抑制钠-葡萄糖协同转运蛋白 2 可抑制肾结石形成

肾结石（肾结石）是世界上最常见的疾病之一，经常引起急性疼痛和肾功能恶化。它还偶尔会发展为尿路感染和败血症，这可能是致命的。在美国，肾结石是医疗保健中最昂贵的泌尿科问题，每年花费超过 100 亿美元[1]。它的终生患病率在男性中约为 10%，在女性中约为 6%，并且在许多发达国家中呈上升趋势[2] , [3]。此外，其复发率在 5 年内为 30-40%，在 10 年内为 50% [4]。大多数肾结石是草酸钙 (CaOx) 结石[3] , [4]. 尽管可以通过内窥镜手术以微创方式去除肾结石，但对于 CaOx 结石仍然没有有效的预防或治疗药物[5] , [6] , [7]，需要更好地了解这种疾病的分子机制。

钠-葡萄糖协同转运蛋白 2（SGLT2，由 SLC5A2 编码）抑制剂是一类新型抗糖尿病药物，通过抑制近端小管 S1 和 S2 段的 SGLT2 来诱导尿糖排泄[8] , [9]。除血糖控制外，SGLT2 抑制剂还具有多种功能，包括降低血压[10]、改善心血管结局[11]、保护肾脏[12]、[13]、[14]、改善血脂以及体重、内脏脂肪和血清尿酸水平降低[15] , [16]。此外，SGLT2 抑制剂通过改善心肌能量学引起逆向心脏重塑[17], [18] , [19]并降低主动脉僵硬度[20]，同时还提高生活质量[21]。多种机制构成 SGLT2 抑制剂功能的基础，包括利尿和抗炎作用[12]，[22]。

炎症因子，包括骨桥蛋白 (OPN)，是肾结石的关键[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]。OPN 是肾小管细胞分泌的一种多效性糖蛋白，是钙结石基质中最重要的晶核蛋白之一[23 , 24 , 25]。SGLT2 抑制剂抑制近端小管中 OPN 的产生[29]，这可能会预防 CaOx 肾结石。然而，SGLT2 抑制剂对肾结石的治疗潜力在人类中存在争议[30]，[31]并且需要更详细地调查。因此，我们假设 SGLT2 抑制剂可能是一种潜在的治疗肾结石的方法。为了验证这一假设，我们进行了一项大规模流行病学研究，以评估肾结石患病率与 SGLT2 抑制剂处方状态之间的关系。我们还在动物模型和人类细胞培养实验中研究了 SGLT2 抑制对 CaOx 肾结石的影响。

强调

基于日本数据库，SGLT2 抑制剂可减少男性糖尿病患者的肾结石。

Phlorizin 可改善大鼠肾 CaOx 结石的形成，以及随后的损伤。

SGLT2 缺乏可抑制小鼠的肾 CaOx 结石、炎症和损伤。

SGLT2 沉默在体外抑制 OPN 上调和 CaOx 晶体细胞粘附。

SGLT2 抑制剂可能是一种很有前途的治疗肾结石的方法。

背景与目的： 肾结石是一种常见的肾脏疾病，目前尚无特效药物治疗。钠-葡萄糖协同转运蛋白 2 (SGLT2) 抑制剂是一种抗糖尿病药物，具有利尿和抗炎作用，可预防肾结石。在这里，我们使用大规模流行病学数据、动物模型和细胞培养实验研究了 SGLT2 抑制肾结石的潜力。

方法： 本研究纳入了日本行政数据库中可用的糖尿病患者 (n = 1,538,198) 数据，并根据 SGLT2 抑制剂处方状态对其进行了划分。在动物实验中，乙二醇诱导 Sprague-Dawley 大鼠肾草酸钙结石，并使用 SGLT1/2 抑制剂根皮苷进行治疗。在 SGLT2 缺陷小鼠和人近端肾小管细胞系 HK-2 中评估了 SGLT2 特异性抑制对肾结石形成的影响。

结果： 与非 SGLT2 抑制剂处方组相比，SGLT2 抑制剂处方组糖尿病男性的肾结石患病率显着降低。根皮苷减轻肾结石形成并下调大鼠肾损伤分子 1 (Kim1) 和骨桥蛋白 (Opn) 的表达，饮水量和尿量不变。它抑制了炎症和巨噬细胞标志物的表达，表明 SGLT2 抑制剂在减轻炎症方面的作用。SGLT2 缺陷小鼠对乙醛酸诱导的草酸钙结石形成有抵抗力，同时 Opn 表达减少和肾损伤。在 HK-2 细胞中 SGLT2 沉默后，高葡萄糖诱导的 OPN 和 CD44 上调以及草酸钙的细胞表面粘附减少。

结论： 总的来说，我们的研究结果表明，抑制 SGLT2 可防止肾结石形成，可能是一种很有前途的肾结石治疗方法。

在这项研究中，我们描述了 SGLT2 抑制对肾结石的影响。我们使用日本急性 DPC 医院数据库确定 SGLT2 抑制剂可有效治疗男性糖尿病患者的肾结石。此外，在 EG 诱导的肾 CaOx 结石形成大鼠中，根皮苷治疗可有效对抗肾结石形成和随后的肾损伤，而不影响水摄入量、尿量和草酸盐排泄。SGLT2 抑制的这种有益作用在 SGLT2 缺陷小鼠中得到复制。此外，SGLT2 沉默抑制了人 HK-2 近端肾小管细胞系中由高葡萄糖引起的OPN和CD44 mRNA 上调以及 CaOx 晶体细胞粘附。

尽管 SGLT2 抑制剂具有多种功能[10] , [11] , [12] , [13] , [14] , [15] , [16]，但关于其对肾结石作用的报道并不一致[30] , [31 ] ]。对使用 SGLT2 抑制剂进行的随机临床试验的荟萃分析表明，SGLT2 抑制剂不会影响肾结石的风险[30]. 然而，这项研究的样本量有限，因为肾结石不是纳入试验中预先指定的终点，而且肾结石发病病例数很少。相比之下，一项使用丹麦健康登记处进行的全国性队列研究显示，SGLT2 抑制剂使用者患肾结石的风险低于二肽基肽酶 4 (DDP4) 抑制剂使用者[31]。该研究推测，SGLT2 抑制剂增加尿量可能是其对肾结石具有保护作用的一个原因。此外，一项临床试验已经启动，以验证 SGLT2 抑制剂恩格列净 (empagliflozin) 对预防肾结石事件的影响[63]. SGLT2 抑制剂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]，表明可能具有保护作用抗肾结石；但是，尚未研究详细的机制。

在自由饮用水中添加 EG 的肾 CaOx 结石形成大鼠模型已作为临床肾结石形成模型而得到完善和研究，而不是简单的实验模型，因为该模型未显示出严重的肾损伤[34]、[35]。适当浓度的 EG 给药会导致 CaOx 在肾小管细胞表面积聚，而其他代谢中间体对肾细胞无毒[35] , [64]。然而，由于 SGLT2 抑制剂的利尿作用，尤其是在急性期，它可能与常规利尿剂相辅相成[12] , [22] , [39] , [40] , [41] ,[42]、[43]、[44]、[45]，我们假设过量肾结石形成和器官毒性伴随 EG 过量的可能性。因此，我们将 EG 的给药程序从与水混合改为以体重为参考的皮下注射。通过皮下注射 EG 以及通过饮用水给药在大鼠中形成肾结石。此外，大鼠[65]和小鼠[66]品系的饮水量不同。因此，通过皮下注射精确和准确的剂量可能导致结石形成模型的稳定和药物治疗的适当评估，包括利尿剂。

SGLT2 抑制抑制了近端小管的炎症，并防止了 CaOx 结石的形成以及随后的损伤和纤维化。然而，虽然 SGLT2 抑制剂的利尿/利钠作用与常规利尿剂相加，但未观察到对 EG 诱导的肾 CaOx 结石形成（EG 与 EG+Ph）大鼠的尿量和水摄入量有显着影响在人类的急性期，慢性期缓解[43] , [44] , [45]. 与利尿作用相反，抑制 SGLT2 可抑制石核基质蛋白 OPN 和肾损伤、炎症和巨噬细胞标志物的表达。这些表型在 SGLT2 缺陷小鼠的乙醛酸盐诱导的肾 CaOx 结石形成模型和体外人近端肾小管上皮细胞研究中得到复制。根据这些结果，我们提出抑制 SGLT2 对肾 CaOx 结石形成的有益作用可能是由于其抗炎作用。

SGLT2 抑制剂还可以降低血清尿酸水平并增强尿酸排泄，同时改变与糖尿相关的尿酸转运活性[67]、[68]、[69]。尽管血清尿酸降低可改善主动脉僵硬度[20]和减少炎性体活性[70]，从而改善生活质量，但高尿酸血症是肾尿酸结石形成的风险[71]。在这项研究中，根皮苷治疗倾向于降低血浆尿酸并增加尿尿酸水平。尽管 SGLT2 抑制剂与肾尿酸结石之间的关系尚未见报道[63] , [71]，不能排除 SGLT2 抑制增加肾尿酸结石形成的风险。

晶体沉积与肾细胞损伤、细胞丢失、炎症和纤维化有关[72] , [73]。包括 CaOx 在内的肾晶体会在肾细胞中诱发活性氧介导的炎症。因此，靶向炎症可有效治疗肾结石[26]。浸润的肾巨噬细胞促进 CaOx 肾钙质沉着症的纤维化[28]。我们发现间质纤维化周围有 CD68 +巨噬细胞浸润，而 SGLT2 抑制作用减弱了这种浸润。此外，OPN 是一种与巨噬细胞反应相关的促炎细胞因子[59]，在肾小管损伤抑制 SGLT2 之前，近端肾小管中的 OPN 水平升高。

关于 OPN 在尿路结石形成中的作用存在两个相互矛盾的假设：作为诱导剂[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]和抑制剂[74]、[75] . N 端 OPN 片段是 OPN 的主要活性形式，可触发病理变化，包括促炎作用[53]、[54]。除了作为促炎细胞因子外，它还是在肾脏中形成 CaOx 晶体的最重要的核心蛋白之一[23]、[24]、[25]. OPN 的完全敲除或钙结合位点突变可改善小鼠肾脏中乙醛酸诱导的 CaOx 晶体沉积[24]、[25]。通过表达 OPN 反义[76]或 OPN 中和抗体[77]，肾小管细胞系中 CaOx 晶体的沉积减少。在体外和体内肾钙结晶的初始过程中检测到肾小管细胞中 OPN 的强表达[78]。环孢菌素 A 通过灭活亲环蛋白 D 阻断线粒体通透性转换孔的开放，从而抑制 OPN 表达和肾结晶[78]. 总之，我们的结果表明 OPN 是肾结石形成的诱导剂。此外，SGLT2 抑制剂通过抑制受损近端肾小管上皮细胞的葡萄糖摄取来抑制 OPN 的产生，从而将代谢途径转移到糖酵解系统[29]。然而，连接葡萄糖消耗和 OPN 转录活性的精确细胞内机制尚不清楚。草酸盐和钙对线粒体功能的改变导致能量产生的变化、氧化应激和细胞内钙稳态的调节以及炎症级联[79]. 此外，受损近端小管中近端肾小管细胞从脂肪酸氧化到糖酵解的能量代谢重编程可能有助于 OPN 的转录激活，因为一些细胞内途径，例如哺乳动物雷帕霉素靶蛋白 (mTOR)、AMP 活化蛋白激酶(AMPK) 和无声信息调节器 1 (SIRT1) 参与了这种重编程[80]。需要进一步的研究来辨别 SGLT2 抑制剂对 OPN 的转录调节。OPN 对于培养的心脏或真皮成纤维细胞中 TGFB1 介导的纤维化信号传导和肌成纤维细胞分化也是必需的[60]。因此，通过抑制 SGLT2 来抑制 OPN 可有效对抗肾 CaOx 结石的形成。

我们还发现 CaOx 结石形成后受损近端小管中的 SGLT2 表达降低。肾小管损伤与转运蛋白的丢失有关，包括 SGLT2 [58]。因此，SGLT2 抑制的影响可能仅限于受损的近端小管。然而，SGLT2 抑制剂对慢性肾病患者[14]和缺血再灌注肾损伤后启动的小鼠也有肾脏保护作用[57]。在急性肾损伤期间，近端小管中的葡萄糖代谢发生改变[81]，而 SGLT2 抑制会显着降低葡萄糖摄取[57]。此外，由于抑制 Na + ，根皮苷和 SGLT2 抑制剂会增加尿液 pH 值-H +交换活性和近端小管中的碳酸氢盐重吸收[82] , [83] , [84]。在这项研究中，EG 给药降低了尿液 pH 值，根皮苷处理升高了尿液 pH 值。这可能会影响 CaOx 晶体与管状表面的粘附，因为最高的 CaOx 晶体细胞粘附已被证明发生在最酸性的 pH 值下[37]。总的来说，这些报告和我们的数据表明 SGLT2 抑制在肾结石发展后应用的潜力；但是，需要进一步调查以探讨这方面的问题。

这项研究有一些局限性。首先，日本 DPC 数据库中缺乏关于糖尿病严重程度和 SGLT2 抑制剂给药持续时间的详细信息。因此，未来需要研究 SGLT2 抑制剂对不同种族和非糖尿病患者肾结石的影响。其次，在动物实验中，我们只评估了肾 CaOx 结石的形成，其约占人类肾结石的 75% [85]. SGLT2 抑制对其余 25% 由羟基磷酸钙、磷酸铵镁、尿酸盐或胱氨酸组成的结石的影响仍有待研究。第三，我们在大鼠实验中同时开始根皮苷治疗和 EG 给药。SGLT2抑制剂的治疗周期对于评估其在肾结石发展后通过利尿或抗炎的治疗潜力很重要。

5 . 结论

SGLT2 抑制可防止肾结石形成和随后的肾损伤。这种效应可能是由于 OPN 基因表达减少和炎症通过 SGLT2 抑制近端小管中的葡萄糖摄取所致（补充图 13）。因此，使用 SGLT2 抑制剂可能是一种很有前途的治疗肾结石的方法。

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.