Empagliflozin은 신장 비대(DEK)가 있는 당뇨병의 쥐 모델에서 당뇨병 및 신세뇨관 기능 장애의 증상을 개선합니다
Mar 20, 2022
연락처: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 이메일:audrey.hu@wecistanche.com
도몬 아야카1, 카타야마 켄타로ID1, 사토 토우코2, 토치기 유키1, 타자키 히로유키2, 스즈키 히로에츠1*
추상적인
배경: SGLT2(Sodium-glucose cotransporter 2) 억제제는 고혈당을 줄이기 위해 널리 사용됩니다. 본 연구는 SGLT2 억제제인 엠파글리플로진(empagliflozin)이 비대증 제2형 당뇨병의 새로운 쥐 모델에서 고혈당증에 미치는 영향을 조사했습니다.신장(데크). Methods: Male DEK rats with non-fasting blood glucose concentrations ≤300 mg/dl and >300 mg/dl은 각각 비당뇨병과 당뇨병으로 분류되었습니다. 비당뇨병(대조군) 및 당뇨병(DM-계속) 쥐 그룹에게는 12주 동안 표준 음식을 먹인 반면, 당뇨병(DM-empa) 쥐 그룹에는 12주 동안 엠파글리플로진(300mg/kg/day)이 포함된 표준 음식을 먹였습니다. . 혈당, 체중, 내당능, 음식과 물 섭취량, 요량, 혈장 및 요중 생화학적 매개변수, 골밀도를 측정하고 이들의신장및 췌장을 조직학적으로 분석하였다. 결과: empagliflozin 치료는 당뇨병 쥐의 혈당 농도와 음식 섭취를 감소시켰지만 adeps 고삐의 손실을 억제하고 체중 증가로 이어졌습니다. 엠파글리플로진은 다뇨증과 다갈증을 약화시켰지만 총 콜레스테롤, 나트륨 및 총 단백질의 혈장 농도를 정상 수준으로 증가시켰습니다. 엠파글리플로진은 또한 단백질과 전해질의 요 배설을 상당히 감소시켰고 골밀도와 발린과 이소류신의 혈장 농도를 정상 수준으로 회복시켰습니다. 또한 신세뇨관의 확장과신장확대는 DM-empa 그룹에서 약화되지 않았습니다. 결론: 엠파글리플로진에 대한 DEK 쥐의 반응은 다른 당뇨병 동물 모델의 반응과 달랐으며, 이는 DEK 쥐가 SGLT2 억제제의 다중 생물학적 효과를 연구하고 평가하는 데 고유한 특성을 가지고 있음을 시사합니다. 이러한 결과는 또한 엠파글리플로진이 전신 대사를 개선하고신장세뇨관 기능당뇨병 환자정황.
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소개
전 세계적으로 진성 당뇨병(DM)의 유병률은 계속 증가하고 있으며, 환자 수는 2045년까지 7억 명에 이를 것으로 추정됩니다[1]. 이들 환자의 약 90-95%가 인슐린 저항성이 있거나 없는 점진적인 인슐린 분비 감소를 특징으로 하는 제2형 당뇨병을 갖고[2], 이는 신장 및 심혈관 질환의 주요 위험 인자입니다[3]. 제2형 당뇨병은 당뇨병성 신증(당뇨병성 신증이라고도 함)과 함께 말기 신부전(ESRD)의 주요 원인입니다.신장이러한 환자의 20-40%에서 ESRD의 원인이 되는 질병[4]. ESRD 환자는 정상 상태를 유지하기 위해 투석 또는 신장 이식이 필요합니다.신장 기능. 이러한 절차는 환자의 삶의 질에 영향을 줄 뿐만 아니라 사회와 개인에게 사회적, 경제적 부담을 줍니다[5]. 따라서 당뇨병 및 당뇨병성 신병증을 예방하거나 개선하기 위한 노력이 필요합니다[6].
SGLT2(Sodium-glucose cotransporter 2) 억제제는 내인성 인슐린과 독립적으로 작용하는 새로운 종류의 항당뇨병 약물입니다[7]. SGLT2 억제제는 근위 세뇨관에서 포도당 재흡수를 억제하여 혈당 농도를 감소시킵니다[7]. SGLT2 억제제는 또한 당뇨병의 신장 및 심혈관 합병증[8-10]과 신진대사 개선[11]에 유익한 효과가 있으며, 이들 모두는 포도당 강하 효과와 부분적으로 독립적입니다. 또한, SGLT2 억제제는 만성 질환이 있는 비DM 환자의 신장 결과를 개선합니다.신장질병 [12]. 그러나 신장 결과를 포함한 SGLT2 억제제의 효과는 환자마다 다릅니다[13]. 이러한 변이는 유전적 소인, 대사 상태, 혈역학 및 생활 방식을 포함한 여러 요인의 차이를 반영할 수 있습니다.
우리는 최근에 비비만 2형 DM의 새로운 쥐 계통을 확립했습니다.신장(DEK) LEA. PET-애완동물 유전 균주. DEK 계통에서는 남성의 약 50%가 30주령까지 당뇨병을 보입니다. 이 당뇨병 쥐는 췌장 세포의 손실, 신장 실질 증가 및 현저한 확장으로 인해 혈장 인슐린 농도가 점진적으로 감소하는 것으로 나타났습니다.신장신세뇨관 확장과 함께 [14]. DEK 쥐는 또한 총 콜레스테롤(TCHO), 총 단백질 및 알부민의 혈장 농도 감소를 보였습니다[14]. 이러한 조직학적 및 대사적 특징은 이 모델을 당뇨병의 다른 동물 모델과 구별하고 DEK 쥐가 당뇨병 치료제의 약리학적 효과를 연구하는 데 유용할 수 있음을 시사하는 DEK 쥐에게 고유합니다.신장그리고 신진대사. 따라서 본 연구는 SGLT2 억제제인 엠파글리플로진이 DEK 쥐의 신장 및 전신 대사에 미치는 영향을 평가했습니다.
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/dl은 각각 비당뇨병과 당뇨병으로 분류하였다[14]. 모든 쥐는 14시 10분 빛:암주기, 실온 20±2˚C, 상대습도 50±10%를 포함한 일반적인 조건에서 유지되었습니다. 모든 동물 연구는 Nippon Veterinary and Life Science University의 동물 관리 및 사용 위원회의 승인을 받았으며 Nippon Veterinary and Life Science University의 동물 관리 및 사용 위원회의 지침에 따라 수행되었습니다.
Male rats with blood glucose concentrations >DEK 균주에서 15-20주령에 300 mg/dl을 무작위로 엠파글리플로진 식이군(DM-empa)(n=5)과 표준 식이군(DM-cont)(n {{6} }) DM 발생 후 2~3주 이내에. DEK 계통에서 DM이 아닌(혈당 수치가 30주령에 300mg/dl 미만임) 수컷 쥐를 대조군(n=12)으로 정의했습니다. 대조군과 DM-계속 그룹은 12주 동안 물과 표준 식이(CR-LPF, Oriental Yeast Co., Ltd., Tokyo. Japan)에 자유롭게 접근할 수 있었던 반면, DM-empa 그룹의 쥐는 물에 자유롭게 접근할 수 있었습니다. 및 표준식이 요법과 엠파글리플로진(300 mg/kg, Eli Lilly Japan, Kobe, 일본). 엠파글리플로진의 용량은 이전 보고서를 참조하여 설계되었습니다[15, 16]. 비 공복 혈당 농도, 체중 및 음식 섭취량을 매주 측정했습니다. 모든 쥐는 12주 후에 희생되었고,신장, 췌장 및 혈액 샘플을 수집했습니다. 체중이 25% 감소했거나 중병과 관련된 증상을 보이는 모든 동물에 대해 인도적 종말점을 설정했습니다. 그러나 이 연구에서 체중의 심각한 감소와 질병을 보이는 쥐는 없었다.
경구 포도당 내성 검사(OGTT)
경구 포도당 내성 검사(OGTT)는 설명된 대로 12주 치료 기간 다음 날 수행되었습니다[14]. 간단히 말해서, 쥐에게 16시간 동안 금식하고 2g/kg 체중(BW)의 포도당을 경구 투여했습니다. 꼬리 정맥에서 혈액을 채취하고 포도당 부하 0, 3{12}}, 60, 120, 180 및 240분 후에 포도당 농도를 측정했습니다. 혈액 샘플은 또한 포도당 로딩 후 0, 30, 60분에 소형 동물 마취제(TK{11}}, Biomachinery, Chiba, Japan)로 제어되는 이소플루란 마취하에 경정맥에서 수집하고 헤파린과 혼합하고 원심분리했습니다. 플라즈마를 얻기 위해 4˚C에서 15분 동안. 혈장 인슐린 농도는 LBIS Rat Insulin ELISA Kit (RTU) (Shibayagi, Gunma, Japan)를 사용하여 측정되었습니다.
신장 매개변수 측정
12주차에 쥐를 대사 우리에 24시간 동안 개별적으로 수용하고 소변량과 식수량을 측정했습니다[14]. 크레아티닌(Cre), 요소 질소(UN), 칼슘(Ca), Na-K-Cl 및 포도당(Glu)의 소변 농도는 Dri Chem 3500V(FUJIFILM, Tokyo, Japan)로 측정되었습니다. 요단백 농도는 Protein Assay Rapid Kit Wako II(FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation, Tokyo, Japan)를 사용하여 측정했습니다. 이소플루란 마취하에 미측 대정맥에서 혈액을 채취하고 Dri-Chem 3500V를 이용하여 UN, 알부민(Alb), 총단백질(TP), 총콜레스테롤(Tcho), Ca, Na K-Cl의 혈장 농도를 측정하였다. Cre의 혈장 농도는 FUJIFILM VET Systems Co., Ltd.(Tokyo, Japan)를 사용하여 측정했습니다. 크레아티닌(Ccre), 포도당(Cglu), 칼슘(Cca), 나트륨(Can), 칼륨(Ck) 및 염소(Ccl) 청소율은 다음 공식을 사용하여 계산되었습니다.
클리어런스(Cx)(ml/min/kg)=[소변 농도(mg/dl 또는 mEq/l) × 소변 부피(ml/min)] / 혈장 농도(mg/dl 또는 mEq/l) / 체중(kg).
포도당(FEglu), 칼슘(FEca), 나트륨(FEna), 칼륨(FEk) 및 염소(FEcl)의 부분 배설은 다음 공식을 사용하여 계산되었습니다.
분율배설(FEx)(퍼센트)= Cx(ml/min/kg) / Ccre(ml/min/kg) × 100.
간 지방산 결합(L-FABP)의 소변 농도는 Mouse/Rat FABP1/L-FABP 키트(R&D Systems, Inc., MN, USA)를 사용하여 측정되었습니다.
조직학, 면역형광 및 인슐린 양성 면적 계산
12주의 치료 기간 후 동물을 과량의 펜토바르비탈 나트륨으로 안락사시켰다. 그만큼신장각각의 안락사된 쥐로부터 췌장을 제거하고 무게를 쟀다. 조직 샘플을 인산완충식염수(PBS) 중 4% 파라포름알데히드로 고정하고, 표준 절차에 따라 파라핀에 포매하고, 과요오드산-쉬프(PAS) 및 면역형광 염색을 위해 1μm 또는 4μm 두께로 절편화했습니다. 신세뇨관 확장은 이전에 설명한 대로 점수를 매겼습니다[17]. 10개의 무작위 비중첩 4{8}} x 확대된 신장 피질 및 척수 인접 영역에 점수를 매겼습니다. 관 확장은 {{1{14}}}}–3의 척도로 점수를 매겼으며 0, 1, 2, 3은 0을 나타냅니다.<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 >Image J 소프트웨어를 사용하여 쥐당 10개의 섬 섹션 및 섬 면적당 인슐린 양성 영역의 백분율을 계산했습니다.
대퇴골의 골밀도 분석
4마리의 안락사된 비DM 대조군, 3마리의 DM-cont 및 3마리의 DM-empa 쥐로부터 12주 치료 기간 후 대퇴골을 절제하고 마이크로 CT 시스템(Latheta LCT-100, Aloka, Tokyo, Japan)으로 스캔했습니다. . 골밀도(BMD, mg/cm3)와 골밀도(BMC, mg)는 Latheta 소프트웨어를 이용하여 계산하였다.
플라즈마 아미노산의 가스 크로마토그래피-질량 분석(GC-MS) 분석
30-주 치료 기간 후 27-32주령 DM cont 및 DM-empa 쥐로부터 30-주된 대조군 쥐로부터 혈장 샘플을 얻었습니다. 혈장 샘플은 내부 표준으로 노르발린을 사용하는 Phenomenex EZ: fast AA 분석 키트(Phenomenex, Torrance, CA)로 처리되었습니다[18]. GC-MS 분석에는 GCMS-QP2010Plus 및 GCMS 솔루션 소프트웨어(Shimadzu, Kyoto, Japan)가 사용되었습니다[19].
통계 분석
평균 ± 표준 오차(SE)로 표시된 결과는 양측 학생 t-검정으로 두 그룹으로, Tukey-Kramer 테스트로 여러 그룹에서 비교되었습니다. p-값 < 0.05는="" 통계적으로="" 유의한="" 것으로="">
결과
당뇨병과 관련된 일반적인 상태
음식 섭취량의 주간 측정은 추정된 평균 일일 음식 섭취량이 DM-empa 그룹보다 DM-cont 그룹에서 약간 더 높은 것으로 나타났습니다(36.9±1.5g vs. 34.3±1.{9}} g). DM-empa 그룹에서 empagliflozin의 예상 일일 용량은 23.7±{13}}.7 mg/kg 체중(BW)이었습니다. Empagliflozin은 치료 시작 다음날 혈당 농도를 4{29}}4.6±36.3 mg/dl에서 143.8±14.6 mg/dl로 극적으로 감소시켰으며, DM-empa 그룹의 혈당은 DM보다 현저히 낮습니다. - 12-주 치료 기간 동안의 연속 그룹(그림 1A). DM-empa의 이 수준은 정상적인 식단(147.{{4{53}}}}±1.2 mg/dl)의 정상 대조군과 유사했습니다[14]. BW는 DM-empa 그룹에서 나이에 따라 점진적으로 증가했지만 DM-cont 그룹에서는 그렇지 않았습니다(그림 1B). 12주 후 최종 BW는 DM empa에서 444.6±18.0g, DM-empa에서 372.3±26.4g이었습니다. 계속 그룹. 같은 나이에 대조군의 체중은 약 533.4±9.8g이었다[14]. 체중 증가와 일치하게 adeps 고삐(1.4±0.2g)는 DM-empa에 남아 있었지만 DM-cont 그룹에는 남아 있지 않았습니다.
영향을 받은 DEK 쥐는 이전에 심각한 포도당 불내성, 포도당 부하에 대한 반응으로 인슐린 분비가 없고 세포 손실을 나타내는 것으로 나타났습니다[14]. 우리는 엠파글리플로진이 내당능과 인슐린 분비를 개선하고 세포 손실을 예방하는지 여부를 조사했습니다. 16시간의 금식 후 혈당 수치는 DMcont 그룹보다 DM-empa에서 유의하게 낮았으며, 포도당 부하 후 60-240분의 혈당 수치도 마찬가지였습니다(그림 1C). DM-empa의 OGTT에서 시간에 따른 혈당 변화는 DEK 균주의 비당뇨 대조군 쥐에서와 거의 유사했습니다[14]. 그러나 포도당 유도 인슐린 분비는 두 군 모두에서 일어나지 않았다(그림 1D). 췌도에서 인슐린의 면역형광 염색은 DM-cont 그룹에서 인슐린 신호가 없거나 희미한 신호를 보였고 대조군 쥐에서는 거의 100% 양성 신호를 보인 반면, 섬 면적당 24.2±3.5%를 포함하는 약한 인슐린 신호가 3마리의 쥐에서 관찰되었습니다. DM-empa 그룹(그림 2).
대사 및 신장 매개변수 및 골밀도 측정
12주 치료 기간 후 대사 매개변수의 측정은 음식 섭취가 DM-empa에서 DM-cont 그룹보다 상대적(그림 3A) 및 절대(S1 그림) 값 모두에서 유의하게 더 낮음을 보여주었습니다. 또한, 수분 섭취(그림 3B, S1 그림) 및 소변량(그림 3C, S1 그림)은 DM-cont 그룹보다 DM-empa에서 약 50% 낮았습니다.
12-주 치료 기간이 끝날 때 혈장 Tcho, Cre, Alb, TP 및 Na 농도는 대조군보다 DM-cont에서 유의하게 낮았으며 대부분의 DM-cont에서 이러한 감소가 나타났습니다. DM-empa 그룹에서 부분 회복을 보여주는 그룹. 특히, 혈장 Tcho, TP 및 Na 농도는 DM-empa에서 DM-cont 그룹보다 유의하게 높았지만, 이들 농도는 모두 대조군보다 DM-empa에서 더 낮았습니다. 혈장 Alb 및 Cre 수준도 DM-cont 그룹보다 DM-empa에서 더 높았지만 이러한 차이는 통계적으로 유의하지 않았습니다(표 1). 포도당, UN, Ca, Na, K, Cl 및 단백질의 소변 배설은 대조군보다 DM-cont에서 유의하게 높았으며 이러한 증가의 대부분은 DM-empa 그룹에서 완화되었습니다. 특히, Glu, UN, Na, K 및 Cl의 소변 배설은 DM-empa에서 DM-cont 그룹보다 DM-empa에서 유의하게 낮았지만 이러한 배설은 모두 대조군보다 DM-empa에서 유의하게 높았습니다. . 칼슘과 단백질의 증가된 소변 배설도 DM-empa 그룹에서 완화되었으며, DM-empa 그룹과 대조군 사이에는 유의한 차이가 없었습니다(표 2). 세 그룹 간에 유의미한 차이가 없는 Ccre를 제외하고, 조사된 모든 청소율 및 분획 배설은 대조군보다 DM-cont에서 유의하게 더 높았다(표 3). 더욱이, DM-empa 그룹에서 더 높게 유지되었던 Cglu와 FEglu를 제외하고, DM-cont 그룹에서 이러한 증가의 대부분은 DM-empa 그룹에서 완화되었습니다. 특히 Cca, Cna 및 Ccl은 DM-empa에서 DM-cont 그룹보다 유의하게 낮았지만 대조군보다 DM-empa에서 더 높게 유지되었습니다(표 3).
대퇴골 골밀도는 대조군보다 DM-계속군에서 유의하게 낮았으며, 엠파글리플로진은 DM-empa 군에서 대퇴골 골밀도를 회복시키는 것으로 나타났습니다(표 4). BMC는 DM-cont 그룹보다 DM-empa에서 더 높은 경향이 있었지만 그 차이는 통계적으로 유의하지 않았습니다(표 4).
신장의 병리학
영향을 받은 DEK 쥐는 확장된 세뇨관과 함께 점진적인 신장 비대를 보였습니다[14]. 엠파글리플로진 치료가 혈당 수치를 극적으로 감소시켰지만,
신장 중량은 DM-empa 및 DM-cont 그룹에서 유사했습니다(2.35±{4}}.08g 대 2.24±0.08g). 조직학적 검사는 DM-cont 및 DM-empa 쥐 모두에서 골수 인접 영역의 신장 세뇨관에서 심한 팽창이 두드러지는 것으로 나타났습니다(그림 4A). 엠파글리플로진은 신세뇨관의 확장을 약화시키지 않았습니다(그림 4B 및 4C). 이에 따라 신세뇨관 손상의 바이오마커인 L-FABP의 요배설[20]은 대조군에 비해 DM-cont 및 DM-empa에서 더 높았고 DM-cont와 DM-empa 간에 차이가 없었다. 도 4D 및 4E). 이전에 보고된 바와 같이[14], 대조군, DM-cont 및 DM-empa에서 비대와 같은 전형적인 사구체 병변은 없었다(그림 4F).
혈장 아미노산의 GC-MS 분석
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.
혈장 사르코신은 대조군보다 DM-계속 투여군에서 더 높은 경향이 있었고, 엠파글리플로진은 혈장 사르코신을 더욱 증가시켰다. 대조적으로, 혈장 트립토판은 대조군보다 DM-cont에서 더 낮은 경향이 있었고, 엠파글리플로진은 혈장 트립토판을 추가로 감소시켰다(표 5). 혈장 글리신 수준은 DM-cont 및 대조군에서 유사했지만 다른 두 그룹보다 DM-empa에서 유의하게 더 높았다. 글루타민과 오르니틴 농도는 대조군보다 DM 투여군에서 유의하게 낮았고 엠파글리플로진 치료에 의해 회복되지 않았다. 대조군과 비교하여, 혈장 아미노부티르산은 DM-cont 그룹에서 유의하게 낮았고, 엠파글리플로진은 농도를 더욱 감소시켰다. 혈장 발린 및 이소류신 농도는 대조군보다 DM-계속 투여군에서 유의하게 높았으며, 이러한 농도는 엠파글리플로진 치료에 의해 대조군 수준으로 회복되었습니다.
논의
SGLT2 억제제는 인슐린 독립적인 방식으로 혈당 수치를 낮추고 제2형 당뇨병 환자와 여러 동물 모델에서 신장 보호 효과를 나타냅니다[8, 12, 21-23]. SGLT2 억제제를 사용한 대부분의 동물 연구는 2형 DM이 있는 비만 동물에서 수행되었습니다[22, 24-28]. 그러나 특히 아시아의 많은 제2형 당뇨병 환자는 비만이 아닙니다[29]. SGLT2 억제제가 신장 병변이나 비만이 아닌 당뇨병 환자에게 미치는 영향은 아직 명확하지 않다[29, 30]. 본 연구는 신장 비대 소인이 있는 새로운 비비만 당뇨병 쥐 모델인 DEK 쥐에서 대사, 신장 기능 및 조직 병리학에 대한 엠파글리플로진의 효과를 조사했습니다[14]. 비만이 있는 당뇨병 동물 모델과 비교하여, 당뇨병 DEK 쥐의 표현형은 인슐린 저항성보다는 췌장 세포의 손실로 인한 혈장 인슐린 농도의 점진적인 감소를 특징으로 하여 당뇨병 DEK 쥐는 BW와 지방의 감소를 보였다. DM의 진행. 또한, 당뇨병 DEK 쥐는 신장 실질의 증가와 신세뇨관의 확장과 함께 신장의 현저한 비대를 보였다[14].
SGLT2 억제제는 지방, 근육 및 아미노산을 에너지원으로 사용하는 것을 촉진하여[31-33] 비만인 사람과 동물의 체지방량과 BW를 감소시킵니다[28, 34, 35]. 비만이 아닌 당뇨병 설치류에서 SGLT2 억제제를 투여한 경우에도 체지방 감소 및 체중 증가 감소가 관찰되었습니다[31]. 또한 SGLT2 억제제를 투여한 인간과 설치류 모두 에너지와 영양소 균형을 유지하기 위해 보상성 과식증을 보였다[27, 32, 36]. 이 연구에서 엠파글리플로진 치료는 SGLT2 억제제에 대한 다른 연구와 유사하게 24시간 이내에 DEK 쥐의 혈당 수치를 낮추었으며 이러한 더 낮은 농도는 12-주 치료 기간 내내 유지되었습니다[15, 24]. 이전 발견[27, 28,36]과 대조적으로, 우리는 empagliflozin 치료가 음식 섭취를 감소시키고 adeps 고삐의 손실과 BW 증가의 억제를 약화시킨다는 것을 발견했습니다. 이 예상치 못한 결과는 아마도 에너지 균형의 개선과 관련이 있을 것입니다. 초기에 소변 포도당 배설은 DM-empa에서 DM-cont 쥐보다 현저히 낮았지만 DM empa 그룹에서 현저하게 더 높은 Cglu는 포도당 재흡수의 완전한 억제로 인한 결과였으며 FEglu는 거의 100%였습니다. 이 발견은 DM-empa 그룹에서 정상적인 BUN 수준에도 불구하고 단백질 이화작용의 매개변수인 요 중 UN 배설의 상당한 감소에 의해 추가로 뒷받침되었습니다[37]. 또한 DM-empa 군에서 혈장 TP의 증가와 요단백의 감소는 empagliflozin이 단백질 보유를 개선했음을 나타냅니다. empagliflozin으로 치료한 쥐에서 포도당의 보유 및 이용, 이화작용에서 동화된 상태로의 복귀는 혈당 수치의 성공적인 조절 때문일 수 있습니다.
SGLT2 억제제는 체액과 전해질의 손실을 보상하는 세뇨관 재흡수의 증가로 소변량을 증가시키는 것으로 나타났습니다[21, 25, 38]. 따라서 SGLT2 억제제 치료 시작 직후에는 소변량이 증가하지만 장기간 치료하면 소변량과 수분 섭취량이 모두 감소할 수 있다[38, 39]. 혈장 Cre 수준은 대조군보다 DM-cont 및 DM-empa에서 유의하게 낮았지만 Ccre는 대조군, DM-cont 및 DM-empa 그룹 간에 유의한 차이가 없었습니다. 따라서 DEK-DM 쥐에서 사구체 비대의 명백한 증거가 없었기 때문에[14], 사구체 과여과가 DM-cont에서 거의 발생하지 않거나 경미할 수 있습니다. 또한, 실질이 증가된 신장 비대증은 네프론 수를 증가시켰을 수 있으며, 이는 DM-cont 및 DM-empa 모두에서 확장된 신장이 감소된 혈장 Cre 수준과 관련될 수 있음을 나타냅니다. 따라서 DM-empa 그룹의 소변량 감소는 사구체 여과율 감소가 아니라 신세뇨관의 수분 재흡수 개선으로 인한 것일 수 있습니다. 전반적으로, DM-cont 그룹에서 증가된 요 중 전해질 배설은 DM empa 그룹에서 약화되었으며, 이는 DM-cont 그룹에서 감소된 혈장 전해질 농도가 신세뇨관 기능의 개선을 통해 empagliflozin 치료에 의해 약화되었음을 나타냅니다. 이 가설은 DM-empa 그룹에서 감소된 분획 배설과 함께 청소율의 일관된 감소에 의해 뒷받침되었습니다.
SGLT2 억제제는 뼈에 해로운 영향을 미치는 것으로 보고되었습니다[31, 40]. 골다공증은 DM의 흔한 합병증이기 때문에 우리는 세 그룹의 쥐에서 BMD와 BMC를 비교했습니다. BMD와 BMC는 대조군보다 DM-cont에서 유의하게 낮았지만, 이러한 감소는 DM-empa 그룹에서 약화되었습니다. 더욱이, DM-empa 그룹에서 BMD와 BMC의 이러한 증가는 요 중 Ca 배설의 감소를 동반했습니다. 혈장 칼슘 수치는 엄격하게 조절되기 때문에 대조군, DM-cont 및 DM-empa 그룹 간에 혈장 칼슘 수치에는 유의한 차이가 없었습니다. 이러한 발견은 DM-cont 그룹의 음의 Ca 균형이 뼈에서 순환계로의 동원에 의해 상쇄될 수 있으며, 이 상태는 DM-empa 그룹에서 Ca의 개선된 신세뇨관 기능에 의해 부분적으로 약화될 수 있음을 시사했습니다.
DM-empa 그룹에서 저단백혈증의 약화는 단백뇨의 개선으로 인한 것일 수 있습니다. 비록 DM-cont 군에서 사구체 과여과 및 비대가 명확하게 나타나지 않았지만, 감소된 혈당 수준은 Alb의 사구체 여과를 감소시킬 수 있다. 또한, 단백질과 아미노산의 세뇨관 재흡수의 개선은 간에서 혈장 단백질 합성에 기여했을 수 있습니다. 영향을 받는 DEK 쥐는 낮은 혈장 Tcho 농도를 특징으로 합니다[14]. 증가된 Alb 생성은 간에서 증가된 Tcho 생성을 동반하기 때문에[41], DM-empa 그룹에서 더 높은 혈장 Tcho 수준은 간의 Alb 생성 증가와 관련될 수 있습니다. 후자는 단백질 보유 및 에너지 균형의 개선과 관련된 아미노산 및 에너지 공급 증가로 인한 것일 수 있습니다.
분지쇄 아미노산(BCAA) 항상성은 조직에서 BCAA 이화 활성에 의해 크게 결정되며[42] BCAA 항상성 결함은 인슐린 저항성 또는 당뇨병 상태의 지표로 간주됩니다[43-45]. 아미노산에 대한 우리의 GC-MS 분석은 DM-empa 쥐의 발린과 이소류신의 혈장 농도가 비당뇨병 대조군 쥐의 농도와 같았으며, 이는 엠파글리플로진 치료가 단백질 이화작용과 당뇨병 상태를 개선했음을 시사합니다. 또한, 우리는 혈장 글리신 수치의 엠파글리플로진 특이적인 증가가 당뇨병 개선과 관련이 있음을 관찰했습니다. 흥미롭게도 인간 당뇨병에서 낮은 혈장 글리신 수준이 관찰되었으며[46], 글리신 투여는 스트렙토조토신 유발 당뇨병이 있는 쥐에서 항산화 및 재생 보호 효과를 유도하는 것으로 밝혀졌습니다[47]. 따라서 더 높은 혈장 글리신 수치는 엠파글리플로진으로 치료받은 당뇨병 환자 및 실험 동물에서 산화 스트레스 및 당뇨병성 신병증의 약화와 관련될 수 있습니다. 아미노산의 혈장 수준은 신체 전체의 조직과 기관에 의한 활용에 영향을 받으며 동화 및 이화 작용 조건에 따라 달라집니다. 이들 및 기타 아미노산 수준의 변화가 대사 상태와 어떻게 관련되는지를 결정하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다.
SGLT2 억제제는 알부민뇨 및 신장 중량 증가와 같은 신장 질환과 관련된 여러 과정을 억제함으로써 신장 보호 효과를 발휘합니다[15, 24, 48, 49]. 신세뇨관 확장과 단백뇨는 당뇨병과 관련된 신장 손상의 지표입니다[50]. 그러나, empagliflozin은 우리 쥐 모델에서 신장 세뇨관 확장을 억제할 수 없었고 L-FABP의 소변 배설을 증가시켰지만 세뇨관 기능은 상당히 개선했습니다. 이러한 불일치는 세뇨관 기능의 엠파글리플로진 관련 개선이 신세뇨관의 유기적 변화를 동반하지 않는 경미하거나 이차적인 효과에서 기인한다는 것을 시사했습니다. 또는 손상을 동반한 세뇨관 확장과 신장 중량 증가가 영향을 받은 DEK 쥐의 정상 혈당 상태에서 유지되었기 때문에 이러한 변화는 고혈당증에 이차적이기보다는 DEK 쥐의 당뇨병과 관련된 유전적 특성일 수 있습니다.
SGLT2 억제제가 신세뇨관을 표적으로 하지만, 사구체 비대가 포도당과 나트륨의 세뇨관 공동수송을 수반한다는 점을 제외하고는 신세뇨관 기능의 전반적인 변화에 대한 이들 제제의 효과에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다[13, 22, 24]. 세뇨관 기능에 대한 SGLT2 억제제의 효과에 대한 연구는 수분 재흡수가 삼투성 이뇨에 의해 억제될 뿐만 아니라 아직 결정되지 않은 메커니즘에 의해 아쿠아포린 및 요소 수송체의 상향 조절에 의해 강화됨을 보여주었습니다[21, 25]. 당뇨병 환자의 신세뇨관 상피세포는 세뇨관액에 존재하는 포도당의 삼투압뿐만 아니라 SGLT2를 통해 세포로 흡수되는 과잉 포도당과 나트륨의 영향을 받습니다. 최근에는 신세뇨관의 산화 스트레스가 당뇨병성 신병증(DN)의 진행에 중요한 역할을 하는 것으로 여겨지고 있으며, ipragliflozin은 신세뇨관에서 ROS의 과잉 생산을 방지하여 신 보호 효과를 보였다[51]. 영향을 받은 DEK 쥐에서 DN의 심각한 진행은 발견되지 않았지만 산화 스트레스는 세뇨관 기능을 손상시킬 수 있습니다. 현재, SGLT2 억제제가 세뇨관 기능에 미치는 영향에 대해 통일된 합의가 없으며, 이는 엠파글리플로진이 DEK 쥐의 세뇨관 기능을 향상시키는 메커니즘을 설명하기 위한 추가 연구가 필요함을 시사합니다.
SGLT2 억제제는 1형 당뇨병 및 비만 2형 당뇨병 모델에서 세포 질량을 보존하는 것으로 밝혀졌습니다[52, 53]. 우리는 DM-empa 그룹에서 약한 인슐린 신호를 가진 세포를 감지했지만 DM-cont 그룹에서는 세포를 감지하지 못했습니다. 그러나, OGTT는 DM-empa 그룹에서 인슐린 분비 없이 내당능에서 중간 정도의 개선을 보였다. 엠파글리플로진은 약 8시간의 짧은 반감기를 가지고 있기 때문에 16시간 공복 후 관찰된 혈당 수치 감소 및 내당능 개선은 잔여 엠파글리플로진의 효과에 기인한 것이 아닙니다. 따라서 이러한 발견은 엠파글리플로진의 장기 투여가 인슐린 비의존적 방식으로 원샷 글루코스 로딩 후 혈당 대사를 개선하고 혈당 수준을 적당히 감소시킬 수 있음을 시사한다.
결론적으로, 본 연구의 결과는 엠파글리플로진이 DEK 쥐의 전신 대사와 신세뇨관 기능을 개선함을 나타내지만, 엠파글리플로진에 대한 이들 동물의 독특한 반응의 근간이 되는 상세한 기전은 불분명하게 남아 있습니다. 이러한 발견은 또한 DEK 쥐가 당뇨병에서 SGLT2 억제제의 다중 생물학적 효과를 연구하고 평가하는 데 유용한 모델임을 나타냅니다.
참고문헌
1. 국제당뇨병연맹. IDF 당뇨병 아틀라스 9판. 벨기에 브뤼셀 2019.
2. 미국 당뇨병 협회. 당뇨병의 분류 및 진단. 섹션 2. 당뇨병의 의료 기준-2019. 당뇨병 관리. 2019년; 42(보조 1): S13–S28.
3. Zheng Y, Ley SH, Hu FB. 제2형 당뇨병 및 그 합병증의 글로벌 병인 및 역학. Nat Rev 엔도크리놀. 2018년; 14(2):88–98.
4. Lin CC, Li CI, Liu CS, Lin WY, Lin CH, Yang SY, et al. 제2형 당뇨병 환자의 말기 신장 질환에 대한 위험 예측 모델의 개발 및 검증. 과학 대표 2017; 7(1):10177.
5.Valderra'bano F, Jofre R, Lo'pez-Go'mez JM. 말기 신질환 환자의 삶의 질. Am J 신장 Dis. 2001년; 38(3):443–64.
6. 홀 PM. 당뇨병성 신병증의 진행 예방. 당뇨병 스펙트럼 2006년; 19(1): 18–24.
7. Hsia DS, Grove O, Cefalu WT. 당뇨병 치료를 위한 나트륨-포도당 공동수송체-2 억제제에 대한 업데이트입니다. Curr Opin Endocrinol 당뇨병 비만. 2017년; 24(1):73–79.
8. Perkovic V, Jardine MJ, Neal B, Bompoint S, Heerspink HJL, Charytan DM 등 제2형 당뇨병 및 신병증에서 카나글리플로진과 신장 결과. N 영어 J Med. 2019년; 380(24):2295–2306.
9. Sarafidis PA, Tapas A. Empagliflozin, 심혈관 결과 및 2형 당뇨병 사망률. N 영어 J Med. 2016년; 374(11):1092.
10. Wiviott SD, Raz I, Bonaca MP, Mosenzon O, Kato ET, Cahn A, et al. 제2형 당뇨병에서 다파글리플로진과 심혈관 결과. N 영어 J Med. 2019년; 380(4):347–357.
11. Brown E, Rajeev SP, Cuthbertson DJ, Wilding JPH. 나트륨-포도당 공동수송체{4}} 억제제의 작용 기전, 대사 프로필 및 혈역학적 효과에 대한 검토. 당뇨병 비만 Metab. 2019년; 21 보충 2:9–18.
12. Heerspink HJL, Stefansson BV, Chertow GM, Correa-Rotter R, Greene T, Hou FF 등 만성 신장 질환(DAPAC-CKD) 무작위 대조 시험에서 다파글리플로진 및 부작용 예방의 근거 및 프로토콜. 네프롤 다이얼 이식. 2020년; 35(2):274–282.
13.Bae JH, Park EG, Kim S, Kim SG, Hahn S, Kim NH. 제2형 당뇨병 환자의 신장 결과에 대한 나트륨-포도당 공동수송체 2 억제제의 효과: 무작위 대조 시험의 체계적인 검토 및 메타 분석. 과학 대표 2019; 9(1):13009.
14. Domon A, Katayama K, Tochigi Y, Suzuki H. 신장이 확대된 새로운 비비만 제2형 당뇨병 쥐 모델의 특성화. J 당뇨병 입술. 2019년; 2019:8153140. PMID: 31467929
15. Vallon V, Gerasimova M, Rose MA, Masuda T, Satriano J, Mayoux E, et al. SGLT2 억제제 엠파글리플로진은 고혈당증에 비례하여 신장 성장과 알부민뇨를 감소시키고 당뇨병 아키타 마우스에서 사구체 과여과를 방지합니다. Am J Physiol 신장 Physiol. 2014년; 306(2): F194–204.
16. Vickers SP, Cheetham SC, Headland KR, Dickinson K, Grempler R, Mayoux E, et al. 나트륨-포도당 공동수송체-2 억제제 엠파글리플로진과 오르리스타트 또는 시부트라민의 조합은 카페테리아 식이를 먹인 비만 쥐의 체중 감소 및 포도당 항상성을 더욱 향상시킵니다. 당뇨병 Metab Syndr Obes. 2014년; 7:265~75.
17. Glastras SJ, Chen H, The R, McGrath RT, Chen J, Pollock CA, et al. 당뇨병, 비만 및 관련 신장 질환의 마우스 모델. 플로스원. 2016년; 11(8):e0162131.
18.Badawy AA, Morgan CJ, Turner JA. Phenomenex EZ:faast™ 아미노산 분석 키트를 적용하여 혈장 트립토판 및 뇌 흡수 경쟁자의 농도를 가스 크로마토그래피로 신속하게 측정합니다. 아미노산. 2008년; 34(4):587–96.
19. Michishita M, Saito N, Nozawa S, Furumoto R, Nakagawa T, Sato T, et al. 가스 크로마토그래피-질량 분석을 사용하여 개 유선 선암종 세포주에서 구 형성 세포의 대사 산물 프로파일링. J Vet Med Sci. 2019년; 81(9):1238–1248.
20. Kamijo-Ikemori A, Sugaya T, Kimura K. 신장 질환의 소변 지방산 결합 단백질. 클린 침 악타. 2006년; 374(1–2):1–7.