《Metabolism》：The early metabolic cardiac targets of empagliflozin during the development of heart failure, independent of SGLT2 inhibition
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该研究揭示SGLT2抑制剂通过独立于SGLT2的代谢机制减轻心肌衰竭，包括降低致病代谢物（如G6P、malate）、增强糖酵解与乳酸释放、激活SIRT3/ERRα通路及改善线粒体能量代谢。
陈莎|胡欣|王倩|黛安·巴克|英格·范德马德|安娜·M·特本斯|关颖颖|米尔托·利基杜|芬克·K.J.·范戈尔|马库斯·W·霍尔曼|尼娜·C·韦伯|米歇尔·范韦格尔|鲍克·V·肖马克斯|迈克尔·P·皮珀|鲁本·科罗内尔|埃丝特·E·克里默斯|科特·J·祖尔比尔
阿姆斯特丹大学医学中心心血管科学系麻醉学实验室，阿姆斯特丹心血管科学，荷兰阿姆斯特丹，Meibergdreef 9，1105，AZ
摘要
背景与目的
心脏代谢变化被认为是心力衰竭（HF）的早期驱动因素。最近的临床前研究表明，钠-葡萄糖转运蛋白2抑制剂（SGLT2i）对HF的保护作用与SGLT2的抑制无关。本文揭示了SGLT2i在HF早期阶段的非SGLT2依赖性代谢效应，以阐明SGLT2i可能通过哪些早期心脏代谢机制发挥保护作用。
方法
在野生型（WT）和SGLT2敲除（KO）小鼠中，通过主动脉横断（TAC）和去氧皮质酮（DOCA）诱导短期HF，并在有无恩格列净（EMPA）的情况下进行实验。手术后10天，通过体内超声心动图检查后，对心脏进行朗根多夫灌注（Langendorff-perfusion）。通过以下方法确定EMPA的非SGLT2依赖性代谢效应：1）使用13C-葡萄糖进行稳定同位素追踪分析，通过通量组学（13C-葡萄糖灌注）评估葡萄糖在代谢途径中的相对贡献；2）利用代谢组学（LC/MS）量化代谢中间产物；3）通过Western blot分析评估代谢调节因子；4）通过RNA测序分析代谢途径的基因表达。
结果
无论SGLT2是否存在（即两种基因型中均存在），TAC/DOCA都会导致体内HF（收缩期和舒张期功能障碍），而EMPA可以预防这种情况。早期非SGLT2依赖性的心脏代谢特性表现为：1）HF心脏通过糖酵解和三羧酸循环产生的能量相对较少，更多葡萄糖被用于谷氨酰胺的合成；2）EMPA增强了糖酵解远端的葡萄糖标记，而不影响葡萄糖对乙酰辅酶A或三羧酸循环中间产物的相对贡献；3）HF导致代谢中间产物（苹果酸、天冬氨酸、2-羟基戊二酸）增加，这些中间产物会引发病理变化，而EMPA减少了导致病理变化的代谢中间产物（苹果酸、葡萄糖-6-磷酸），同时增加了乳酸释放和ATP含量；4）EMPA增加了代谢调节因子SIRT3和胰岛素敏感的葡萄糖转运蛋白（GLUT4）的表达，而不影响AMPK；5）HF降低了脂肪酸代谢相关基因的表达，而EMPA则增强了多种线粒体代谢途径（三羧酸循环、支链氨基酸、脂肪酸、线粒体呼吸链复合体）的表达，可能是通过增强ERRα信号通路实现的。
结论
SGLT2i对HF的保护作用涉及的早期非SGLT2依赖性代谢机制包括：1）减少驱动肥大的代谢中间产物（G6P、苹果酸）；2）促进糖酵解（GLUT4、糖酵解远端过程、乳酸释放），同时不改变葡萄糖/脂肪酸的氧化比例；3）激活ERRα/SIRT3通路，这与线粒体能量途径的基因表达增加和心脏ATP水平提高有关。
引言
心力衰竭（HF）是多种心脏疾病的最终共同结局。大约一半的HF患者表现为射血分数保留型HF（HFpEF），由于人口老龄化以及肥胖、高血压和糖尿病发病率的增加，这一比例预计还会继续上升[1]。尽管HF可以由多种病因及其组合（高血压、糖尿病、慢性炎症、肥胖）引起，射血分数范围从非常低（<30%）到正常（60%），并且可能伴有或不伴有舒张期功能障碍，但钠-葡萄糖共转运蛋白2抑制剂（SGLT2i）对这些不同的病因或表型均有效[2],[3]。
代谢变化通常先于并驱动心脏在环境压力（如高血压或容量和代谢负荷）下的结构或血流动力学变化[4],[5],[6],[7]。驱动心脏重塑的重要代谢变化不仅涉及代谢途径的活性变化，还涉及代谢中间产物的水平变化[7],[8],[9]。例如，压力负荷会导致糖酵解中间产物葡萄糖-6-磷酸[10]或三羧酸（TCA）衍生物天冬氨酸[11]的增加，这两种中间产物都会促进生长信号传导和心脏肥大。相比之下，线粒体的呼吸能力变化发生在HF发展的后期[12]，因此不能被视为心脏重塑的早期驱动因素。此外，代谢途径的活性受到多种信号蛋白（如AMPK、SIRT3、GLUT、mTOR、STAT3）和转录组网络的调节，这些因素也被认为会受到SGLT2i的影响[13],[14],[15],[16]。
多项临床前研究表明，即使在基因上缺乏SGLT2蛋白的动物中，SGLT2抑制剂（SGLT2i）仍具有心脏保护作用[17],[18],[19],[20]。这表明SGLT2i的有益作用在很大程度上独立于直接的SGLT2抑制作用。因此，要阐明SGLT2i对心力衰竭的保护机制，需要关注其非SGLT2依赖性效应。
目前，SGLT2i的早期心脏代谢效应及其非SGLT2依赖性机制仍知之甚少。本研究的主要目的就是填补这一知识空白。具体来说，我们研究了SGLT2i在野生型和SGLT2敲除动物模型中的全面心脏代谢反应，包括代谢途径活性的相对变化、中间代谢产物水平、信号蛋白表达和转录组谱型。通过这种方法，我们旨在识别可能构成SGLT2i心脏保护作用基础的早期非SGLT2依赖性代谢因素。
动物实验程序
所有动物实验程序均获得了荷兰阿姆斯特丹学术医学中心动物伦理委员会的批准，并遵循《实验室动物使用和护理指南》进行。使用CRISPR/Cas9技术针对Slc5a2的外显子4生成SGLT2全局敲除（KO）小鼠，这些小鼠在C57BL/6N背景下通过异源杂交繁殖产生雄性和雌性KO及野生型（WT）同窝小鼠，具体方法如我们之前报道的[20]。所有动物
EMPA独立于SGLT2改善HF引起的体内心脏功能障碍
基线时，野生型和KO小鼠的体内心脏舒张期和收缩期功能、左心房大小及左心室质量相似（补充图1A，[a-f]）。接受安慰剂饲料（PBO）治疗的动物中，HF并未显著影响生存率（图1B [a]）。TAC/DOCA导致严重的舒张期和收缩期功能障碍以及左心室质量增加，表现为E/A、E/e’、LAIDd、EF和LV mass Cor的升高，野生型和KO小鼠之间没有差异（图1B [b-g]）。SGLT2的缺失
讨论
这是首次报道HF和SGLT2抑制剂恩格列净的早期心脏代谢效应，这些效应独立于SGLT2的作用。由于许多研究表明SGLT2抑制剂的心血管益处并非通过SGLT2的调节作用实现，而本研究也证实了这一点，因此我们重点研究了这些非SGLT2依赖性效应，以揭示SGLT2i的保护机制。最重要的早期代谢发现
作者贡献声明
陈莎：撰写初稿、数据可视化、项目管理、实验设计、数据分析、概念化。胡欣：撰写初稿、数据可视化、方法学设计、实验设计、数据分析、概念化。王倩：撰写、编辑、方法学设计、数据分析。黛安·巴克：撰写、编辑、项目管理、方法学设计、实验设计、数据分析。英格·范德马德：撰写、编辑
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：科特·J·祖尔比尔表示接受了Boehringer Ingelheim GmbH的财务支持；科特·J·祖尔比尔表示与Boehringer Ingelheim GmbH存在关系，包括资金资助；科特·J·祖尔比尔表示与欧洲糖尿病研究基金会存在关系
致谢
本研究得到了Boehringer Ingelheim（C.J.Z.）和欧洲糖尿病研究基金会（EFSD；C.J.Z.）、中国国家留学基金委员会（CSC）奖学金计划（201907000127：SC；202307720007：XH）的研究资助。
