恩格列净恢复肥胖-糖尿病射血分数保留型心力衰竭小鼠的心脏功能，但进一步改变基因表达

《Basic Research in Cardiology》：Empagliflozin restores cardiac function in obese-diabetic HFpEF mice but further alters gene expression

　　

射血分数保留型心力衰竭（HFpEF）的有效治疗手段十分有限。恩格列净作为钠-葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT2）抑制剂，可为HFpEF患者带来心血管获益。由于心肌细胞几乎不表达SGLT2，其确切保护机制尚不清楚。研究人员旨在转化性双打击HFpEF小鼠模型中，探究体内恩格列净治疗对兴奋-收缩偶联（ECC）、电生理及基因转录的影响，该模型将瘦素受体缺陷的肥胖-糖尿病db/db小鼠与慢性醛固酮输注相结合（db/db+Aldo）。研究人员对接受恩格列净治疗的db/db+Aldo小鼠及载体对照组小鼠开展了形态学测量、超声心动图、心肌细胞电生理、细胞内Ca2+成像及全心脏RNA测序。结果显示，在db/db+Aldo小鼠中，恩格列净（体内给药，4周）降低了升高的血浆血糖（13±5 mmol/L vs 23±8 mmol/L）与B型利钠肽（BNP）水平，预防了肺淤血，并改善了舒张功能障碍；但恩格列净未减少心肌肥厚与肥胖。在健康对照小鼠中，恩格列净无功能性影响。在db/db+Aldo小鼠中，慢性体内恩格列净治疗还使心肌细胞电生理与Ca2+处理特性的改变恢复正常，且细胞实验灌注液中不含恩格列净，提示其为真正的表型挽救。研究人员鉴定出具有db/db基因型、醛固酮及恩格列净治疗特征性的差异表达基因簇。值得注意的是，恩格列净并未仅逆转HFpEF导致的基因表达改变，而是使其偏离对照，形成新的表达谱。研究人员得出结论：慢性体内恩格列净治疗可恢复心肌代谢型HFpEF中心肌细胞电生理与ECC特性，改善舒张功能，并诱导复杂的基因表达变化。

本研究针对射血分数保留型心力衰竭（HFpEF）缺乏有效治疗手段的临床困境展开。HFpEF占所有心力衰竭病例的50%以上，死亡率高，现有药物难以满足临床需求。恩格列净作为钠-葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT2）抑制剂，已在临床试验中为HFpEF患者带来获益，但心肌细胞几乎不表达SGLT2，其心脏保护的具体机制尚不明确。同时，恩格列净对HFpEF心肌细胞兴奋-收缩偶联（ECC）、离子通道重塑及转录组的长期体内调控效应仍有待阐明，因此研究人员开展此项研究，以明确恩格列净在代谢型HFpEF中的多层面作用机制。该研究发表于心血管领域经典期刊《Basic Research in Cardiology》。

研究人员采用的关键技术方法包括：使用瘦素受体缺陷db/db小鼠联合慢性醛固酮输注构建双打击代谢型HFpEF小鼠模型，设置野生型对照与恩格列净口服干预组；通过无创超声心动图评估心脏结构与舒张功能；采用酶解法分离左心室心肌细胞，结合全细胞膜片钳技术记录动作电位与离子电流，利用共聚焦显微镜进行Fluo-4 AM负载下的细胞内Ca²⁺瞬变成像；提取全心脏组织总RNA开展高通量转录组测序，并通过免疫印迹法检测钙处理关键蛋白的表达与磷酸化修饰水平。

研究结果分为以下部分：

一、恩格列净改善肥胖-糖尿病HFpEF小鼠的多器官表型

体内给药4周后，恩格列净使db/db+Aldo小鼠的空腹血糖从23±8 mmol/L降至13±5 mmol/L，完全逆转升高的BNP水平与肺淤血，改善骨骼肌减少症，但未降低体重与心脏重量，提示其获益独立于减重与逆转心肌肥厚。

二、恩格列净改善HFpEF的心脏舒张功能

超声心动图显示，各组射血分数均正常。恩格列净显著降低了db/db+Aldo小鼠升高的E/e'比值与左心房面积，纠正了E/A比值的异常波动，提示其可有效改善心室舒张功能与左心房重构。

三、恩格列净逆转HFpEF心肌细胞的致心律失常动作电位改变

在无恩格列净灌注的条件下，恩格列净治疗组的心肌细胞动作电位时程延长、短阵变异性及延迟后除极频率均恢复至对照水平，高起搏频率下的电交替幅度显著降低，证实其为稳定的表型挽救而非急性药理学效应。

四、恩格列净逆转HFpEF心肌细胞的主要离子电流重塑

恩格列净使db/db+Aldo小鼠降低的内向整流钾电流（I_K1）、瞬时外向钾电流（I_to）、慢失活钾电流（I_K,slow）及持续钾电流（I_sus）恢复至正常水平，同时逆转了晚期钠电流（I_Na,L）的异常升高与L型钙电流（I_Ca,L）的降低。

五、恩格列净逆转雄性HFpEF心肌细胞延长的Ca²⁺瞬变衰减

性别分层分析显示，恩格列净特异性地改善了雄性db/db+Aldo小鼠延长的Ca²⁺瞬变衰减时间与升高的舒张期Ca²⁺水平，雌性小鼠该表型不明显。

六、恩格列净重塑HFpEF的心脏转录组谱

转录组测序显示，恩格列净并未将HFpEF的差异基因表达逆转回对照模式，而是使其进一步偏离，形成新的基因表达谱。通路分析表明恩格列净上调了过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）与磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）-Akt信号通路，部分逆转了离子通道与钙处理相关基因的表达异常。

七、恩格列净依赖的独特基因簇

通过K近邻聚类鉴定出5个功能基因簇，其中簇1与簇5由db/db基因型驱动，簇2由醛固酮驱动，簇3与簇4为恩格列净特异性调控，富集于炎症抑制、泛素-SUMO修饰及内质网应激通路。

八、恩格列净对HFpEF心脏ECC关键蛋白表达与磷酸化的影响

免疫印迹结果显示，恩格列净未改变钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II（CaMKII）的表达与自磷酸化，但显著提高了受磷蛋白（PLN）在丝氨酸16与苏氨酸17位点的磷酸化水平，增强了肌浆网Ca²⁺回收能力。

讨论部分指出，恩格列净的心脏获益独立于SGLT2的直接作用，可能通过抑制Na⁺/H⁺交换体1（NHE1）-一氧化氮通路、降低晚期钠电流、调节钙处理蛋白磷酸化及改善冠脉微血管内皮功能等多途径实现。转录组层面的“非回归性重塑”提示，心脏功能可通过不同的分子组合达到同等稳态，体现了生物系统的“足够好解决方案”特性。研究结论为：慢性体内恩格列净治疗可稳定恢复代谢型HFpEF小鼠的心肌电生理与钙处理功能，改善舒张障碍，但其作用伴随独特的转录组重塑，该发现为理解SGLT2抑制剂的多效性机制提供了新的分子视角。