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本研究通过计算模型和动物实验，比较了EMPA和DAPA对T2D相关认知障碍的影响，发现EMPA与AD相关靶点作用更强，两种药物均提升脑SOD水平，改善认知和行为测试结果，但病理结构变化有限。
Humeysa Kiyak-Kirmaci | Ayse Nur Hazar-Yavuz | Elif Beyzanur Polat | Muhammed Oguzhan Dogan | Fatih Tok | Ozlem Tugce Cilingir-Kaya | Hatice Kubra Elcioglu
土耳其伊斯坦布尔健康科学大学Hamidiye药学院药理学系
摘要
2型糖尿病（T2D）通过代谢、氧化、炎症和血管途径的复杂相互作用加速认知衰退，并被广泛认为是阿尔茨海默病（AD）的重要风险因素。钠-葡萄糖共转运蛋白（SGLT）2抑制剂被广泛用于T2D的治疗，越来越多的证据表明，它们可能除了对血糖的影响外，还影响神经退行性过程。本研究通过评估empagliflozin（EMPA）和dapagliflozin（DAPA）与氧化应激、炎症和神经保护相关靶点的相互作用（包括SGLT1、SGLT2、乙酰胆碱酯酶（AChE）、超氧化物歧化酶（SOD）、晚期糖基化终产物受体（RAGE）和白细胞介素（IL）-1β），探讨了这两种药物对认知功能的潜在作用。此外，还在大鼠中通过行为测试研究了链脲佐菌素/烟酰胺诱导的T2D模型中的认知障碍。使用ELISA测量方法评估了脑组织的生化变化，包括SOD、RAGE和IL-1β的水平。通过苏木精-伊红（H&E）染色对海马体和皮质组织的结构进行了组织学评估。分子对接分析显示，EMPA与AD相关靶点（如SGLT1/2和AChE）的相互作用明显强于DAPA。EMPA和DAPA均提高了脑组织中的SOD水平。与这些生化改善一致，行为评估显示治疗组大鼠的学习和记忆表现优于T2D组。尽管如此，组织学分析显示这两种药物对皮质和海马体都有改善作用。总之，EMPA和DAPA可能通过多种代谢途径调节T2D相关的AD，需要进一步研究以阐明其作用机制。
引言
阿尔茨海默病（AD）已成为21世纪最致命且经济负担最重的疾病[1]。AD是最常见的神经退行性疾病之一，随着病情进展会导致认知功能障碍[2]。淀粉样β（Aβ）斑块、神经纤维缠结（NFTs）、肠道微生物群、神经退行性变、神经炎症和氧化应激等机制会导致神经元间通讯丧失[3]。越来越多的证据表明，神经退行性疾病和代谢性疾病之间存在关联。糖尿病前期/2型糖尿病（T2D）患者通常伴有AD，这种情况与胰岛素信号传导机制的缺陷有关[2]。然而，葡萄糖代谢紊乱、慢性炎症、缺血-再灌注损伤、Aβ积累、氧化损伤以及晚期糖基化终产物（AGEs）是AD和T2D的共同机制[2, 4]。
钠-葡萄糖共转运蛋白（SGLT）是一类重要的膜蛋白，能够将Na+和葡萄糖转运到细胞内，存在不同类型，如SGLT1、SGLT2和SGLT3[5]。重要的是，SGLT1和SGLT2在体内的表达模式不同。在大脑中，SGLT1主要在海马体的CA1、CA3区域和齿状回表达，而SGLT2也存在于海马体、小脑和血脑屏障内皮细胞中[6, 7, 8]。此外，肾脏中的SGLT2负责近端肾小管97%的葡萄糖重吸收[8, 9]。
SGLT2抑制剂（如empagliflozin（EMPA）和dapagliflozin（DAPA）被临床用于T2D的治疗[8]。这些抑制剂促进尿液中葡萄糖的排泄，有助于减肥，提高胰岛素敏感性，并具有抗炎作用。最近的研究表明，由于抗氧化和抗炎作用以及改善胰岛素抵抗，它们可以作为神经退行性疾病的潜在治疗策略[2, 8]。新兴的临床前和临床数据表明，SGLT2抑制剂除了控制血糖外，还具有神经保护作用，可能改善代谢功能障碍情况下的认知结果[10, 11]。使用DAPA和EMPA的人患痴呆症的风险较低[12]，并且与EMPA相比，DAPA似乎与更低的痴呆症风险相关[2]。然而，另一项研究表明，接受EMPA治疗的患者血管性痴呆的风险也较低[12]。总体而言，现有证据表明SGLT2抑制剂对各种类型的痴呆症都具有保护作用，支持其在神经退行性疾病中的潜在应用[12]。尽管有这些有希望的发现，但EMPA和DAPA对T2D背景下认知功能的比较效应尚未进行全面的深入评估。
基于上述信息，我们假设EMPA和DAPA可能通过调节胆碱能传递、氧化应激和神经炎症等不同分子途径来改善T2D相关的认知功能障碍。因此，本研究的主要目的是使用综合的“计算机模拟”（in silico）和“体内”（in vivo）方法，比较评估EMPA和DAPA的神经保护潜力及其潜在机制。首先进行了“计算机模拟”分析，以确定EMPA和DAPA与相关靶蛋白的相互作用，并阐明其神经保护作用的潜在机制。随后，在T2D诱导的大鼠模型中通过行为评估比较了它们对认知功能的影响。此外，还使用酶联免疫吸附测定（ELISA）检测了它们在脑组织中的抗炎和抗氧化作用，并进行了组织学分析以评估脑损伤的程度。
材料
本研究使用了多种分析试剂和检测试剂盒，包括empagliflozin（CAS: 864070-44-0）、dapagliflozin（CAS: 461432-26-8）、链脲佐菌素（CAS: 18883-66-4）和烟酰胺（CAS: 98-92-0）。此外，还使用了针对大鼠白细胞介素（IL）-1β（CAS: E0143Ra）、超氧化物歧化酶（SOD）（CAS: E1376Ra）和晚期糖基化终产物受体（RAGE）（CAS: E0928Ra）的ELISA试剂盒进行生化评估。
分子对接研究
材料
本研究使用了多种分析试剂和检测试剂盒，包括empagliflozin（CAS: 864070-44-0）、dapagliflozin（CAS: 461432-26-8）、链脲佐菌素（CAS: 18883-66-4）和烟酰胺（CAS: 98-92-0）。此外，还使用了专门针对大鼠白细胞介素（IL）-1β（CAS: E0143Ra）、超氧化物歧化酶（SOD）（CAS: E1376Ra）和晚期糖基化终产物受体（RAGE）（CAS: E0928Ra）的ELISA试剂盒进行生化评估。
EMPA和DAPA的分子对接研究
材料
本研究除了进行生化和“体内”实验外，还通过分子建模研究了EMPA和DAPA与文献中记载的多个AD相关靶点的相互作用。EMPA和DAPA通过抑制SGLT2起临床作用，从而通过增加尿液中葡萄糖的排泄来降低血糖水平[33]。评估了EMPA和DAPA与认知障碍相关靶点（如SGLT1、SGLT2、AChE、SOD、RAGE和IL-1β）的潜在相互作用。
讨论
结论
作者贡献声明
Ozlem Tugce Cilingir-Kaya：撰写原始稿件、数据可视化、方法学设计。
TOK FAT?H：撰写、审阅和编辑、方法学设计。
DOGAN MUHAMMED OGUZHAN：撰写原始稿件、验证、软件应用、方法学设计。
POLAT EL?F BEYZANUR：撰写原始稿件、验证、方法学设计、实验设计。
HAZAR-YAVUZ AYSE Nur：撰写原始稿件、指导、方法学设计、数据管理。
Humeysa Kiyak-Kirmaci：撰写原始稿件、数据可视化、方法学设计、实验设计。
