腎結石（腎結石）是世界上最常見的疾病之一，經常引起急性疼痛和腎功能惡化。它還偶爾會發展為尿路感染和敗血症，這可能是致命的。在美國，腎結石是醫療保健中最昂貴的泌尿科問題，每年花費超過 100 億美元[1]。它的終生患病率在男性中約為 10%，在女性中約為 6%，並且在許多發達國家中呈上升趨勢[2] , [3]。此外，其複發率在 5 年內為 30-40%，在 10 年內為 50% [4]。大多數腎結石是草酸鈣 (CaOx) 結石[3] , [4]. 儘管可以通過內窺鏡手術以微創方式去除腎結石，但對於 CaOx 結石仍然沒有有效的預防或治療藥物[5] , [6] , [7]，需要更好地了解這種疾病的分子機制。
鈉-葡萄糖協同轉運蛋白 2（SGLT2，由 SLC5A2 編碼）抑製劑是一類新型抗糖尿病藥物，通過抑制近端小管 S1 和 S2 段的 SGLT2 來誘導尿糖排泄[8] , [9]。除血糖控制外，SGLT2 抑製劑還具有多種功能，包括降低血壓[10]、改善心血管結局[11]、保護腎臟[12]、[13]、[14]、改善血脂以及體重、內臟脂肪和血清尿酸水平降低[15] , [16]。此外，SGLT2 抑製劑通過改善心肌能量學引起逆向心臟重塑[17], [18] , [19]並降低主動脈僵硬度[20]，同時還提高生活質量[21]。多種機制構成 SGLT2 抑製劑功能的基礎，包括利尿和抗炎作用[12]，[22]。
炎症因子，包括骨橋蛋白 (OPN)，是腎結石的關鍵[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]。Opn 是腎小管細胞分泌的一種多效性糖蛋白，是鈣結石基質中最重要的晶核蛋白之一[23 , 24 , 25]。SGLT2 抑製劑抑制近端小管中 OPN 的產生[29]，這可能會預防 CaOx 腎結石。然而，SGLT2 抑製劑對腎結石的治療潛力在人類中存在爭議[30]，[31]並且需要更詳細地調查。因此，我們假設 SGLT2 抑製劑可能是一種潛在的治療腎結石的方法。為了驗證這一假設，我們進行了一項大規模流行病學研究，以評估腎結石患病率與 SGLT2 抑製劑處方狀態之間的關係。我們還在動物模型和人類細胞培養實驗中研究了 SGLT2 抑制對 CaOx 腎結石的影響。
強調
•基於日本數據庫，SGLT2 抑製劑可減少男性糖尿病患者的腎結石。
•Phlorizin 可改善大鼠腎 CaOx 結石的形成，以及隨後的損傷。
•SGLT2 缺乏可抑制小鼠的腎 CaOx 結石、炎症和損傷。
•SGLT2 沉默在體外抑制 OPN 上調和 CaOx 晶體細胞粘附。
•SGLT2 抑製劑可能是一種很有前途的治療腎結石的方法。
背景與目的： 腎結石是一種常見的腎臟疾病，目前尚無特效藥物治療。鈉-葡萄糖協同轉運蛋白 2 (SGLT2) 抑製劑是一種抗糖尿病藥物，具有利尿和抗炎作用，可預防腎結石。在這裡，我們使用大規模流行病學數據、動物模型和細胞培養實驗研究了 SGLT2 抑制腎結石的潛力。
方法： 本研究納入了日本行政數據庫中可用的糖尿病患者 (n = 1,538,198) 數據，並根據 SGLT2 抑製劑處方狀態對其進行了劃分。在動物實驗中，乙二醇誘導 Sprague-Dawley 大鼠腎草酸鈣結石，並使用 SGLT1/2 抑製劑根皮苷進行治療。在 SGLT2 缺陷小鼠和人近端腎小管細胞系 HK-2 中評估了 SGLT2 特異性抑制對腎結石形成的影響。
結果： 與非 SGLT2 抑製劑處方組相比，SGLT2 抑製劑處方組糖尿病男性的腎結石患病率顯着降低。根皮苷減輕腎結石形成並下調大鼠腎損傷分子 1 (Kim1) 和骨橋蛋白 (Opn) 的表達，飲水量和尿量不變。它抑制了炎症和巨噬細胞標誌物的表達，表明 SGLT2 抑製劑在減輕炎症方面的作用。SGLT2 缺陷小鼠對乙醛酸誘導的草酸鈣結石形成有抵抗力，同時 Opn 表達減少和腎損傷。在 HK-2 細胞中 SGLT2 沉默後，高葡萄糖誘導的 OPN 和 CD44 上調以及草酸鈣的細胞表面粘附減少。
結論： 總的來說，我們的研究結果表明，抑制 SGLT2 可防止腎結石形成，可能是一種很有前途的腎結石治療方法。
在這項研究中，我們描述了 SGLT2 抑制對腎結石的影響。我們使用日本急性 DPC 醫院數據庫確定 SGLT2 抑製劑可有效治療男性糖尿病患者的腎結石。此外，在 EG 誘導的腎 CaOx 結石形成大鼠中，根皮苷治療可有效對抗腎結石形成和隨後的腎損傷，而不影響水攝入量、尿量和草酸鹽排泄。SGLT2 抑制的這種有益作用在 SGLT2 缺陷小鼠中得到複製。此外，SGLT2 沉默抑制了人 HK-2 近端腎小管細胞系中由高葡萄糖引起的OPN和CD44 mRNA 上調以及 CaOx 晶體細胞粘附。
儘管 SGLT2 抑製劑具有多種功能[10] , [11] , [12] , [13] , [14] , [15] , [16]，但關於其對腎結石作用的報道並不一致[30] , [31 ] ]。對使用 SGLT2 抑製劑進行的隨機臨床試驗的薈萃分析表明，SGLT2 抑製劑不會影響腎結石的風險[30]. 然而，這項研究的樣本量有限，因為腎結石不是納入試驗中預先指定的終點，而且腎結石發病病例數很少。相比之下，一項使用丹麥健康登記處進行的全國性隊列研究顯示，SGLT2 抑製劑使用者患腎結石的風險低於二肽基肽酶 4 (DDP4) 抑製劑使用者[31]。該研究推測，SGLT2 抑製劑增加尿量可能是其對腎結石具有保護作用的一個原因。此外，一項臨床試驗已經啟動，以驗證 SGLT2 抑製劑恩格列凈 (empagliflozin) 對預防腎結石事件的影響[63]. SGLT2 抑製劑的一些病理生理功能，例如尿液 pH 升高、尿量增加和抗炎作用[12]、[22]、[39]、[40]、[41]、[42]，表明可能具有保護作用抗腎結石；但是，尚未研究詳細的機制。
在自由飲用水中添加 EG 的腎 CaOx 結石形成大鼠模型已作為臨床腎結石形成模型而得到完善和研究，而不是簡單的實驗模型，因為該模型未顯示出嚴重的腎損傷[34]、[35]。適當濃度的 EG 給葯會導致 CaOx 在腎小管細胞表面積聚，而其他代謝中間體對腎細胞無毒[35] , [64]。然而，由於 SGLT2 抑製劑的利尿作用，尤其是在急性期，它可能與常規利尿劑相輔相成[12] , [22] , [39] , [40] , [41] ,[42]、[43]、[44]、[45]，我們假設過量腎結石形成和器官毒性伴隨 EG 過量的可能性。因此，我們將 EG 的給葯程序從與水混合改為以體重為參考的皮下注射。通過皮下注射 EG 以及通過飲用水給葯在大鼠中形成腎結石。此外，大鼠[65]和小鼠[66]品系的飲水量不同。因此，通過皮下注射精確和準確的劑量可能導致結石形成模型的穩定和藥物治療的適當評估，包括利尿劑。
SGLT2 抑制抑制了近端小管的炎症，並防止了 CaOx 結石的形成以及隨後的損傷和纖維化。然而，雖然 SGLT2 抑製劑的利尿/利鈉作用與常規利尿劑相加，但未觀察到對 EG 誘導的腎 CaOx 結石形成（EG 與 EG+Ph）大鼠的尿量和水攝入量有顯着影響在人類的急性期，慢性期緩解[43] , [44] , [45]. 與利尿作用相反，抑制 SGLT2 可抑制石核基質蛋白 OPN 和腎損傷、炎症和巨噬細胞標誌物的表達。這些表型在 SGLT2 缺陷小鼠的乙醛酸鹽誘導的腎 CaOx 結石形成模型和體外人近端腎小管上皮細胞研究中得到複製。根據這些結果，我們提出抑制 SGLT2 對腎 CaOx 結石形成的有益作用可能是由於其抗炎作用。
SGLT2 抑製劑還可以降低血清尿酸水平並增強尿酸排泄，同時改變與糖尿相關的尿酸轉運活性[67]、[68]、[69]。儘管血清尿酸降低可改善主動脈僵硬度[20]和減少炎性體活性[70]，從而改善生活質量，但高尿酸血症是腎尿酸結石形成的風險[71]。在這項研究中，根皮苷治療傾向於降低血漿尿酸並增加尿尿酸水平。儘管 SGLT2 抑製劑與腎尿酸結石之間的關係尚未見報道[63] , [71]，不能排除 SGLT2 抑制增加腎尿酸結石形成的風險。
晶體沉積與腎細胞損傷、細胞丟失、炎症和纖維化有關[72] , [73]。包括 CaOx 在內的腎晶體會在腎細胞中誘發活性氧介導的炎症。因此，靶向炎症可有效治療腎結石[26]。浸潤的腎巨噬細胞促進 CaOx 腎鈣質沉着症的纖維化[28]。我們發現間質纖維化周圍有 CD68 +巨噬細胞浸潤，而 SGLT2 抑制作用減弱了這種浸潤。此外，OPN 是一種與巨噬細胞反應相關的促炎細胞因子[59]，在腎小管損傷抑制 SGLT2 之前，近端腎小管中的 OPN 水平升高。
關於 OPN 在尿路結石形成中的作用存在兩個相互矛盾的假設：作為誘導劑[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]和抑製劑[74]、[75] . N 端 OPN 片段是 OPN 的主要活性形式，可觸發病理變化，包括促炎作用[53]、[54]。除了作為促炎細胞因子外，它還是在腎臟中形成 CaOx 晶體的最重要的核心蛋白之一[23]、[24]、[25]. OPN 的完全敲除或鈣結合位點突變可改善小鼠腎臟中乙醛酸誘導的 CaOx 晶體沉積[24]、[25]。通過表達 OPN 反義[76]或 OPN 中和抗體[77]，腎小管細胞系中 CaOx 晶體的沉積減少。在體外和體內腎鈣結晶的初始過程中檢測到腎小管細胞中 OPN 的強表達[78]。環孢菌素 A 通過滅活親環蛋白 D 阻斷線粒體通透性轉換孔的開放，從而抑制 OPN 表達和腎結晶[78]. 總之，我們的結果表明 OPN 是腎結石形成的誘導劑。此外，SGLT2 抑製劑通過抑制受損近端腎小管上皮細胞的葡萄糖攝取來抑制 OPN 的產生，從而將代謝途徑轉移到糖酵解系統[29]。然而，連接葡萄糖消耗和 OPN 轉錄活性的精確細胞內機制尚不清楚。草酸鹽和鈣對線粒體功能的改變導致能量產生的變化、氧化應激和細胞內鈣穩態的調節以及炎症級聯[79]. 此外，受損近端小管中近端腎小管細胞從脂肪酸氧化到糖酵解的能量代謝重編程可能有助於 OPN 的轉錄激活，因為一些細胞內途徑，例如哺乳動物雷帕黴素靶蛋白 (mTOR)、AMP 活化蛋白激酶(AMPK) 和無聲信息調節器 1 (SIRT1) 參與了這種重編程[80]。需要進一步的研究來辨別 SGLT2 抑製劑對 OPN 的轉錄調節。OPN 對於培養的心臟或真皮成纖維細胞中 TGFB1 介導的纖維化信號傳導和肌成纖維細胞分化也是必需的[60]。因此，通過抑制 SGLT2 來抑制 OPN 可有效對抗腎 CaOx 結石的形成。
我們還發現 CaOx 結石形成後受損近端小管中的 SGLT2 表達降低。腎小管損傷與轉運蛋白的丟失有關，包括 SGLT2 [58]。因此，SGLT2 抑制的影響可能僅限於受損的近端小管。然而，SGLT2 抑製劑對慢性腎病患者[14]和缺血再灌注腎損傷後啟動的小鼠也有腎臟保護作用[57]。在急性腎損傷期間，近端小管中的葡萄糖代謝發生改變[81]，而 SGLT2 抑制會顯着降低葡萄糖攝取[57]。此外，由於抑制 Na + ，根皮苷和 SGLT2 抑製劑會增加尿液 pH 值-H +交換活性和近端小管中的碳酸氫鹽重吸收[82] , [83] , [84]。在這項研究中，EG 給葯降低了尿液 pH 值，根皮苷處理升高了尿液 pH 值。這可能會影響 CaOx 晶體與管狀表面的粘附，因為最高的 CaOx 晶體細胞粘附已被證明發生在最酸性的 pH 值下[37]。總的來說，這些報告和我們的數據表明 SGLT2 抑制在腎結石發展後應用的潛力；但是，需要進一步調查以探討這方面的問題。
這項研究有一些局限性。首先，日本 DPC 數據庫中缺乏關於糖尿病嚴重程度和 SGLT2 抑製劑給葯持續時間的詳細信息。因此，未來需要研究 SGLT2 抑製劑對不同種族和非糖尿病患者腎結石的影響。其次，在動物實驗中，我們只評估了腎 CaOx 結石的形成，其約佔人類腎結石的 75% [85]. SGLT2 抑制對其餘 25% 由羥基磷酸鈣、磷酸銨鎂、尿酸鹽或胱氨酸組成的結石的影響仍有待研究。第三，我們在大鼠實驗中同時開始根皮苷治療和 EG 給葯。SGLT2抑製劑的治療周期對於評估其在腎結石發展後通過利尿或抗炎的治療潛力很重要。
5 . 結論
SGLT2 抑制可防止腎結石形成和隨後的腎損傷。這種效應可能是由於 OPN 基因表達減少和炎症通過 SGLT2 抑制近端小管中的葡萄糖攝取所致（補充圖 13）。因此，使用 SGLT2 抑製劑可能是一種很有前途的治療腎結石的方法。
Anan G, Hirose T, Kikuchi D, Takahashi C, Endo A, Ito H, Sato S, Nakayama S, Hashimoto H, Ishiyama K, Kimura T, Takahashi K, Sato M, Mori T. Inhibition of sodium-glucose cotransporter 2 suppresses renal stone formation. Pharmacol Res. 2022 Dec;186:106524. doi: 10.1016/j.phrs.2022.106524. Epub 2022 Oct 28. PMID: 36349594.
