Empagliflozin對心臟代謝與電生理和結構重塑的機制：鈉葡萄糖轉運蛋白2抑制劑於心臟保護的影響

背景：心血管併發症被認為是導致糖尿病患者死亡的主要原因。雖然醫療的進步已經將糖尿病患者 的心血管死亡率降低了約百分之四十，但由於糖尿病和老齡化人口的成長，實際死亡人數預估仍會 增加。然而，造成糖尿病患者心血管功能障礙的致病機制仍不清楚，並且針對糖尿病心肌病變尚未 有確定的治療方式。最近，臨床研究發現鈉葡萄糖轉運蛋白2 抑制劑empagliflozin 具有顯著的心血 管益處，可以改善高血壓和心臟衰竭。然而，鈉葡萄糖轉運蛋白2 抑制劑改善心血管疾病的機制尚 未完全了解。代謝異常在糖尿病心肌病變中扮演重要角色。我們先前的研究顯示糖尿病會損害心臟 代謝並伴隨電生理和結構的重塑，經由失調的腺苷單磷酸活化蛋白激酶(AMPK)和過氧化物酶體增 殖物激活受體(PPARs)訊息傳導。因此，鈉葡萄糖轉運蛋白2 抑制劑可能透過改善心臟代謝來治療糖 尿病心肌病變。因此，本研究的目的是探討鈉葡萄糖轉運蛋白2 抑制劑empagliflozin 對於糖尿病心 肌病變的作用。我們將研究empagliflozin 是否可以透過調節心臟電生理和結構的重塑來改善糖尿病 的代謝異常。此外，我們將評估鈉葡萄糖轉運蛋白2 抑制劑是否將是治療心臟衰竭的新策略。在第 一年的實驗中，我們將評估empagliflozin 對心臟功能的影響和研究糖尿病大鼠心肌脂肪酸與葡萄糖 代謝和PPAR 的表現。我們還將研究empagliflozin 是否調節心臟電氣活動，鈣離子的動態平衡和相 關的分子機制。在第二年的實驗中，我們將探討empagliflozin 是否調控心臟成纖維細胞的活性來治 療糖尿病心肌病變。在第三年的實驗中，我們將研究empagliflozin 是否可以經由其獨特的鈉葡萄糖 轉運蛋白2 抑制作用來改善心臟衰竭。我們將評估empagliflozin 對心臟衰竭誘導的電生理和結構的 重塑的影響和探索相關的分子機制。 實驗方法：第一年的實驗: 在誘發大鼠發生糖尿病(高脂飲食合併低劑量鏈佐黴素)之前，與給予 empagliflozin(10 毫克/公斤體重，口服治療四週)前後，分別量測空腹血糖、代謝與發炎的參數、心電 圖、心臟超音波與血壓。將利用非侵入性微型正子掃描在對照組和第二型糖尿病有或沒有 empagliflozin 治療的大鼠上評估心肌能量代謝。將利用即時聚合酶連鎖反應與西方墨點法來分析 PPAR，乙醯輔酶A 羧化酶(ACC)，固醇調節元件結合蛋白1c（SREBP1c），肉鹼棕櫚醯基轉移酶1A （CPT1A）和微粒體甘油三酯轉移蛋白（MTTP），脂肪酸代謝物與下游的訊息傳遞包括NFAT， P38MAPK，ERK1/2，CaMK II 激酶和葡萄糖代謝的下游信號傳導途徑（葡萄糖轉運蛋白，IRS，iRS， Akt，pAkt）和鈣離子調節蛋白的表現量。使用螢光比技術和全細胞膜片箝制法在分離的單一心室心 肌細胞記錄細胞內鈣離子和電生理的特徵。 第二年的實驗: 從對照組和第二型糖尿病有或沒有empagliflozin 治療的16 週齡大鼠身上，分離出心 臟成纖維細胞。接著心臟成纖維細胞將進行增殖測定，氧化壓力測定，細胞粘附和遷移分析，膠原 含量測量，與細胞激素陣列。將組織以2％多聚甲醛固定，包埋在石蠟中，並且用Masson's trichrome 或Sirius red 染色和TUNEL 法測定心肌纖維化和凋亡的組織學分析。將使用即時聚合酶連鎖反應分 析α-平滑肌肌動蛋白，第I 和III 型膠原蛋白，酸性核醣體結合蛋白，腫瘤壞死因子(TNF)-α 和白細 胞介素（IL）-6 的核糖核酸表現。利用西方墨點法來評估TNF-α，IL-6，第一型血管張力素II 受體 （ATR1），高等糖化終產物受體（RAGE）的蛋白質表現。第三年的實驗: 將12 週齡的雄性Wistar 大鼠分組為對照組，與異丙腎上腺素（100 毫克/公斤體重，腹膜內注射持續1 週）誘導的心臟衰竭 有或沒有empagliflozin (10 毫克/公斤體重，口服治療四週)。在empagliflozin 治療前後，分別量測空 腹血糖、代謝與發炎的參數、心電圖、心臟超音波與血壓。將利用即時聚合酶連鎖反應與西方墨點 法來分析PPAR，乙醯輔酶A 羧化酶(ACC)，固醇調節元件結合蛋白1c（SREBP1c），肉鹼棕櫚醯基 轉移酶1A（CPT1A）和微粒體甘油三酯轉移蛋白（MTTP），脂肪酸代謝物與下游的訊息傳遞包括 NFAT，P38MAPK，ERK1/2，CaMK II 激酶和葡萄糖代謝的下游信號傳導途徑（葡萄糖轉運蛋白， IRS，iRS，Akt，pAkt）和鈣離子調節蛋白的表現量。使用螢光比技術和全細胞膜片箝制法在分離的 單一心室心肌細胞記錄細胞內鈣離子和電生理的特徵。 初步結果：鈉葡萄糖轉運蛋白2 抑制劑empagliflozin 改善身第二型糖尿病大鼠之cQT 期間、心室肌 細胞動作電位期間的延長及Ca2+ transient 和降低其Ca2+ sparks 的發生率。 此外，empagliflozin 改善 2 型糖尿病大鼠中增加的心室擴張相關的心臟功能。 預期結果： 鈉葡萄糖轉運蛋白2 抑制劑empagliflozin，可以調控在糖尿病心肌病變與心臟衰竭其鈣 離子調節，脂肪酸和葡萄糖代謝，發炎反應和PPAR 的表現。