 雷茹雪 黄 慧 郑燕林

糖尿病视网膜病变(DR)是糖尿病最常见的并发症,也是导致工作年龄人群失明的最主要原因。人体内环境的高糖状态可引起视网膜血管系统的异常变化,导致视网膜供血减少、视网膜微环境受损、视网膜代谢紊乱,从而影响视网膜的结构和功能,最终导致视力丧失[1]。DR的传统治疗方法包括应用降低高血糖的药物、激光治疗、玻璃体切割术和玻璃体内注射抗血管内皮生长因子(VEGF)药物,以上方法均有预防新生血管形成和黄斑水肿的效果[2]。然而,上述治疗手段仍具有一定局限性,并且DR的发病率预计在未来几十年将进一步上升,因此,需要更有效的治疗和预防措施。研究发现,钠-葡萄糖协同转运蛋白2(SGLT-2)可以为DR的治疗提供新的可能[3]。

1 SGLT-2抑制剂概述

SGLT-2是一种低亲和力、高效率的转运蛋白,该转运蛋白主要在肾小管近端表达,肾小球过滤的90%的葡萄糖被近端小管S1段和S2段的SGLT-2重吸收[4]。SGLT-2抑制剂可以阻断近端小管对葡萄糖的重吸收,通过尿液排出多余的葡萄糖而起到降低血糖的作用,是一种直接作用于肾脏而不依赖胰岛素分泌的降糖药[5]。有研究报道,在DR早期给予SGLT-2抑制剂治疗,可以防止疾病的进一步发展[6]。

目前,全球获得批准治疗2型糖尿病(T2DM)的SGLT-2抑制剂有：恩格列净(empagliflozin)、达格列净(dapagliflozin)、卡格列净(canagliflozin)、伊格列净(ipragliflozin)、埃格列净(ertugliflozin)、鲁格列净(luseogliflozin)、托格列净(tofogliflozin)等[7]。一项近期的临床试验荟萃分析发现,与安慰剂相比,SGLT-2抑制剂并未增加罹患DR的风险[8]。此外,SGLT-2抑制剂没有表现出与临床药物相关的相互作用,其安全性和耐受性已得到证明[9]。

2 SGLT-2抑制剂在DR中的调节机制

DR的常见发病机制是葡萄糖在视网膜上的过度转运,视网膜细胞内的高糖导致晚期糖基化终产物形成增加,己糖途径上调,多元醇途径流量增加,蛋白激酶C活化增加[10]。这些病理途径激活了视网膜的氧化应激,增加了炎症蛋白、VEGF和其他促血管生成因子的表达,导致视网膜神经细胞变性、血管内皮细胞损伤、周细胞丢失及异常血管生成[11]。

SGLT-2抑制剂通过减少视网膜微循环中的葡萄糖,进而降低葡萄糖毒性、氧化应激、炎症及血管内皮功能障碍,恢复胰岛素信号,改善DR的进展[12]。此外,SGLT-2抑制剂还可改善与DR密切相关的代谢和血流动力学风险因素,如血压和血脂[13]。在糖尿病早期,SGLT-2抑制剂通过改善全身葡萄糖代谢、降低交感神经血管紧张度以及阻断肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)活性,控制血压,减缓DR的进展[14]。一项涉及糖尿病患者的随机对照试验的分析表明,控制血压可预防发生DR长达4～5年[15]。血脂异常也是DR进展的潜在危险因素,研究表明,血浆中高密度和低密度脂蛋白水平的变化与DR的严重程度密切相关,伴有血脂异常的糖尿病患者出现视网膜病变的概率更高[11]。也有研究指出,SGLT-2抑制剂被认为是二甲双胍不耐受的T2DM患者视网膜保护的替代方案[16]。目前看来,SGLT-2抑制剂可能通过改善T2DM患者的血糖、血压和血脂对延缓DR的进展产生有益影响[17]。

3 SGLT-2抑制剂对DR功能及结构的影响

3.1 SGLT-2抑制剂与糖尿病视网膜血管病变

DR的早期阶段微血管病变包括血-视网膜屏障(BRB)的破坏和血管基底膜的增厚,并伴有周细胞的肿胀、破坏和收缩能力的丧失[18]。SGLT-2存在于视网膜周细胞中,并起着调节细胞内葡萄糖代谢的主要作用,SGLT-2作为视网膜微血管系统中的功能性葡萄糖传感器,通过控制细胞张力以响应细胞外葡萄糖浓度的变化[19]。

Wakisaka等[17]提出一种通过调节细胞内Ca2+浓度的Na+-Ca2+交换剂介导视网膜周细胞葡萄糖摄取的潜在机制,这种机制通过调节外周血流量以维持对视网膜的恒定葡萄糖供应。细胞内Ca2+是控制细胞张力的关键离子,Na+-Ca2+交换剂的活性与细胞张力呈正相关,当细胞外葡萄糖浓度高时,Na+通过 SGLT-2 流入增加,随着Na+进入增加,Na+-Ca2+交换剂的活性增强,反之亦然[20]。在DR的早期阶段,周细胞肿胀和周细胞丢失会导致视网膜中形成微动脉瘤。肿胀的周细胞失去收缩能力,导致视网膜过度灌注[17]。在正常情况下,Na+与葡萄糖结合进入周细胞,并由Na+-K+-ATP酶泵出细胞,以维持细胞稳态[20]。在高糖条件下,过量的SGLT-2介导葡萄糖和钠进入视网膜周细胞,诱导山梨醇积聚和二酰甘油(DAG)-蛋白激酶C (PKC)-转化生长因子β(TGF-β)通路激活,抑制了Na+-K+-ATP酶的作用,并诱导细胞外基质(如纤维连接蛋白、IV型胶原和层黏连蛋白)的过度表达与基底膜增厚,导致周细胞肿胀及视网膜微血管阻塞,触发了DR的多个下游因子,增进DR的发展[17]。SGLT-2抑制剂通过减少对过量葡萄糖的摄取,使细胞内葡萄糖及其代谢物(如山梨醇和DAG)正常化,DAG-PKC-TGF-β通路失活,TGF-β活性的正常化减弱了细胞外基质的过度产生[17]。

目前,SGLT-2抑制剂主要通过防止细胞肿胀、破坏及延缓血管变化来改善DR的进展,SGLT-2抑制剂或可应用于DR早期阶段的治疗。

3.2 SGLT-2抑制剂与糖尿病视网膜神经病变

虽然DR主要伴随血管病变,但是近期对糖尿病患者的研究表明,在微血管病变出现之前,已经发生了视网膜退行性和神经元病变[21]。最近的研究结果证实了SGLT-2抑制剂在中枢神经系统病理和认知障碍方面的神经保护特性[22]。

交感神经系统(SNS)的过度活跃是肥胖症和糖尿病的特征[23]。有研究表明[24],眼交感神经对于产生和维持胰岛素分泌至关重要,SNS可以影响内皮功能及眼部血液循环。有研究发现,SNS的主要神经递质可以上调SGLT-2的表达,在SNS大量激活的神经性高血压小鼠模型中发现视网膜外层的神经损伤明显,这是早期DR的表现[6]。也有临床研究报道,SGLT-2抑制剂可以通过减少SNS的主要神经递质去甲肾上腺素来减少对视网膜外层神经纤维的损伤,从而对视网膜产生神经保护作用[3]。在一项对自发性糖尿病肥胖大鼠的研究中,ipragliflozin的应用降低了视网膜电图上的振荡电位及外核层 (ONL) 的不规则性,这意味着减轻了运动神经传导的退化,从而减少视网膜神经调节机制的丧失[21]。Hanaguri等[25]发现,tofogliflozin长期使用可以抑制T2DM小鼠视网膜神经胶质细胞活化、视网膜VEGF 蛋白的表达并改善视网膜血流调节,显著改善受损的视网膜神经血管耦合,从而缓解神经视网膜功能障碍。Yan等[26]发现,empagliflozin可以通过调节支链氨基酸分解代谢来减少支链氨基酸的积累,降低视网膜中谷氨酸的神经毒性水平,并通过有效抑制雷帕霉素(mTOR)通路的机制靶点来调节炎症、细胞生长、增殖和存活,以保护视网膜免受DR的损害,从而维持视网膜内环境稳定,防止糖尿病视网膜神经病变。此外,体外研究表明,SGLT-2抑制剂可以通过对BRB和视神经水平的保护作用调节视网膜病变,防止小动脉重塑[6]。总的来说,SGLT-2抑制剂介导的交感神经抑制可能有利于DR的治疗[27]。

3.3 SGLT-2抑制剂与黄斑水肿

在非增生型糖尿病视网膜病变(NPDR)和增生型糖尿病视网膜病变(PDR)的两个阶段,都可能发展为糖尿病性黄斑水肿(DME),这是BRB破裂导致的黄斑内液体的病理性聚集[28]。DME是一种严重的并发症,与胰岛素抵抗密切相关,能够严重威胁T2DM患者的视力;服用具有利尿作用的药物可能与DME的改善有关,这已被用作评估 SGLT-2抑制剂对DME影响的研究设计的理论基础[29]。Su等[30]进行的一项回顾性研究表明,SGLT-2抑制剂通过非降糖机制降低了T2DM患者DME的风险。Yoshizumi等[31]报道,在接受ipragliflozin治疗后,类固醇耐药的DME患者的视力和黄斑水肿得到改善,推测这与SGLT-2抑制剂保护周细胞免受高糖诱导的损伤及其通过抑制VEGF导致DME的直接减弱有关。同样,一项针对3例患有慢性DME且抗VEGF治疗和其他治疗无效的 T2DM患者的研究发现,在使用empagliflozin、dapagliflozin或luseogliflozin治疗后慢性DME得到改善,SGLT-2抑制剂的确切作用机制尚不清楚,可能是通过调节体液来改善DME[12]。在接受SGLT-2抑制剂治疗持续时间超过6个月的DME玻璃体切割患者中,在治疗3、6、12个月时观察到中位视力指数有所改善,并且中央视网膜厚度显著降低[29]。另外有两篇研究也表明SGLT-2抑制剂可以改善慢性DME治疗的耐药性[12,31]。

4 SGLT-2抑制剂对DR治疗的研究进展

4.1 临床前实验研究进展

Matthews 等[24]对已建立的代表性DR模型Akimba小鼠进行研究,结果发现,使用empagliflozin可减少微动脉瘤、视网膜内微血管异常、新生血管簇、血管迂曲和血管渗漏,视网膜中VEGF和白蛋白表达的显著降低和视网膜遗传标记的改变。Gong 等[32]在糖尿病小鼠模型中进行的一项研究表明,empagliflozin可抑制氧化应激和细胞凋亡,改善视网膜紧密连接,减少炎症因子和血管生成因子的产生,表明其具有预防DR的潜力。在一项比较1型糖尿病(T1DM)和T2DM组小鼠模型微血管并发症的研究中发现,empagliflozin减少了近50%的T1DM模型的DR,而在T2DM模型中没有观察到这种效果[33]。Herat 等[27]研究发现,dapagliflozin和empagliflozin通过抑制SGLT-2降低了DR致病性代谢物血清琥珀酸的水平,它在PDR患者玻璃体中升高,并可促进视网膜神经节细胞中VEGF生成。Sakaue等[34]研究表明,可通过dapagliflozin治疗进行DR的预防。Luo等[35]研究表明,在db/db糖尿病小鼠中,dapagliflozin治疗改善了视网膜电图b波振幅并减少了无细胞毛细血管数量,还可促进伤口愈合和减少葡萄糖摄取。此外,近期的一项小鼠模型研究表明,dapagliflozin可减少活性氧和花生四烯酸的产生,有助于改善视网膜厚度,并减弱视网膜的凋亡[36]。低浓度的视网膜脂联素可导致血管通透性增加,并被认为与DR的发展有关[37]。还有研究报道,dapagliflozin对果糖诱导的糖尿病大鼠有显著作用,可预防白内障的发生[38]。此外,tofogliflozin 也已被证明可有效降低 db/db 糖尿病小鼠的神经胶质纤维酸性蛋白和VEGF活化[25]。由此可见,不同种类的SGLT-2抑制剂治疗均可预防糖尿病小鼠DR的进展。

4.2 临床观察研究进展

尽管有大量关于SGLT-2抑制剂在动物模型中的积极作用的报道,但其在人类DR中的应用研究比较有限。在与SGLT-2抑制剂相关的临床研究中,一项回顾性研究显示,与磺酰脲类药物相比,经SGLT-2抑制剂治疗可减缓T2DM患者 DR 的进展,且与其对血糖控制的影响无关[39]。也有研究表明,empagliflozin 可以减少临床前 DR,突出了 SGLT-2 抑制剂在 DR 中的潜在益处[28]。在一项涉及 T2DM 和心血管疾病患者的试验中,与安慰剂相比,empagliflozin 与视网膜病变风险无关[40]。在Ott等[41]进行的一项前瞻性、随机双盲、安慰剂对照IIIb 期试验中,59例T2DM患者经每天给予dapagliflozing或安慰剂治疗6周后发现,dapagliflozin减少了视网膜毛细血管过度灌注及小动脉重塑,改善了导致 DR 进展的因素。Dziuba等[42]通过使用20年的理论模型,估计了在标准疗法中加入dapagliflozin后DR发病率较标准疗法降低约10%。同样,在另一项真实的队列研究中,SGLT-2抑制剂与二肽基肽酶-4抑制剂相比,DR的发生率降低了11%[43]。最近一项旨在确定SGLT-2抑制剂与DR发病率之间相关性的随机对照试验荟萃分析证明,在糖尿病病程小于10年的患者中,SGLT-2抑制剂治疗可显著降低DR风险,这在早期治疗中具有潜在价值[44]。在另一项荟萃分析中,ertugliflozin 和empagliflozin降低了T2DM患者DR的风险[45]。Klen等[46]研究表明, SGLT-2的功能差异在基因水平上对人类DR的发病率有影响,SLC5A2基因(SGLT-2蛋白的编码基因)多态性的个体不仅表现出血糖控制受损,而且在T2DM病情发展中表现出统计学上显著的微血管改变,增加了视网膜病变的风险。

5 结束语

SGLT-2抑制剂通过降低糖毒性,提高胰岛素敏感性和β细胞功能,改善代谢参数等途径来改善糖尿病视网膜神经、血管功能障碍及黄斑水肿的症状,进而缓解DR的进展。SGLT-2抑制剂的安全性、有效性在动物实验及临床观察中也有相应报道,为了更好地解决临床实际问题,其机制还需要我们进行更深入的研究与探索,以希望此类药物可为DR患者的预防性治疗提供更多的可能性。