《Tissue and Cell》：Metformin is associated with the suppression of the TNF-α/iNOS/TIMP-1 axis-mediated liver injury and fibrosis secondary to diabetes
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2型糖尿病通过激活TNF-α/iNOS/TIMP-1轴引发肝损伤和纤维化，二甲双胍可显著减轻病理变化及炎症指标升高。
欣德·扎夫拉（Hind Zafrah）、赛义夫·A·阿尔卡塔尼（Saif A. Alqahtani）、法海德·阿尔-哈希姆（Fahaid Al-Hashem）、巴赫贾特·阿尔-阿尼（Bahjat Al-Ani）、努拉·M·阿尔扎米尔（Nourah M. Alzamil）
沙特阿拉伯阿巴（Abha）61421，国王哈立德大学（King Khalid University）医学院生理学系
摘要
诱导型一氧化氮合酶（iNOS）过度产生会导致肝脏损伤。糖尿病可通过激活炎症/iNOS通路引发氧化应激，从而导致肝脏损伤和纤维化。在本研究中，大鼠被诱导患有2型糖尿病（T2DM），另一组则从糖尿病诱导前两周开始使用抗糖尿病药物二甲双胍（200 mg/kg）进行治疗，持续到第12周动物被处死。在高血糖诱导10周后，证实了T2DM引起的肝脏损伤，表现为血液和肝组织中肝脏损伤生物标志物——肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、iNOS和金属蛋白酶组织抑制剂-1（TIMP-1）的水平显著升高（P < 0.0001）。高血糖还导致了严重的肝组织损伤、糖原耗竭和胶原蛋白沉积。然而，在接受二甲双胍治疗的组中，这些病理变化和肝脏损伤标志物明显减轻。此外，观察到氧化应激、高血糖、炎症、糖原耗竭、TIMP-1和胶原蛋白沉积（纤维化）之间存在显著相关性。这些发现表明，糖尿病会损害肝脏的糖原储备，导致肝组织损伤，并上调TNF-α/iNOS/TIMP-1纤维化轴，而二甲双胍可以对此起到保护作用。
引言
2型糖尿病（T2DM）是一种非胰岛素依赖型慢性代谢疾病，其特征是持续的高血糖和胰岛素抵抗，常与肥胖和糖尿病家族史相关（Lee等人，2022年；Cederberg等人，2015年；Lustig等人，2012年）。全球20-79岁成人中约有11%患有糖尿病，每年约有420万人因此死亡（Sun等人，2022年）。仅在美国，糖尿病每年就给医疗系统带来超过4000亿美元的负担（Parker等人，2024年）。糖尿病并发症对肝脏功能的影响已被广泛认可，例如：（i）超过一半的糖尿病患者存在肝脂肪变性，可能导致脂肪性肝炎和肝硬化（Kopelman，2000年；Fabrini等人，2010年；Hirano，2018年）；（ii）糖尿病会干扰肝脏的胰岛素代谢和清除功能，以及葡萄糖的产生和储存（Parker等人，2024年；Guerra和Gastaldelli，2020年）；（iii）估计有12.5%的糖尿病患者死于肝硬化（Tolman等人，2007年）；（iv）糖尿病会增加晚期肝病患者的肝性脑病风险（Cheon和Song，2021年）。
肥胖和高血糖会激活大量炎症细胞因子（如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和iNOS）的产生，这些因子通过激活肝脏驻留的M1型巨噬细胞和非驻留巨噬细胞（Shoelson等人，2006年；Li等人，2022年；Thibaut等人，2022年）导致肝脏损伤。事实上：（i）肝脂肪变性会增加肝脏晚期糖基化终产物的水平，从而通过促进炎症、氧化应激和纤维化导致肝脏损伤（Zhuang等人，2017年）；（ii）炎症细胞（中性粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞）浸润肝组织会释放细胞因子，损害肝细胞（Koyama和Brenner，2017年）；（iii）使用特定的反义寡核苷酸抑制M1型巨噬细胞表达的生物标志物可以减轻过敏性小鼠的肺部炎症，并被提议用于其他慢性炎症性肺病的治疗（Crosby等人，2007年）。
糖尿病中由于iNOS的激活而导致的一氧化氮（NO）过量产生可引起细胞和组织损伤，而像TNF-α这样的炎症细胞因子是iNOS的主要诱导因素（Kim和Lee，2025年）。iNOS介导的肝细胞NO过量产生在急性损伤中会导致细胞凋亡和坏死（Datsko等人，2022年），而在慢性肝病中，NO和过氧亚硝酸盐会通过激活主要的胶原蛋白分泌细胞（肝星形细胞）促进肝脏纤维化（胶原蛋白沉积），进而可能发展为肝硬化和肝衰竭（Iwakiri，2015年）。
抗糖尿病药物如胰岛素和二甲双胍可以保护肝脏免受糖尿病引起的损伤。在1型糖尿病的大鼠模型中，胰岛素已被证明可以改善糖尿病引起的肝细胞超微结构损伤（Haidara等人，2018年）。二甲双胍还被发现：（i）抑制T2DM引起的肝细胞超微结构改变（Alshahrani等人，2025年）；（ii）减少患有丙型肝炎和肝硬化的T2DM患者的肝细胞癌和与肝脏相关的死亡（Nkontchou等人，2011年）；（iii）通过抑制氧化应激和炎症来改善高脂饮食引起的肝脂肪变性（Sacks等人，2018年）。本研究旨在探讨有无二甲双胍治疗情况下，TNF-α/iNOS/TIMP-1轴介导的糖尿病相关性肝脏纤维化。
伦理声明
所有动物实验均遵循ARRIVE指南，并按照美国国立卫生研究院关于实验室动物护理和使用的指南（NIH出版物编号8023，修订于1978年）进行。这些指南得到了努拉·宾特·阿卜杜勒拉赫曼大学（Princess Nourah Bint Abdulrahman University）研究伦理委员会（方案编号H-01-R-059；IRB日志编号：18–0091）和国王哈立德大学研究伦理委员会（ECM#2023–3213）的完全批准。
实验设计
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糖尿病诱导的TNF-α/iNOS轴被二甲双胍缓解
在细胞信号传导中，TNF-α位于iNOS的上游（Serbina等人，2003年；Salim等人，2016年）。为了确定我们的动物模型中TNF-α/iNOS轴是否因高血糖而上调，以及是否因二甲双胍治疗而下调，我们在所有动物组中评估了这些参数。糖尿病显著提高了血液中的TNF-α水平（图1A）和肝脏中的iNOS表达（图1C），而这些指标在二甲双胍的作用下部分得到抑制（图1A、D-F）。
讨论
这些研究首次探讨了高血糖引起的TNF-α/iNOS/TIMP-1轴介导的肝脏损伤和纤维化，包括有无二甲双胍治疗的情况。大鼠糖尿病模型中10周的糖尿病诱导导致了TNF-α/iNOS/TIMP-1细胞信号通路的上调以及肝脏组织损伤和纤维化。在接受二甲双胍治疗的糖尿病大鼠组中，这些效应得到了保护（图5）。此外，相关数据表明肝脏纤维化与这些因素之间存在关联。
资助
本研究由努拉·宾特·阿卜杜勒拉赫曼大学研究者支持项目（编号：PNURSP2026R211，沙特阿拉伯利雅得）和沙特阿拉伯阿巴国王哈立德大学研究部资助；资助编号：R.G.P 1/95/46。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢来自英国伯明翰Hagley Road 90号Face Studio诊所的Mariam Al-Ani博士对手稿的校对工作。
