Empagliflozin Memperbaiki Simptom Diabetes Dan Disfungsi Tubular Renal dalam Model Tikus Diabetes Dengan Buah Pinggang Pembesaran (DEK)

Hubungi: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mel:audrey.hu@wecistanche.com

Ayaka Domon¹, Kentaro KatayamaID¹, Touko Sato², Yuki Tochigi¹, Hiroyuki Tazaki², Hiroetsu SuzukiID^1*

Abstrak

Latar belakang: Sodium-glucose cotransporter 2 (SGLT2) inhibitors digunakan secara meluas untuk mengurangkan hiperglikemia. Kajian ini menyiasat kesan perencat SGLT2, empagliflozin, pada hiperglikemia dalam model tikus novel diabetes jenis 2 bukan obesiti dengan pembesaranbuah pinggang(DEK). Methods: Male DEK rats with non-fasting blood glucose concentrations ≤300 mg/dl and >300 mg/dl masing-masing dikelaskan sebagai bukan diabetes dan kencing manis. Kumpulan tikus bukan diabetes (kawalan) dan kencing manis (DM-cont) diberi makan chow standard selama 12 minggu, manakala kumpulan tikus diabetes (DM-empa) yang lain diberi makan chow standard yang mengandungi empagliflozin (300 mg/kg/hari) selama 12 minggu . Glukosa darah, berat badan, toleransi glukosa, pengambilan makanan dan air, isipadu air kencing, plasma, dan parameter biokimia air kencing, dan ketumpatan mineral tulang diukur, danbuah pinggangdan pankreas dianalisis secara histologi. Keputusan: Rawatan dengan empagliflozin mengurangkan kepekatan glukosa darah dan pengambilan makanan pada tikus diabetes, tetapi menghalang kehilangan adeps reins dan membawa kepada penambahan berat badan. Empagliflozin melemahkan poliuria dan polidipsia tetapi meningkatkan kepekatan plasma jumlah kolesterol, natrium, dan jumlah protein ke arah paras normal. Empagliflozin juga mengurangkan dengan ketara perkumuhan protein dan elektrolit melalui air kencing dan memulihkan ketumpatan mineral tulang dan kepekatan plasma valine dan isoleucine ke paras normal. Selain itu, pelebaran tubul renal danbuah pinggangpembesaran tidak dilemahkan dalam kumpulan DM-empa. Kesimpulan: Tindak balas tikus DEK terhadap empagliflozin berbeza daripada model haiwan diabetes yang lain, menunjukkan bahawa tikus DEK mempunyai ciri unik untuk mengkaji dan menilai pelbagai kesan biologi perencat SGLT2. Penemuan ini juga menunjukkan bahawa empagliflozin boleh memperbaiki metabolisme sistemik dan bertambah baikbuah pinggangfungsi tubul dalamkencing manissyarat.

Cistanche tubulosa menghalangbuah pinggangpenyakit, klik di sini untuk mendapatkan sampel

pengenalan

Prevalens diabetes mellitus (DM) di seluruh dunia terus meningkat, dengan jumlah pesakit dianggarkan mencapai 700 juta menjelang 2045 [1]. Kira-kira 90-95 peratus daripada pesakit ini mempunyai DM jenis 2, yang dicirikan oleh pengurangan progresif rembesan insulin dengan atau tanpa rintangan insulin [2] dan merupakan faktor risiko utama untuk penyakit buah pinggang dan kardiovaskular [3]. DM Jenis 2 ialah penyebab utama kegagalan buah pinggang peringkat akhir (ESRD), dengan nefropati diabetik, juga dipanggil diabetesbuah pinggangpenyakit, bertanggungjawab untuk ESRD dalam 20-40 peratus daripada pesakit ini [4]. Pesakit dengan ESRD memerlukan dialisis atau pemindahan buah pinggang untuk mengekalkan keadaan normalfungsi buah pinggang. Prosedur ini meletakkan beban sosial dan ekonomi kepada masyarakat dan individu, serta menjejaskan kualiti hidup pesakit [5]. Oleh itu, usaha diperlukan untuk mencegah atau memperbaiki DM dan nefropati diabetik [6].

Sodium-glucose cotransporter 2 (SGLT2) inhibitors ialah kelas baru ubat anti-diabetes yang bertindak secara bebas daripada insulin endogen [7]. Inhibitor SGLT2 mengurangkan kepekatan glukosa darah dengan menghalang penyerapan semula glukosa pada tubul renal proksimal [7]. Inhibitor SGLT2 juga mempunyai kesan yang baik terhadap komplikasi buah pinggang dan kardiovaskular DM [8-10], serta meningkatkan metabolisme [11], yang semuanya tidak bergantung pada kesan penurunan glukosa mereka. Tambahan pula, perencat SGLT2 meningkatkan hasil buah pinggang pada pesakit bukan DM dengan kronikbuah pinggangpenyakit [12]. Walau bagaimanapun, kesan perencat SGLT2, termasuk hasil buah pinggang, berbeza-beza di kalangan pesakit [13]. Variasi ini mungkin mencerminkan perbezaan dalam pelbagai faktor, termasuk kecenderungan genetik, status metabolik, hemodinamik dan gaya hidup.

Kami baru-baru ini menubuhkan strain tikus baru DM jenis 2 bukan obesiti dengan pembesaranbuah pinggang(DEK) daripada LEA. Strain congenik haiwan peliharaan. Dalam strain DEK, kira-kira 50 peratus lelaki menunjukkan diabetes pada usia 30 minggu. Tikus diabetes ini menunjukkan pengurangan progresif dalam kepekatan insulin plasma akibat kehilangan sel pankreas, peningkatan parenkim buah pinggang, dan pembesaran yang ketarabuah pinggangdengan pelebaran tubul renal [14]. Tikus DEK juga menunjukkan pengurangan dalam kepekatan plasma jumlah kolesterol (TCHO), jumlah protein, dan albumin [14]. Ciri histologi dan metabolik ini adalah unik kepada tikus DEK, membezakan model ini daripada model haiwan diabetes yang lain dan mencadangkan bahawa tikus DEK boleh berguna untuk mengkaji kesan farmakologi ubat antidiabetik padabuah pinggangdan metabolisme. Oleh itu, kajian ini menilai kesan perencat SGLT2, empagliflozin pada buah pinggang dan metabolisme sistemik tikus DEK.

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 >300 mg/dl dikelaskan sebagai bukan diabetes dan kencing manis, masing-masing [14]. Semua tikus dikekalkan dalam keadaan konvensional, termasuk cahaya 14:10 jam: kitaran gelap, suhu bilik 20 ± 2˚C, dan kelembapan relatif 50±10 peratus . Semua kajian haiwan telah diluluskan oleh Jawatankuasa Penjagaan dan Penggunaan Haiwan Universiti Veterinar dan Sains Hayat Nippon dan telah dilakukan mengikut Garis Panduan Jawatankuasa Penjagaan dan Penggunaan Haiwan NipponVeterinary dan Universiti Sains Hayat.

Male rats with blood glucose concentrations >300 mg/dl pada umur 15-20 minggu dalam strain DEK dibahagikan secara rawak kepada kumpulan diet empagliflozin (DM-empa) (n=5) dan kumpulan diet standard (DM-cont) (n {{6} }) dalam masa 2–3 minggu selepas mengalami DM. Tikus jantan dengan bukan DM (paras glukosa darah masih lebih rendah daripada 300 mg/dl pada usia 30 minggu) dalam strain DEK ditakrifkan sebagai kawalan (n=12). Kumpulan kawalan dan DM-cont mempunyai akses ad libitum kepada air dan diet standard (CR-LPF, Oriental Yeast Co., Ltd., Tokyo. Jepun) selama 12 minggu, manakala tikus dalam kumpulan DM-empa mempunyai akses ad libitum kepada air dan diet standard ditambah empagliflozin (300 mg/kg; Eli Lilly Jepun; Kobe, Jepun). Dos empagliflozin direka dengan merujuk kepada laporan sebelumnya [15, 16]. Kepekatan glukosa darah tidak berpuasa, berat badan, dan pengambilan makanan diukur setiap minggu. Semua tikus dikorbankan selepas 12 minggu, dan merekabuah pinggang, pankreas, dan sampel darah telah dikumpulkan. Kami menetapkan titik akhir yang berperikemanusiaan untuk mana-mana haiwan yang menurunkan 25 peratus berat badan atau menunjukkan gejala yang dikaitkan dengan sakit teruk. Walau bagaimanapun, tiada tikus yang menunjukkan penurunan berat badan yang teruk dan keadaan sakit dalam kajian ini.

Ujian Toleransi Glukosa Lisan (OGTT)

Ujian toleransi glukosa oral (OGTT) dilakukan sehari selepas tempoh rawatan 12 minggu, seperti yang diterangkan [14]. Secara ringkas, tikus dipuasakan selama 16 jam dan diberikan 2g/kg berat badan (BW) glukosa secara lisan. Darah diperoleh daripada urat ekor, dan kepekatan glukosa diukur 0, 30, 60, 120, 180, dan 240 minit selepas pemuatan glukosa. Sampel darah juga dikumpul daripada vena jugular di bawah bius isoflurane yang dikawal oleh bius haiwan kecil (TK-7, Biomachinery, Chiba, Jepun) pada 0, 30 dan 60 minit selepas pemuatan glukosa, dicampur dengan heparin dan disentrifugasi. selama 15 minit pada 4˚C untuk mendapatkan plasma. Kepekatan insulin plasma diukur menggunakan Kit ELISA Insulin Tikus LBIS (RTU) (Shibayagi, Gunma, Jepun).

Pengukuran parameter buah pinggang

Semasa minggu ke-12, tikus ditempatkan secara individu dalam sangkar metabolik selama 24 jam, dan jumlah air kencing dan jumlah air minuman diukur [14]. Kepekatan urin kreatinin (Cre), nitrogen urea (UN), kalsium (Ca), Na-K-Cl, dan glukosa (Glu) diukur dengan Dri Chem 3500V (FUJIFILM, Tokyo, Jepun). Kepekatan protein dalam air kencing diukur menggunakan Protein Assay Rapid Kit Wako II (FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation, Tokyo, Jepun). Darah dikumpulkan dari vena caudal di bawah anestesia isoflurane, dan kepekatan plasma UN, albumin (Alb), jumlah protein (TP), jumlah kolesterol (Tcho), Ca, dan Na K-Cl diukur menggunakan Dri-Chem 3500V. Kepekatan plasma Cre diukur menggunakan FUJIFILM VET Systems Co., Ltd. (Tokyo, Jepun). Kelegaan kreatinin (Ccre), glukosa (Cglu), kalsium (Cca), natrium (Can), kalium (Ck), dan klorin (Ccl) dikira menggunakan formula:

Pembersihan (Cx) (ml/min/kg)=[kepekatan air kencing (mg/dl atau mEq/l) × isipadu air kencing (ml/ min)] / kepekatan plasma (mg/dl atau mEq/l) / berat badan (kg).

Penyingkiran pecahan glukosa (FEglu), kalsium (FEca), natrium (FEna), kalium (FEk), dan klorin (FEcl) dikira menggunakan formula:

Penyingkiran pecahan (FEx) ( peratus )=Cx (ml/min/kg) / Ccre (ml/min/kg) × 100.

Kepekatan urin pengikat asid lemak hati (L-FABP) diukur menggunakan kit Mouse/Rat FABP1/L-FABP (R&D Systems, Inc., MN, USA)

Histologi, imunofluoresensi, dan pengiraan kawasan positif insulin

Haiwan telah dimatikan dengan dos berlebihan natrium pentobarbital selepas tempoh rawatan 12 minggu. Thebuah pinggangdan pankreas dikeluarkan dari setiap tikus yang dimatikan dan ditimbang. Sampel tisu telah ditetapkan dengan 4 peratus paraformaldehid dalam salin penampan fosfat (PBS), tertanam dalam parafin mengikut prosedur standard, dan dibelah pada ketebalan 1 μm atau 4 μm untuk pewarnaan asid-Schiff (PAS) dan imunofluoresensi berkala. Pelebaran tubular renal telah dijaringkan seperti yang diterangkan sebelum ini [17]. Sepuluh medan rawak tidak bertindih 40 x dibesarkan bagi korteks buah pinggang dan kawasan juxtamedulari telah dijaringkan. Pelebaran tiub telah dijaringkan pada skala {{10}}–3, dengan 0, 1, 2 dan 3 menunjukkan 0,<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 >10 bahagian pulau kecil setiap tikus menggunakan perisian Image J, dan peratusan kawasan positif insulin bagi setiap kawasan pulau kecil telah dikira.

Analisis densitometri tulang femur

Femur telah dikeluarkan daripada empat eutanasi kawalan bukan DM, tiga DM-cont, dan tiga tikus DM-empa selepas tempoh rawatan 12 minggu dan diimbas dengan sistem mikro-CT (Latheta LCT-100, Aloka, Tokyo, Jepun) . Ketumpatan mineral tulang (BMD, mg/cm3) dan kandungan mineral tulang (BMC, mg) dikira menggunakan perisian Latheta.

Analisis kromatografi gas-spektrometri jisim (GC-MS) asid amino plasma

Sampel plasma diperolehi daripada 30-tikus kawalan berumur seminggu dan daripada tikus DM cont dan DM-empa berumur 27–32 minggu selepas 12-tempoh rawatan minggu. Sampel plasma telah dirawat dengan Phenomenex EZ: kit analisis AA cepat (Phenomenex, Torrance, CA), dengan norvalin digunakan sebagai piawaian dalaman [18]. Perisian penyelesaian GCMS-QP2010Plus dan GCMS (Shimadzu, Kyoto, Jepun) digunakan untuk analisis GC-MS [19].

Analisis statistik

Keputusan, yang dibentangkan sebagai min ± ralat piawai (SE), dibandingkan dalam dua kumpulan oleh ujian-t pelajar dua ekor dan dalam berbilang kumpulan oleh ujian Tukey-Kramer. Nilai-p < 0.05="" dianggap="" signifikan="" secara="">

Keputusan

Keadaan umum yang berkaitan dengan diabetes

Pengukuran mingguan pengambilan makanan menunjukkan bahawa anggaran purata pengambilan makanan harian adalah lebih tinggi sedikit dalam DM-cont berbanding kumpulan DM-empa (36.9±1.5 g lwn. 34.3±1.0 g). Anggaran dos harian empagliflozin dalam kumpulan DM-empa ialah 23.7±0.7 mg/kg berat badan (BW). Empagliflozin secara mendadak mengurangkan kepekatan glukosa darah sehari selepas memulakan rawatan, daripada 404.6±36.3 mg/dl kepada 143.8±14.6 mg/dl), dengan glukosa darah dalam kumpulan DM-empa jauh lebih rendah daripada DM. -samb kumpulan semasa 12-tempoh rawatan minggu (Rajah 1A). Tahap dalam DM-empa ini telah menyerupai kawalan biasa dengan diet biasa (147.{{4{0}}±1.2 mg/dl) [14]. BW secara beransur-ansur meningkat dengan usia dalam kumpulan DM-empa, tetapi tidak dalam kumpulan DM-cont (Rajah 1B), dengan BW akhir selepas 12 minggu ialah 444.6±18.0 g dalam DM empa dan 372.3±26.4 g dalam DM- kumpulan samb. Pada usia yang sama, berat badan kawalan adalah kira-kira 533.4±9.8 g [14]. Selaras dengan penambahan berat badan, adeps reins (1.4±0.2 g) kekal dalam DM-empa tetapi tidak dalam kumpulan DM-cont.

Tikus DEK yang terjejas sebelum ini ditunjukkan untuk menunjukkan intoleransi glukosa yang teruk, tiada rembesan insulin sebagai tindak balas kepada pemuatan glukosa, dan kehilangan sel [14]. Kami memeriksa sama ada empagliflozin meningkatkan toleransi glukosa dan rembesan insulin dan menghalang kehilangan sel. Tahap glukosa darah selepas 16 jam berpuasa adalah jauh lebih rendah dalam DM-empa berbanding kumpulan DMcont, seperti paras glukosa darah 60-240 minit selepas pemuatan glukosa (Rajah 1C). Perubahan glukosa darah yang berkaitan dengan masa dalam OGTT DM-empa hampir menyerupai pada tikus kawalan bukan diabetes daripada ketegangan DEK [14]. Walau bagaimanapun, rembesan insulin-induksi glukosa tidak berlaku dalam kedua-dua kumpulan (Rajah 1D). Pewarnaan imunofluoresen insulin di pulau pankreas menunjukkan tiada atau samar isyarat insulin dalam kumpulan DM-cont dan hampir 100 peratus isyarat positif dalam tikus kawalan, manakala isyarat insulin yang lemah, terdiri daripada 24.2±3.5 peratus setiap kawasan pulau kecil diperhatikan dalam tiga tikus di Kumpulan DM-empa (Rajah 2).

Parameter metabolik dan buah pinggang dan densitometri tulang

Pengukuran parameter metabolik selepas tempoh rawatan 12 minggu menunjukkan bahawa pengambilan makanan adalah jauh lebih rendah dalam DM-empa berbanding kumpulan DM-cont dalam kedua-dua nilai relatif (Rajah 3A) dan mutlak (S1 Rajah). Di samping itu, pengambilan air (Rajah 3B, S1 Rajah) dan jumlah air kencing (Rajah 3C, S1 Rajah) adalah kira-kira 50 peratus lebih rendah dalam DM-empa berbanding kumpulan DM-cont.

Pada penghujung 12-tempoh rawatan minggu, kepekatan Tcho, Cre, Alb, TP dan Na plasma adalah jauh lebih rendah dalam DM-cont berbanding dalam kumpulan kawalan, dengan kebanyakan pengurangan ini dalam DM-cont. kumpulan menunjukkan pemulihan separa dalam kumpulan DM-empa. Khususnya, kepekatan plasma Tcho, TP, dan Na adalah lebih tinggi dalam DM-empa berbanding kumpulan DM-cont, walaupun semua kepekatan ini lebih rendah dalam DM-empa berbanding kumpulan kawalan. Tahap Alb dan Cre Plasma juga lebih tinggi dalam DM-empa berbanding kumpulan DM-cont, tetapi perbezaan ini tidak signifikan secara statistik (Jadual 1). Perkumuhan glukosa, UN, Ca, Na, K, Cl, dan protein melalui kencing adalah lebih tinggi dalam DM-cont berbanding kumpulan kawalan, dengan kebanyakan peningkatan ini dikurangkan dalam kumpulan DM-empa. Khususnya, perkumuhan kencing Glu, UN, Na, K, dan Cl jauh lebih rendah dalam DM-empa berbanding kumpulan DM-cont, walaupun semua perkumuhan ini jauh lebih tinggi dalam DM-empa berbanding kumpulan kawalan. . Peningkatan perkumuhan air kencing Ca dan protein juga dikurangkan dalam kumpulan DM-empa, tanpa perbezaan yang ketara antara kumpulan DM-empa dan kawalan (Jadual 2). Kecuali Ccre, yang tidak berbeza dengan ketara di antara ketiga-tiga kumpulan, semua pelepasan dan perkumuhan pecahan yang diperiksa adalah jauh lebih tinggi dalam DM-cont berbanding kumpulan kawalan (Jadual 3). Selain itu, kecuali Cglu dan FEglu, yang kekal lebih tinggi dalam kumpulan DM-empa, kebanyakan peningkatan dalam kumpulan DM-cont telah dikurangkan dalam kumpulan DM-empa. Khususnya, Cca, Cna, dan Ccl jauh lebih rendah dalam DM-empa berbanding kumpulan DM-cont tetapi kekal lebih tinggi dalam DM-empa berbanding kumpulan kawalan (Jadual 3).

BMD femoral jauh lebih rendah dalam DM-cont berbanding kumpulan kawalan, dengan empagliflozin didapati memulihkan BMD femoral dalam kumpulan DM-empa (Jadual 4). BMC cenderung lebih tinggi dalam DM-empa berbanding kumpulan DM-cont, tetapi perbezaannya tidak signifikan secara statistik (Jadual 4)

Patologi buah pinggang

Tikus DEK yang terjejas mempamerkan pembesaran buah pinggang yang progresif dengan tubul yang diluaskan [14]. Walaupun rawatan empagliflozin secara mendadak mengurangkan tahap glukosa darah, ia tidak berkurangan

berat buah pinggang, yang serupa dalam kumpulan DM-empa dan DM-cont (2.35±0.08 g lwn. 2.24 ±0.08 g). Pemeriksaan histologi menunjukkan bahawa pelebaran teruk adalah menonjol dalam tubulus buah pinggang kawasan juxtamedullary dalam kedua-dua tikus DM-cont dan DM-empa (Rajah 4A). Empagliflozin tidak melemahkan pelebaran dalam tubul renal (Rajah 4B dan 4C). Selaras dengan ini, perkumuhan air kencing L-FABP, biomarker kecederaan tubular renal [20], adalah lebih tinggi dalam DM-cont dan DM-empa berbanding Control, dan tidak ada perbezaan antara DM-cont dan DM-empa ( Rajah 4D dan 4E). Seperti yang dilaporkan sebelum ini [14], tiada lesi glomerular tipikal seperti hipertrofi dalam Control, DM-cont, dan DM-empa (Rajah 4F).

Analisis GC-MS asid amino plasma

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.

Sarcosine plasma cenderung lebih tinggi dalam DM-cont berbanding kumpulan kawalan, dengan empagliflozin meningkatkan lagi sarkosin plasma. Sebaliknya, tryptophan plasma cenderung lebih rendah dalam DM-cont berbanding kumpulan kawalan, dengan empagliflozin mengurangkan lagi tryptophan plasma (Jadual 5). Tahap glisin plasma adalah serupa dalam kumpulan DM-cont dan kawalan tetapi jauh lebih tinggi dalam DM-empa berbanding dua kumpulan lain. Kepekatan glutamin dan ornitin jauh lebih rendah dalam DM-cont berbanding kumpulan kawalan dan tidak dipulihkan dengan rawatan empagliflozin. Berbanding dengan kumpulan kawalan, asid aminobutyric plasma jauh lebih rendah dalam kumpulan DM-cont, dengan empagliflozin mengurangkan lagi kepekatannya. Kepekatan valine dan isoleucine plasma jauh lebih tinggi dalam DM-cont berbanding kumpulan kawalan, dengan kepekatan ini dikembalikan ke tahap kawalan dengan rawatan empagliflozin.

Perbincangan

Inhibitor SGLT2 mengurangkan tahap glukosa darah dengan cara yang bebas insulin dan menunjukkan kesan renoprotektif pada pesakit dengan DM jenis 2, serta dalam beberapa model haiwan [8, 12, 21-23]. Kebanyakan kajian haiwan dengan perencat SGLT2 telah dijalankan pada haiwan obes dengan jenis 2 DM [22, 24-28]. Walau bagaimanapun, ramai pesakit DM jenis 2, terutamanya di Asia, tidak obes [29]. Kesan perencat SGLT2 pada pesakit dengan lesi buah pinggang atau diabetes bukan obes masih tidak jelas [29, 30]. Kajian ini menyiasat kesan empagliflozin pada metabolisme, fungsi buah pinggang, dan histopatologi dalam tikus DEK, model tikus diabetes bukan obes dengan kecenderungan untuk buah pinggang yang diperbesarkan [14]. Berbanding dengan model haiwan diabetes dengan obes, fenotip tikus DEK diabetes dicirikan oleh pengurangan progresif kepekatan insulin plasma akibat kehilangan sel pankreas, dan bukannya rintangan insulin, supaya tikus DEK diabetes menunjukkan penurunan BW dan lemak dengan perkembangan DM. Di samping itu, tikus DEK diabetes menunjukkan peningkatan parenkim buah pinggang dan pembesaran buah pinggang yang ketara dengan pelebaran tubul renal [14].

Inhibitor SGLT2 menggalakkan penggunaan lemak, otot, dan asid amino sebagai sumber tenaga [31-33], mengurangkan jisim lemak dan BW pada manusia dan haiwan yang obes [28, 34, 35]. Kehilangan jisim lemak dan penurunan berat badan juga telah diperhatikan dalam tikus diabetes bukan obes yang dirawat dengan perencat SGLT2 [31]. Di samping itu, kedua-dua manusia dan tikus yang dirawat dengan perencat SGLT2 menunjukkan hiperfagia pampasan untuk mengekalkan keseimbangan tenaga dan nutrien mereka [27, 32, 36]. Dalam kajian ini, rawatan empagliflozin menurunkan paras glukosa darah tikus DEK dalam masa 24 jam, dengan kepekatan yang lebih rendah ini dikekalkan sepanjang 12-tempoh rawatan minggu, sama seperti kajian lain tentang perencat SGLT2 [15, 24]. Berbeza dengan penemuan sebelumnya [27, 28,36], kami mendapati bahawa rawatan empagliflozin mengurangkan pengambilan makanan dan melemahkan kehilangan adeps reins dan perencatan keuntungan BW. Keputusan yang tidak dijangka ini mungkin dikaitkan dengan peningkatan dalam keseimbangan tenaga. Pada mulanya, perkumuhan glukosa kencing adalah jauh lebih rendah dalam DM-empa berbanding tikus DM-cont, walaupun Cglu yang ketara lebih tinggi dalam kumpulan DM empa terhasil daripada perencatan lengkap penyerapan semula glukosa, dengan FEglu hampir 100 peratus . Penemuan ini disokong lagi oleh pengurangan ketara dalam perkumuhan UN kencing, parameter katabolisme protein, walaupun tahap BUN normal, dalam kumpulan DM-empa [37]. Di samping itu, peningkatan dalam TP plasma dan penurunan protein kencing dalam kumpulan DM-empa menunjukkan bahawa empagliflozin meningkatkan pengekalan protein. Pengekalan dan penggunaan glukosa dan pengembalian daripada katabolik kepada keadaan berasimilasi pada tikus yang dirawat dengan empagliflozin mungkin disebabkan oleh kejayaannya mengawal paras glukosa darah.

Inhibitor SGLT2 telah ditunjukkan untuk meningkatkan jumlah air kencing, dengan peningkatan dalam penyerapan semula tiub mengimbangi kehilangan dalam cecair badan dan elektrolit [21, 25, 38]. Oleh itu, jumlah air kencing meningkat serta-merta selepas permulaan rawatan perencat SGLT2, tetapi rawatan jangka panjang boleh mengurangkan kedua-dua jumlah air kencing dan pengambilan air [38, 39]. Walaupun tahap Cre plasma jauh lebih rendah dalam DM-cont dan DM-empa berbanding kumpulan Control, Ccre tidak berbeza dengan ketara di kalangan kumpulan kawalan, DM-cont, dan DM-empa. Oleh itu, oleh kerana tiada bukti jelas mengenai hipertrofi glomerular dalam tikus DEK-DM [14], hiperfiltrasi glomerular mungkin hampir tidak berlaku atau menjadi ringan dalam DM-cont. Di samping itu, buah pinggang yang diperbesarkan dengan peningkatan parenkim mungkin telah meningkatkan bilangan nefron, menunjukkan bahawa buah pinggang yang diperbesar dalam kedua-dua DM-cont dan DM-empa mungkin berkaitan dengan pengurangan tahap Cre plasma. Oleh itu, jumlah air kencing yang berkurangan dalam kumpulan DM-empa mungkin disebabkan oleh peningkatan dalam penyerapan semula air dalam tubul renal, bukan daripada kadar penapisan glomerular yang berkurangan. Secara keseluruhannya, peningkatan perkumuhan air kencing elektrolit dalam kumpulan DM-cont telah dilemahkan dalam kumpulan DM empa, menunjukkan bahawa kepekatan plasma elektrolit yang berkurangan dalam kumpulan DM-cont telah dilemahkan oleh rawatan empagliflozin melalui peningkatan fungsi tiub buah pinggang. Hipotesis ini disokong oleh pengurangan konsisten pelepasan mereka dengan penurunan perkumuhan pecahan dalam kumpulan DM-empa.

Inhibitor SGLT2 telah dilaporkan mempunyai kesan buruk pada tulang [31, 40]. Oleh kerana osteoporosis adalah komplikasi DM yang biasa, kami membandingkan BMD dan BMC dalam tiga kumpulan tikus. BMD dan BMC jauh lebih rendah dalam DM-cont berbanding kumpulan kawalan, tetapi pengurangan ini telah dilemahkan dalam kumpulan DM-empa. Selain itu, peningkatan BMD dan BMC dalam kumpulan DM-empa ini disertai dengan pengurangan dalam perkumuhan Ca urin. Oleh kerana tahap Ca plasma dikawal dengan ketat, tidak terdapat perbezaan yang ketara dalam tahap Ca plasma di kalangan kumpulan kawalan, DM-cont dan DM-empa. Penemuan ini mencadangkan bahawa keseimbangan Ca negatif dalam kumpulan DM-cont mungkin diimbangi oleh mobilisasi a dari tulang ke dalam peredaran, dengan keadaan ini dilemahkan sebahagiannya oleh fungsi tubular renal Ca yang lebih baik dalam kumpulan DM-empa.

Pengecilan hipoproteinemia dalam kumpulan DM-empa mungkin disebabkan oleh peningkatan proteinuria. Walaupun hiperfiltrasi dan hipertrofi glomerular tidak ditunjukkan dengan jelas dalam kumpulan DM-cont, paras glukosa darah yang berkurangan boleh mengurangkan penapisan glomerular Alb. Di samping itu, peningkatan dalam penyerapan semula tubular protein dan asid amino mungkin telah menyumbang kepada sintesis protein plasma dalam hati. Tikus DEK yang terjejas dicirikan oleh kepekatan Tcho plasma yang rendah [14]. Oleh kerana peningkatan pengeluaran Alb disertai dengan peningkatan pengeluaran Tcho dalam hati [41], tahap Tcho plasma yang lebih tinggi dalam kumpulan DM-empa mungkin dikaitkan dengan peningkatan pengeluaran hati Alb. Yang terakhir ini mungkin disebabkan oleh peningkatan asid amino dan bekalan tenaga yang berkaitan dengan penambahbaikan dalam pengekalan protein dan keseimbangan tenaga.

Homeostasis asid amino rantai bercabang (BCAA) sebahagian besarnya ditentukan oleh aktiviti katabolik BCAA dalam tisu [42], dengan kecacatan dalam homeostasis BCAA dianggap sebagai indeks rintangan insulin atau keadaan diabetes [43-45]. Analisis GC-MS asid amino kami menunjukkan bahawa kepekatan plasma valine dan isoleucine dalam tikus DM-empa adalah sama dengan tikus kawalan bukan diabetes, menunjukkan bahawa rawatan empagliflozin memperbaiki katabolisme protein dan keadaan diabetes. Di samping itu, kami mendapati bahawa peningkatan khusus empagliflozin dalam paras glisin plasma dikaitkan dengan peningkatan diabetes. Menariknya, paras glisin plasma yang rendah telah diperhatikan dalam diabetes manusia [46], dan pentadbiran glisin didapati mendorong kesan antioksidatif dan renoprotektif pada tikus dengan diabetes yang disebabkan oleh streptozotocin [47]. Oleh itu, paras glisin plasma yang lebih tinggi mungkin dikaitkan dengan pengurangan tekanan oksidatif dan nefropati diabetik dalam pesakit diabetes dan haiwan eksperimen yang dirawat dengan empagliflozin. Tahap plasma asid amino dipengaruhi oleh penggunaannya oleh tisu dan organ di seluruh badan dan bergantung kepada keadaan anabolik dan katabolik. Kajian lanjut diperlukan untuk menentukan bagaimana perubahan dalam tahap ini dan asid amino lain berkaitan dengan keadaan metabolik.

Inhibitor SGLT2 memberikan kesan renoprotektif dengan menekan beberapa proses yang berkaitan dengan penyakit buah pinggang, seperti albuminuria dan peningkatan berat buah pinggang [15, 24, 48, 49]. Pelebaran tubul renal dan proteinuria adalah penanda kerosakan buah pinggang yang berkaitan dengan diabetes [50]. Walau bagaimanapun, empagliflozin tidak dapat menyekat pembesaran tubul renal dan meningkatkan perkumuhan L-FABP dalam air kencing dalam model tikus kami, tetapi meningkatkan fungsi tiub dengan ketara. Percanggahan ini mencadangkan bahawa peningkatan yang berkaitan dengan empagliflozin dalam fungsi tiub terhasil daripada kesan kecil atau sekunder yang tidak disertai dengan perubahan organik dalam tubul renal. Sebagai alternatif, kerana pelebaran tiub dengan kecederaan dan peningkatan berat buah pinggang dikekalkan dalam keadaan normoglikemik pada tikus DEK yang terjejas, perubahan ini mungkin merupakan ciri genetik yang berkaitan dengan diabetes pada tikus DEK dan bukannya sekunder kepada hiperglisemia.

Walaupun perencat SGLT2 mensasarkan tubul renal, sedikit yang diketahui tentang kesan agen ini terhadap perubahan keseluruhan dalam fungsi tubul renal, kecuali hipertrofi glomerular melibatkan cotransport tiub natrium dengan glukosa [13, 22, 24]. Kajian tentang kesan perencat SGLT2 pada fungsi tiub menunjukkan bahawa penyerapan semula air bukan sahaja ditindas oleh diuresis osmotik tetapi telah dipertingkatkan oleh pengawalan aquaporin dan pengangkut urea oleh mekanisme yang belum ditentukan [21, 25]. Sel epitelium tubular renal pesakit diabetes dipengaruhi bukan sahaja oleh tekanan osmotik glukosa yang terdapat dalam cecair tiub tetapi oleh glukosa dan natrium berlebihan yang diambil ke dalam sel melalui SGLT2. Baru-baru ini, tekanan oksidatif dalam tubul renal telah dianggap penting untuk perkembangan nefropati diabetik (DN), dan ipragliflozin menunjukkan kesan renoprotektif melalui menghalang pengeluaran berlebihan ROS dalam tubul renal [51]. Walaupun tiada perkembangan serius DN ditemui pada tikus DEK yang terjejas, tekanan oksidatif mungkin menjejaskan fungsi tiub. Pada masa ini, tiada konsensus bersatu tentang kesan perencat SGLT2 pada fungsi tiub, mencadangkan keperluan untuk kajian lanjut untuk menjelaskan mekanisme yang mana empagliflozin meningkatkan fungsi tiub dalam tikus DEK.

Inhibitor SGLT2 telah didapati untuk mengekalkan jisim sel dalam model DM jenis 1 dan obes jenis 2 DM [52, 53]. Kami mengesan sel dengan isyarat insulin yang lemah dalam kumpulan DM-empa, tetapi tiada sel dalam kumpulan DM-cont. Walau bagaimanapun, OGTT menunjukkan peningkatan sederhana dalam toleransi glukosa tanpa rembesan insulin dalam kumpulan DM-empa. Oleh kerana empagliflozin mempunyai separuh hayat yang singkat iaitu kira-kira 8 jam, paras glukosa darah yang berkurangan diperhatikan selepas puasa 16 jam dan peningkatan dalam toleransi glukosa bukan disebabkan oleh kesan sisa empagliflozin. Penemuan ini, oleh itu, mencadangkan bahawa pentadbiran jangka panjang empagliflozin mungkin meningkatkan metabolisme glukosa dan mengurangkan tahap glukosa darah secara sederhana selepas pemuatan glukosa satu pukulan dengan cara yang bebas insulin.

Kesimpulannya, keputusan kajian ini menunjukkan bahawa empagliflozin memperbaiki metabolisme sistemik dan fungsi tiub buah pinggang dalam tikus DEK, walaupun mekanisme terperinci yang mendasari tindak balas unik haiwan ini terhadap empagliflozin masih tidak jelas. Penemuan ini juga menunjukkan bahawa tikus DEK adalah model yang berguna untuk mengkaji dan menilai pelbagai kesan biologi perencat SGLT2 dalam diabetes.

Rujukan

1. Persekutuan Diabetes Antarabangsa. IDF Diabetes Atlas ed 9th. Brussels, Belgium 2019.

2. Persatuan Diabetes Amerika. Klasifikasi dan Diagnosis Diabetes. Bahagian 2. Piawaian Penjagaan Perubatan dalam Diabetes-2019. Penjagaan Diabetes. 2019; 42 (Bekalan 1): S13–S28.

3. Zheng Y, Ley SH, Hu FB. Etiologi global dan epidemiologi diabetes mellitus jenis 2 dan komplikasinya. Nat Rev Endokrinol. 2018; 14(2):88–98.

4. Lin CC, Li CI, Liu CS, Lin WY, Lin CH, Yang SY, et al. Pembangunan dan pengesahan model ramalan risiko untuk penyakit buah pinggang peringkat akhir pada pesakit diabetes jenis 2. Sci Rep. 2017; 7(1):10177.

5.Valderra´bano F, Jofre R, Lo´pez-Go´mez JM. Kualiti hidup pesakit penyakit buah pinggang peringkat akhir. Am J Ginjal Dis. 2001; 38(3):443–64.

6. Dewan PM. Pencegahan perkembangan nefropati diabetik. Spektr Diabetes. 2006; 19(1): 18–24.

7. Hsia DS, Grove O, Cefalu WT. Kemas kini tentang perencat pengangkut bersama natrium-glukosa-2 untuk rawatan diabetes mellitus. Curr Opin Endokrinol Diabetes Obes. 2017; 24(1):73–79.

8. Perkovic V, Jardine MJ, Neal B, Bompoint S, Heerspink HJL, Charytan DM, et al. Canagliflozin dan hasil buah pinggang dalam diabetes jenis 2 dan nefropati. N Engl J Med. 2019; 380(24):2295–2306.

9. Sarafidis PA, Tapas A. Empagliflozin, hasil kardiovaskular, dan kematian dalam diabetes jenis 2. N Engl J Med. 2016; 374(11):1092.

10. Wiviott SD, Raz I, MP Bonaca, Mosenzon O, Kato ET, Cahn A, et al. Dapagliflozin dan hasil kardiovaskular dalam diabetes jenis 2. N Engl J Med. 2019; 380(4):347–357.

11. Brown E, Rajeev SP, Cuthbertson DJ, Wilding JPH. Kajian semula mekanisme tindakan, profail metabolik dan kesan hemodinamik perencat-2 pengangkut bersama natrium-glukosa. Metab Obes Diabetes. 2019; 21 Suppl 2:9–18.

12. Heerspink HJL, Stefansson BV, Chertow GM, Correa-Rotter R, Greene T, Hou FF, et al. Rasional dan protokol percubaan terkawal rawak Dapagliflozin Dan Pencegahan Hasil Buruk dalam Penyakit Buah Pinggang Kronik (DAPA-CKD). Pemindahan Dail Nephrol. 2020; 35(2):274–282.

13.Bae JH, Park EG, Kim S, Kim SG, Hahn S, Kim NH. Kesan perencat natrium-glukosa cotransporter 2 pada hasil buah pinggang pada pesakit dengan diabetes jenis 2: Kajian sistematik dan meta-analisis ujian terkawal rawak. Sci Rep. 2019; 9(1):13009.

14. Domon A, Katayama K, Tochigi Y, Suzuki H. Pencirian novel model tikus diabetes jenis 2 bukan obes dengan buah pinggang yang diperbesarkan. J Diabetes Res. 2019; 2019:8153140. PMID: 31467929

15. Vallon V, Gerasimova M, Rose MA, Masuda T, Satriano J, Mayoux E, et al. Empagliflozin perencat SGLT2 mengurangkan pertumbuhan buah pinggang dan albuminuria berkadaran dengan hiperglisemia dan menghalang hiperfiltrasi glomerular dalam tikus Akita diabetes. Am J Physiol Fisiol Renal. 2014; 306(2): F194–204.

16. Vickers SP, Cheetham SC, Headland KR, Dickinson K, Grempler R, Mayoux E, et al. Gabungan perencat kotransporter-2 natrium-glukosa empagliflozin dengan orlistat atau sibutramine meningkatkan lagi pengurangan berat badan dan homeostasis glukosa tikus obes yang diberi diet kafeteria. Diabetes Metab Syndr Obes. 2014; 7:265–75.

17. Glastras SJ, Chen H, The R, McGrath RT, Chen J, Pollock CA, et al. Model tikus diabetes, obesiti dan penyakit buah pinggang yang berkaitan. PLoS One. 2016; 11(8):e0162131.

18.Badawy AA, Morgan CJ, Turner JA. Penggunaan kit analisis asid amino Phenomenex EZ:faast™ untuk penentuan gas-kromatografi pantas kepekatan tryptophan plasma dan pesaing pengambilan otaknya. Asid amino. 2008; 34(4):587–96.

19. Michishita M, Saito N, Nozawa S, Furumoto R, Nakagawa T, Sato T, et al. Pemprofilan metabolit dalam sel pembentuk sfera daripada garisan sel adenokarsinoma mamma taring menggunakan kromatografi gas-spektrometri jisim. J Vet Med Sci. 2019; 81(9):1238–1248.

20. Kamijo-Ikemori A, Sugaya T, Kimura K. Protein pengikat asid lemak kencing dalam penyakit buah pinggang. Clin Chim Acta. 2006; 374(1–2):1–7.