2012年左西孟旦分子作用机制及专家共识译文

左西孟旦：分子机制和临床意义 左西孟旦作用机制专家共识摘要左西孟旦发挥Ca2+-增敏效应的分子学背景与其与心肌肌丝内Ca2+-感受器肌钙蛋白C分子间的特殊交互作用有关。多年来，已积累了重要的临床前和临床证据，发现左西孟旦及其长寿命代谢产物OR-1896可产生多种有益的多效性作用。首先，激活平滑肌细胞膜上的ATP-敏感性K+通道似乎是一个强有力的血管舒张机制。其次，激活线粒体内的ATP-敏感性敏感性K+ 通道则有可能使细胞作用范围扩大至线粒体ATP生成调节，与心脏保护效应的药理学机制有关。最后，现已明确，左西孟旦可产生亚型-选择性磷酸二酯酶抑制效应。在解释左西孟旦复杂的药理学机制之时，要求在现有证据框架内认真分析所有可能的药理学交互作用。这些数据表明，左西孟旦的心血管效应绝不仅仅是孤立的药物-受体交互作用，与其它类型正性肌力-血管扩张药物相比，还涉及其独有的有利的能量和神经激素改变。1. 引言 心肌细肌丝内的肌钙蛋白是心肌收缩过程调节的核心。作为3种肌钙蛋白亚单位中的一种，心肌肌钙蛋白C（Cardiac troponin C，cTNC）发挥着Ca2+-操控分子开关的作用，在心脏收缩期和舒张期内打开和关闭心肌力量生成。因此，收缩期收缩和舒张期舒张的动力学和范围都是由cTnC的Ca2+-结合特征协调的。例如，-肾上腺素能cAMP-蛋白激酶A信号通路激活后，细胞内Ca2+瞬态幅度升高，进而通过增加cTnC的Ca2+饱合作用增加力量产生。这一心肌力量增强模式可显著增加心肌耗氧量，从而限制了-肾上腺素能信号传导通路在心脏病药物治疗中的利用。因此，过去数年间，围绕着心肌正性肌力与心肌氧消耗间看似密切的联系展开了强烈的药理学研究攻势1,2，希望通过精准调节细肌丝的Ca2+-应答性（例如，通过Ca2+-增敏剂，直接肌球蛋白活化剂）1和/或细胞内Ca2+-周期性变化（例如，肌浆网Ca2+-泵（SERCA）基因转移）2，而以临床所需的方式提高心肌收缩力。 左西孟旦（）4-(1,4,5,6-四氢-4-甲基-6-氧代-3-哒嗪基)苯基-肼叉丙二腈对映体），作为一种具有血管舒张特性的肌丝Ca2+-增敏剂正性肌力药物，早在10多年前即被推出用于治疗急性心力衰竭。随后几年间积累的左西孟旦数据基础已超出了临床上常规使用的所有其它正性肌力药物。早期临床试验观察到失代偿性心力衰竭（LIDO）或心力衰竭合并急性心肌梗死（RUSSLAN）患者的短期结局改善3, 4，由此所带来的最初的乐观情绪，已被大型临床试验SURVIVE和REVIVE的结果所冲淡，后者发现其对长期结局有较为不利的影响5。然而，就左西孟旦在急性心力衰竭治疗中的有效性而言，最新meta-分析68让我们看到了令人鼓舞的前景。左西孟旦的作用机制复杂，涉及：1）一种活性长寿命代谢产物OR-1896（） enantiomer of N-4-(1,4,5,6-四氢-4-甲基-6-氧代-3-哒嗪基)苯基乙酰胺对映体）、和2）可与心血管系统内超过1种分子靶点发生交互作用（表1，图1）。这一治疗效应的多重性可简化为左西孟旦的有利或不利特征。因此，在患者选择、治疗时机、给药方案和联合治疗背景下评价左西孟旦诱发的心血管效应时，应考虑到所有交互作用、仔细权衡其相对意义9。本文是在左西孟旦临床显著作用专家共识基础上完成的，意在作为左西孟旦在现有急性心力衰竭治疗药物中定位的参考。为此，本文对左西孟旦作用机制及其直接临床意义进行了简要回顾，试图消除长期积累下来的对其心血管效应的错误理解。2. 左西孟旦及其活性代谢产物OR-1896左西孟旦代谢过程，约5%的药物在大肠内转化为代谢产物OR-1855（）4-(1,4,5,6-四氢-4-甲基-6-氧代-3-哒嗪基)苯胺的对映体），之后在肝内发生乙酰化，生成活性代谢产物OR-1896。左西孟旦的血浆蛋白结合率为98%，而OR-1896仅为40%：这即是总血浆浓度相对较低的代谢产物即可产生显著临床效应的原因10。左西孟旦的消除半衰期为1-1.5 h，与之不同的是，OR-1896的半衰期约为75 - 80 h，这使得其心血管效应可在24-h左西孟旦输注停止后仍可持续长达7-9天11。母体药物在严重肾功能不全或中度肝功能不全受试者中的药代动力学分布无改变，但其代谢产物的消除时间延长12。 3. Ca2+-增敏作用左西孟旦可与Ca2+-饱合cTnC发生交互作用，这是其Ca2+-增敏机制的基础13。现已明确，cTnC上与左西孟旦结合的部位位于其上与D/E连接区相邻N-结构域的疏水区14,15。与cTnC结合的左西孟旦上的哒嗪酮环和羰基氰化氯苯腙部分上有重要的氢键供体和受体基。因此，这些基团很可能会与Ca2+-饱合cTnC的N-末端结构域上疏水口袋内的极化或带电荷氨基酸形成氢键。与左西孟旦结合的结果即是Ca2+-饱合cTnC在药物存在情况下保持稳定14。基于这一构象变化提出的方案涉及到cTnC与心肌肌钙蛋白I的交互作用时间延长，因此左西孟旦治疗可在不增加细胞内Ca2+瞬态幅度的情况下增强收缩力。虽然左西孟旦或OR-1896诱发的Ca2+-增敏强度似乎低于其它已知Ca2+增敏剂的最大效应，但却与FrankStarling 机制激活期间长度-依赖性Ca2+-增敏作用的预期效应相似16,17。左西孟旦不会损害舒张功能1820，其原因可能是仅产生轻度Ca2+-增敏作用，也可能是因为在舒张期细胞内Ca2+水平上Ca2+与cTnC的分离使其不能与左西孟旦发生交互作用 21。通过Ca2+-增敏作用，活性代谢产物OR-1896可产生与左西孟旦相当的血液动力学效应2224：因此可以假设OR-1896与cTnC间存在相似的交互作用。但目前尚未获得OR-1896与cTnC间交互作用的结构生化数据。4. 血管舒张左西孟旦和OR-1896可诱发显著的血管舒张反应2527。左西孟旦可打开ATP-敏感性K+通道28，其导致的血管平滑肌细胞超极化被认为是药物产生血管舒张效应的原因。与这一提议相符的是，ATP-敏感性K+通道抑制剂可降低左西孟旦或OR-1896诱发的血管舒张效应，但这些药理学方法亦表明，也有可能涉及到其它类型K+通道（例如，Ca2+-激活性K+通道和电压-门控性K+通道）26,27,29,30。K+通道介导的血管舒张效应的构成取决于血管类型以及血管直径。有趣的是，最新实验数据揭示了左西孟旦诱导的血管舒张作用的内皮成分、以及ATP-敏感性K+通道激活与NO生成间的交互作用31。研究已在肺动脉30、冠状动脉25,29,32和外周循环26等动脉系统及门脉和隐静脉系统 27 等静脉系统内证明了左西孟旦治疗期间的血管舒张作用。5. 磷酸二酯酶抑制作用左西孟旦和OR-1896都是高度选择性III型磷酸二酯酶（phosphodiesterase，PDE）抑制剂。多实验研究表明，左西孟旦-诱发的正性肌力或正性松弛效应与cAMP信号传导间具有交互作用3336。但应当认识到，PDE-抑制导致的细胞内cAMP浓度升高取决于有效PDE亚型、其亚细胞定位和平行信号级联放大间复杂的相互作用37,38，且现已证明，无论是左西孟旦、抑或其活性代谢产物，在其治疗浓度上都不会对其它PDE亚型的功能产生影响22。由于多项研究表明细胞内Ca2+浓度改变（因PDE抑制导致cAMP水平升高所致）并非是左西孟旦发挥心脏效应的必要条件，因此，高于治疗浓度的左西孟旦及物种-依赖性环核苷酸信号传导特征有可能是导致实验中所见cAMP信号传导与正性肌力/松弛效应间交互作用的原因3942。但也要认识到，不同疾病阶段心血管疾病患者的心肌细胞在细胞内环核苷酸调节以及细胞内Ca2+浓度方面存在明显差异4345，因此单一的PDE III抑制作用很可能会产生不同的结果。可以预期的是，在确定无其它PDE亚型（例如，PDE IV）可替代PDE III的情况下，低剂量水平左西孟旦导致细胞内cAMP水平升高的可能最低。6. 神经内分泌、细胞因子和生物标记物心力衰竭中，死亡率与脑钠肽（brain natriuretic peptide，BNP）产生情况直接相关 46,47，而左西孟旦可引发循环中BNP水平明显下降5,4850。Neurohumoral alterations seen following 左西孟旦给药后的神经内分泌改变很是有趣，因为越来越多的被统称不生物标记物的酶、激素、生物物质和其它心脏应激和功能障碍以及心肌细胞损伤标记物被广泛视为与慢性心力衰竭发病和进展相关。此外，多项近期临床观察中，越来越多地将可能不利生物标记物的水平降低作为替代终点指标。因此，值得注意的是，促炎细胞因子水平降低48,51,52、对氧化和硝化应激标记物的有利影响49及心肌细胞凋亡预防作用52在左西孟旦输注治疗应答心力衰竭患者中皆有报告。此外，急性代偿性心力衰竭患者中，左西孟旦治疗后的治疗相关BNP水平降低幅度与6个月时的临床结局改善情况呈正相关53。因此，与BNP水平降低不太明显患者相比，BNP水平降低较为明显患者获得的左西孟旦治疗受益更多。虽然上述左西孟旦-诱发的神经内分泌改变发生的分子学机制尚未完成明确，但研究已提出多个细胞学过程，从保护内皮功能54至抑制血小板聚集55不等。总的来说，这些神经内分泌改变提示了左西孟旦的免疫调节作用谱，意味着除了其已明确的药理学靶点外，该药还可动员多个心脏保护机制，且有可能是直接心脏保护机制。因此，左西孟旦用于治疗晚期心力衰竭患者时，可籍由神经内分泌状况和组织氧化应激状态改变这一可能的有利途径，使其正性肌力和血管舒张效应互为补充56。 7. 能量问题在阐述左西孟旦对心血管能量平衡的影响时，应考虑到左西孟旦及其代谢产物的所有心脏和全身效应，包括正性肌力、周围血管和冠脉舒张、可能的线粒体效应及平行的神经内分泌改变57。简言之，在无Ca2+瞬态增强情况下，心肌细胞无额外能量需求，因此心肌细胞水平上的Ca2+-增敏机制在能量学上是有利的58。事实上，研究在实验犬中观察到压力-容积环左移，为左西孟旦给药后产生的能量节约效应提供了支持59，但部分血液动力学效应与血管舒张导致的心脏去负荷相关58,60。而评价左西孟旦对患者心血管能量学影响的临床数据则表明，该药或可对左室效率和氧耗产生中性影响61,62、或可降低心肌氧摄取和改善心肌效能。总之，左西孟旦对心血管能量需求的影响令人欣慰，与其它正性肌力药物相比尤为明显57。 8. 心脏保护作用左西孟旦可降低前负荷和后负荷63、增加冠脉血流量61、并可产生在能量学上有利的心肌收缩力增强效应59。心肌组织灌注改善有可能促发左西孟旦的心脏保护效应。另外，实验研究证据显示，左西孟旦不仅能够降低梗死面积（抗-缺血效应），还可开放心肌线粒体的ATP-敏感性K+ 通道64,65。而后一机制尤有价值，因为线粒体ATP-敏感性K+ 通道激动剂似乎可产生防护效应，抵御多种可能的致命性应激状态66。左西孟旦的短期心脏保护效应已在大量临床观察中被证实67-74，这些研究观察到的效应与模拟心肌缺血预处理或缺血后处理 75-78 和/或心肌顿抑79-81 的实验研究结果相似。另外，临床前研究中还可见长期心脏保护效应，即左西孟旦和/或OR-1896可减轻心肌细胞凋亡、心脏重塑和心肌炎症82-86。最后，左西孟旦的保护效应并不仅限于心脏：实验和临床报告表明脑、肺、肾、肝、肠系膜和胃粘膜皆可见积极的循环效应87-91。 9. 临床意义依据最新心脏病学指南，对于收缩压低或心脏指数测定结果低、但有低灌注或充血征象的心力衰竭患者，可考虑应用正性肌力药物，而血管舒张剂则推荐用于无有症状性低血压（SBP 90 mm Hg）或重度闭塞性瓣膜病的早期急性心力衰竭患者。左西孟旦的推荐类别为IIa类，证据等级为B级92。虽然这一级别并不逊于其它现有正性肌力药物，但应用左西孟旦可提供这些其它类型治疗所不能产生的受益。例如，-肾上腺素能激动剂或PDE-抑制剂可产生心肌损伤、缺血和心律失常发生率升高等并发症；应用利尿剂则可伴见神经内分泌激活水平升高和肾功能恶化；而-阻滞剂治疗可大大削弱-肾上腺素能激动剂的疗效。相反，左西孟旦对心肌能量需求、神经内分泌激活和肾功能的影响，则为中性或有益影响。此外，-阻滞剂治疗也不会限制左西孟旦的适用范围，反而能够增强其效应3,93。 但问题仍然存在，即为何部分左西孟旦临床试验证据显示该药可产生统计学意义的生存受益3,4,94、而其它研究中生存受益未达到显著性水平或结果中立5,95。导致这一偏差的可能影响因素很可能是患者群体的基线临床特征不均一（例如，可能的低血压、心律失常、合并用药等）。左西孟旦试验中对照组患者的不良事件（例如，低血压）发生率分布情况表示研究所涉及患者群体存在重大差异（表2）。在这一背景下，值得注意的是，左西孟旦快速推注可诱发某些与PDE-抑制剂相似的效应。但在常规临床实践中，绝大多数临床医生都不会采取左西孟旦快速推注这一给药该药方式，而是从较低的维持剂量水平开始，之后仅在必要时逐渐缓慢增加左西孟旦输注速率。采用这一给药方法时，左西孟旦血浆浓度将永远不会达到可产生PDF-抑制效应的水平，因此左西孟旦所诱发不良反应的发生率会降至最低。然而，与其它类型治疗相似，左西孟旦治疗的疗效取决于其它、但尚未明确的因素96，BNP水平降低预示着结局更好47。尽管存在这些问题，但最新meta-分析表明，左西孟旦治疗可改善需正性肌力支持危重患者的临床结局（改善血液动力学参数、显著降低死亡率）6,7，改善心脏手术患者的生存8,97,98。临床实践中，对于所有接受过利尿剂和/或血管舒张剂预处理的AHF患者，均有必要在左西孟旦输注开始前，排除或纠正低血容量问题。10. 结论经典意义上，Ca2+-增敏和血管舒张作用被视为左西孟旦作用机制的基石。这些效应的产生是左西孟旦或OR-1896与心肌细胞内cTnC、及左西孟旦或OR-1896与血管床内ATP-敏感性K+ 通道间特殊交互作用的结果。除了这些众所周知的正性肌力-血管舒张效应外，在急性和慢性心力衰竭中，左西孟旦还可发挥第三种效应，即心脏保护效应。左西孟旦-诱发心脏保护效应的分子机制可能包括通过心肌细胞线粒体ATP-敏感性K+通道实现的与线粒体能量守恒间的交互作用，但不排除存在其它分子学机制。左西孟旦诱发的心脏保护效应可在急性应激条件下被动员，表现为急性抗心肌缺血和抗顿抑效应。另外，左西孟旦可调节细胞因子和神经内分泌信号作用，这意味着其有可能减轻心肌细胞凋亡或心肌重塑。所有上次效应的综合结果可表现为左西孟旦治疗应答患者的长期临床结局优于左西孟旦疗效次优患者。总之，鉴于其独特的作用机制，左西孟旦可被列为心脏保护性正性肌力-血管舒张药物的第一药。我们真诚地希望，未来该领域内的药物研发将带给我们更好的心脏功能支持药物。表1. 左西孟旦的三大作用机制积极的正性肌力作用血管舒张作用心脏保护作用细胞靶点心肌细胞血管平滑肌细胞心肌细胞亚细胞靶点肌丝肌纤维膜线粒体分子靶点钙饱合形式肌钙蛋白CATP-敏感性K+-通道ATP-敏感性K+-通道分子学机制钙增敏作用超极化缺血-再灌注期间的线粒体保护表2. 临床试验和meta-分析中左西孟旦给药期间的可能不良反应不良反应发生率研究参考文献低血压8.7% vs. 4%（多巴酚丁胺）NSLIDO34-7%（0.10.2 g/kg/min）、9%（0.4 g/kg/min）vs. 4.9%（安慰剂）NSRUSSLAN450% vs. 36%（安慰剂）NAREVIVE-II9515.5% vs. 13.9%（多巴酚丁胺）NSSURVIVE511.1% vs. 9.7%（对照组）P=0.02危重患者Meta-分析7头痛13.6% vs. 5%（多巴酚丁胺）NSLIDO323%（0.10.2 g/kg/min）、1%（0.4 g/kg/min）vs. 1%（安慰剂）NSRUSSLAN48.3% vs. 4.7%（多巴酚丁胺）P=0.01SURVIVE5房颤1.9% vs. 1%（多巴酚丁胺）LIDO314%（0.10.2 g/kg/min）、3%（0.4 g/kg/min）vs. 2%（安慰剂）NSRUSSLAN48% vs. 2%（安慰剂）NAREVIVE-2959.1% vs. 6.1%（多巴酚丁胺）P=0.05SURVIVE522.9% vs. 31.4%（对照组）P=0.003心脏手术患者Meta-分析8低钾血症9.4% vs. 5.9%（多巴酚丁胺）P=0.02SURVIVE5心动过速0% vs. 2%（多巴酚丁胺）LIDO35% vs. 5%（多巴酚丁胺）SURVIVE5NS：无显著意义；NA：未分析。图1. 对一系列彼此间存在多重交互作用的协调药理作用产生应答后所产生的左西孟旦及其代谢产物OR-1896的心血管效应。左西孟旦产生正性肌力-血管舒张效应的最佳解释是其与心肌细胞肌丝内cTnC分子和血管K+-通道间的直接药物-靶点交互作用，而心脏保护作用则是线粒体ATP-敏感性K+通道开放、能量消耗减少和神经内分泌调节的最终结果。