Molecular Mechanisms of Nephroprotection of SGLT2 Inhibitor

Abstract

Introduction: It is now widely accepted that the nephroprotective effects of sodium-glucose cotransporter 2 (SGLT2) inhibitors are attributed to their glucose-lowering effect. Some recent studies suggest that SGLT2 inhibitors have potential nephroprotective effects beyond glucose-lowering; however, these mechanisms are unclear. Methods: Male Wistar rats with 5/6 nephrectomy (5/6Nx) were used to investigate the effect of empagliflozin in non-diabetic chronic kidney disease (CKD) rats. Five groups were established: Sham + placebo, 5/6Nx + placebo; 5/6Nx + telmisartan (5 mg/kg/day), 5/6Nx + empagliflozin (3 mg/kg/day); 5/6Nx + empagliflozin (15 mg/kg/day). Medication or a placebo was administered daily via oral gavage for 95 days. RNA sequencing and quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR) were used to investigate the underlying mechanism. Results: 5/6Nx caused a significant increase in serum creatinine and urinary albumin excretion rate (ACR), along with severe glomerulosclerosis and renal interstitial fibrosis in rats. Empagliflozin demonstrated a dose-dependent positive effect on ACR and creatinine clearance (Ccr) change from baseline. Both high and low doses of empagliflozin improved renal histological injury indicators, such as renal interstitial fibrosis, perivascular fibrosis, and glomerulosclerosis. The substantial reduction in 5/6Nx-induced urinary adenosine excretion rate, a surrogate parameter of the tubuloglomerular feedback mechanism (TGF), was improved only in the high-dose empagliflozin treatment group (p<0.05), suggesting that empagliflozin dose-dependently corrects the 5/6Nx-induced impaired TGF. Furthermore, the final urinary adenosine excretion was positively related to final Ccr and negatively related to renal interstitial fibrosis. However, according to immunofluorescence analysis, empagliflozin did not affect CD8+ T cells, CD4+ T cells, or CD68+ cells (macrophages). Importantly, RNA sequencing and qRT-PCR revalidation indicated that 5/6Nx resulted in upregulation of complement component 1Q subcomponent A chain (C1QA) as well as complement component 1Q subcomponent C chain (C1QC) gene expression, which was attenuated by empagliflozin treatment. Conclusion: Empagliflozin improves renal function and mitigates renal fibrosis in non-diabetic CKD through dose-dependent activation of TGF and suppression of complement system activation.

Einleitung: Es ist inzwischen allgemein anerkannt, dass die nephroprotektive Wirkung von Natrium-Glukose-Cotransporter 2 (SGLT2) Inhibitoren auf seine glukosesenkende Wirkung zurückzuführen ist. Einige neuere Studien deuten darauf hin, dass SGLT2-Inhibitoren potenziell nephroprotektive Wirkungen haben, die über die Glukosesenkung hinausgehen; diese Mechanismen sind jedoch noch nicht klar. Methoden: Männliche Wistar-Ratten mit 5/6-Nephrektomie (5/6Nx) wurden verwendet, um die Wirkung von Empagliflozin bei nicht-diabetischen Ratten mit chronischer Nierenerkrankung (CKD) zu untersuchen. Es wurden fünf Gruppen gebildet: Scheinbehandlung + Placebo, 5/6Nx + Placebo; 5/6Nx + Telmisartan (5 mg/kg/Tag), 5/6Nx + Empagliflozin (3 mg/kg/Tag); 5/6Nx + Empagliflozin (15 mg/kg/Tag). Das Medikament oder Placebo wurde täglich über eine orale Schlundsonde über 95 Tage verabreicht. RNA-Sequenzierung und quantitative Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (qRT-PCR) wurden eingesetzt, um die potenziell zugrunde liegenden Mechanismen zu untersuchen. Ergebnisse: 5/6Nx verursachte bei Ratten einen signifikanten Anstieg des Serumkreatinins und der Albuminausscheidungsrate im Urin (Albumin Creatinine Ratio, ACR) sowie eine schwere Glomerulosklerose und interstitielle Nierenfibrose. Empagliflozin zeigte eine dosisabhängige positive Wirkung auf die ACR und die Veränderung der Kreatinin-Clearance (Ccr) gegenüber dem Ausgangswert. Beide Dosierungen von Empagliflozin verbesserten die Parameter der histologischen Nierenschädigung, sowie die interstitielle Nierenfibrose, die perivaskuläre Fibrose und die Glomerulosklerose. Die erhebliche Verringerung der 5/6Nx-induzierten Adenosinausscheidungsrate im Urin, ein Surrogatparameter des tubuloglomerulären Rückkopplungsmechanismus (TGF), wurde nur in der hochdosierten Empagliflozin-Behandlungsgruppe verbessert (p<0,05), was darauf hindeutet, dass Empagliflozin dosisabhängig die 5/6Nx-induzierte TGF Beeinträchtigung korrigiert. Außerdem korrelierte die endgültige Adenosinausscheidung im Urin positiv mit der endgültigen Ccr und negativ mit der interstitiellen Nierenfibrose. Eine ebenfalls stattgehabte Immunfluoreszenzanalyse ergab das Empagliflozin keine Auswirkungen auf CD8+ T-Zellen, CD4+ T-Zellen und CD68+ Zellen (Makrophagen), hatte. Eine RNA-Sequenzierung mit anschließender qRT-PCR-Revalidierung ergab, dass 5/6Nx zu einer Hochregulierung der Genexpression der Komplementkomponente 1Q Subkomponente A-Kette (C1QA) sowie der Komplementkomponente 1Q Subkomponente C-Kette (C1QC) führte, die durch die Empagliflozin-Behandlung abgeschwächt wurde. Schlussfolgerung: Empagliflozin verbessert die Nierenfunktion und mildert die Nierenfibrose bei nichtdiabetischer CKD durch dosisabhängige Aktivierung von TGF und Abschwächung der Aktivierung des Komplementsystems.