恩格列净在非缺血性射血分数降低型心力衰竭心肌细胞中的复杂抗心律失常作用

《Frontiers in Pharmacology》：Complex antiarrhythmic effects of empagliflozin in non-ischemic HFrEF cardiomyocytes

　　

摘要 引言： 钠-葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT2）抑制剂可改善射血分数降低型心力衰竭（HFrEF）患者的临床结局，并可能降低心源性猝死风险；然而，其潜在的抗心律失常机制仍未完全阐明。 方法： 研究人员在来自两种非缺血性、非糖尿病HFrEF模型（兔和小鼠）的分离心肌细胞中，研究了SGLT2抑制剂恩格列净的细胞电生理效应。 结果： 两种HFrEF模型中的心室肌细胞均表现出动作电位时程（APD）延长、APD短期变异性（STV）增加，以及对APD交替和延迟后除极（DADs）的易感性增加。使用EGTA进行细胞内Ca2+缓冲可阻止DADs的发生，减轻APD延长，并降低复极不稳定性。HFrEF心肌细胞还表现出晚钠电流（INa,L）增强和内向整流钾电流（IK1）减弱。细胞经恩格列净预处理（1 μmol/L，3 h）而非急性给药（3 min），可减轻两种物种中促心律失常的AP改变，降低INa,L并增加IK1。恩格列净对健康对照心肌细胞无显著电生理效应。在实验条件下，选择性抑制Na+/H+交换体-1（NHE-1）的卡立泊来德（1 μmol/L，3 h）未能重现恩格列净的抗心律失常效应；然而，研究是在细胞内pH缓冲至7.2的条件下进行的，此时NHE-1活性较低。 讨论： 这些结果表明，恩格列净可减轻非缺血性HFrEF心肌细胞中关键的促心律失常电生理改变。药物预处理的需求支持以下假说：恩格列净通过调节离子通道的功能性表达和/或翻译后调控发挥作用，而非对非缺血性HFrEF心肌细胞产生直接的急性通道效应。

一、研究背景与目的

心力衰竭（HF）是严重的心血管疾病，钠-葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT2）抑制剂恩格列净已被证实可显著降低各射血分数（EF）类别HF患者的住院率和心血管死亡率。值得注意的是，尽管心肌细胞中SGLT2表达极低或缺失，恩格列净仍对心脏产生直接效应，提示其存在脱靶效应。临床证据表明恩格列净可能降低糖尿病和HF患者的心律失常发生率，但其确切的抗心律失常特性和分子机制尚不完全清楚。既往研究提示恩格列净可调节心肌细胞离子流，包括心脏Na⁺/H⁺交换体（NHE-1）、晚钠电流（I_Na,L）以及通过抑制慢性激活的Ca²⁺/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II（CaMKII）改善功能障碍的Ca²⁺处理。然而，关于这些是否为恩格列净的直接靶点仍存在争议。重要的是，恩格列净预处理而非急性给药可减轻衰竭心肌细胞中增强的I_Na,L和CaMKII活性，提示细胞信号通路和翻译后调控机制（PTMs）的参与。本研究旨在确定恩格列净如何调节非缺血性HFrEF心肌细胞的电生理特性和心律失常机制，并将其效应与NHE-1抑制剂卡立泊来德进行比较。由于高血糖可加剧心律失常重构，而降低血糖可能带来额外的电生理益处，研究人员聚焦于非糖尿病HFrEF以分离恩格列净的血糖非依赖性效应。为增强转化相关性，研究同时使用小鼠和兔的慢性非糖尿病、非缺血性HFrEF模型，因为兔的心脏电生理更接近人类。

二、研究设计与技术方法

研究人员采用两种非缺血性、非糖尿病慢性HFrEF动物模型：一是通过横向主动脉缩窄（TAC）诱导的C57BL/6J小鼠HFrEF模型，二是通过球囊导管造成轻度主动脉瓣关闭不全联合4周后腹主动脉缩窄诱导的新西兰白兔HFrEF模型。心肌细胞通过Langendorff逆行灌注酶解消化法分离。主要技术方法包括：全细胞膜片钳技术记录动作电位（AP）和离子电流，包括APD₉₀、短期变异性（STV）、最大上升速率（dV/dt_max）、静息膜电位（RMP）、APD交替、延迟后除极（DADs）和自发动作电位（sAPs）；电压钳技术测量I_Na,L和I_K1电流密度；使用EGTA缓冲细胞内Ca²⁺以评估心律失常机制的Ca²⁺依赖性；药物处理包括恩格列净（1 μmol/L）急性给药（3 min）和预处理（3 h）以及卡立泊来德（1 μmol/L，3 h）预处理。数据采用分层（嵌套）方差分析（ANOVA）进行统计。

三、研究结果

3.1 恩格列净预处理减轻小鼠和兔HFrEF心肌细胞的AP改变

在两种HFrEF模型中，心肌细胞均表现出APD₉₀显著延长、STV显著增加和dV/dt_max降低。HFrEF兔的RMP显著去极化，TAC小鼠呈去极化趋势。恩格列净急性灌注（3 min）对任何AP参数均无影响；而恩格列净预处理（3 h）可显著减轻两种HFrEF心肌细胞的APD₉₀延长并降低STV，同时改善HFrEF兔的RMP并增加TAC小鼠的dV/dt_max。恩格列净对对照心肌细胞无效应。卡立泊来德预处理未能改善HFrEF的电生理改变。

3.2 恩格列净预处理降低HFrEF心肌细胞的交替和DAD易感性

TAC心肌细胞在≥7 Hz快速起搏时出现显著APD₉₀交替，HFrEF兔心肌细胞的交替阈值降至3 Hz（对照为5 Hz）。恩格列净预处理而非急性给药提高了交替阈值频率并降低了交替幅度。在TAC小鼠中，10 Hz起搏时所有细胞（15/15）均出现交替，恩格列净预处理后仅1/10细胞出现交替。HFrEF兔中，恩格列净预处理将交替幅度降至对照水平。快速起搏停止后，HFrEF心肌细胞频繁出现DADs。恩格列净预处理显著降低TAC小鼠的DAD发生率并预防sAPs；在HFrEF兔中，DAD发生率从10/15降至2/12。卡立泊来德预处理对两种模型的APD交替均无影响，仅在TAC小鼠中轻微降低DAD发生率。

3.3 细胞内Ca²⁺缓冲模拟恩格列净在HFrEF心肌细胞中的抗心律失常效应

使用含10 mmol/L EGTA的电极内液缓冲细胞内Ca²⁺后，两种HFrEF模型的APD₉₀延长得到减轻，STV降低，APD₉₀交替被阻止，DADs被消除。这表明这些电生理异常主要依赖于Ca²⁺，提示恩格列净可能至少部分通过改善细胞内Ca²⁺信号发挥抗心律失常作用。

3.4 恩格列净改善HFrEF心肌细胞的I_Na,L和I_K1改变

两种HFrEF模型的I_Na,L密度均显著增加（TAC小鼠+126%，HFrEF兔+93%），恩格列净预处理可逆转此增强且对对照无效应。两种模型的I_K1均显著降低（内向电流降幅大于外向电流），恩格列净预处理显著增加HFrEF心肌细胞的I_K1密度。在HFrEF兔中，内向和外向I_K1分别增加+33%和+32%；在TAC小鼠中，生理相关的外向I_K1增加幅度更大（+46% vs +15%）。

四、讨论与结论

研究人员讨论了恩格列净对HF中Na⁺和Ca²⁺稳态的调节作用。HF中细胞内[Na⁺]显著升高，可通过增强I_Na,L和上调NHE-1促进Na⁺内流，形成ROS过度产生和慢性CaMKII激活的恶性循环。在本研究的实验条件下（细胞内pH缓冲至7.2，NHE-1活性低），卡立泊来德未能重现恩格列净的抗心律失常效应，提示恩格列净的效应超出了NHE-1抑制。关于恩格列净对Na⁺通道功能的潜在机制，研究人员归纳了三种框架：直接抑制Na⁺通道（需较高浓度或延长暴露时间）；通过抑制PTMs间接抑制I_Na,L（与CaMKII抑制效应相似）；通过药理伴侣作用增加Na⁺通道功能性表达。此外，恩格列净还可能通过作用于非心肌细胞（如改善内皮细胞NO信号、抑制纤维化）提供额外的心脏保护。研究结论认为，恩格列净在HFrEF心肌细胞中发挥复杂的抗心律失常效应，超越了急性NHE-1抑制，可能涉及调节影响多种离子通道的细胞信号通路和PTMs，以及改善细胞内Na⁺和Ca²⁺处理，从而增强电稳定性，减轻APD延长并降低STV、APD交替和DAD等细胞促心律失常机制。