La empagliflozina mejora los síntomas de la diabetes y la disfunción tubular renal en un modelo de rata de diabetes con riñón agrandado (DEK)
Mar 20, 2022
Contacto: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Correo electrónico:audrey.hu@wecistanche.com
ayaka domon1, Kentaro KatayamaID1, Touko Sato2, Yuki Tochigui1, Hiroyuki Tazaki2, Hiroetsu SuzukiID1*
Resumen
Antecedentes: los inhibidores del cotransportador de sodio-glucosa tipo 2 (SGLT2) se usan ampliamente para reducir la hiperglucemia. El presente estudio investigó los efectos de un inhibidor de SGLT2, la empagliflozina, sobre la hiperglucemia en un nuevo modelo de rata con diabetes tipo 2 sin obesidad con hiperglucemia agrandada.riñones(DEK). Methods: Male DEK rats with non-fasting blood glucose concentrations ≤300 mg/dl and >300 mg/dl se clasificaron como no diabéticos y diabéticos, respectivamente. Grupos de ratas no diabéticas (control) y diabéticas (DM-cont) recibieron alimento estándar durante 12 semanas, mientras que otro grupo de ratas diabéticas (DM-empa) recibieron alimento estándar que contenía empagliflozina (300 mg/kg/día) durante 12 semanas . Se midieron la glucosa en sangre, el peso corporal, la tolerancia a la glucosa, la ingesta de alimentos y agua, el volumen urinario, los parámetros bioquímicos plasmáticos y urinarios, y la densidad mineral ósea, y suriñonesy el páncreas fueron analizados histológicamente. Resultados: el tratamiento con empagliflozina redujo la concentración de glucosa en sangre y la ingesta de alimentos en ratas diabéticas, pero inhibió la pérdida de riendas adeps y provocó un aumento de peso corporal. La empagliflozina atenuó la poliuria y la polidipsia, pero aumentó las concentraciones plasmáticas de colesterol total, sodio y proteína total hacia un nivel normal. La empagliflozina también redujo significativamente la excreción urinaria de proteínas y electrolitos y restableció la densidad mineral ósea y las concentraciones plasmáticas de valina e isoleucina a niveles normales. Además, la dilatación de los túbulos renales yriñónagrandamiento no se atenuaron en el grupo DM-empa. Conclusión: La respuesta de las ratas DEK a la empagliflozina difirió de la de otros modelos animales diabéticos, lo que sugiere que las ratas DEK tienen características únicas para estudiar y evaluar los múltiples efectos biológicos de los inhibidores de SGLT2. Estos hallazgos también indicaron que la empagliflozina podría mejorar el metabolismo sistémico y mejorarrenalfunción del túbulo endiabéticocondiciones.
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Introducción
La prevalencia mundial de diabetes mellitus (DM) continúa aumentando, y se estima que el número de pacientes alcanzará los 700 millones para 2045 [1]. Alrededor del 90-95 por ciento de estos pacientes tienen DM tipo 2, que se caracteriza por la reducción progresiva de la secreción de insulina con o sin resistencia a la insulina [2] y es un factor de riesgo importante para las enfermedades renales y cardiovasculares [3]. La DM tipo 2 es una de las principales causas de insuficiencia renal terminal (ESRD, por sus siglas en inglés), con nefropatía diabética, también llamada diabetes.riñónenfermedades, siendo responsable de la ESRD en el 20-40 por ciento de estos pacientes [4]. Los pacientes con ESRD requieren diálisis o trasplante de riñón para mantener la normalidad.Función del riñón. Estos procedimientos suponen una carga social y económica para las sociedades y los individuos, además de afectar la calidad de vida de los pacientes [5]. Por lo tanto, se necesitan esfuerzos para prevenir o mejorar la DM y la nefropatía diabética [6].
Los inhibidores del cotransportador de sodio-glucosa 2 (SGLT2) son una nueva clase de fármacos antidiabéticos que actúan independientemente de la insulina endógena [7]. Los inhibidores de SGLT2 reducen las concentraciones de glucosa en sangre al inhibir la reabsorción de glucosa en los túbulos renales proximales [7]. Los inhibidores de SGLT2 también tienen efectos beneficiosos sobre las complicaciones renales y cardiovasculares de la DM [8–10], así como también mejoran el metabolismo [11], todos los cuales son en parte independientes de sus efectos hipoglucemiantes. Además, los inhibidores de SGLT2 mejoran los resultados renales en pacientes no diabéticos con enfermedad crónica.riñónenfermedades [12]. Sin embargo, los efectos de los inhibidores de SGLT2, incluidos los resultados renales, varían entre los pacientes [13]. Es probable que estas variaciones reflejen diferencias en múltiples factores, incluida la predisposición genética, el estado metabólico, la hemodinámica y el estilo de vida.
Recientemente establecimos una nueva cepa de ratas de DM tipo 2 sin obesidad conriñón(DEK) de LEA. Cepa congénica PET-mascota. En la cepa DEK, alrededor del 50 por ciento de los machos muestran diabetes a las 30 semanas de edad. Estas ratas diabéticas mostraron una reducción progresiva en la concentración de insulina plasmática debido a la pérdida de células pancreáticas, aumento del parénquima renal y agrandamiento marcado de lariñonescon dilatación de los túbulos renales [14]. Las ratas DEK también mostraron reducciones en las concentraciones plasmáticas de colesterol total (TCHO), proteína total y albúmina [14]. Estas características histológicas y metabólicas son exclusivas de las ratas DEK, lo que distingue a este modelo de otros modelos animales de diabetes y sugiere que las ratas DEK podrían ser útiles para estudiar los efectos farmacológicos de los medicamentos antidiabéticos enriñonesy metabolismo. Por lo tanto, el presente estudio evaluó los efectos del inhibidor de SGLT2, empagliflozina, en los riñones y el metabolismo sistémico de ratas 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 se clasificaron como no diabéticos y diabéticos, respectivamente [14]. Todas las ratas se mantuvieron en condiciones convencionales, incluido un ciclo de luz:oscuridad de 14:10 h, una temperatura ambiente de 20 ± 2˚C y una humedad relativa del 50 ± 10 por ciento. Todos los estudios en animales fueron aprobados por el Comité de Uso y Cuidado de Animales de la Universidad de Ciencias de la Vida y Veterinaria de Nippon y se realizaron de acuerdo con las Directrices del Comité de Uso y Cuidado de Animales de la Universidad de Ciencias de la Vida y Veterinaria de Nippon.
Male rats with blood glucose concentrations >300 mg/dl a las 15–20 semanas de edad en la cepa DEK se dividieron aleatoriamente en un grupo de dieta con empagliflozina (DM-empa) (n=5) y un grupo de dieta estándar (DM-cont) (n {{6} }) dentro de las 2 a 3 semanas posteriores al desarrollo de DM. Las ratas macho sin DM (el nivel de glucosa en sangre aún era inferior a 300 mg/dl a las 30 semanas de edad) en la cepa DEK se definieron como control (n=12). Los grupos control y DM-cont tuvieron acceso ad libitum al agua y a la dieta estándar (CR-LPF, Oriental Yeast Co., Ltd., Tokio, Japón) durante 12 semanas, mientras que las ratas del grupo DM-empa tuvieron acceso ad libitum al agua. y una dieta estándar más empagliflozina (300 mg/kg; Eli Lilly Japón; Kobe, Japón). La dosis de empagliflozina se diseñó con referencia a informes anteriores [15, 16]. Las concentraciones de glucosa en sangre sin ayuno, el peso corporal y la ingesta de alimentos se midieron semanalmente. Todas las ratas fueron sacrificadas después de 12 semanas y susriñónSe recogieron muestras de páncreas y sangre. Establecimos criterios de valoración humanitarios para cualquier animal que disminuyó un 25 % de su peso corporal o mostró síntomas asociados con una enfermedad grave. Sin embargo, no hubo ratas que mostraran una reducción tan severa del peso corporal y la mala condición en este estudio.
Prueba de tolerancia oral a la glucosa (OGTT)
Las pruebas de tolerancia a la glucosa oral (OGTT) se realizaron el día después del período de tratamiento de 12 semanas, como se describe [14]. Brevemente, las ratas se mantuvieron en ayunas durante 16 h y se les administró 2 g/kg de peso corporal (BW) de glucosa por vía oral. Se obtuvo sangre de la vena de la cola y se midieron las concentraciones de glucosa 0, 30, 60, 120, 180 y 240 min después de la carga de glucosa. También se recogieron muestras de sangre de la vena yugular bajo anestesia con isoflurano controlada por un anestesista para animales pequeños (TK-7, Biomachinery, Chiba, Japón) a los 0, 30 y 60 minutos después de la carga de glucosa, mezcladas con heparina y centrifugadas. durante 15 min a 4˚C para obtener plasma. Las concentraciones de insulina en plasma se midieron utilizando un kit ELISA de insulina de rata LBIS (RTU) (Shibayagi, Gunma, Japón).
Medición de parámetros renales
Durante la semana 12, las ratas se alojaron individualmente en jaulas metabólicas durante 24 h y se midió el volumen de orina y el volumen de agua potable [14]. Las concentraciones urinarias de creatinina (Cre), nitrógeno ureico (UN), calcio (Ca), Na-K-Cl y glucosa (Glu) se midieron con Dri Chem 3500V (FUJIFILM, Tokio, Japón). Las concentraciones de proteína urinaria se midieron utilizando el Protein Assay Rapid Kit Wako II (FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation, Tokio, Japón). Se recogió sangre de la vena cava caudal bajo anestesia con isoflurano y se midieron las concentraciones plasmáticas de UN, albúmina (Alb), proteína total (TP), colesterol total (Tcho), Ca y Na K-Cl utilizando Dri-Chem 3500V. La concentración plasmática de Cre se midió utilizando FUJIFILM VET Systems Co., Ltd. (Tokio, Japón). Las depuraciones de creatinina (Ccre), glucosa (Cglu), calcio (Cca), sodio (Can), potasio (Ck) y cloro (Ccl) se calcularon utilizando la fórmula:
Depuración (Cx) (ml/min/kg)=[concentración en orina (mg/dl o mEq/l) × volumen de orina (ml/ min)] / concentración en plasma (mg/dl o mEq/l) / peso corporal (kg).
La excreción fraccional de glucosa (FEglu), calcio (FEca), sodio (FEna), potasio (FEk) y cloro (FEcl) se calculó mediante la fórmula:
Fracción de excreción (FEx) (porcentaje)=Cx (ml/min/kg) / Ccre (ml/min/kg) × 100.
La concentración urinaria de unión a ácidos grasos hepáticos (L-FABP) se midió con el kit Mouse/Rat FABP1/L-FABP (R&D Systems, Inc., MN, EE. UU.)
Histología, inmunofluorescencia y cálculo del área insulina positiva
Los animales fueron sacrificados con una sobredosis de pentobarbital sódico después de un período de tratamiento de 12 semanas. losriñonesy se extrajo el páncreas de cada rata sacrificada y se pesó. Las muestras de tejido se fijaron con paraformaldehído al 4 % en solución salina tamponada con fosfato (PBS), se incluyeron en parafina siguiendo los procedimientos estándar y se seccionaron con un espesor de 1 μm o 4 μm para tinción con ácido peryódico de Schiff (PAS) e inmunofluorescencia. La dilatación tubular renal se calificó como se describió anteriormente [17]. Se puntuaron diez campos magnificados 40x aleatorios no superpuestos de la corteza renal y del área yuxtamedular. La dilatación tubular se calificó en una escala de {{10}}–3, donde 0, 1, 2 y 3 indican 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 secciones de islotes por rata usando el software Image J, y se calculó el porcentaje de área positiva para insulina por área de islotes.
Análisis de densitometría ósea de fémures
Se extirparon fémures de cuatro ratas de control no DM sacrificadas, tres DM-cont y tres DM-empa después de un período de tratamiento de 12 semanas y se escanearon con un sistema micro-CT (Latheta LCT-100, Aloka, Tokio, Japón) . La densidad mineral ósea (BMD, mg/cm3) y el contenido mineral óseo (BMC, mg) se calcularon utilizando el software Latheta.
Análisis de cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS) de aminoácidos plasmáticos
Se obtuvieron muestras de plasma de ratas de control de 30-semanas de edad y de ratas DM cont y DM-empa de 27–32 semanas de edad después del período de tratamiento de 12-semanas. Las muestras de plasma se trataron con Phenomenex EZ: kit de análisis rápido de AA (Phenomenex, Torrance, CA), con norvalina como patrón interno [18]. Se utilizaron GCMS-QP2010Plus y el software de solución GCMS (Shimadzu, Kioto, Japón) para el análisis de GC-MS [19].
análisis estadístico
Los resultados, presentados como media ± error estándar (SE), se compararon en dos grupos mediante pruebas t de Student de dos colas y en múltiples grupos mediante pruebas de Tukey-Kramer. Un valor de p < 0.05="" se="" consideró="" estadísticamente="">
Resultados
Condiciones generales asociadas a la diabetes
Las mediciones semanales de la ingesta de alimentos mostraron que la ingesta diaria promedio estimada de alimentos fue ligeramente mayor en el grupo DM-cont que en el grupo DM-empa (36,9±1,5 g frente a 34,3±1,0 g). La dosis diaria estimada de empagliflozina en el grupo DM-empa fue de 23,7±0,7 mg/kg de peso corporal (PC). La empagliflozina redujo drásticamente la concentración de glucosa en sangre al día siguiente de iniciar el tratamiento, de 404,6±36,3 mg/dl a 143,8±14,6 mg/dl), siendo la glucosa en sangre en el grupo DM-empa significativamente menor que en el grupo DM -grupo cont durante el período de tratamiento de 12-semanas (Fig. 1A). Este nivel en DM-empa se ha asemejado al control normal con una dieta normal (147.{{40}}±1,2 mg/dl) [14]. El BW aumentó gradualmente con la edad en el grupo DM-empa, pero no en el grupo DM-cont (Fig. 1B), siendo el BW final después de 12 semanas de 444,6±18,0 g en el grupo DM-empa y 372,3±26,4 g en el DM- grupo de cont. A la misma edad, el peso corporal del control era de aproximadamente 533,4±9,8 g [14]. De acuerdo con el aumento de peso corporal, las riendas adeps (1,4 ± 0,2 g) permanecieron en el grupo DM-empa pero no en el grupo DM-cont.
Se demostró previamente que las ratas DEK afectadas presentaban intolerancia grave a la glucosa, ausencia de secreción de insulina en respuesta a la carga de glucosa y pérdida de células [14]. Examinamos si la empagliflozina mejoraba la tolerancia a la glucosa y la secreción de insulina y prevenía la pérdida de células. El nivel de glucosa en sangre después de 16 horas de ayuno fue significativamente más bajo en el grupo DM-empa que en el grupo DMcont, al igual que el nivel de glucosa en sangre 60-240 min después de la carga de glucosa (Fig. 1C). El cambio de glucosa en sangre relacionado con el tiempo en OGTT de DM-empa casi se ha parecido al de las ratas control no diabéticas de la cepa DEK [14]. Sin embargo, la secreción de insulina inducida por glucosa no se produjo en ninguno de los grupos (Fig. 1D). La tinción inmunofluorescente de insulina en los islotes pancreáticos mostró señales de insulina débiles o nulas en el grupo DM-cont y casi un 100 por ciento de señales positivas en las ratas de control, mientras que se observó una señal de insulina débil, que comprendía 24,2 ± 3,5 por ciento por área de islote en tres ratas en el grupo Grupo DM-empa (Fig. 2).
Parámetros metabólicos, renales y densitometría ósea
Las mediciones de los parámetros metabólicos después del período de tratamiento de 12 semanas mostraron que la ingesta de alimentos fue significativamente menor en el grupo DM-empa que en el grupo DM-cont en valores relativos (Fig. 3A) y absolutos (S1 Fig). Además, la ingesta de agua (Fig. 3B, Fig. S1) y el volumen de orina (Fig. 3C, Fig. S1) fue aproximadamente un 50 por ciento menor en el grupo DM-empa que en el grupo DM-cont.
Al final del período de tratamiento de 12-semanas, las concentraciones plasmáticas de Tcho, Cre, Alb, TP y Na fueron significativamente más bajas en el grupo DM-cont que en el grupo de control, con la mayoría de estas reducciones en el grupo DM-cont. grupo que muestra una recuperación parcial en el grupo DM-empa. En particular, las concentraciones plasmáticas de Tcho, TP y Na fueron significativamente más altas en el grupo DM-empa que en el grupo DM-cont, aunque todas estas concentraciones fueron más bajas en el grupo DM-empa que en el grupo control. Los niveles plasmáticos de Alb y Cre también fueron más altos en el grupo DM-empa que en el grupo DM-cont, pero estas diferencias no fueron estadísticamente significativas (Tabla 1). Las excreciones urinarias de glucosa, UN, Ca, Na, K, Cl y proteína fueron significativamente más altas en el grupo DM-cont que en el grupo control, y la mayoría de estos aumentos se aliviaron en el grupo DM-empa. En particular, las excreciones urinarias de Glu, UN, Na, K y Cl fueron significativamente más bajas en el grupo DM-empa que en el grupo DM-cont, aunque todas estas excreciones fueron significativamente más altas en el grupo DM-empa que en el grupo control. . Las excreciones urinarias aumentadas de Ca y proteínas también se aliviaron en el grupo DM-empa, sin diferencias significativas entre los grupos DM-empa y control (Tabla 2). Excepto por Ccre, que no difirió significativamente entre los tres grupos, todas las depuraciones y excreciones de fracciones examinadas fueron significativamente mayores en el grupo DM-cont que en el grupo control (Tabla 3). Además, a excepción de Cglu y FEglu, que permanecieron más altos en el grupo DM-empa, la mayoría de esos aumentos en el grupo DM-cont se aliviaron en el grupo DM-empa. En particular, Cca, Cna y Ccl fueron significativamente más bajos en el grupo DM-empa que en el grupo DM-cont, pero permanecieron más altos en el grupo DM-empa que en el grupo control (Tabla 3).
La DMO femoral fue significativamente más baja en el grupo DM-cont que en el grupo control, y se encontró que la empagliflozina restauró la DMO femoral en el grupo DM-empa (Tabla 4). El BMC tendió a ser mayor en el grupo DM-empa que en el grupo DM-cont, pero la diferencia no fue estadísticamente significativa (Tabla 4)
Patología de los riñones
Las ratas DEK afectadas exhibieron agrandamiento renal progresivo con túbulos dilatados [14]. Aunque el tratamiento con empagliflozina redujo drásticamente los niveles de glucosa en sangre, no redujo
peso renal, que fue similar en los grupos DM-empa y DM-cont (2,35±0.08 g vs. 2,24 ±0,08 g). El examen histológico mostró que la dilatación severa era prominente en los túbulos renales de las regiones yuxtamedulares en ratas DM-cont y DM-empa (Fig. 4A). La empagliflozina no atenuó la dilatación de los túbulos renales (Fig. 4B y 4C). En línea con esto, la excreción urinaria de L-FABP, un biomarcador de lesión tubular renal [20], fue mayor en DM-cont y DM-empa en comparación con el Control, y no hubo diferencia entre DM-cont y DM-empa ( Fig. 4D y 4E). Como se informó anteriormente [14], no hubo una lesión glomerular típica, como hipertrofia en Control, DM-cont y DM-empa (Fig. 4F).
Análisis GC-MS de aminoácidos plasmáticos
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.
La sarcosina plasmática tendió a ser mayor en el grupo DM-cont que en el grupo de control, y la empagliflozina aumentó aún más la sarcosina plasmática. Por el contrario, el triptófano plasmático tendió a ser más bajo en el grupo DM-cont que en el grupo de control, y la empagliflozina disminuyó aún más el triptófano plasmático (Tabla 5). Los niveles de glicina en plasma fueron similares en los grupos DM-cont y control, pero fueron significativamente más altos en DM-empa que en los otros dos grupos. Las concentraciones de glutamina y ornitina fueron significativamente más bajas en el grupo DM-cont que en el grupo de control y no se restauraron con el tratamiento con empagliflozina. En comparación con el grupo de control, el ácido aminobutírico en plasma fue significativamente más bajo en el grupo de DM-cont, y la empagliflozina redujo aún más su concentración. Las concentraciones plasmáticas de valina e isoleucina fueron significativamente más altas en el grupo DM-cont que en el grupo de control, con estas concentraciones restauradas al nivel de control mediante el tratamiento con empagliflozina.
Discusión
Los inhibidores de SGLT2 reducen los niveles de glucosa en sangre de forma independiente a la insulina y muestran efectos renoprotectores en pacientes con DM tipo 2, así como en varios modelos animales [8, 12, 21–23]. La mayoría de los estudios en animales con inhibidores de SGLT2 se han realizado en animales obesos con DM tipo 2 [22, 24–28]. Sin embargo, muchos pacientes con DM tipo 2, especialmente en Asia, no son obesos [29]. Los efectos de los inhibidores de SGLT2 en pacientes con lesiones renales o diabetes no obesos siguen sin estar claros [29, 30]. El presente estudio investigó los efectos de la empagliflozina sobre el metabolismo, la función renal y la histopatología en ratas DEK, un nuevo modelo de rata diabética no obesa con predisposición al agrandamiento de los riñones [14]. En comparación con los modelos animales diabéticos con obesos, el fenotipo de las ratas DEK diabéticas se caracterizó por la reducción progresiva de la concentración de insulina plasmática debido a la pérdida de células pancreáticas, más que a la resistencia a la insulina, por lo que las ratas DEK diabéticas mostraron una disminución del peso corporal y la grasa con el progresión de la DM. Además, las ratas diabéticas DEK mostraron un aumento del parénquima renal y un marcado agrandamiento de los riñones con dilatación de los túbulos renales [14].
Los inhibidores de SGLT2 promueven la utilización de grasa, músculo y aminoácidos como fuentes de energía [31–33], reduciendo la masa grasa y el peso corporal en humanos y animales obesos [28, 34, 35]. También se ha observado pérdida de masa grasa y disminución del aumento de peso en roedores diabéticos no obesos tratados con inhibidores de SGLT2 [31]. Además, tanto los humanos como los roedores tratados con inhibidores de SGLT2 mostraron hiperfagia compensatoria para mantener su equilibrio de energía y nutrientes [27, 32, 36]. En este estudio, el tratamiento con empagliflozina redujo los niveles de glucosa en sangre de ratas DEK en 24 horas, y estas concentraciones más bajas se mantuvieron durante el período de tratamiento de 12-semanas, de manera similar a otros estudios de inhibidores de SGLT2 [15, 24]. A diferencia de los hallazgos anteriores [27, 28,36], encontramos que el tratamiento con empagliflozina redujo la ingesta de alimentos y atenuó la pérdida de riendas adeps y la inhibición de la ganancia de peso corporal. Este resultado inesperado probablemente estuvo asociado con mejoras en el balance energético. Inicialmente, la excreción urinaria de glucosa fue significativamente menor en las ratas DM-empa que en las ratas DM-cont, aunque la Cglu marcadamente más alta en el grupo DM empa se debió a la inhibición completa de la reabsorción de glucosa, con FEglu de casi el 100 por ciento. Este hallazgo fue respaldado aún más por la reducción significativa en la excreción urinaria de UN, un parámetro del catabolismo proteico, a pesar de un nivel normal de BUN, en el grupo DM-empa [37]. Además, el aumento de la TP plasmática y la disminución de las proteínas urinarias en el grupo de DM-empa indicaron que la empagliflozina mejoró la retención de proteínas. La retención y utilización de la glucosa y la reversión de un estado catabólico a un estado asimilado en ratas tratadas con empagliflozina pueden deberse a su control exitoso de los niveles de glucosa en sangre.
Se ha demostrado que los inhibidores de SGLT2 aumentan el volumen de orina, con aumentos en la reabsorción tubular que compensan las pérdidas de fluidos corporales y electrolitos [21, 25, 38]. Por lo tanto, el volumen de orina aumenta inmediatamente después del inicio del tratamiento con inhibidores de SGLT2, pero el tratamiento a largo plazo puede reducir tanto el volumen de orina como la ingesta de agua [38, 39]. Aunque el nivel de Cre en plasma fue significativamente más bajo en DM-cont y DM-empa que en el grupo Control, Ccre no difirió significativamente entre los grupos control, DM-cont y DM-empa. Por lo tanto, dado que no hubo evidencia obvia de hipertrofia glomerular en ratas DEK-DM [14], la hiperfiltración glomerular podría apenas ocurrir o ser leve en DM-cont. Además, un riñón agrandado con parénquima aumentado podría haber aumentado el número de nefronas, lo que indica que un riñón agrandado tanto en DM-cont como en DM-empa podría estar relacionado con niveles reducidos de Cre en plasma. Por lo tanto, el volumen de orina reducido en el grupo de DM-empa puede deberse a mejoras en la reabsorción de agua en los túbulos renales, no a una tasa de filtración glomerular reducida. En general, el aumento de la excreción urinaria de electrolitos en el grupo de DM-cont se atenuó en el grupo de DM empa, lo que indica que las concentraciones plasmáticas reducidas de electrolitos en el grupo de DM-cont fueron atenuadas por el tratamiento con empagliflozina a través de la mejora de la función tubular renal. Esta hipótesis fue apoyada por las reducciones consistentes de sus aclaramientos con excreciones fraccionadas disminuidas en el grupo DM-empa.
Se ha informado que los inhibidores de SGLT2 tienen efectos nocivos sobre los huesos [31, 40]. Debido a que la osteoporosis es una complicación común de la DM, comparamos la DMO y el BMC en los tres grupos de ratas. La BMD y BMC fueron significativamente más bajas en el grupo DM-cont que en el grupo control, pero estas reducciones se atenuaron en el grupo DM-empa. Además, estos aumentos en la BMD y BMC en el grupo DM-empa fueron acompañados por reducciones en la excreción urinaria de Ca. Debido a que los niveles de Ca en plasma están estrictamente regulados, no hubo diferencias significativas en los niveles de Ca en plasma entre los grupos de control, DM-cont y DM-empa. Estos hallazgos sugirieron que el balance negativo de Ca en el grupo DM-cont puede ser compensado por la movilización de a desde el hueso hacia la circulación, con esta condición parcialmente atenuada por la función tubular renal mejorada de Ca en el grupo DM-empa.
La atenuación de la hipoproteinemia en el grupo DM-empa puede deberse a una mejora de la proteinuria. Aunque la hiperfiltración e hipertrofia glomerular no se exhibieron claramente en el grupo DM-cont, el nivel reducido de glucosa en sangre puede disminuir la filtración glomerular de Alb. Además, las mejoras en la reabsorción tubular de proteínas y aminoácidos pueden haber contribuido a la síntesis de proteínas plasmáticas en el hígado. Las ratas DEK afectadas se caracterizan por concentraciones plasmáticas bajas de Tcho [14]. Debido a que el aumento de la producción de Alb se acompaña de un aumento de la producción de Tcho en el hígado [41], los niveles más altos de Tcho en plasma en el grupo DM-empa pueden estar asociados con el aumento de la producción hepática de Alb. Esto último puede deberse al aumento de los suministros de aminoácidos y energía relacionados con las mejoras en la retención de proteínas y el equilibrio energético.
La homeostasis de los aminoácidos de cadena ramificada (BCAA) está determinada en gran medida por la actividad catabólica de los BCAA en los tejidos [42], y los defectos en la homeostasis de los BCAA se consideran un índice de resistencia a la insulina o condición diabética [43–45]. Nuestro análisis GC-MS de aminoácidos mostró que las concentraciones plasmáticas de valina e isoleucina en ratas DM-empa eran iguales a las de las ratas de control no diabéticas, lo que sugiere que el tratamiento con empagliflozina mejoró el catabolismo proteico y las condiciones diabéticas. Además, observamos que un aumento específico de empagliflozina en el nivel de glicina plasmática se asoció con la mejora de la diabetes. Curiosamente, se ha observado un nivel bajo de glicina en plasma en la diabetes humana [46], y se descubrió que la administración de glicina induce efectos antioxidantes y renoprotectores en ratas con diabetes inducida por estreptozotocina [47]. Por lo tanto, los niveles más altos de glicina en plasma pueden estar asociados con la atenuación del estrés oxidativo y la nefropatía diabética en pacientes diabéticos y animales de experimentación tratados con empagliflozina. Los niveles plasmáticos de aminoácidos están influenciados por su utilización por los tejidos y órganos de todo el cuerpo y dependen de las condiciones anabólicas y catabólicas. Se requieren más estudios para determinar cómo los cambios en los niveles de estos y otros aminoácidos se relacionan con una condición metabólica.
Los inhibidores de SGLT2 ejercen efectos renoprotectores al suprimir varios procesos asociados con enfermedades renales, como la albuminuria y el aumento de peso de los riñones [15, 24, 48, 49]. La dilatación de los túbulos renales y la proteinuria son marcadores de daño renal asociado a la diabetes [50]. Sin embargo, la empagliflozina no pudo suprimir la dilatación de los túbulos renales y aumentó la excreción urinaria de L-FABP en nuestro modelo de rata, pero mejoró significativamente la función tubular. Esta discrepancia sugirió que la mejora en la función tubular asociada con la empagliflozina se debió a efectos menores o secundarios no acompañados de alteraciones orgánicas en los túbulos renales. Alternativamente, debido a que la dilatación tubular con lesión y el aumento de peso de los riñones se mantuvieron en condiciones normoglucémicas en las ratas DEK afectadas, estas alteraciones pueden haber sido rasgos genéticos relacionados con la diabetes en las ratas DEK en lugar de ser secundarias a la hiperglucemia.
Aunque los inhibidores de SGLT2 se dirigen a los túbulos renales, se sabe poco sobre los efectos de estos agentes sobre los cambios generales en la función de los túbulos renales, excepto que la hipertrofia glomerular implica el cotransporte tubular de sodio con glucosa [13, 22, 24]. Los estudios de los efectos de los inhibidores de SGLT2 en la función tubular mostraron que la reabsorción de agua no solo se suprimía por la diuresis osmótica, sino que se potenciaba por la regulación al alza de la acuaporina y el transportador de urea por un mecanismo aún no determinado [21, 25]. Las células epiteliales tubulares renales de los pacientes diabéticos están influenciadas no solo por la presión osmótica de la glucosa presente en el líquido tubular, sino también por el exceso de glucosa y sodio absorbido por las células a través de SGLT2. Recientemente, el estrés oxidativo en los túbulos renales se ha considerado importante para la progresión de la nefropatía diabética (ND), y la ipragliflozina mostró efectos renoprotectores al prevenir la sobreproducción de ROS en los túbulos renales [51]. Aunque no se encontró una progresión grave de la ND en las ratas DEK afectadas, el estrés oxidativo podría afectar la función tubular. Actualmente, no existe un consenso unificado sobre los efectos de los inhibidores de SGLT2 en la función tubular, lo que sugiere la necesidad de realizar más estudios para dilucidar el mecanismo por el cual la empagliflozina mejora la función tubular en ratas DEK.
Se ha encontrado que los inhibidores de SGLT2 preservan la masa celular en modelos de DM tipo 1 y DM tipo 2 obesos [52, 53]. Detectamos células con señales débiles de insulina en el grupo DM-empa, pero ninguna célula en el grupo DM-cont. Sin embargo, OGTT mostró mejoras moderadas en la tolerancia a la glucosa sin secreción de insulina en el grupo DM-empa. Debido a que la empagliflozina tiene una vida media corta de aproximadamente 8 horas, los niveles reducidos de glucosa en sangre observados después de un ayuno de 16 horas y la mejora en la tolerancia a la glucosa no se debieron a los efectos de la empagliflozina remanente. Estos hallazgos, por lo tanto, sugieren que la administración a largo plazo de empagliflozina podría mejorar el metabolismo de la glucosa y reducir moderadamente el nivel de glucosa en sangre después de una carga de glucosa de una sola dosis de manera independiente de la insulina.
En conclusión, los resultados del presente estudio indican que la empagliflozina mejora el metabolismo sistémico y la función tubular renal en ratas DEK, aunque los mecanismos detallados que subyacen a la respuesta única de estos animales a la empagliflozina siguen sin estar claros. Estos hallazgos también indican que las ratas DEK son un modelo útil para estudiar y evaluar los múltiples efectos biológicos de los inhibidores de SGLT2 en la diabetes.
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