鈉葡萄糖協同轉運蛋白2抑制劑（SGLT2i）恩格列凈（EMPA）已被批準用于治療心力衰竭，因為它對伴和不伴糖尿病患者的心血管均有益處。EMPA 對心血管的保護作用可能部分解釋為其對內皮細胞（ECs）的直接作用。

EMPA 在 ECs 中顯示出強大的抗氧化作用。活細胞圖像顯示，在 TNF-α 刺激的靜態人 ECs 中，EMPA 抑制 ROS 的產生并恢復 NO 生物利用度。最近，研究首次發現 SGLT2i 還能抑制暴露于10% 拉伸應力下的人冠狀動脈內皮細胞（HCAECs）中 ROS 的產生和細胞通透性的增加，揭示了EMPA對動態培養的 ECs 也發揮保護作用。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（NOX）1/4抑制劑 GKT136901 降低了 10% 拉伸應力下 ECs 中的 ROS，其程度與 EMPA 相似，且與 EMPA 聯合使用時對 ROS 降低能力也不會增強，這支持 NOX 作為關鍵介質參與 EMPA 的抗氧化作用。

暴露于 TNF-α 和循環拉伸會增加 ECs 和心肌細胞中鈉氫交換體（NHE）的活性，導致細胞內鈉（Na+）增加。據推測，Na+ 通過鈉鈣交換體（NCX）增強胞質 Ca2+ 來觸發 ECs 內 ROS 的產生，從而刺激 Ca2+ 依賴性蛋白激酶C（PKC）亞型。PKC 活性升高，尤其是 PKC-β，在人 ECs 的 NOX 活化和 ROS 產生中起主導作用。先前的研究表明，SGLT2i 直接抑制 NHE，并且用 EMPA 或 Cariporide（NHE抑制劑）降低 NHE 活性可抑制受到增強的拉伸和 TNF-α 刺激的人 ECs 中 ROS 的產生。然而，EMPA 對細胞內 Ca2+ 和 PKC 活性的影響在這些研究尚未調查。

最近，在荷蘭阿姆斯特丹大學醫學中心及德國石勒蘇益格-荷爾斯泰因大學麻醉學與重癥監護醫學系聯合課題組的一項研究中，假設 EMPA 通過阻止 PKC 激活來抑制拉伸誘導的 NOX 活化和 ROS 生成。研究人員旨在探討PKC在拉伸刺激的 ECs 中參與 EMPA 降低 ROS 的作用，以及 EMPA 抑制 PKC 的上游信號通路。研究成果發表在 Redox Biology 期刊題為“Empagliflozin prevents oxidative stress in human coronary artery endothelial cells via the NHE/PKC/NOX axis”。
 
首先，將 HCAECs 暴露于4或24小時循環拉伸（1Hz）下，5% 的拉伸幅度作為生理對照，10% 幅度是損傷模型。與 5% 拉伸相比，10% 拉伸增加了 HCAECs 中的 PKC 活性（圖1 B），1 μM EMPA 和 10 nM LY-333531（PKCβ 抑制劑）完全還原了 PKC 活性（圖1 B ）。EMPA 和 LY-333531 均可阻止 10% 拉伸下 HCAECs 中 NOX 活性，但兩種藥物的聯合治療不能增強這種活性（圖1 C）。這些數據表明，EMPA 通過抑制 10% 拉伸下的 HCAECs 中的 PKC 活性來抑制 NOX 激活。

EMPA 和 LY-333531 均降低了 10% 拉伸誘導的 ROS 生成，聯合處理無額外效果（圖1 D）。LY-333531 恢復了 10% 拉伸后細胞 VE-鈣黏蛋白的丟失和通透性的增加（圖1 E、F）。免疫熒光染色顯示，10% 的拉伸顯著破壞了由VE-鈣粘蛋白形成的細胞間連接，而 LY-333531 可以阻止這種破壞（圖1 G）。這表明，EMPA 可以防止由 10% 拉伸引起的細胞通透性破壞。當 LY-333531 與 EMPA 聯合使用時，其內皮保護作用沒有進一步被放大，說明這兩種化合物具有相似的保護機制（圖1 E、F）。這些數據表明，EMPA 通過抑制 PKC 活性來降低 10% 拉伸下內皮細胞中增加的 ROS 生成和細胞通透性。

此外，10 nM PKC 激活劑 PMA 刺激了 5% 拉伸下 ECs 中 ROS 的產生，表明 PKC 是 HCAECs 中氧化應激的關鍵介質之一。GKT136901 的應用完全消除了 NOX 活性的增加，證明 NOX1/4 是促進拉伸下 ECs 中 NOX 活化的主要亞型。

以上數據表明，EMPA 通過抑制 PKC 活性改善拉伸誘導的內皮功能障礙。
為了探究 HCAECs 中胞質 Ca2+ 和氧化應激的功能關系，應用 0.2 μM 離子霉素（IONO）增強細胞內 Ca2+，并激活內皮細胞中的PKC。使用特異性 siRNA 轉染可使 PKC-β 表達降低 80%，這有效地消除了接受 IONO 的 HCAECs 中 NOX 活性和 ROS 產生的增加。此外，PKC-β 敲低阻斷了 10% 拉伸下 NOX 的活化，表明 PKC-β 是拉伸相關氧化應激的介質。

在靜態 HCAECs 中，EMPA、NCX 抑制劑 ORM-10962 和鈣螯合劑 BAPTA-AM 降低了細胞內 Ca2+，EMPA 和 NCX 抑制劑 ORM-10962 的聯合使用未導致 Ca2+ 的進一步降低（圖2 A），表明 EMPA 可能通過抑制 NCX 在HCAECs 中降低 Ca2+。在暴露于 10% 拉伸的細胞中，BAPTA-AM 和 ORM-10962 都阻止了由 10% 拉伸誘導的增強的 PKC 活性和氧化應激（圖2 C、D、E）。此外，BAPTA-AM 和 ORM-10962 都恢復了 10% 拉伸后增加的細胞通透性。BAPTA-AM 阻止了 10% 拉伸下 HCAECs 中 VE-鈣粘蛋白的破壞，提示細胞內 Ca2+ 是拉伸相關內皮屏障功能障礙的中介。進一步驗證 NCX1 作為拉伸相關 PKC 激活的中介作用，結果表明，NCX1的敲低阻止了由 10% 拉伸引起的 PKC 活性的增加。

上述數據表明，EMPA 可能會通過 NCX 降低細胞內 Ca2+，導致 10% 拉伸下 HCAECs 中的 PKC 活化和氧化應激的抑制。 圖2    EMPA可能會通過NCX 降低細胞內Ca2+，導致10% 拉伸下HCAECs中的PKC活化和氧化應激的抑制。

NHE 抑制劑 Cariporide 阻止了 10% 拉伸誘導的 PKC 活性增加，與 EMPA 聯合使用時對 PKC 抑制作用沒有增強。與單獨使用 Cariporide 相比，和 EMPA 的聯合對拉伸增強的 NOX 活性具有相似的抑制能力。進一步的實驗表明，鈉泵抑制劑哇巴因（ouabain）有效上調暴露于 5% 拉伸下 HCAECs 中 ROS 的產生。這表明，EMPA 通過抑制 NHE/Na+ 通路抑制拉伸誘導的 PKC 活性和 NOX 活化。

最后，實驗研究了 HCAECs 中 EMPA 是否通過抑制 NHE 活性和減少胞質 Na+ 來降低細胞內 Ca2+ 。Cariporide 可降低靜息 ECs 中 Ca2+ （圖3 A），揭示了人 ECs 中 NHE 活性降低與細胞內 Ca2+ 降低之間的因果關系。令人驚訝的是，Cariporide 與 EMPA 的組合比單獨使用 Cariporide 發揮了更有效的 Ca2+ 抑制作用。

為了探究 HCAECs 中 NHE1、胞質 Na+ 和 NCX1 在 Ca2+ 動員中的相互作用，在 Cariporide 或 Ouabain 存在下，在NCX1 敲低細胞中測量 Ca2+。NCX 敲低導致接受 Cariporide 的 HCAECs 中 Ca2+ 的進一步減少（圖3 D），而 NHE 抑制劑沒有降低 Ca2+。此外，NCX 敲低完全消除了由 Ouabain 引起的細胞內 Ca2+ 的增強（圖3 E），表明累積的胞質 Na+ 通過 NCX 可以觸發細胞內 Ca2+ 的增加。這些數據表明，EMPA 可能通過抑制 Na/NCX 軸降低胞質 Ca2+，這種作用部分由 NHE 介導。

值得注意的是，目前的研究顯示 10% 拉伸或 EMPA 對 PKC-β、NOX4、NCX1 和 NHE1 的 mRNA 和蛋白質水平沒有顯著影響，這表明 EMPA 的內皮保護作用不是由這些基因表達的變化介導的。 圖3    EMPA通過Na+/NCX途徑減少細胞內Ca2+，這部分是由NHE抑制介導的。 EMPA通過抑制NHE/Na+/NCX軸降低細胞內Ca2+，進而阻止10% 拉伸誘導的PKC活性和NOX活化，并抑制ROS的產生。

總之，該研究證明了，在機械力作用下 HCAECs 中 EMPA 對 PKC 抑制的新作用，這也可能是解釋觀察到的 SGLT2i 對暴露于不同病理刺激（例如高血糖、炎癥細胞因子、循環拉伸）的細胞的抗氧化作用的主要途徑。使用機械激活的 HCAECs，研究進一步表明，EMPA 通過 NHE 和 NCX 等離子通道調節細胞內離子穩態（例如Na+ 和Ca2+）有助于改善內皮功能障礙。這些發現提高了關于 SGLT2i 對心血管益處的理解。

參考文獻：Li X, Wang M, Kalina JO, Preckel B, Hollmann MW, Albrecht M, Zuurbier CJ, Weber NC. Empagliflozin prevents oxidative stress in human coronary artery endothelial cells via the NHE/PKC/NOX axis. Redox Biol. 2024 Feb;69:102979. doi: 10.1016/j.redox.2023.102979. Epub 2023 Dec 2. PMID: 38061206; PMCID: PMC10749278.
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