Въпреки че лечението с използване на инхибитор на натрий-глюкоза котранспортер 2 (SGLT2) и диета с ниско съдържание на въглехидрати (LCD) при затлъстяване и диабет тип 2 са сходни по това, че и двете ограничават въглехидратите в организма, механизмите им на действие се различават.

ефекти

Малко проучвания са изследвали разликите между инхибитора на SGLT2 и LCD като лечение за затлъстяване и диабет тип 2.

Какви са новите открития?

Лечението с инхибитор на SGLT2 силно подобрява метаболизма на глюкозата със запазване на β клетките на панкреаса, докато LCD подобрява мастния черен дроб.

Въпреки че лечението с инхибитор на SGLT2 и LCD повишава нивата на β-кетони в кръвта, комбинираното им използване не води до допълнително повишаване на нивата на β-кетони в кръвта.

Как тези резултати могат да променят фокуса на научните изследвания или клиничната практика?

Лечението с инхибитор на SGLT2 и LCD има диференцирани ефекти върху телесния състав и метаболитния профил.

Комбинираното използване на двете лечения може да доведе до по-добро метаболитно подобрение при лечението на затлъстяване и диабет тип 2.

ВЪВЕДЕНИЕ

Ефективността на употребата на инхибитор на натриев глюкозен котранспортер (SGLT) 2 и диета с ниско съдържание на въглехидрати (LCD) при лечението на затлъстяване и диабет тип 2 напоследък привлече вниманието в световен мащаб.

Инхибиторите на SGLT2 инхибират реабсорбцията на глюкоза в бъбреците и понижават кръвната глюкоза по независим от инсулина начин. Наскоро беше доказано, че имат плейотропни ефекти, като например намаляване на телесното тегло, кръвното налягане, гломерулната хиперфилтрация и нивата на серумната пикочна киселина, 1 което води до кардиопротективни и бъбречно-защитни ефекти, както се съобщава в събитието за сърдечно-съдови заболявания на Empagliflozin –РЕГ. ИЗХОД) Проба, 2 3 Програма за изследване на сърдечно-съдовата система за канаглифлозин (CANVAS), 4 Сравнителна ефективност на сърдечно-съдовите резултати при нови потребители на инхибитори на натрий-глюкоза котранспортер-2 (CVD-REAL), 5 Канаглифлозин и бъбречни събития при диабет клинична оценка на нефропатия (CREDENCE), 6 и ефект на дапаглифлозин върху сърдечно-съдови събития (DECLARE-TIMI 58) Проба.7 Освен това съобщаваме, че лечението с инхибитор на SGLT2 поддържа скелетна мускулна маса с намаляване на серумните нива на миостатин.

Доказано е, че LCD намалява телесното тегло, съпоставимо с ефектите, наблюдавани при диета с ниско съдържание на мазнини, според Рандомизираното контролирано проучване на диетичната интервенция9 и мета-анализ на посочените диетични програми.10 В допълнение към намаляването на телесното тегло, LCD съобщава, че подобрява сърдечно-съдовите рискови фактори като систолично/диастолично кръвно налягане, както и плазмени нива на глюкоза, инсулин, триглицериди (TG), липопротеин с висока плътност и реактивен протеин С.11. Освен това LCD на растителна основа се свързва с по-ниски всички причини и сърдечно-съдови смъртност от болести.12 13

Въпреки че лечението с използване на инхибитор SGLT2 и LCD за затлъстяване и диабет тип 2 са сходни по това, че и двете ограничават въглехидратите в организма, механизмите им на действие се различават. Малко проучвания са изследвали разликите между инхибитора на SGLT2 и LCD като лечение за затлъстяване и диабет тип 2. Освен това има опасения за безопасността, че комбинираната употреба на инхибитор SGLT2 и LCD може допълнително да повиши нивата на кетонните тела, тъй като е докладван този ефект и за двете лечения.15 16

Настоящото проучване изследва ефектите на SGLT2 инхибитора и LCD върху телесния състав и метаболитния профил, използвайки db/db миши модел на затлъстяване и диабет тип 2.

Изследователски дизайн и методи

Животни и експериментален дизайн

Шестседмични мъжки мишки db/db са закупени от CLEA Japan (Токио, Япония). Мишките бяха отделно поставени в клетки и държани при постоянна стайна температура от 23 ° C ± 1 ° C под 12 часа/12 часа светъл тъмен цикъл (светлините са включени в 07:00) със свободен достъп до вода. Мишките са хранени или с нормална диета (ND) (D10001, 3.9 kcal/g, Research Diets, New Brunswick, New Jersey, USA) или LCD (D14012301, 4.7 kcal/g, Research Diets) и третирани с всеки носител (0.5% хидроксипропил метилцелулоза (Wako, Osaka, Япония)) или канаглифлозин (Cana) (еквивалентно на 30 mg/kg телесно тегло). Кана е предоставена от Mitsubishi Tanabe Pharma (Осака, Япония). Мишките бяха разделени на случаен принцип в четири групи, както следва: ND група, хранени с ND и администрирани с носител; Група ND + Cana, хранена с ND и администрирана с Cana; LCD група, хранена LCD и администрирана с превозно средство; и LCD + Cana група, хранени LCD и администрирани с Cana. Формулите за експерименталните диети, използвани в това проучване, са показани в онлайн допълнителна таблица 1. Превозното средство и Cana се прилагат с орален сонда веднъж дневно. Всички грижи за животни и експерименти с животни са проведени в съответствие с институционалните насоки.

Допълнителен материал

Прием на храна по желание

Шестседмични мъжки db/db мишки се хранят или с ND, или с LCD и се прилагат или с носител, или с Cana. Приемът на храна се измерва в продължение на 4 дни при условия ad libitum и се изчислява средният прием на калории за всяка група.

Експерименти с хранене по двойки

Проведени са експерименти с хранене по двойки, за да се изключи влиянието на приема на калории. Двойно хранени мишки в групите ND + Cana, LCD и LCD + Cana са хранени със същото количество калории, както консумирани от мишките в групата ND през предходния ден. Експериментите с хранене по двойки започват на 8-седмична възраст и продължават 8 седмици.

Телесно тегло

Теглото на тялото на мишките от всяка група се измерва между 14:00 и 16:00 всяка седмица в продължение на 8 седмици.

Ректална температура

Ректалната температура беше измерена с помощта на термометър (Physitemp BAT7001H, Fisher Scientific, Clifton, New Jersey, USA) на 6-та седмица след началото на експеримента.

Биохимичен анализ

По време на експерименталния период се взема кръв от опашната вена за измерване на плазмените нива на глюкоза между 14:00 и 16:00 всяка седмица. В края на експеримента се взема кръв от долната куха вена между 14:00 и 16:00. Плазмените нива на глюкоза, инсулин, TG, общ холестерол и неестерифицирана мастна киселина (NEFA) се измерват с помощта на стандартен ензимен анализ или налични в търговската мрежа ELISA комплекти (тест за глюкоза CII (Wako Pure Chemical Industries, Осака, Япония); Morinaga Ultra Sensitive Mouse Insulin ELISA kit (Morinaga Institute of Biological Science, Kanagawa, Japan); TG E-test (Wako Pure Chemical Industries); E-test за холестерол (Wako Pure Chemical Industries); NEFA C-test (Wako Pure Chemical Industries) ) в съответствие с инструкциите на производителя. Нивата на β-кетон в кръвта са измерени с помощта на измервател FreeStyle Precision Neo с тест ленти за β-кетон FreeStyle Precision (Abbott Япония, Токио, Япония).

Тест за интраперитонеален глюкозен толеранс

На 6-та седмица след началото на експеримента бяха проведени интраперитонеални тестове за толерантност към глюкоза (IPGTTs). След едно нощно гладуване мишките се инжектират интраперитонеално с глюкоза (1,0 g/kg). Кръвни проби бяха събрани от опашната вена на 0, 30, 60, 90 и 120 минути след инжектиране на глюкоза. Плазмените нива на глюкоза и инсулин се измерват с помощта на наличните в търговската мрежа комплекти, описани по-горе. Секретираните нива на инсулин на нивото на глюкоза в плазмата по време на IPGTT се изчисляват чрез разделяне на площта под кривата (AUC) на нивата на инсулин на AUC на нивата на глюкозата от 0 min до 120 min (AUCIns/AUCGlu). Оценката на модела на хомеостазата (HOMA) на инсулиновата резистентност се изчислява като (глюкоза в плазмата на гладно (mg/dL) × плазмен инсулин на гладно (ng/ml)) за оценка на инсулиновата резистентност.

Съдържание на TG в черния дроб и скелетните мускули

Черният дроб на мишката и предният мускул на пищяла са изолирани в края на експеримента, незабавно замразени в течен азот и липиди се екстрахират с използване на 1: 1 изопропилов алкохол/хептан (v/v). След изпаряване на разтворителя липидите бяха ресуспендирани в 99,5% етанол и съдържанието на TG беше измерено с помощта на TG E-тест Wako комплект (Wako Pure Chemical Industries).

Хистология на черния дроб и панкреаса

В края на експеримента се взема проба от черен дроб и панкреас на мишка и веднага се фиксира в 10% неутрален буфериран формалин. След фиксирането органите рутинно се дехидратират, като се използва степенувана серия от концентрации на етанол, вграждат се в парафин, разделят се, оцветяват се и се изследват микроскопски. Чернодробните секции бяха оцветени с H&E. За имунохистохимично оцветяване на инсулин, секциите на панкреаса бяха инкубирани с поликлонални антипорцинови инсулинови антитела на морски свинчета (Dako, Carpinteria, California, USA). Имунолокализацията беше демонстрирана с помощта на системата EnVision + (белязан полимер с пероксидаза от хрян (HRP)) (Dako) и диаминобензидин (DAB) + субстратен комплект (Dako). Пробите бяха изследвани чрез светлинна микроскопия.

Екстракция на РНК и количествена PCR в реално време

Общата РНК беше извлечена от черния дроб и епидидималната бяла мастна тъкан (WAT), използвайки TRIzol (Life Technologies, Carlsbad, California, USA), съгласно инструкциите на производителя. Общата РНК (1.0 ug) се транскрибира обратно, като се използва набор за синтез на iScriptTMcDNA (Bio-Rad Laboratories, Hercules, California, USA). Количествената PCR в реално време се извършва с PCR система в реално време StepOnePlus, използвайки TaqMan (Applied Biosystems, Foster City, California, USA). Относителните количества на иРНК се нормализират с помощта на рибозомна 18 s РНК. Използваните набори праймери и сонди са изброени в допълнителната онлайн таблица 2.

статистически анализи

Допълнителен материал

Очакваше се LCD да понижи нивата на глюкоза в плазмата; 27 28 обаче, това не се наблюдава в настоящото проучване. От друга страна се съобщава, че инхибиторът на SGLT2 има защитни ефекти в панкреаса.25 29–31 В настоящото проучване администрирането на Cana повишава секретирания инсулин на нивата на кръвната глюкоза по време на IPGTT (фигура 2F). Освен това инсулинът се оцветява интензивно в β клетките на панкреаса в отговор на лечението с Cana при ND и LCD условия на хранене (фигура 2Н), което е в съответствие с предишни доклади. Възможно е намаляването на нуждите от инсулин чрез подобряване на хипергликемията по независим от инсулин начин да доведе до защитата на β клетките на панкреаса. В бъдеще са необходими допълнителни проучвания, за да се разследва това.

Приложението на Cana има тенденция да повишава нивата на β-кетони в кръвта при условия на хранене с ND. Освен това, храненето с LCD значително повишава нивата на β-кетони в кръвта (фигура 2I). Приложението на Cana обаче значително намалява β-кетона в кръвта при условия на хранене с LCD (фигура 2I), което показва, че инхибиторът на SGLT2 не винаги повишава нивата на β-кетон в кръвта. Предполага се, че нивата на кетон в тялото се повишават в отговор на абсолютен или относителен дефицит на инсулин, 16 32 и запазената инсулинова секреция, наблюдавана при db/db мишки, може да потисне по-нататъшното увеличение на кетонните тела.

В настоящото проучване, храненето с LCD подобрява мастния черен дроб (фигура 3А, В). Съобщава се, че приемът на LCD може да подобри зачервяването на черния дроб в клинични проучвания, 33 34 въпреки че участващите механизми остават неясни. Нашите открития показаха, че храненето с LCD не влияе върху окисляването на мастните киселини, а потиска синтеза на липиди (фигура 3D – G), което е в съответствие с предишен доклад.19 От друга страна, се съобщава, че инхибиторът на SGLT2 подобрява затлъстяването на черния дроб, 20 30 но това не беше показано в това проучване. Причината за това несъответствие може да се дължи на дозата или продължителността на приложение на инхибитора SGLT2.

LCD храненето повлиява инсулиновата резистентност, както се вижда от увеличаването на HOMA (фигура 2G). Възможните механизми на инсулинова резистентност при затлъстяване и диабет включват хронично възпаление в мастната тъкан, натрупване на извънматочна мастна тъкан в черния дроб и скелетните мускули, хипергликемия и хипертриглицеридемия.35 В този модел, хипергликемия (фигура 2В, D) и хипертриглицеридемия (фигура 4А) се счита, че са причинили инсулинова резистентност, предизвикана от LCD хранене. За разлика от това, извънматочното натрупване на мазнини (фигура 3А, В) и възпалението в мастната тъкан (допълнителна онлайн фигура 3) не се считат за значими. Необходими са допълнителни проучвания, за да се изясни механизмът, чрез който храненето с LCD предизвиква инсулинова резистентност. В допълнение, администрацията на Cana намалява HOMA при LCD хранене (фигура 2G). Xu et al съобщават, че инхибиторът на SGLT2 подобрява инсулиновата резистентност, оценена чрез метода на теста за инсулинов толеранс (ITT) при мишки със затлъстяване (DIO), предизвикани от диета.18 Освен това се съобщава, че нокаутиращите мишки SGLT2 имат повишена инсулинова чувствителност, оценена по метода на глюкозния скоба .25 Тези отчети са в съответствие с нашите данни.

Употребата на инхибитор на SGLT2 може да намали скелетната мускулна маса и да увеличи развитието на саркопения. От друга страна се съобщава, че приемът на голямо количество протеин увеличава мускулната маса. В настоящото проучване администрирането на Cana и храненето с LCD доведе до повишена червена мускулна маса (фигура 1I). Съобщава се, че хипергликемията и инсулиновата резистентност са механизми на мускулна атрофия при затлъстяване и диабет тип 2. 44 В настоящото проучване е възможно подобренията в нивата на кръвната глюкоза и инсулиновата резистентност в отговор на лечението с инхибитор на SGLT2 и LCD хранене да са довели до наблюдаваното увеличение на скелетната мускулна маса. Разликите в ефектите на инхибитора на SGLT2 и LCD върху белите и червените мускули трябва да бъдат изяснени.

В заключение демонстрирахме, че лечението с инхибитор на SGLT2 и LCD има диференцирани ефекти върху телесния състав и метаболитния профил. Лечението с инхибитор на SGLT2 силно подобрява метаболизма на глюкозата със запазване на β клетките на панкреаса, докато LCD подобрява мастния черен дроб. Комбинираната употреба на SGLT2 инхибитор и LCD не показва адитивно увеличение на нивата на кетонните тела. Взети заедно, комбинираното използване на двете лечения може да доведе до по-добро метаболитно подобрение при лечението на затлъстяване и диабет тип 2.