鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2及其抑制劑與相關(guān)疾病

丁百香

(天津大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 結(jié)構(gòu)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室, 天津 300072)

葡萄糖(glucose)是地球上生命活動(dòng)的主要能量來源,它不僅可以作為合成生物大分子的重要前體參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)程及細(xì)胞凋亡,還可以作為信號分子介導(dǎo)細(xì)胞中的基因表達(dá)和生物生長發(fā)育,研究發(fā)現(xiàn),葡萄糖可以作為塑造免疫反應(yīng)的一個(gè)重要信號[1]。血漿葡萄糖水平是臨床糖尿病診斷和管理的重要指標(biāo),人類基因組中有3個(gè)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體家族,都屬于溶質(zhì)載體(solute carrier,SLC)超家族:SLC2、SLC5和SLC50。SLC2家族的葡萄糖協(xié)助轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(glucose transporters)是負(fù)責(zé)機(jī)體葡萄糖進(jìn)出細(xì)胞的關(guān)鍵門控蛋白質(zhì),對能量供給和調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要[2];SLC5家族的鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(sodium-glucose cotransporters)調(diào)節(jié)小腸和腎對葡萄糖的重吸收[3],對維持機(jī)體血糖水平不可或缺;SLC50屬于SWEET家族,是近年來才發(fā)現(xiàn)的一類新型糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)家族,主要參與植物中糖的外排,在人類基因組中只有一個(gè)成員[4]。不同的轉(zhuǎn)運(yùn)體在葡萄糖代謝網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮的作用大有可觀,了解各轉(zhuǎn)運(yùn)體正常生理功能及異常表達(dá)所引起的缺陷障礙具有重要價(jià)值和意義。本文介紹的是SLC5家族中的—鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2(sodium-glucose cotransporters 2,SGLT2),它主要負(fù)責(zé)腎對葡萄糖的重吸收[5],而SGLT2的異常表達(dá)將導(dǎo)致葡萄糖重吸收障礙,使得葡萄糖從尿液排出,從而降低機(jī)體的葡萄糖負(fù)擔(dān),這對于糖尿病患者來說是一種福音。因此,鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2抑制劑(sodium-glucose cotransporter 2 inhibitor,SGLT2i)抑制SGLT2的重吸收功能,被認(rèn)為是一類新型抗糖尿病藥物。本文綜述了SLC超家族及SGLT2在結(jié)構(gòu)功能方面的研究進(jìn)展,同時(shí)對其抑制劑的阻斷機(jī)制和相關(guān)疾病的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié),為糖尿病及其并發(fā)癥的基礎(chǔ)研究和臨床藥物開發(fā)提供新的線索和思路。

Table 1 Classification, function, and association with related diseases of human glucose transporters

1 溶質(zhì)載體超家族蛋白的結(jié)構(gòu)特征和功能

SLC超家族目前包括65個(gè)家族,共458種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)[6,7],數(shù)量僅次于G蛋白偶聯(lián)受體超家族(G-protein-coupled receptors)。SLC超家族成員廣泛分布在人體的各種組織和器官中,且定位于細(xì)胞膜和多種亞細(xì)胞器膜上,利用細(xì)胞內(nèi)外電化學(xué)電位差或離子梯度提供的能量轉(zhuǎn)運(yùn)生物膜內(nèi)外的各種底物[8]。SLC亞家族之間序列同源性為20%～25%,通常含有1至多個(gè)跨膜螺旋,但大多數(shù)蛋白質(zhì)傾向于包含7至14個(gè)跨膜螺旋[9]。結(jié)構(gòu)顯示,SLC超家族中有13個(gè)不同的折疊[10],但人類SLC超家族中最常見的4種折疊模式分別為:MFS樣折疊、LeuT樣折疊、NhaA樣折疊和GltPh折疊[11-14],雖然SLC超家族成員之間結(jié)構(gòu)差異較大,但仍具有兩大共同結(jié)構(gòu)特征:跨膜螺旋的偽對稱和不連續(xù)的跨膜螺旋[15]。

結(jié)構(gòu)多樣性和分布廣泛性使得SLC超家族蛋白成員的功能具有多樣性,除在生物體內(nèi)承載對營養(yǎng)物質(zhì)的攝取及必需離子的吸收外,SLC超家族蛋白還參與細(xì)胞中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo),對細(xì)胞的生長增殖及代謝發(fā)揮至關(guān)重要的作用。SLC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白調(diào)節(jié)多種必需分子,例如糖、氨基酸、無機(jī)離子、神經(jīng)遞質(zhì)、激素、維生素和藥物的攝入和外排[3,16-18]。因此,SLC蛋白表達(dá)異常或功能缺陷與多種疾病的發(fā)生和代謝紊亂密切相關(guān)。人類遺傳數(shù)據(jù)表明,超過50%的SLC家族成員與人類疾病相關(guān),例如SLC7A1高表達(dá)與上皮性卵巢癌細(xì)胞的增殖遷移有關(guān)[19],SLC13A5突變導(dǎo)致癲癇和發(fā)育遲緩[20],SLC23A2多態(tài)性可能與妊娠期高血壓風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)[21],SLC37A4缺乏則會造成先天性糖基化障礙[22]等。SLC家族成員的功能障礙與許多人類疾病相關(guān)聯(lián),了解SLC家族轉(zhuǎn)運(yùn)體與異常細(xì)胞之間的關(guān)系,將為潛在的新治療策略打開大門。

2 鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2概述

人類SLC5溶質(zhì)載體家族包括12個(gè)成員,在從上皮細(xì)胞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的組織中廣泛表達(dá)[23]。其中,有10個(gè)成員是緊密耦合的質(zhì)膜Na+/底物共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì),負(fù)責(zé)葡萄糖、肌醇、維生素、單羧酸鹽和陰離子等溶質(zhì)分子的運(yùn)輸:一個(gè)是Na+/Cl-/膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白;另一種是葡萄糖激活離子通道,促使Na+涌入細(xì)胞,但不運(yùn)輸糖[23]。SGLT1和SGLT2是SLC5溶質(zhì)載體家族中負(fù)責(zé)在腎和小腸中進(jìn)行葡萄糖重吸收的關(guān)鍵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì),它們利用鈉離子穿過質(zhì)膜的電化學(xué)梯度為葡萄糖的攝取提供動(dòng)力。SGLT1和SGLT2分別以1∶2和1∶1的比例結(jié)合葡萄糖和Na+,形成Na+-載體-葡萄糖復(fù)合物,順Na+濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞,隨后SGLT1/2構(gòu)象還原到初始狀態(tài),繼續(xù)結(jié)合葡萄糖、Na+運(yùn)送進(jìn)胞內(nèi),而Na+則不斷由細(xì)胞質(zhì)膜上的Na+/K+-ATP泵泵出,以維持細(xì)胞內(nèi)外的Na+濃度差,為葡萄糖逆濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞提供動(dòng)力。

SGLT1主要分布于小腸刷狀緣和腎近曲小管第三節(jié)段中,由SLC5A1基因編碼,該基因的突變會導(dǎo)致腸道葡萄糖/半乳糖吸收不良,這是一種罕見的常染色體隱性遺傳病,臨床上表現(xiàn)為嚴(yán)重的腹瀉及營養(yǎng)不良,在嬰兒期甚至危及生命[24]。SGLT2由SLC5A2基因編碼,SLC5A2基因主要在腎中表達(dá),存在于近端小管第一和第二節(jié)段的上皮細(xì)胞管腔膜中,負(fù)責(zé)重吸收腎小球?yàn)V液中的大部分(通?！?0%)葡萄糖,大腦、肝、甲狀腺、心血管中SGLT2也有表達(dá),但其mRNA水平較腎要低[25]。在人類的前列腺癌、胰腺癌中也有SGLT2表達(dá)的情況[26],在分化程度較高的肺腺癌樣本中,SGLT2表達(dá)更高[27]。1993年,研究人員首次用嚙齒動(dòng)物和人類體細(xì)胞雜交的方法確定了SLC5A2基因的位置,SLC5A2位于16號染色體p11.2帶靠近中心點(diǎn)的位置[28],全長約7.7kb,含有14個(gè)外顯子,編碼的產(chǎn)物有672個(gè)氨基酸,相對分子質(zhì)量約為73 kD,與SLC5A1有60%的序列相同[29]。SGLT2的基因突變會導(dǎo)致家族性腎性尿糖的發(fā)生,又稱為原發(fā)性腎性糖尿癥(primary renal glucosuria)[30],患者除表現(xiàn)為尿糖高外其與正常人無異,該病為SGLT2作為全新靶點(diǎn)用于糖尿病的治療奠定了基礎(chǔ)。因此,SGLT2的功能障礙被視為治療糖尿病的新型途徑。

Fig.1 Distribution and function of SGLT1 and SGLT2 in the human kidney SGLT1 is mainly distributed in the third segment of the renal proximal convoluted tubules, and SGLT2 is mainly distributed in the luminal membrane of epithelial cells in the first and second segments of the proximal tubules

人源SGLT2(human sodium-glucose cotransporter 2,hSGLT2)為14次跨膜蛋白質(zhì),TM1-TM5和TM6-TM10是2個(gè)結(jié)構(gòu)相似但拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相反的重復(fù)序列,它們構(gòu)成了整個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)體的核心[31],類似于原核生物神經(jīng)遞質(zhì)鈉共轉(zhuǎn)運(yùn)體LeuT的核心結(jié)構(gòu)[32]。TM0、TM11-13在hSGLT2核心結(jié)構(gòu)的周圍,附屬亞基MAP17通過疏水相互作用與TM13結(jié)合,MAP17是SGLT2的附屬膜相關(guān)蛋白質(zhì),在細(xì)胞中單次跨膜,它是SGLT2必不可少的輔助亞基,可以增強(qiáng)SGLT2的活性百倍以上[33,34]。此外,在hSGLT2細(xì)胞內(nèi)側(cè),胞內(nèi)環(huán)(intracellular loop,IL)6的氨基酸殘基與IL1和IL5之間有廣泛的相互作用,該環(huán)在真核生物SGLT1和SGLT2之間具有較高的序列保守性,表明其具有重要功能。hSGLT2結(jié)構(gòu)的解析將為其抑制機(jī)制的闡明提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),并進(jìn)一步有助于開發(fā)針對這些轉(zhuǎn)運(yùn)體的抑制藥物。

3 鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2抑制劑及其抑制機(jī)制

據(jù)研究統(tǒng)計(jì),全世界有1/10的成年人患有糖尿病,總數(shù)約5.37億人。我國是全球糖尿病患病率增長最快的國家之一,2022年中國糖尿病報(bào)告患者人數(shù)達(dá)140.9百萬人。糖尿病患者長期存在的高血糖,導(dǎo)致各種組織的慢性損害和功能性障礙,嚴(yán)重影響人們的生產(chǎn)生活。腎對維持體內(nèi)葡萄糖穩(wěn)態(tài)具有關(guān)鍵作用,它主要通過3種方式調(diào)節(jié)糖代謝:一是通過葡糖異生過程將非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變成葡萄糖或糖原,使其進(jìn)入血液循環(huán);二是腎攝取血液循環(huán)中的葡萄糖作為代謝底物滿足自身能量需求;三是腎近曲小管SGLT1和SGLT2對超濾液中的葡萄糖重吸收。腎對葡萄糖重吸收能力降低以及葡萄糖進(jìn)入尿液的閾值較高,使得糖尿病患者血糖水平居高不下。最近,SGLT2被選為2型糖尿病的治療靶點(diǎn),其依據(jù)是抑制SGLT2會導(dǎo)致腎葡萄糖排泄閾值顯著降低,從而促進(jìn)尿液排出過量的葡萄糖,降低血糖水平,SGLT2i的降糖作用呈現(xiàn)血糖水平依賴性,單用SGLT2i不會發(fā)生低血糖,確保了該類藥物降糖的安全性,同時(shí)對于SGLT2i作用的解除推測有2種機(jī)制,一是SGLT2i發(fā)揮作用后被解離下來,二是不斷有新生的SGLT2轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜上,因此,SGLT2i不會一直發(fā)揮作用。

Table 2 Differences between SGLT1 and SGLT2

人們首先從蘋果樹根中發(fā)現(xiàn)了非選擇性抑制劑—根皮苷,根皮苷對SGLT的親和力遠(yuǎn)顯著高于葡萄糖,可以阻止SGLT對葡萄糖的重吸收,但它對SGLT1和SGLT2的選擇性差,同時(shí)容易在體內(nèi)被腸道乳糖酶水解,妨礙細(xì)胞的正常轉(zhuǎn)運(yùn),治療潛力有限[35]。此后,基于根皮苷特性開發(fā)了一系列小分子化合物,目前,全球已上市多種SGLT2i,我國已上市的SGLT2i有達(dá)格列凈、恩格列凈、卡格列凈和艾托格列凈。

SGLT2i成為國內(nèi)外研究糖尿病治療靶點(diǎn)的熱門選擇,其抑制機(jī)制將為新的藥物開發(fā)提供更多可能方向。hSGLT2結(jié)構(gòu)的解析揭示了SGLT2i的抑制機(jī)制,抑制劑恩格列凈通過其羥基與蛋白質(zhì)的羥基之間形成氫鍵結(jié)合在SGLT2的中間位置,抑制劑的葡萄糖基占據(jù)了葡萄糖的底物結(jié)合位點(diǎn),同時(shí)抑制劑的糖苷配基從葡萄糖結(jié)合位點(diǎn)向外延伸,直到SGLT2蛋白外側(cè),將SGLT2鎖定在向外開放的構(gòu)象中,葡萄糖重吸收不能進(jìn)行,從而抑制了運(yùn)輸循環(huán)周期[31]。這種機(jī)制與抗抑郁藥物結(jié)合的真核生物多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體,以及人血清素轉(zhuǎn)運(yùn)體中提出的機(jī)制類似[36,37]。此外,研究還發(fā)現(xiàn),將和恩格列凈結(jié)合的SGLT2氨基酸突變?yōu)镾GLT1對應(yīng)的氨基酸會使其抑制效果減弱,這在一定程度上解釋了恩格列凈對SGLT2相較于SGLT1的高選擇性[31]。這些研究發(fā)現(xiàn)為理解SLC5A家族葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的機(jī)制提供了一個(gè)框架,也為未來合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化靶向這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)的新抑制劑奠定了基礎(chǔ)。

SGLT2i通過抑制SGLT2減少腎對葡萄糖和鈉的重吸收,發(fā)揮降糖作用,但不同的抑制劑因分子結(jié)構(gòu)的不同而使得藥物代謝和不良反應(yīng)存在差異,在適應(yīng)癥方面也有所不同,例如恩格列凈主要用來抑制SGLT2,卡格列凈不僅能抑制SGLT2,還能抑制SGLT1,這也使得卡格列凈的減重效果要優(yōu)于恩格列凈,因此,各抑制劑因結(jié)構(gòu)的差異在機(jī)制方面存在不同,但歸根結(jié)底都是發(fā)揮降糖作用,其余抑制劑的具體作用位點(diǎn)仍需進(jìn)一步結(jié)構(gòu)的解析來闡明。

4 鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2抑制劑對疾病的有益影響

SGLT2i作為新型降糖藥物其抑制作用不是胰島素依賴性的,也不受胰島素抵抗的影響,因此,胰島素抵抗的患者也可受益[38],同時(shí)對其他組織器官無顯著影響,為控制糖尿病患者的血糖水平提供了一種合理的治療手段。此外,SGLT2i能改善血壓水平,減輕體重[39-41],也表現(xiàn)出良好的腎保護(hù)和心血管保護(hù)作用[38,42],通過各種機(jī)制共同參與發(fā)揮作用。最近研究發(fā)現(xiàn),SGLT2也在胰腺和前列腺腫瘤以及膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中表達(dá),這為SGLT2特異性靶向癌癥治療提供了新的策略[26,43]。

4.1 SGLT2i與慢性腎病

慢性腎病(chronic kidney disease,CKD)是長期持續(xù)喪失腎功能或存在清蛋白尿或其他腎損害特征的疾病。糖尿病是CKD的重要誘因之一,糖尿病腎病(diabetic kidney disease,DKD)是最主要的糖尿病微血管并發(fā)癥之一,已成為發(fā)達(dá)國家終末期腎病的主要原因[44]。多項(xiàng)臨床研究表明,SGLT2i可以延緩腎疾病的進(jìn)展[45,46],例如EMPA-KIDNEY試驗(yàn)表明,在有疾病進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)的廣泛CKD患者中,恩格列凈治療導(dǎo)致腎疾病進(jìn)展或心血管原因死亡的風(fēng)險(xiǎn)低于安慰劑[47];DAPA-CKD試驗(yàn)中,達(dá)格列凈顯著降低了CKD患者的復(fù)合腎結(jié)局,可以作為患者CKD進(jìn)展的新藥理學(xué)選擇[48];另一項(xiàng)DAPA-CKD試驗(yàn)表明,達(dá)格列凈降低了腎和心血管結(jié)局的相對風(fēng)險(xiǎn)[49]。SGLT2i的使用延緩了腎疾病的進(jìn)程,以下機(jī)制可能與腎保護(hù)有關(guān)。

(1)恢復(fù)管球反饋,減少高濾過和蛋白尿:SGLT2i可增強(qiáng)糖尿和利鈉作用,致密斑細(xì)胞感受到腎小管內(nèi)鈉濃度的變化,激活管球反饋,并促進(jìn)入球小動(dòng)脈收縮和出球小動(dòng)脈舒張,球內(nèi)血流量減少,腎小球內(nèi)壓和濾過率下降[50-53],這在一定程度上可以降低尿蛋白水平,減輕對腎微血管的損害[54]。Cassis 等人[55]研究表明,在蛋白質(zhì)超負(fù)荷小鼠模型中,達(dá)格列凈減少了蛋白質(zhì)尿并改善足細(xì)胞功能障礙和丟失,延緩了腎病進(jìn)程。

(2)改善缺氧狀態(tài),促進(jìn)促紅細(xì)胞生成素的生成:糖尿病患者SGLT2重吸收能力增強(qiáng),導(dǎo)致腔內(nèi)葡萄糖濃度升高,高濃度葡萄糖對氧氣的需求增加,易出現(xiàn)缺氧狀態(tài),腎小管間質(zhì)缺氧是終末期腎病的最終常見途徑。SGLT2i可通過誘導(dǎo)腎組織中缺氧誘導(dǎo)因子的表達(dá),提高促紅細(xì)胞生成素的產(chǎn)生,增加血細(xì)胞比容,從而改善氧供和腎損傷[56-58]。在糖尿病患者中,血細(xì)胞比容升高可能是可逆性腎小管間質(zhì)損傷恢復(fù)的替代標(biāo)志物[59],另有發(fā)現(xiàn),SGLT2i恩格列凈通過AMP活化蛋白激酶的激活,減少腎小管線粒體破碎,從而增強(qiáng)線粒體功能和自噬[60]。

(3)降低尿酸水平:SGLT2i使得尿糖排泄增加,與參與尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白9(glucose transporter 9,GLUT9)競爭,尿酸與GLUT9結(jié)合被抑制,重吸收減少,導(dǎo)致尿酸排泄增加,降低血尿酸水平[61,62]。除GLUT9外,SGLT2i還能直接抑制另一尿酸重吸收蛋白—尿酸鹽陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)體1,從而顯著增加腎對尿酸的清除率[63]。

(4)抗炎和抗纖維化作用:長期高糖狀態(tài)導(dǎo)致腎的炎癥因子和纖維化因子分泌增加,加劇炎癥和纖維化進(jìn)展。有研究顯示,SGLT2i能減少炎癥標(biāo)志物例如白細(xì)胞介素6(interleukin-6,IL-6)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)以及其他與炎癥和組織纖維化相關(guān)因子的表達(dá),延緩腎間質(zhì)纖維化進(jìn)展[64,65]。在心血管中,動(dòng)脈粥樣硬化生成和血管內(nèi)皮功能障礙與TNF-α和IL-6以及IL-1循環(huán)水平升高有關(guān)[66],此外,心力衰竭也與這些促炎因子水平升高有關(guān)[67],總之,SGLT2i對促炎因子的抑制作用對腎和心血管來說都是有益的。

(5)改善血脂和細(xì)胞代謝:血脂異常是糖尿病的常見合并癥,患者長期存在高血脂造成血管脂質(zhì)過載,沉積在血管壁內(nèi),累及到多個(gè)臟器的功能障礙。研究顯示,SGLT2i對血脂的影響是雙重的,既可以使低密度脂蛋白膽固醇和高密度脂蛋白膽固醇輕度升高,同時(shí)也可以輕度降低甘油三酯[68-70]。SGLT2i導(dǎo)致血糖水平降低,進(jìn)而影響細(xì)胞代謝的轉(zhuǎn)變。這種變化的結(jié)果是脂肪酸氧化和酮體生成增加,降低了細(xì)胞脂毒性并改善了氧化應(yīng)激,同時(shí)酮體似乎是腎和心肌細(xì)胞更好的能量底物。

SGLT2i對DKD的有利作用是顯而易見的,除此之外,SGLT2i還能靶向DKD相關(guān)的分子途徑,通過線粒體功能和內(nèi)皮功能改善、減輕氧化應(yīng)激[71,72]等參與腎的保護(hù)作用。

4.2 SGLT2i與心力衰竭

心力衰竭(heart failure)是心室功能障礙引起的一組綜合征,其特征集中表現(xiàn)為肺淤血、腔靜脈淤血。研究表明,與無糖尿病的患者相比,糖尿病患者更易患心力衰竭,由心血管疾病引起的死亡可能占糖尿病人群死亡的一半[73]。SGLT2i通過多種途徑的綜合作用改善心血管相關(guān)的治療效果,使心力衰竭患者受益,愈來成為重要的治療靶點(diǎn)。根據(jù)心血管結(jié)局試驗(yàn)的結(jié)果,與安慰劑相比,SGLT2i降低了心血管相關(guān)的死亡率和住院風(fēng)險(xiǎn),減少了不良心血管事件的發(fā)生[74-76]。已經(jīng)提出了幾種理論來解釋這些觀察結(jié)果。一般來說,這些歸因于以下5種可能。

(1)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng):SGLT2i通過促進(jìn)尿糖排泄發(fā)揮滲透性利尿和利鈉作用,改善水鈉潴留以及降低血壓,從而降低心血管的前負(fù)荷和后負(fù)荷[77,78]。SGLT2i引起持續(xù)性糖尿和短暫性利尿,但不會造成腎功能惡化[79,80],這對于糖尿病合并心力衰竭患者來說是有利的。此外,與傳統(tǒng)利尿劑相比,SGLT2i誘導(dǎo)的利尿有望產(chǎn)生更高的無電解質(zhì)水清除率[81,82],對于血管和間質(zhì)間隙積液減少有重要作用。

(2)提高心肌能量代謝:衰竭的心血管中葡萄糖氧化受損,酮體和支鏈氨基酸成為心肌細(xì)胞替代的能量來源,SGLT2i促進(jìn)心肌細(xì)胞β-羥丁酸等酮體的生成,改善線粒體功能,增加心血管能量供給,進(jìn)一步優(yōu)化心血管的能量代謝[83,84]。生酮代謝增加也可能是SGLT2i誘導(dǎo)的血細(xì)胞增加的原因,這反過來又增加了腎髓質(zhì)等缺氧敏感地方的氧氣輸送[80]。同樣,紅細(xì)胞量增加可能有助于改善冠狀動(dòng)脈疾病糖尿病患者的心肌組織供氧和減少左心室質(zhì)量[85,86]。

(3)抑制鈉氫交換:鈉離子濃度升高會導(dǎo)致糖尿病患者心律失常和氧化應(yīng)激[87]。研究表明,SGLT2i能夠抑制心肌中的鈉氫交換體(sodium hydrogen exchanger isoform 1,NHE1)活性,降低心肌細(xì)胞質(zhì)中的鈉和鈣水平,同時(shí)增加線粒體鈣水平,減少心衰的發(fā)生[88-90]。通過遺傳小鼠模型,Jiang等人[91]證明,恩格列凈的心血管保護(hù)作用是通過NHE1介導(dǎo)的過度自噬通量的下調(diào),顯著降低了心肌梗死和心血管的纖維化,從而改善了心血管功能。恩格列凈還能通過抑制NHE1活性,恢復(fù)蛋白質(zhì)激酶和內(nèi)皮NO合酶信號通路來改善基因突變引起的內(nèi)皮功能障礙[92]。

(4)抑制交感神經(jīng)系統(tǒng):長期慢性交感神經(jīng)活性增加多見于糖尿病和心力衰竭及腎疾病中,交感神經(jīng)興奮可導(dǎo)致心率加快血壓升高,心血管并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)增加[93]。研究顯示,使用SGLT2i治療后血壓顯著降低而不會誘發(fā)心率的代償性變化,提示SGLT2i可能具有交感神經(jīng)抑制作用,并降低心血管發(fā)病幾率[94-96]。Herat等人[97]利用神經(jīng)源性高血壓小鼠模型證實(shí),SGLT2i達(dá)格列凈會降低交感神經(jīng)系統(tǒng)的活性,EMBODY試驗(yàn)結(jié)果也顯示,SGLT2i恩格列凈能有效改善心血管的交感神經(jīng)系統(tǒng)[98]。

(5)改善心外膜脂肪沉積:心外膜脂肪異位沉積影響心力衰竭的發(fā)病率,而心肌脂肪因子與該沉積過程存在密切聯(lián)系。研究顯示,脂肪因子,例如瘦蛋白和脂聯(lián)素,它們與肥胖相關(guān)的心血管疾病和心血管的保護(hù)有關(guān)[99,100],而SGLT2i能降低血清瘦蛋白并增加脂聯(lián)素濃度,顯著保護(hù)心血管功能[101]。結(jié)構(gòu)和瘦蛋白代謝的改變決定了心外膜脂肪的積累,這在心肌纖維化和炎癥引起的心力衰竭發(fā)展中發(fā)揮至關(guān)重要的作用,從而有助于心室重塑[102]。事實(shí)上,另一項(xiàng)研究報(bào)道了達(dá)格列凈能減少異位心外膜脂肪、TNF-α和纖溶酶原激活物抑制劑-1[103],這一結(jié)果表明,SGLT2i可能在心血管炎癥的許多機(jī)制中發(fā)揮作用[104,105]。

SGLT2i最初是以降糖藥物出現(xiàn)在大眾視野,但是隨著研究的不斷深入其作用機(jī)制已不止發(fā)揮降糖效果,除以上機(jī)制外,SGLT2i還可以通過抑制心肌纖維化、改善內(nèi)皮功能障礙[106,107]等一系列進(jìn)程對心血管疾病產(chǎn)生保護(hù)作用,有利的反向左心室重塑可能是SGLT2i降低心力衰竭的又一機(jī)制[75]。本文認(rèn)為,SGLT2i對患者腎及心血管的保護(hù)作用存在多種機(jī)制或是多種機(jī)制協(xié)同作用的結(jié)果,新的發(fā)現(xiàn)會為以后的藥物開發(fā)提供不同見解,機(jī)制的總結(jié)將為進(jìn)一步優(yōu)化當(dāng)前心力衰竭藥物提供新的視角,并為心力衰竭的治療提供更多選擇。

4.3 SGLT2i與癌癥

癌癥嚴(yán)重威脅人類健康,糖尿病與許多癌癥的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān),一些原癌基因在高血糖癥中被激活和過表達(dá),導(dǎo)致病理基因表達(dá)失衡,加速癌癥的發(fā)展。探究高血糖對癌細(xì)胞的作用機(jī)制,尋找有效的治療靶點(diǎn)對腫瘤防治至關(guān)重要。研究表明,SGLT2在多種類型的腫瘤細(xì)胞中表達(dá),并可能參與癌細(xì)胞對葡萄糖的代謝利用,抑制SGLT2可以抑制腫瘤細(xì)胞的生長,SGLT2有望成為早期癌癥的診斷和治療靶點(diǎn)。Scafoglio等人[27]發(fā)現(xiàn),SGLT2在肺部腫瘤發(fā)生早期表達(dá),并且在癌前病變和分化良好的肺腺癌中特異性發(fā)現(xiàn),使用SGLT2i選擇性靶向SGLT2,顯著降低了腫瘤生長速度,延長小鼠生長期,并通過SGLT2i與特殊示蹤劑的配對,在發(fā)展的早期階段攔截肺癌進(jìn)展。此外,Luo等人[108]提出,SGLT2i的使用與改善罹患糖尿病的非小細(xì)胞肺癌患者的總生存率有關(guān),深入研究后發(fā)現(xiàn),SGLT2i具有抗增殖、抗腫瘤發(fā)生和抗遷移作用,能誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。此外,用SGLT2i處理癌細(xì)胞系導(dǎo)致其中選定基因的下調(diào)[109]。

值得注意的是,SGLT2i在不同腫瘤的發(fā)生發(fā)展中可能通過多種途徑抑制癌細(xì)胞進(jìn)展。Kaji等[110]研究發(fā)現(xiàn),SGLT2i卡格列凈通過抑制葡萄糖攝取來減緩肝癌細(xì)胞生長和血管生成活性,此外,他們發(fā)現(xiàn)SGLT2i還誘導(dǎo)G2/M期停滯和凋亡,另一項(xiàng)研究也證實(shí),SGLT2i伊格列凈對乳腺癌細(xì)胞系MCF-7的抗增殖作用[111],伊格列凈不僅抑制葡萄糖的流入,也抑制細(xì)胞鈉內(nèi)流,誘導(dǎo)MCF-7細(xì)胞中的細(xì)胞膜超極化和線粒體膜不穩(wěn)定,且其抗增殖作用具有劑量依賴性。此外,也有研究證明,卡格列凈通過破壞谷氨酰胺利用來干擾細(xì)胞呼吸和ATP生成,從而抑制乳腺癌的發(fā)展[112]。最新研究發(fā)現(xiàn),SGLT2i通過下調(diào)YAP1(Yes-associated protein 1)表達(dá)抑制Hippo通路,可能成為胰腺癌的一種新型治療方法[113]。經(jīng)證實(shí),卡格列凈也通過mTOR信號通路對胰腺癌細(xì)胞發(fā)揮抗增殖和細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)作用[114]。

此外,SGLT2i對宮頸癌、結(jié)直腸癌[115,116]等的抗癌作用也已有了初步發(fā)現(xiàn),由此可見,SGLT2i廣泛參與抑制不同類型腫瘤的發(fā)生發(fā)展,有潛力成為一種新型抗癌輔助療法的關(guān)鍵因子。

5 問題與展望

SGLT2i對慢性腎病、心力衰竭及癌癥的積極影響已有了初步了解,然而對于SGLT2是否為主要靶點(diǎn)仍需藥物靶標(biāo)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步驗(yàn)證。不同SGLT2i與SGLT2的結(jié)合位點(diǎn)需冷凍電鏡結(jié)構(gòu)的解析,或分子對接技術(shù)等來闡述其具體的抑制機(jī)制。此外,SGLT2i應(yīng)用于成人2型糖尿病,當(dāng)飲食和運(yùn)動(dòng)不能使血糖得到滿意控制或二甲雙胍不能耐受時(shí),可單獨(dú)使用,也可與其他口服降糖藥物及胰島素聯(lián)合使用。目前,SGLT2i的降糖效果顯著,但也要了解其帶來的不良反應(yīng),包括生殖泌尿道感染和酮癥酸中毒的風(fēng)險(xiǎn)[117-119],要注意患者有效循環(huán)血容量以及外周循環(huán)等情況,提醒患者適度多喝水,保持尿道清潔。因此,提高SGLT2i安全性和臨床可行性仍有待于進(jìn)一步研究,許多正在進(jìn)行的臨床前研究和可能的新臨床試驗(yàn)為未來在臨床中優(yōu)化使用SGLT2i帶來了希望。最近,研究發(fā)現(xiàn),SGLT2i在細(xì)胞抗衰和延壽方面具有作用[120],可能是由于SGLT2i對腎的葡萄糖和鈉處理之外的多效性作用造成的,包括改善線粒體功能,恢復(fù)自噬和促進(jìn)生酮依賴性抑制mTOR信號通路過度激活。以上研究結(jié)果均表明,SGLT2i的功能不是單獨(dú)發(fā)揮作用,而是通過多種機(jī)制或是多種機(jī)制共同作用對人體產(chǎn)生影響。SGLT2是腎、腸道重吸收葡萄糖和鈉的關(guān)鍵載體,多種因素共同參與并調(diào)控SGLT2活性,繼而影響代謝性疾病的發(fā)展。SGLT2i通過干預(yù)腎和腸道的重吸收功能,發(fā)揮心腎保護(hù)作用,抑制癌癥發(fā)生發(fā)展,使患者獲益良多,為治療代謝性疾病提供新靶點(diǎn)?？偠灾?對SGLT2i參與的各種疾病的進(jìn)程仍需更多的研究證實(shí),隨著未來研究的不斷深入,SGLT2i在各種疾病中的作用機(jī)制將會日漸明晰,為疾病的治療帶去新的希望。