恩格列净单独及联合运动对肥胖2型糖尿病大鼠比目鱼肌的影响

《The Journal of Physiological Sciences》：Effects of empagliflozin alone and in combination with exercise on the soleus muscle in obese type 2 diabetic rats

　　

本研究评估了恩格列净（empagliflozin, EMPA）联合耐力运动是否能进一步改善自发性糖尿病Torii肥胖大鼠（一种肥胖2型糖尿病模型）的比目鱼肌。雄性大鼠被分为未治疗对照组、运动组、EMPA组和EMPA联合运动组。年龄匹配的Sprague-Dawley大鼠作为非糖尿病对照。从8周龄至16周龄期间，提供跑步机训练和含0.03% EMPA的饲料。EMPA和联合干预均改善了血糖和胰岛素抵抗。此外，与单独使用EMPA相比，联合治疗降低了总胆固醇和甘油三酯。比目鱼肌中I型纤维的横截面积在所有干预措施下均有改善趋势。联合治疗显著增强了柠檬酸合酶活性、线粒体功能蛋白表达和自噬通量。这些发现表明，尽管EMPA不会对比目鱼肌产生不利影响，但通过改善线粒体状态、自噬和脂质代谢，将其与耐力运动相结合可带来更优的获益。

论文解读

研究背景与意义

随着生活方式的改变，肥胖相关的2型糖尿病（T2DM）患病率日益增加，这类患者极易并发肌肉减少症，即肌肉质量和力量的进行性下降。这不仅影响患者的社会独立性，还缩短了健康预期寿命。钠-葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT2）抑制剂（如恩格列净 EMPA）是目前广泛使用的降糖药，其通过促进尿糖排泄来降低血糖。然而，临床观察发现SGLT2抑制剂在减轻体重的同时可能伴随骨骼肌质量的减少，这在合并代谢并发症的肥胖T2DM患者中引发了关于加重肌肉减少性肥胖风险的担忧。与此同时，既往研究表明SGLT2抑制剂在特定条件下并未加剧肌肉流失，甚至能改善某些肌肉萎缩模型。此外，在肥胖相关T2DM中，主要由慢肌纤维组成的比目鱼肌极易发生功能障碍，这与线粒体功能障碍和自噬失调密切相关。尽管已知SGLT2抑制剂能激活多个器官的自噬信号通路，但其单独使用或与运动联合使用，对伴有代谢并发症的肥胖T2DM动物慢肌纤维中线粒体状态和自噬过程的具体影响仍不明确。因此，本研究旨在探讨EMPA单独及联合运动，对肥胖T2DM模型大鼠比目鱼肌中线粒体标志物及自噬相关过程的干预作用。

关键技术方法

研究人员选用5周龄雄性自发性糖尿病Torii（SDT）肥胖大鼠（肥胖T2DM模型）和同龄Sprague-Dawley（SD）大鼠（非糖尿病对照）。实验将SDT肥胖大鼠随机分为四组：未治疗对照组、单纯运动组、单纯EMPA治疗组以及EMPA联合运动组。干预周期为8周龄至16周龄。运动组接受中等强度跑步机耐力训练。EMPA组通过掺入0.03% EMPA的饲料进行给药。实验终点检测了体重、摄食饮水、握力、血糖、血清胰岛素、血脂等生理生化指标。解剖后获取比目鱼肌，采用免疫荧光组织化学分析评估I型肌纤维横截面积（CSA）；测定柠檬酸合酶（CS）活性以反映线粒体含量；利用蛋白质印迹法（Western blotting）定量检测线粒体生物发生、脂肪酸β-氧化、电子传递链及自噬相关蛋白的表达水平。

研究结果

体重、摄食饮水、握力和血糖水平的变化

所有SDT组的体重均显著高于SD组。值得注意的是，单纯EMPA治疗组在12周和16周龄时的体重显著高于未治疗对照组和运动组。各组间食物摄入量无显著差异，但单纯EMPA组在后期饮水量显著增加。所有SDT组的相对握力均低于SD组，且各干预措施未能显著改善这一指标。在血糖方面，单纯EMPA组和联合治疗组在12周和16周龄时均表现出显著的降糖效果，且联合组在某些时间点的表现优于单纯运动组。

空腹血糖和血清生化指标的比较

在16周龄时，单纯运动和两种EMPA干预均显著降低了空腹血糖。血清胰岛素和稳态模型胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）在单纯EMPA和联合治疗组较未治疗对照组显著降低，表明EMPA有效改善了胰岛素抵抗。在血脂方面，单纯EMPA组的总胆固醇和甘油三酯水平高于单纯运动组；而联合治疗组的总胆固醇和甘油三酯水平显著低于单纯EMPA组，表明运动弥补了EMPA单药治疗时对脂代谢改善的不足。

脂肪组织重量的比较

单纯EMPA组的附睾和肾周脂肪组织绝对重量最高，但在校正体重后，EMPA治疗组（包括联合组）的脂肪组织占比显著低于未治疗对照组，提示EMPA引起的体重增加并非主要由脂肪堆积驱动。

比目鱼肌重量和横截面积的比较

虽然所有SDT组的绝对比目鱼肌重量均低于SD组，但在胫骨长度标准化的比目鱼肌重量上，单纯EMPA组与SD组无显著差异，提示EMPA保护了肌肉形态。I型肌纤维的横截面积在未治疗对照组显著缩小，而在各干预组中虽有改善趋势，但与未治疗对照组相比未达统计学显著性差异。

比目鱼肌线粒体含量和功能蛋白表达分析

单纯EMPA组的CS活性未显著升高，但联合治疗组的CS活性显著高于SD组和未治疗对照组。在线粒体相关蛋白方面，单纯EMPA组的过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（PGC-1α）表达高于未治疗对照组；联合治疗组的PGC-1α、中链酰基辅酶A脱氢酶（MCAD）和细胞色素c氧化酶5B亚基（COX5B）表达均显著上调，表明联合治疗对线粒体功能的提升最为全面。

比目鱼肌自噬相关分子分析

UNC-51样激酶1（ULK1）磷酸化（自噬启动标志）仅在联合治疗组显著升高。微管相关蛋白1轻链3（LC3B）-II/LC3B-I比值（自噬体形成标志）在单纯EMPA组和联合组均显著高于未治疗对照组。选择性自噬标志p62的磷酸化在联合组恢复至与SD组相当的水平，且总p62蛋白表达在联合组显著低于未治疗对照组，这表明联合治疗不仅促进了自噬体形成，更有效地改善了自噬通量。

讨论与结论总结

研究人员在讨论中指出，本研究证实了EMPA单药治疗在自由摄食条件下不会加剧骨骼肌萎缩，并能引起比目鱼肌线粒体标志物和自噬相关过程的有利变化。当与运动训练结合时，这种组合能更显著地改善线粒体含量、生物发生标志物和特定呼吸链蛋白的表达，以及自噬通量。

关于EMPA单药导致体重增加的现象，研究人员认为这可能与SDT肥胖大鼠固有的食欲亢进（瘦素受体异常）以及EMPA改善严重高血糖后的代谢状态由分解代谢转向合成代谢有关，且体成分分析排除了水肿和脂肪堆积的可能性。此外，联合治疗的优势在于同时改善了胰岛素抵抗和血脂异常。由于比目鱼肌主要由具有高脂肪酸代谢能力的氧化肌纤维组成，血脂异常的改善减轻了脂毒性，从而创造了有利于恢复线粒体功能和激活自噬的代谢环境。

自噬失调是连接胰岛素抵抗和肌肉萎缩的重要机制。研究发现EMPA单药增加了自噬体形成的标志LC3B-II，而联合运动则通过增加p62磷酸化和减少总p62表达，促进了自噬体的清除，即改善了自噬通量。这种增强的自噬有助于线粒体的质量控制。

尽管研究取得了积极成果，但也存在一些局限性，例如缺乏步态速度等身体机能表现数据，未在正常血糖条件下评估EMPA的作用，且未进行全身身体成分的直接成像分析。未来的研究需要进一步验证这些发现在临床肌肉减少症背景下的适用性。

结论：

在2型糖尿病大鼠模型的比目鱼肌中，EMPA治疗不会产生不利影响，并可能诱导线粒体标志物和自噬相关过程的有利变化。此外，将运动训练与EMPA结合，通过改善胰岛素抵抗和血脂异常，可能会比单独使用EMPA进一步增强比目鱼肌的线粒体状态和自噬通量。