恩格列净减轻STZ诱导的C57/BL-6小鼠糖尿病神经病变、焦虑和抑郁样行为

《Learning and Motivation》：Empagliflozin alleviates STZ-induced diabetic neuropathy, anxiety and depression-like behavior in C57/BL-6 mice

　　

摘要

背景
糖尿病（DM）常伴随神经病变并发症以及并存的精神神经表现，包括焦虑和抑郁样行为。这些并发症共同加重了疾病负担，损害生活质量，并需要个体化的药物治疗方案来有效管理。

目的
评估恩格列净（EMPA）在链脲佐菌素（STZ）诱导的小鼠糖尿病神经病变中缓解疼痛症状及并存的焦虑样和抑郁样行为的药理学效果。

方法
通过腹腔单次注射STZ（30 mg/kg）在C57/BL-6小鼠中诱导神经病变和行为异常。STZ注射后，从第14天至第28天，口服给予小鼠EMPA（5和10 mg/kg）、普瑞巴林（PGB）（30 mg/kg）和氯米帕明（CLMP）（10 mg/kg）治疗。

结果
糖尿病引起的神经病变导致显著的热超敏性（撤爪潜伏期缩短）、痛觉异常、肢体麻木（转棒坠落潜伏期缩短）以及运动活动减少。神经行为学评估显示强迫游泳试验中不动行为增加、蔗糖偏好度降低、高架十字迷宫开放臂中的进入次数和停留时间减少以及明暗箱中的表现变化。生化检测显示氧化应激标志物水平发生异常（脂质过氧化升高，超氧化物歧化酶和谷胱甘肽降低）以及炎症细胞因子显著增加（IL-1β、IL-6、TNF-α和TLR4）。给予EMPA 5和10 mg/kg（口服）治疗后，显著减轻了这些行为学和生化异常，降低了氧化应激和炎症标志物水平，并改善了坐骨神经和脑组织病理学变化，且在高剂量组中效果更为显著。此外，EMPA有助于降低血糖水平并维持糖尿病动物的体重。

结论
除其降糖活性外，EMPA似乎还能缓解STZ诱导的神经病变及伴随的焦虑样和抑郁样行为，其机制可能涉及氧化应激和炎症的调节。

引言

糖尿病（DM）是一种慢性代谢性疾病，其特征是由于胰岛素分泌或胰岛素作用缺陷或两者兼有所致的高血糖（美国糖尿病协会，2014年）。糖尿病期间的高血糖会导致心脏、肾脏、皮肤、视网膜、大脑和外周神经进行性损害（Cho等，2018年；Mezil和Abed，2021年）。神经病变性疼痛和神经行为障碍，如焦虑和抑郁，极为常见，影响着全球超过50%的糖尿病患者（Feldman等，2019a）。糖尿病神经病变（DN）导致疼痛、不适、皮肤溃疡、肌肉无力、丧失独立性以及对患者生活质量的严重损害（Pop-Busui等，日期不详；Joshua和Misri，2022年）。在糖尿病中，慢性高血糖导致神经损伤，破坏正常的疼痛信号传导。这种功能障碍通常表现为烧灼感、刺痛感、针刺感或电击样感觉，这是糖尿病患者神经病变性疼痛的典型症状（Truini，2017年）。这些患者还表现出非典型疼痛反应，如痛觉异常和痛觉超敏（Gylfadottir等，2019年）。DN期间的慢性持续疼痛还会不利影响情绪和行为结果。脑细胞中持续的高血糖样状态显著影响神经传递，这常在动物和人类中导致焦虑和抑郁样状况的发展（Gasparin等，2021年）。DN常伴有精神神经共病，据报道焦虑的患病率为7.8%至60.4%，抑郁的患病率为13.6%至50.6%，焦虑和抑郁共存的患病率为26.4%至30.6%（Naranjo等，2019年）。

糖尿病患者的高血糖和胰岛素信号受损激活了关键的生化途径，包括多元醇通路、己糖胺通路、蛋白激酶C（PKC）通路和晚期糖基化终末产物（AGE）通路（Rosenberger等，2020年）。这些过程加剧了氧化应激、炎症和线粒体功能障碍，最终导致外周神经的结构和功能损害，并加重神经病变症状（Baum等，2021年）。针对氧化失衡和神经炎症的治疗方法可能比传统的对症治疗提供更好的益处。在DN中实现最佳血糖控制、有效的疼痛管理、身心健康的维持以及并发症的预防仍然具有挑战性，凸显了对更全面和更有针对性的治疗策略的需求（Elafros等，2022年；Ceriello等，2022年；Chatterjee等，2016年）。长期用药理学药物如度洛西汀、普瑞巴林、加巴喷丁受到其对肾脏和肝脏功能潜在不良反应的限制（Tesfaye等，2022年；Van Laake-Geelen等，2019年）。非药物方法如物理治疗、足部护理和生活方式改变可以改善生活质量，但单独使用时镇痛效果有限。抗氧化剂和代谢调节剂，如α-硫辛酸和苯磷硫胺，显示出令人鼓舞的益处，但仍需进一步临床验证（Popa等，2019年）。

恩格列净（EMPA）是一种钠-葡萄糖协同转运蛋白-2抑制剂（SGLT2i），主要用于2型糖尿病（T2D）的治疗（Chawla和Chaudhary，2019年）。最近，达格列净和索格列净在1型糖尿病（T1D）的治疗中显示出积极效果。由于SGLT2i的作用机制独立于胰岛素的作用，这些药物有潜力作为胰岛素的辅助用药来改善T1D患者的血糖控制。在T1D患者中，EMPA也显示出显著降低糖化血红蛋白（HbA1c）、空腹血糖、血压和体重的效果（Vallon，2015年）。SGLT2受体存在于不同脑区域，提示EMPA在调节情绪和行为功能方面的作用（Kugathasan等，2024a）。新兴证据表明EMPA在神经系统疾病如缺血性中风、神经退行性疾病、癫痫、焦虑和抑郁中具有治疗潜力（Shafiq等，2022年；Forycka等，2022年）。因此，本研究旨在评估EMPA在小鼠STZ诱导的DN及相关神经行为症状中的治疗潜力。EMPA促进AMPK和Nrf2的激活，在其改善各种组织氧化损伤的能力中发挥关键作用。EMPA还阻止PKC和NOX的下游激活，最终抑制ROS的产生（Li等，2024年）。临床前和临床研究报告EMPA治疗可降低循环和组织中促炎介质的水平并激活抗炎细胞因子（Saha和Saha，2020年；Cheng等，2016年）。本研究还旨在阐明EMPA可能发挥镇痛作用并预防糖尿病相关神经行为共病（如焦虑和抑郁）的潜在抗氧化和抗炎机制。使用STZ在小鼠中建立糖尿病样状态（Akinlade等，2021年6月；Kec等，2022年）。

章节摘要

动物
使用健康九周龄C57BL/6小鼠（体重25-30克）（每组6只）进行本研究。动物饲养在通风良好的聚丙烯笼中，并在标准实验室动物房条件下维持（温度：25±2°C，湿度：40-60%），12小时光照-12小时黑暗循环（上午6:00开灯）。自由饮食标准食物颗粒和水。动物的维持符合委员会规定的法规要求，用于实验动物使用和护理的控制和预防。

EMPA对STZ诱导糖尿病小鼠伤害感受的影响
在DN小鼠中通过评估热板试验中爪舔和跳跃潜伏期来评估EMPA的效果，分别在基线（第0天）、STZ注射后（第7天和第14天）以及药物治疗后（第21天和第28天）进行。
双因素方差分析显示，爪舔潜伏期的天数[F(4,125)=73.83, P<0.0001]、处理[F(4,125)=57.78, P<0.0001]和交互作用[F(16,125)=10.49, P<0.0001]均存在显著主效应。在正常盐水对照组中，爪舔潜伏期在第0-4周的第5次评估日之间相当。

讨论
历史上，对糖尿病患者DN病理生理学的研究以及尝试确定治疗管理方案主要集中在2型糖尿病上。DN也是1型糖尿病的常见问题，通常出现在发病近10年后，不同于2型糖尿病中的DN，后者可能已在诊断时已存在（Feldman等，2019b）。本研究在1型糖尿病模型中全面评估了EMPA的神经保护和精神药理作用，将其作用拓展至……

结论
EMPA在STZ诱导的糖尿病小鼠中对神经病变性疼痛、焦虑和抑郁样行为表现出显著的保护作用，该模型是1型糖尿病的确立模型。我们的发现与既往报道一致，表明EMPA通过减轻氧化应激和炎症通路来改善糖尿病并发症，而这两者是神经病变和情绪障碍病理生理学的核心。通过减少ROS产生和调节促炎……

作者贡献
概念设计：SPB；方法论和原创稿件撰写：SPB和PSZ；审阅和编辑、数据整理和方法论：SPJ；样品分析：SPS；手稿最终审阅：SPB和DNT。作者已阅读并同意手稿的当前版本。

CRediT作者贡献声明
Deepali N. Tapre：方法论。Satish P. Shelke：验证、调查。Borikar Sachin：原创稿件撰写、数据整理、概念设计。Shirish P. Jain：审阅和编辑。Pranav S. Zore：原创稿件撰写、方法论、调查。

伦理声明
本研究按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究获得Rajarshi Shahu药学学院动物伦理委员会批准，地址为Maharashtra邦Buldana区Malvihir，邮编443001，注册号1865/PO/ReBi/S/16/CCSEA。（提案号IAEC/1865/24-25/P-10）。

参与同意
不适用。

出版同意
不适用。

关于写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
作者确认未使用论文工厂和人工智能。

伦理批准
不适用。

资金
无。

利益冲突
无。

致谢
我们衷心感谢Ashish P. Bharne博士在整个实验工作和手稿准备过程中的宝贵指导和宝贵建议。我们也感谢Ganesh Kale先生、Krishna Panhale先生、Bharti Bokade女士、Yogesh Jadhav先生和Vishal Pathrikar先生在整个研究期间在动物手术和护理方面提供的支持。

Sachin P. Borikar | Pranav S. Zore | Shirish P. Jain | Satish P. Shelke | Deepali N. Tapre