AMPK介导的二甲双胍预防血管功能障碍：实验与人群证据

《British Journal of Pharmacology》：AMPK-mediated prevention of vascular dysfunction with metformin: Experimental and population-based evidence

　　

研究背景与目的：二甲双胍因其激活AMP激活蛋白激酶（AMPK）而日益被认为具有血管保护作用。研究人员将基于人群的遗传流行病学与离体血管模型相结合，以研究二甲双胍激活AMPK对血管的有益效应。

实验方法：研究人员采用基于20个全基因组显著性单核苷酸多态性（SNP）的遗传代理AMPK激活（GP-AMPK），评估其与脉搏波速度（PWV）和颈动脉内膜-中层厚度（cIMT）的关联。采用两样本孟德尔随机化（MR）方法检验GP-AMPK对一组炎症标志物的影响。此外，研究人员建立了猪冠状动脉内皮功能障碍模型，以检验二甲双胍对血管功能及相关分子信号通路的恢复作用。

主要结果：在流行病学分析中（平均年龄64.3岁，43.8%女性），较高的GP-AMPK激活与较低的PWV相关，但与cIMT无关。离体实验中，二甲双胍通过内皮依赖性超极化（EDH）机制恢复血管紧张素（Ang）II处理血管的舒张功能，该效应被AMPK抑制所消除。蛋白质印迹证实二甲双胍处理可激活AMPK（α1亚基）。抑制剂研究显示二甲双胍使血管舒张从NO介导向EDH介导转变。分子分析显示，二甲双胍减少Ang II诱导的基质重塑标志物（MMP1、MMP2）和衰老标志物（P21）的表达，并抑制促炎细胞因子（Il-1β、Il-6、TNF-α），与MR结果一致。

结论与意义：二甲双胍通过AMPK-EDH轴恢复内皮功能并降低血管僵硬度，突显了一种独立于血糖效应的早期血管功能障碍的新型潜在治疗机制。

血管功能障碍是心血管疾病发生发展的重要病理基础，其中内皮功能障碍和动脉僵硬度增加尤为关键。AMP激活蛋白激酶（AMPK）是细胞能量稳态的核心调控分子，二甲双胍作为其经典激活剂，已被证实具有超出了降糖效应的血管保护作用。然而，现有研究多集中于糖尿病或代谢综合征人群，AMPK激活对血管功能的因果效应在非糖尿病背景下是否独立存在，其具体分子机制尚不明确。此外，一氧化氮（NO）通路受损是内皮功能障碍的重要特征，但在NO信号受损情况下血管内皮如何实现功能代偿，仍是亟待解决的科学问题。为此，研究人员在《British Journal of Pharmacology》发表了这项研究，旨在通过人群遗传流行病学与离体实验相结合的方式，阐明AMPK激活对血管功能的独立保护作用及其机制，为早期血管功能障碍的干预提供新靶点。

研究基于荷兰鹿特丹研究（RS）这一大型前瞻性人群队列，纳入5957名参与者用于PWV分析、10652名参与者用于cIMT分析，同时开发了猪远端冠状动脉（DCA）离体模型，采用 Ang II 诱导内皮功能障碍，结合钢丝肌动描记术、Western blot、定量PCR及ELISA等技术，系统探究了二甲双胍-AMPK-EDH轴的血管保护机制。

**研究结果**

**3.1.1 基线特征**：PWV分析纳入5957名参与者（43.8%女性，平均年龄64.3岁），按AMPK多基因风险评分（AMPK-PRS）中位数分为高AMPK激活组和低AMPK激活组，两组基线特征除降压药使用率外均具有可比性。

**3.1.2 遗传代理的高AMPK激活与较低PWV相关**：线性回归分析显示，AMPK-PRS连续增加（即AMPK激活降低）与较高的PWV相关，该关联在调整年龄、性别、血压、BMI、血脂谱及降糖药物后仍具统计学意义。在非糖尿病个体的敏感性分析中，该关联依然存在。额外调整2型糖尿病多基因风险评分（T2DM-PRS）未改变效应估计值，且AMPK-PRS与T2DM-PRS无显著交互作用，表明该效应独立于2型糖尿病遗传易感性。按AMPK-PRS五分位数分析，相对于Q3，Q4和Q5的PWV略高，呈现剂量-反应关系趋势。然而，AMPK-PRS与cIMT无显著关联。

**3.1.3 AMPK变异对炎症和基质重塑生物标志物的影响**：两样本MR分析显示，较高遗传预测AMPK活性与较低循环白细胞介素-6（IL-6）水平显著相关，无显著异质性或方向性多效性证据。此外，较高AMPK活性与较低肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、IκB激酶γ（IKKγ，即NF-κB必需调节因子NEMO）及核因子κB（NF-κB）水平相关，同时与较低基质金属蛋白酶-1（MMP-1）水平相关，但与MMP-9无显著关联，与IL-1β亦无关联。

**3.2.1 二甲双胍恢复Ang II诱导的内皮功能障碍**：离体实验中，Ang II（100 nmol·L^-1，24小时）处理使猪DCA的缓激肽诱导的内皮依赖性血管舒张显著降低，而二甲双胍（10 μmol·L^-1）共孵育显著改善舒张反应。Ang II增加的最大收缩反应也被二甲双胍正常化。浓度-反应分析显示，较低浓度（0.1和1 μmol·L^-1）二甲双胍无显著改善作用，提示浓度依赖性效应。

**3.2.2 EDH在二甲双胍处理血管中占主导，而NO-cGMP介导基础舒张**：通路抑制剂实验表明，在Ang II+二甲双胍组中，L-NAME（NO合酶抑制剂）不能消除二甲双胍的保护效应，但联合应用apamin和TRAM-34（小电导和中电导钙激活钾通道阻断剂）显著削弱该效应，再加用吲哚美辛无进一步抑制。相反，健康对照血管中L-NAME显著 attenuate 舒张反应，表明基础状态下NO-cGMP通路占主导；Ang II单独处理血管中残余舒张反应亦为NO介导。此外，Ang II+二甲双胍与Ang II组的环磷酸鸟苷（cGMP）水平无差异，进一步证实二甲双胍效应非经NO-cGMP通路介导。这些结果表明，生理条件下NO-cGMP信号主导，但Ang II诱导功能障碍后，二甲双胍通过EDH成为血管舒张恢复的主要介导者。

**3.2.3 二甲双胍介导的内皮改善依赖于AMPK**：AMPK抑制剂Compound C（dorsomorphin，10 μmol·L^-1）消除二甲双胍的保护效应，更为选择性的AMPK抑制剂BAY-3827亦得类似结果。Western blot证实二甲双胍增加AMPK Thr172磷酸化及AMPKα1特异性磷酸化，而AMPKα1/pan-AMPKα比值未改变，提示α1依赖性AMPK信号再激活而非亚基丰度变化。各组间RSK1-3磷酸化比值无显著差异，排除二甲双胍对该通路的脱靶效应。

**3.2.4 二甲双胍调控炎症、衰老和重塑基因表达**：基因表达分析显示，Ang II未显著升高促炎细胞因子Il1β、Il6和Tnfα水平，但二甲双胍共孵育显著降低这些标志物至基线以下。Ang II显著上调细胞应激标志物P21及基质重塑酶Mmp1和Mmp2，二甲双胍使其恢复正常。Cd31 mRNA表达无变化，提示无内皮细胞丢失。

**讨论与结论**

研究人员将人群遗传流行病学与离体实验相结合，为二甲双胍通过AMPK-EDH轴改善血管功能提供了互补性证据。流行病学分析表明，较高遗传预测AMPK活性与较低动脉僵硬度（PWV）相关，独立于传统血管危险因素和2型糖尿病遗传风险，且呈剂量-反应关系，但与结构性标志物cIMT无关，支持血管功能改善可独立于结构逆转的概念，尤其在血管老化早期阶段。这一发现与CAMERA试验及荟萃分析结果一致，拓展了非糖尿病人群中的证据。

机制上，离体实验首次在猪冠状动脉模型中证实，二甲双胍通过AMPK-EDH通路恢复Ang II诱导的内皮功能障碍。Ang II作为血管功能障碍的核心介质，激活促炎和重塑通路，损害线粒体功能及复合体I活性，进而抑制AMPK。二甲双胍通过抑制线粒体复合体I激活AMPK，逆转上述改变。特别值得注意的是，在NO信号受损的病理状态下，AMPK激活使血管舒张机制从NO-cGMP向EDH转换，通过调控内皮钙激活钾通道（KCa2.3/3.1）和间隙连接实现功能代偿。分子层面，二甲双胍降低P21、MMP1、MMP2及促炎细胞因子表达，与MR分析中AMPK与较低IL-6、TNF-α、IKKγ（NEMO）和MMP-1的因果关联相呼应，形成从人群到机制的一致性证据链。

该研究也存在局限性：离体模型缺乏系统性激素和免疫影响；未直接检测线粒体呼吸或钾离子通道电导；遗传代理指标不能反映实际二甲双胍使用或剂量效应；样本量虽大但仍可能受测量误差和残余混杂影响。

研究结论与研究展望如下：人群和离体实验结果共同支持AMPK-EDH轴作为二甲双胍在Ang II诱导血管应激下恢复内皮功能障碍的合理通路。这些结果为早期血管功能障碍（包括射血分数保留型心力衰竭，HFpEF）提供了假设生成性依据。未来研究应进一步探索Ang II是否直接损害线粒体复合体I活性及其如何导致AMPK抑制和EDH功能障碍。从转化角度，这些发现提示二甲双胍可能通过促进代偿性EDH机制来稳定NO信号受损疾病状态下的血管功能，这对内皮功能障碍常见且治疗选择有限的老龄人群尤其相关，但仍需专门的临床和机制研究以确立AMPK-EDH调节在非糖尿病人群中的血管结局意义。