Az empagliflozin enyhíti a cukorbetegség és a vesetubuláris diszfunkció tüneteit a megnagyobbodott vesével járó cukorbetegség patkánymodelljében (DEK)
Mar 20, 2022
Kapcsolatfelvétel: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mail:audrey.hu@wecistanche.com
Ayaka Domon1, Kentaro KatayamaID1, Touko Sato2, Yuki Tochigi1, Hiroyuki Tazaki2, Hiroetsu SuzukiID1*
Absztrakt
Háttér: A nátrium-glükóz kotranszporter 2 (SGLT2) inhibitorokat széles körben alkalmazzák a hiperglikémia csökkentésére. A jelen tanulmány egy SGLT2-gátló, az empagliflozin hiperglikémiára gyakorolt hatását vizsgálta a 2-es típusú, nem elhízott, megnagyobbodott cukorbetegség új patkánymodelljében.vese(DEK). Methods: Male DEK rats with non-fasting blood glucose concentrations ≤300 mg/dl and >A 300 mg/dl-t nem cukorbetegnek, illetve cukorbetegnek minősítették. A nem diabéteszes (kontroll) és diabéteszes (DM-cont) patkányok csoportjait 12 hétig etették standard étellel, míg a diabéteszes (DM-empa) patkányok egy másik csoportja empagliflozint (300 mg/ttkg/nap) tartalmazó standard ételt etetett 12 hétig. . Megmérték a vércukorszintet, a testsúlyt, a glükóztoleranciát, a táplálék- és vízbevitelt, a vizelet térfogatát, a plazma és a vizelet biokémiai paramétereit, valamint a csont ásványianyag-sűrűségét,veseés a hasnyálmirigyet szövettanilag elemeztük. Eredmények: Az empagliflozin kezelés csökkentette a vércukorkoncentrációt és a táplálékfelvételt cukorbeteg patkányokban, de gátolta az adeps gyeplő elvesztését és testtömeg-gyarapodáshoz vezetett. Az empagliflozin enyhítette a poliuriát és a polidipsiát, de a plazma összkoleszterin-, nátrium- és összfehérje-koncentrációját a normál szintre emelte. Az empagliflozin emellett jelentősen csökkentette a fehérjék és elektrolitok vizelettel történő kiválasztását, és a csontok ásványianyag-sűrűségét és a valin és izoleucin plazmakoncentrációit a normál szintre állította vissza. Sőt, a vesetubulusok tágulása ésvesea megnagyobbodás nem gyengült a DM-empa csoportban. Következtetés: A DEK patkányok empagliflozinra adott válasza eltért más diabéteszes állatmodellekétől, ami arra utal, hogy a DEK patkányok egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek az SGLT2-inhibitorok többszörös biológiai hatásának tanulmányozására és értékelésére. Ezek az eredmények azt is jelezték, hogy az empagliflozin javíthatja a szisztémás anyagcserét és javíthatjavese-tubulus funkció becukorbetegkörülmények.
A Cistanche tubulosa megakadályozzavesebetegség, kattintson ide a minta megtekintéséhez
Bevezetés
A diabetes mellitus (DM) prevalenciája világszerte folyamatosan növekszik, a betegek száma a becslések szerint 2045-re eléri a 700 milliót [1]. Ezeknek a betegeknek körülbelül 90-95 százaléka 2-es típusú DM-ben szenved, amelyet az inzulinszekréció fokozatos csökkenése jellemez inzulinrezisztenciával vagy anélkül [2], és a vese- és szív- és érrendszeri betegségek fő kockázati tényezője [3]. A 2-es típusú DM a végstádiumú veseelégtelenség (ESRD) vezető oka a diabéteszes nephropathiával, amelyet diabéteszesnek is neveznek.vese20-40 százalékánál felelősek az ESRD-ért [4]. Az ESRD-ben szenvedő betegeknek dialízisre vagy veseátültetésre van szükségük a normál állapot fenntartásáhozveseműködés. Ezek az eljárások társadalmi és gazdasági terheket rónak a társadalmakra és az egyénekre, valamint befolyásolják a betegek életminőségét [5]. Ezért erőfeszítésekre van szükség a DM és a diabéteszes nephropathia megelőzésére vagy enyhítésére [6].
A nátrium-glükóz kotranszporter 2 (SGLT2) inhibitorok az antidiabetikus gyógyszerek új osztályát alkotják, amelyek az endogén inzulintól függetlenül hatnak [7]. Az SGLT2-gátlók csökkentik a vércukorkoncentrációt azáltal, hogy gátolják a glükóz reabszorpcióját a proximális vesetubulusokban [7]. Az SGLT2-inhibitorok jótékony hatással vannak a DM vese- és kardiovaszkuláris szövődményeire is [8–10], valamint javítják az anyagcserét [11], amelyek részben függetlenek glükóz-csökkentő hatásuktól. Ezenkívül az SGLT2-gátlók javítják a vese kimenetelét a krónikus, nem DM-betegeknélvesebetegségek [12]. Az SGLT2-gátlók hatása azonban, beleértve a vese kimenetelét is, betegekenként változó [13]. Ezek az eltérések valószínűleg több tényező különbségét tükrözik, beleértve a genetikai hajlamot, az anyagcsere állapotot, a hemodinamikát és az életmódot.
Nemrég létrehoztunk egy új, nem elhízott, 2-es típusú DM patkánytörzset, amely megnagyobbodottvese(DEK) a LEA-tól. PET-pet kongenikus törzs. A DEK törzsben a férfiak körülbelül 50 százaléka mutat cukorbetegséget 30 hetes korukra. Ezeknél a cukorbeteg patkányoknál a plazma inzulinkoncentrációja progresszív csökkenést mutatott a hasnyálmirigysejtek elvesztése, a megnövekedett veseparenchyma és avesea vesetubulusok tágulásával [14]. A DEK patkányokban az összkoleszterin (TCHO), az összfehérje és az albumin plazmakoncentrációja is csökkent [14]. Ezek a szövettani és metabolikus jellemzők a DEK patkányokra jellemzőek, megkülönböztetve ezt a modellt a diabétesz többi állatmodelljétől, és arra utalnak, hogy a DEK patkányok hasznosak lehetnek az antidiabetikus gyógyszerek farmakológiai hatásainak tanulmányozásában.veseés az anyagcserét. A jelen vizsgálat ezért az SGLT2-gátló, az empagliflozin DEK-patkányok vesére és szisztémás metabolizmusára gyakorolt hatását értékelte.
Materials and methods Animals Blood samples were obtained from the tail veins of non-fasting male DEK rats (total n = 33), and glucose concentrations were measured with GLUCOCARD PlushCare (Arkray Inc., Kyoto, Japan). Male DEK rats with non-fasting blood glucose concentrations≤300 mg/dl and >A 300 mg/dl-t nem cukorbetegnek, illetve diabéteszesnek minősítették [14]. Valamennyi patkányt hagyományos körülmények között tartottunk, beleértve a 14:10 órás világos-sötét ciklust, 20 ± 2°C-os szobahőmérsékletet és 50±10 százalékos relatív páratartalmat. Az összes állatkísérletet a Nippon Veterinary and Life Science University Állatgondozási és Felhasználási Bizottsága jóváhagyta, és a Nippon Veterinary and Life Science University Állatgondozási és Felhasználási Bizottságának irányelveivel összhangban végezték.
Male rats with blood glucose concentrations >A 300 mg/dl-t 15-20 hetes korban a DEK törzsben véletlenszerűen empagliflozin diétás csoportra (DM-empa) (n=5) és standard diétás csoportra (DM-cont) (n {{6}) osztottuk. }) a DM kialakulása után 2-3 héten belül. A DEK törzsben nem DM-ben szenvedő hím patkányokat (n=12) határoztuk meg (n=12). A kontroll és a DM-cont csoportok ad libitum hozzáférést kaptak vízhez és standard étrendhez (CR-LPF, Oriental Yeast Co., Ltd., Tokió, Japán) 12 hétig, míg a DM-empa csoport patkányai ad libitum juthattak vízhez és standard étrend plusz empagliflozin (300 mg/kg; Eli Lilly Japán; Kobe, Japán). Az empagliflozin dózisát korábbi jelentések alapján határozták meg [15, 16]. Hetente mértük a nem éhgyomri vércukorszintet, a testsúlyt és a táplálékfelvételt. Az összes patkányt leöltük 12 hét után, és a patkánytvese, hasnyálmirigy- és vérmintákat vettünk. Humánus végpontokat határoztunk meg minden olyan állat számára, amely 25%-kal csökkentette a testsúlyát, vagy súlyos betegséggel összefüggő tüneteket mutatott. Ebben a vizsgálatban azonban egyetlen patkány sem mutatott ilyen súlyos testtömeg-csökkenést és rossz állapotot.
Orális glükóz tolerancia teszt (OGTT)
Az orális glükóz tolerancia teszteket (OGTT) a 12 hetes kezelési periódus utáni napon végezték el [14]. Röviden, a patkányokat 16 órán át éheztettük, és orálisan 2 g/testtömeg-kg glükózt adtunk nekik. A vért a farokvénából vettük, és a glükózkoncentrációt 0, 30, 60, 120, 180 és 240 perccel a glükózterhelés után mértük. Vérmintákat vettünk a nyaki vénából isoflurán érzéstelenítésben, kisállat érzéstelenítővel (TK-7, Biomachinery, Chiba, Japán) 0, 30 és 60 perccel a glükóz feltöltés után, heparinnal összekeverve és centrifugálva. 15 percig 4 °C-on, hogy plazmát kapjunk. A plazma inzulinkoncentrációit LBIS Rat Insulin ELISA Kit (RTU) (Shibayagi, Gunma, Japán) segítségével mértük.
A veseparaméterek mérése
A 12. héten a patkányokat egyenként metabolikus ketrecekben tartották 24 órán keresztül, és megmérték a vizelet és az ivóvíz térfogatát [14]. A vizelet kreatinin (Cre), karbamid-nitrogén (UN), kalcium (Ca), Na-K-Cl és glükóz (Glu) koncentrációját Dri Chem 3500V-vel (FUJIFILM, Tokió, Japán) mérték. A vizelet fehérjekoncentrációit Protein Assay Rapid Kit Wako II (FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation, Tokió, Japán) segítségével mértük. Vért vettünk a caudalis vena cava-ból izoflurán érzéstelenítésben, és Dri-Chem 3500V készülékkel mértük az UN, albumin (Alb), összfehérje (TP), összkoleszterin (Tcho), Ca és Na K-Cl plazmakoncentrációit. A Cre plazmakoncentrációját a FUJIFILM VET Systems Co., Ltd. (Tokió, Japán) segítségével mértük. A kreatinin (Ccre), glükóz (Cglu), kalcium (Cca), nátrium (Can), kálium (Ck) és klór (Ccl) clearance-eit a következő képlettel számítottuk ki:
Clearance (Cx) (ml/perc/kg)=[vizeletkoncentráció (mg/dl vagy mEq/l) × vizelettérfogat (ml/perc)] / plazmakoncentráció (mg/dl vagy mEq/l) / testtömeg (kg).
A glükóz (FEglu), a kalcium (FEca), a nátrium (FEna), a kálium (FEk) és a klór (FEcl) frakcionált kiválasztódását a következő képlettel számítottuk ki:
Frakciókiválasztás (FEx) ( százalék )=Cx (ml/perc/kg) / Ccre (ml/perc/kg) × 100.
A máj zsírsav-kötődésének (L-FABP) vizeletben mért koncentrációját Mouse/Rat FABP1/L-FABP kit (R&D Systems, Inc., MN, USA) segítségével mérték.
Szövettan, immunfluoreszcencia és az inzulin-pozitív terület kiszámítása
Az állatokat 12 hetes kezelési periódus után pentobarbitál-nátrium túladagolásával ölték meg. Azveseés a hasnyálmirigyet eltávolítottuk minden elölt patkányból, és lemértük. A szövetmintákat 4 százalékos paraformaldehiddel foszfáttal pufferolt sóoldatban (PBS) rögzítettük, standard eljárásokat követve paraffinba ágyaztuk, és 1 μm vagy 4 μm vastagságú metszeteket vágtunk periodikus sav-Schiff (PAS) és immunfluoreszcens festéshez. A vesetubuláris dilatációt a korábban leírtak szerint értékeltük [17]. A vesekéreg és a juxtamedulláris terület 10 véletlenszerű, nem átfedő, 40-szeresére nagyított mezőjét pontozták. A tubuláris dilatációt egy {{10}}–3 skálán értékelték, ahol a 0, 1, 2 és 3 a 0-t jelzi,<5, 5–10,="" and="">10 dilated tubules per field, respectively. Pancreas sections were blocked with 3% bovine serum albumin (BSA) in PBS and incubated overnight at 4˚C with guinea pig anti-insulin polyclonal antibody (1: 100, Abcam K. K., Tokyo, Japan) or mouse anti-glucagon polyclonal antibody (1: 200, Abcam K.K.). The sections were rinsed with PBS and incubated for one hour at room temperature with Alexa Fluor 488 conjugated goat anti-guinea pig IgG antibody (1: 1000, Life Technologies, Carlsbad, CA) or Alexa Fluor 568 conjugated donkey anti-mouse IgG antibody (1: 1000, Life Technologies). After rinsing in PBS, the sections were mounted with ProLong Gold Antifade Reagent with DAPI (Life Technologies, Carlsbad, CA). Images were acquired with a Biozero BZ-X800 all-in-one fluorescence microscope, (KEYENCE, Tokyo, Japan). Islet areas and insulin-positive areas were measured in >Patkányonként 10 sziget metszet az Image J szoftverrel, és kiszámítottuk az inzulin-pozitív terület százalékos arányát szigetterületenként.
Combcsontok csontdenzitometriás elemzése
12 hetes kezelési periódus után négy elaltatott nem DM kontroll, három DM-cont és három DM-empa patkány combcsontját vágtuk ki, majd mikro-CT rendszerrel (Latheta LCT-100, Aloka, Tokió, Japán) szkenneltük le. . A csont ásványianyag-sűrűségét (BMD, mg/cm3) és a csont ásványianyag-tartalmát (BMC, mg) Latheta szoftverrel számítottuk ki.
Plazma aminosavak gázkromatográfiás-tömegspektrometriás (GC-MS) elemzése
A plazmamintákat 30-hetes kontroll patkányokból és 27-32 hetes DM cont és DM-empa patkányokból vettük a 12-hetes kezelési időszak után. A plazmamintákat Phenomenex EZ: fast AA analízis kittel (Phenomenex, Torrance, CA) kezeltük, belső standardként norvalint [18]. A GC-MS elemzéshez GCMS-QP2010Plus és GCMS megoldásszoftvert (Shimadzu, Kyoto, Japán) használtunk [19].
Statisztikai analízis
Az átlag ± standard hiba (SE) formában bemutatott eredményeket két csoportban hasonlítottuk össze kétfarkú tanulói t-próbával és több csoportban Tukey-Kramer teszttel. A < 0,05="" p-értéket="" statisztikailag="" szignifikánsnak="">
Eredmények
A cukorbetegséggel kapcsolatos általános állapotok
A táplálékfelvétel heti mérése azt mutatta, hogy a becsült átlagos napi táplálékfelvétel valamivel magasabb volt a DM-cont, mint a DM-empa csoportban (36,9±1,5 g vs. 34,3±1.0 g). Az empagliflozin becsült napi dózisa a DM-empa csoportban 23,7±0,7 mg/ttkg volt. Az empagliflozin a kezelés megkezdését követő napon drámaian csökkentette a vércukorszintet, 404,6±36,3 mg/dl-ről 143,8±14,6 mg/dl-re, a DM-empa csoportban a vércukorszint szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a DM-ben. -cont csoport a 12-hetes kezelési időszak alatt (1A. ábra). Ez a szint a DM-empa-ban a normál diéta melletti normál kontrollhoz hasonlított (147.{{40}}±1,2 mg/dl) [14]. A testtömeg fokozatosan nőtt az életkorral a DM-empa csoportban, de nem a DM-cont csoportban (1B ábra), a végső testtömeg 12 hét után 444,6±18,0 g volt a DM-empa-ban és 372,3±26,4 g a DM-ban. folytatás csoport. Ugyanebben az életkorban a kontroll testtömege körülbelül 533,4±9,8 g volt [14]. A testtömeg-gyarapodással összhangban az adeps gyeplő (1,4±0,2 g) a DM-empa-ban maradt, de a DM-cont csoportban nem.
Korábban kimutatták, hogy az érintett DEK patkányok súlyos glükóz intoleranciát mutattak, a glükóz terhelés hatására nem szekréciózott inzulin, és sejtvesztést mutattak [14]. Megvizsgáltuk, hogy az empagliflozin javítja-e a glükóz toleranciát és az inzulinszekréciót, és megakadályozza-e a sejtvesztést. A vércukorszint 16 órás koplalás után szignifikánsan alacsonyabb volt a DM-empa-ban, mint a DMcont csoportban, csakúgy, mint a vércukorszint 60-240 perccel a glükózterhelés után (1C. ábra). A DM-empa OGTT vércukorszintjének idővel összefüggő változása majdnem hasonlít a DEK törzs nem cukorbeteg kontroll patkányaihoz [14]. Glükóz indukálta inzulin szekréció azonban egyik csoportban sem fordult elő (1D. ábra). Az inzulin immunfluoreszcens festése a hasnyálmirigy-szigeteken nem vagy gyenge inzulin jelet mutatott a DM-cont csoportban, és csaknem 100 százalékban pozitív jeleket a kontroll patkányokban, míg gyenge inzulin jelet, amely szigetterületenként 24,2±3,5 százalékot tett ki három patkánynál DM-empa csoport (2. ábra).
Metabolikus és vese paraméterek és csontdenzitometria
A metabolikus paraméterek 12 hetes kezelési periódus utáni mérései azt mutatták, hogy a táplálékfelvétel szignifikánsan alacsonyabb volt a DM-empa-ban, mint a DM-cont csoportban mind relatív (3A. ábra), mind abszolút (S1 ábra) értékekben. Ezenkívül a vízfelvétel (3B. ábra, S1. ábra) és a vizelettérfogat (3C. ábra, S1. ábra) körülbelül 50 százalékkal alacsonyabb volt a DM-empa-ban, mint a DM-cont csoportban.
A 12-hetes kezelési időszak végén a plazma Tcho, Cre, Alb, TP és Na koncentrációja szignifikánsan alacsonyabb volt a DM-cont-ban, mint a kontrollcsoportban, és a legtöbb ilyen csökkenés a DM-cont-ban volt. részleges gyógyulást mutató csoport a DM-empa csoportban. Különösen a plazma Tcho, TP és Na koncentrációja volt szignifikánsan magasabb a DM-empa-ban, mint a DM-cont csoportban, bár ezek a koncentrációk mindegyike alacsonyabb volt a DM-empa-ban, mint a kontrollcsoportban. A plazma Alb és Cre szintje szintén magasabb volt a DM-empa-ban, mint a DM-cont csoportban, de ezek a különbségek nem voltak statisztikailag szignifikánsak (1. táblázat). A glükóz, UN, Ca, Na, K, Cl és fehérje vizelettel történő kiválasztódása szignifikánsan magasabb volt a DM-cont csoportban, mint a kontrollcsoportban, és ezen növekedések többsége enyhült a DM-empa csoportban. Különösen a Glu, UN, Na, K és Cl vizelettel történő kiválasztódása szignifikánsan alacsonyabb volt a DM-empa-ban, mint a DM-cont csoportban, bár ezek a kiválasztódások mindegyike szignifikánsan magasabb volt a DM-empa-ban, mint a kontrollcsoportban. . A megnövekedett Ca és fehérje vizelettel történő kiválasztódása szintén enyhült a DM-empa csoportban, nem volt szignifikáns különbség a DM-empa és a kontroll csoport között (2. táblázat). A Ccre kivételével, amely nem különbözött szignifikánsan a három csoport között, minden vizsgált clearance és frakciókiválasztás szignifikánsan magasabb volt a DM-cont-ban, mint a kontrollcsoportban (3. táblázat). Ezenkívül a Cglu és a FEglu kivételével, amelyek magasabbak maradtak a DM-empa csoportban, a DM-cont csoportban tapasztalt növekedések többsége enyhült a DM-empa csoportban. Különösen a Cca, Cna és Ccl szignifikánsan alacsonyabb volt a DM-empa-ban, mint a DM-cont csoportban, de magasabb maradt a DM-empa-ban, mint a kontrollcsoportban (3. táblázat).
A femorális BMD szignifikánsan alacsonyabb volt a DM-cont csoportban, mint a kontrollcsoportban, és az empagliflozin helyreállította a femorális BMD-t a DM-empa csoportban (4. táblázat). A BMC általában magasabb volt a DM-empa-ban, mint a DM-cont csoportban, de a különbség nem volt statisztikailag szignifikáns (4.
A vesék patológiája
Az érintett DEK patkányok progresszív vese-megnagyobbodást mutattak kitágult tubulusokkal [14]. Bár az empagliflozin-kezelés drámaian csökkentette a vércukorszintet, nem csökkentette
vesetömeg, ami hasonló volt a DM-empa és a DM-cont csoportban (2,35±0.08 g vs. 2,24 ±0,08 g). A szövettani vizsgálat azt mutatta, hogy mind a DM-cont, mind a DM-empa patkányokban a juxtamedulláris régiók vesetubulusaiban a súlyos tágulás szembetűnő volt (4A. ábra). Az empagliflozin nem gyengítette a vesetubulusok tágulását (4B. és 4C. ábra). Ezzel összhangban az L-FABP, a vesetubuláris sérülés biomarkere [20] vizelettel történő kiválasztódása magasabb volt DM-cont és DM-empa esetén a kontrollhoz képest, és nem volt különbség a DM-cont és a DM-empa között. 4D és 4E ábra). Amint arról korábban beszámoltunk [14], nem volt tipikus glomeruláris lézió, például hipertrófia a kontrollban, a DM-cont és a DM-empa-ban (4F. ábra).
A plazma aminosavainak GC-MS analízise
Metabolic profiling using PLS-DA multivariate analysis showed differences in amino acid status among the control, DM-cont, and DM-empa groups (S2 Fig). The loading plot corresponded to a score plot consisting of 24 amino acids (S2 Fig). The variable influences on projection (VIP) parameters are shown in S2 Fig. Amino acids colored red had VIP >1 and were considered to have a relatively high impact for separating these groups. Moreover, statistical analysis of amino acids showed a VIP >1.
A plazma-szarkozin általában magasabb volt a DM-cont-ban, mint a kontrollcsoportban, az empagliflozin pedig tovább növelte a plazma-szarkozinszintet. Ezzel szemben a plazma triptofán alacsonyabb volt a DM-tartalomban, mint a kontrollcsoportban, az empagliflozin tovább csökkentette a plazma triptofánt (5. táblázat). A plazma glicin szintje hasonló volt a DM-cont és a kontroll csoportban, de szignifikánsan magasabb volt a DM-empa-ban, mint a másik két csoportban. A glutamin és az ornitin koncentrációja szignifikánsan alacsonyabb volt a DM-contban, mint a kontrollcsoportban, és az empagliflozin kezelés nem állt helyre. A kontrollcsoporthoz képest a plazma-aminovajsav szignifikánsan alacsonyabb volt a DM-cont csoportban, az empagliflozin tovább csökkentette a koncentrációját. A plazma valin és izoleucin koncentrációja szignifikánsan magasabb volt a DM-contban, mint a kontrollcsoportban, ezeket a koncentrációkat empagliflozin kezeléssel visszaállították a kontroll szintre.
Vita
Az SGLT2 inhibitorok inzulinfüggetlen módon csökkentik a vércukorszintet, és renoprotektív hatást fejtenek ki 2-es típusú DM-ben szenvedő betegeknél, valamint számos állatmodellben [8, 12, 21–23]. A legtöbb állatkísérletet SGLT2-gátlókkal 2-es típusú DM-ben szenvedő elhízott állatokon végezték [22, 24–28]. Azonban sok 2-es típusú DM-beteg, különösen Ázsiában, nem elhízott [29]. Az SGLT2-inhibitorok hatása a veseelváltozásokban vagy a nem elhízott cukorbetegségben szenvedő betegekre továbbra is tisztázatlan [29, 30]. Jelen tanulmány az empagliflozin metabolizmusra, veseműködésre és kórszövettani hatásokra gyakorolt hatását vizsgálta DEK patkányokon, egy új, nem elhízott, vesenagyobbodásra hajlamos diabéteszes patkánymodellben [14]. Az elhízott diabéteszes állatmodellekkel összehasonlítva a diabéteszes DEK patkányok fenotípusát a plazma inzulinkoncentrációjának progresszív csökkenése jellemezte a hasnyálmirigysejtek elvesztése miatt, nem pedig az inzulinrezisztencia miatt, így a diabéteszes DEK patkányok testtömege és zsírtartalma csökkent a a DM progressziója. Ezenkívül a diabéteszes DEK patkányok fokozott veseparenchymát és jelentős vese-megnagyobbodást mutattak a vesetubulusok tágulásával [14].
Az SGLT2-inhibitorok elősegítik a zsír, az izom és az aminosavak energiaforrásként való felhasználását [31–33], csökkentve a zsírtömeget és a BW-t elhízott emberekben és állatokban [28, 34, 35]. A zsírtömeg csökkenését és a súlygyarapodás csökkenését is megfigyelték az SGLT2-gátlókkal kezelt, nem elhízott, diabéteszes rágcsálókban [31]. Ezenkívül az SGLT2-gátlókkal kezelt emberek és rágcsálók kompenzációs hiperfágiát mutattak az energia- és tápanyag-egyensúlyuk fenntartása érdekében [27, 32, 36]. Ebben a vizsgálatban az empagliflozin-kezelés 24 órán belül csökkentette a DEK-patkányok vércukorszintjét, és ez az alacsonyabb koncentráció a 12-hetes kezelési időszak alatt is megmaradt, hasonlóan az SGLT2-gátlókkal végzett más vizsgálatokhoz [15, 24]. A korábbi eredményekkel [27, 28, 36] ellentétben azt találtuk, hogy az empagliflozin-kezelés csökkentette a táplálékfelvételt, és mérsékelte az adeps gyeplő elvesztését és a testtömeg-növekedés gátlását. Ez a váratlan eredmény valószínűleg az energiaegyensúly javulásával járt. Kezdetben a vizelet glükóz kiválasztódása szignifikánsan alacsonyabb volt a DM-empa-ban, mint a DM-cont patkányokban, bár a DM-empa-csoportban a jelentősen magasabb Cglu a glükóz reabszorpció teljes gátlásából ered, és a FEglu majdnem 100 százalékos volt. Ezt a megállapítást tovább támasztotta, hogy a DM-empa csoportban a normál BUN-szint ellenére jelentősen csökkent a vizelettel történő UN-kiválasztás, amely a fehérjekatabolizmus egyik paramétere [37]. Ezenkívül a plazma TP növekedése és a vizeletfehérje csökkenése a DM-empa csoportban azt jelezte, hogy az empagliflozin javította a fehérje-visszatartást. Az empagliflozinnal kezelt patkányokban a glükóz megtartása és felhasználása, valamint a katabolikus állapotból asszimilált állapotba való visszaállása a vércukorszint sikeres szabályozásának köszönhető.
Az SGLT2-gátlókról kimutatták, hogy növelik a vizelet mennyiségét, a tubuláris reabszorpció növekedésével kompenzálva a testfolyadék- és elektrolitveszteséget [21, 25, 38]. Ezért a vizelet mennyisége közvetlenül az SGLT2 gátló kezelés megkezdése után megnövekszik, de a hosszú távú kezelés csökkentheti a vizelet mennyiségét és a vízfelvételt is [38, 39]. Bár a plazma Cre szintje szignifikánsan alacsonyabb volt a DM-cont és DM-empa csoportban, mint a Kontroll csoportban, a Ccre nem különbözött szignifikánsan a kontroll, DM-cont és DM-empa csoportok között. Ezért, mivel DEK-DM patkányokban nem volt nyilvánvaló bizonyíték a glomeruláris hipertrófiára [14], a glomeruláris hiperfiltráció alig fordult elő, vagy enyhe DM-kont. Ezenkívül a megnagyobbodott vese megnövekedett parenchymával növelheti a nefronok számát, ami azt jelzi, hogy a megnagyobbodott vese mind a DM-cont, mind a DM-empa esetében összefüggésben állhat a csökkent plazma Cre-szinttel. Ezért a csökkent vizeletmennyiség a DM-empa csoportban a vesetubulusok vízvisszaszívásának javulásának, nem pedig a csökkent glomeruláris filtrációs sebességnek köszönhető. Összességében elmondható, hogy a DM-cont csoportban a megnövekedett vizelettel történő elektrolitkiválasztás gyengült a DM empa csoportban, ami azt jelzi, hogy a DM-cont csoportban az elektrolitok csökkent plazmakoncentrációját az empagliflozin-kezelés a vese tubuláris funkciójának javításán keresztül csökkentette. Ezt a hipotézist alátámasztotta a clearance-ük következetes csökkenése a csökkent frakciókiválasztás mellett a DM-empa csoportban.
Az SGLT2-gátlókról beszámoltak arról, hogy káros hatással vannak a csontokra [31, 40]. Mivel a csontritkulás a DM gyakori szövődménye, összehasonlítottuk a BMD-t és a BMC-t a három patkánycsoportban. A BMD és a BMC szignifikánsan alacsonyabb volt a DM-cont csoportban, mint a kontrollcsoportban, de ezek a csökkenések gyengültek a DM-empa csoportban. Ezenkívül a DM-empa csoportban a BMD és a BMC ezen növekedését a vizelettel történő Ca-kiválasztás csökkenése kísérte. Mivel a plazma Ca szintje szigorúan szabályozott, nem volt szignifikáns különbség a plazma Ca szintek között a kontroll, a DM-cont és a DM-empa csoportok között. Ezek az eredmények azt sugallták, hogy a DM-cont csoportban a negatív Ca-egyensúlyt ellensúlyozhatja a csontból a keringésbe történő mobilizáció, és ezt az állapotot részben gyengíti a Ca javult vesetubuláris funkciója a DM-empa csoportban.
A hipoproteinémia enyhülése a DM-empa csoportban a proteinuria javulásának következménye lehetett. Bár a glomeruláris hiperfiltráció és hipertrófia nem volt egyértelműen kimutatható a DM-cont csoportban, a csökkent vércukorszint csökkentheti az Alb glomeruláris filtrációját. Ezenkívül a fehérjék és aminosavak tubuláris reabszorpciójának javulása hozzájárulhatott a plazmafehérjék szintéziséhez a májban. Az érintett DEK patkányokat alacsony plazma Tcho-koncentráció jellemzi [14]. Mivel a megnövekedett Alb-termelés a májban megnövekedett Tcho-termeléssel jár együtt [41], a DM-empa csoportban a magasabb plazma Tcho-szint összefüggésbe hozható az Alb megnövekedett májtermelésével. Ez utóbbi a fehérje-visszatartás és az energiaegyensúly javulásával összefüggő megnövekedett aminosav- és energiaellátásból származhatott.
Az elágazó láncú aminosav (BCAA) homeosztázist nagymértékben meghatározza a BCAA katabolikus aktivitása a szövetekben [42], a BCAA homeosztázis hibáit pedig az inzulinrezisztencia vagy a diabéteszes állapot indexének tekintik [43–45]. Az aminosavak GC-MS analízise azt mutatta, hogy a valin és az izoleucin plazmakoncentrációja DM-empa patkányokban megegyezett a nem cukorbeteg kontroll patkányokéval, ami arra utal, hogy az empagliflozin kezelés javította a fehérjekatabolizmust és a cukorbetegség állapotát. Ezenkívül megfigyeltük, hogy a plazma glicinszintjének empagliflozin-specifikus emelkedése összefüggésbe hozható a cukorbetegség javulásával. Érdekes módon alacsony plazma glicinszintet figyeltek meg humán cukorbetegségben [46], és a glicin beadása antioxidáns és renoprotektív hatást vált ki streptozotocin által kiváltott cukorbetegségben szenvedő patkányokban [47]. Empagliflozinnal kezelt cukorbetegeknél és kísérleti állatoknál ezért a magasabb plazma glicinszintek összefüggésbe hozhatók az oxidatív stressz és a diabéteszes nephropathia mérséklődésével. Az aminosavak plazmaszintjét a szövetek és szervek általi felhasználásuk befolyásolja az egész testben, és az anabolikus és katabolikus körülményektől függ. További vizsgálatokra van szükség annak meghatározására, hogy ezen és más aminosavak szintjének változása hogyan kapcsolódik az anyagcsere-állapothoz.
Az SGLT2-inhibitorok renoprotektív hatást fejtenek ki azáltal, hogy elnyomják a vesebetegségekkel kapcsolatos számos folyamatot, mint például az albuminuria és a megnövekedett vesetömeg [15, 24, 48, 49]. A vesetubulusok kitágulása és a proteinuria a cukorbetegséggel összefüggő vesekárosodás markerei [50]. Az empagliflozin azonban nem volt képes elnyomni a vesetubulusok tágulatát és az L-FABP vizelettel történő kiválasztását, de jelentősen javította a tubulus működését. Ez az eltérés arra utalt, hogy a tubulusfunkció empagliflozinnal összefüggő javulása kisebb vagy másodlagos hatások következménye, amelyeket nem kísértek a vesetubulusok szerves elváltozásai. Alternatív megoldásként, mivel az érintett DEK-patkányokban normoglikémiás körülmények között fennmaradt a tubuláris tágulás sérüléssel és megnövekedett vesetömeggel, ezek a változások inkább a DEK-patkányok cukorbetegségével kapcsolatos genetikai tulajdonságok, semmint a hiperglikémiával összefüggésben.
Bár az SGLT2-gátlók a vesetubulusokat célozzák, keveset tudunk ezeknek a szereknek a vesetubulusok működésének általános változásaira gyakorolt hatásairól, kivéve, hogy a glomeruláris hipertrófia a nátrium és a glükóz tubuláris kotranszportja [13, 22, 24]. Az SGLT2-inhibitorok tubuláris funkcióra gyakorolt hatásának vizsgálata azt mutatta, hogy a víz reabszorpcióját nem csak az ozmotikus diurézis gátolta, hanem az akvaporin és a karbamid transzporter felszabályozása is fokozta, még nem meghatározott mechanizmussal [21, 25]. A cukorbetegek vese tubuláris hámsejtjeit nemcsak a tubuláris folyadékban jelenlévő glükóz ozmotikus nyomása befolyásolja, hanem az SGLT2-n keresztül a sejtekbe felvett glükóz- és nátriumfelesleg is. A közelmúltban a vesetubulusok oxidatív stresszét fontosnak tartották a diabéteszes nephropathia (DN) progressziójában, és az ipragliflozin renoprotektív hatást mutatott azáltal, hogy megakadályozta a ROS túltermelését a vesetubulusokban [51]. Bár az érintett DEK patkányokban a DN súlyos progresszióját nem találták, az oxidatív stressz károsíthatja a tubulus működését. Jelenleg nincs egységes konszenzus az SGLT2-inhibitorok tubuláris funkcióra gyakorolt hatásairól, ami további vizsgálatok szükségességét sugallja annak a mechanizmusnak a tisztázására, amellyel az empagliflozin javítja a tubuláris funkciót DEK-patkányokban.
Azt találták, hogy az SGLT2 inhibitorok megőrzik a sejttömeget az 1-es típusú DM és az elhízott 2-es típusú DM modellekben [52, 53]. A DM-empa csoportban gyenge inzulin jelű sejteket észleltünk, a DM-cont csoportban viszont nem. Az OGTT azonban mérsékelt javulást mutatott a glükóz toleranciában inzulinszekréció nélkül a DM-empa csoportban. Mivel az empagliflozin felezési ideje rövid, körülbelül 8 óra, a 16 órás koplalás után megfigyelt csökkent vércukorszint és a glükóztolerancia javulása nem a maradék empagliflozin hatásainak köszönhető. Ezek az eredmények tehát arra utalnak, hogy az empagliflozin hosszú távú alkalmazása javíthatja a glükóz anyagcserét és mérsékelten csökkentheti a vércukorszintet az egyszeri glükóz terhelés után, inzulinfüggetlen módon.
Összefoglalva, a jelen vizsgálat eredményei azt mutatják, hogy az empagliflozin javítja a szisztémás metabolizmust és a vese tubuláris működését DEK patkányokban, bár az állatok empagliflozinra adott egyedi válaszának alapjául szolgáló részletes mechanizmusok továbbra sem tisztázottak. Ezek az eredmények azt is jelzik, hogy a DEK-patkányok hasznos modellek az SGLT2-inhibitorok többszörös biológiai hatásának vizsgálatára és értékelésére cukorbetegségben.
Hivatkozások
1. Nemzetközi Diabetes Szövetség. IDF Diabetes Atlas 9. kiadás. Brüsszel, Belgium 2019.
2. American Diabetes Association. A cukorbetegség osztályozása és diagnosztizálása. 2. szakasz: A cukorbetegség orvosi ellátásának szabványai-2019. Cukorbetegség gondozása. 2019; 42 (1. melléklet): S13–S28.
3. Zheng Y, Ley SH, Hu FB. A 2-es típusú diabetes mellitus és szövődményeinek globális etiológiája és epidemiológiája. Nat Rev Endocrinol. 2018; 14(2):88–98.
4. Lin CC, Li CI, Liu CS, Lin WY, Lin CH, Yang SY és társai. A 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő betegek végstádiumú vesebetegségének kockázati előrejelzési modelljének kidolgozása és validálása. Sci Rep. 2017; 7(1):10177.
5. Valderra'bano F, Jofre R, Lo'pez-Go'mez JM. Életminőség végstádiumú vesebetegeknél. Am J Kidney Dis. 2001; 38(3):443–64.
6. terem PM. A diabéteszes nephropathia progressziójának megelőzése. Diabetes Spectr. 2006; 19. (1): 18–24.
7. Hsia DS, Grove O, Cefalu WT. Frissítés a nátrium-glükóz társtranszporter-2 inhibitorokról a diabetes mellitus kezelésében. Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes. 2017; 24. (1):73–79.
8. Perkovic V, Jardine MJ, Neal B, Bompoint S, Heerspink HJL, Charytan DM és mások. A kanagliflozin és a vese kimenetele 2-es típusú cukorbetegségben és nefropátiában. N Engl J Med. 2019; 380(24):2295–2306.
9. Sarafidis PA, Tapas A. Empagliflozin, cardiovascularis kimenetelek és mortalitás 2-es típusú cukorbetegségben. N Engl J Med. 2016; 374(11):1092.
10. Wiviott SD, Raz I, Bonaca MP, Mosenzon O, Kato ET, Cahn A és mások. A dapagliflozin és a kardiovaszkuláris eredmények a 2-es típusú cukorbetegségben. N Engl J Med. 2019; 380(4):347–357.
11. Brown E, Rajeev SP, Cuthbertson DJ, Wilding JPH. A nátrium-glükóz társtranszporter-2 inhibitorok hatásmechanizmusának, metabolikus profiljának és hemodinamikai hatásainak áttekintése. Diabetes Obes Metab. 2019; 21 Suppl 2:9–18.
12. Heerspink HJL, Stefansson BV, Chertow GM, Correa-Rotter R, Greene T, Hou FF és társai. A Dapagliflozin és a krónikus vesebetegség (DAPA-CKD) nemkívánatos kimeneteleinek megelőzése randomizált, kontrollos vizsgálat indoklása és protokollja. Nephrol Dial Transplant. 2020; 35(2):274–282.
13. Bae JH, Park EG, Kim S, Kim SG, Hahn S, Kim NH. A nátrium-glükóz kotranszporter 2 gátlók hatása a 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő betegek vese kimenetelére: A randomizált, kontrollált vizsgálatok szisztematikus áttekintése és metaanalízise. Sci Rep. 2019; 9(1):13009.
14. Domon A, Katayama K, Tochigi Y, Suzuki H. Characterization of novel nonobese type 2 diabetes patkány model with enlarged neerus. J Diabetes Res. 2019; 2019:8153140. PMID: 31467929
15. Vallon V, Gerasimova M, Rose MA, Masuda T, Satriano J, Mayoux E és munkatársai. Az SGLT2 inhibitor empagliflozin csökkenti a vese növekedését és az albuminuriát a hiperglikémiával arányosan, és megakadályozza a glomeruláris hiperfiltrációt diabéteszes Akita egerekben. Am J Physiol Renal Physiol. 2014; 306. (2): F194–204.
16. Vickers SP, Cheetham SC, Headland KR, Dickinson K, Grempler R, Mayoux E és társai. A nátrium-glükóz kotranszporter-2 gátló empagliflozin orlisztáttal vagy szibutraminnal kombinálva tovább javítja a cafeteria diétával etetett elhízott patkányok testtömegének csökkenését és glükóz homeosztázisát. Diabetes Metab Syndr Obes. 2014; 7:265–75.
17. Glastras SJ, Chen H, The R, McGrath RT, Chen J, Pollock CA, et al. A cukorbetegség, az elhízás és a kapcsolódó vesebetegség egérmodellei. PLoS One. 2016; 11(8):e0162131.
18. Badawy AA, Morgan CJ, Turner JA. A Phenomenex EZ:faast™ aminosavelemző készlet alkalmazása a plazma triptofán és agyi felvételi versenytársai koncentrációinak gyors gázkromatográfiás meghatározására. Aminosavak. 2008; 34(4):587–96.
19. Michishita M, Saito N, Nozawa S, Furumoto R, Nakagawa T, Sato T et al. Metabolit profilalkotás kutya emlő adenokarcinóma sejtvonalakból származó gömbképző sejtekben gázkromatográfiás tömegspektrometriával. J Vet Med Sci. 2019; 81(9):1238–1248.
20. Kamijo-Ikemori A, Sugaya T, Kimura K. Urinary fatty acid-binding protein in renal disease. Clin Chim Acta. 2006; 374 (1–2): 1–7.