【醉翁之艺】SGLT1促进葡萄糖介导的离体大鼠心脏缺血再灌注损伤恶化

摘要

在急性冠状动脉综合征（ACS）期间，无论是否患有糖尿病，高血糖都很常见，并预示着梗死面积和死亡率的增加，但人们对这种效应的机制却知之甚少。我们假设钠/葡萄糖转运体-1（SGLT1）可能会在急性冠状动脉综合征期间对高血糖的影响做出贡献，并使用缺血再灌注损伤的啮齿动物心脏模型进行了研究。对 Langendorff 灌注的大鼠心脏进行 35 分钟缺血和 2 小时再灌注处理，再灌注期间在 SGLT1 药物抑制剂存在的情况下给予不同（剂量）的葡萄糖和甘露醇。通过 rtPCR、RNAscope 和免疫组化测定了大鼠心肌 SGLT1 的表达，并通过单细胞转录组分析测定了人类心肌 SGLT1 的表达。非糖尿病大鼠心脏中的高糖加重了再灌注损伤，在葡萄糖含量为 11-22 mmol/L 时，梗死面积从 45 ± 3% 显著增加到 65 ± 4%（p < 0.01），而糖尿病大鼠心脏中没有这种关联（32 ± 1-37 ± 5%，p = NS）。大鼠心脏的血管内皮细胞和心肌细胞表达 SGLT1 RNA 和蛋白，通过单核 RNA 测序在人心肌中也发现了类似的表达。与非糖尿病心脏相比，糖尿病心脏中大鼠 SGLT1 的表达明显减少（0.608 ± 0.08 对比 1.116 ±0.13 探针/核相比，p < 0.01）。在非糖尿病心脏中使用药物抑制剂 phlorizin、canagliflozin 或 mizagliflozoin 发现，阻断 SGLT1 而非 SGLT2 可减轻葡萄糖介导的过度再灌注损伤。在再灌注过程中，葡萄糖升高对大鼠心脏是有害的，加重了非糖尿病心脏的心肌梗死，而糖尿病心脏对葡萄糖升高具有抵抗性，这一发现可能与心肌SGLT1表达降低有关。SGLT1 在血管内皮细胞和心肌细胞中表达，抑制 SGLT1 可减轻过量葡萄糖介导的心肌梗死。这些数据突出表明，SGLT1 是改善高血糖 ACS 患者发病率/死亡率的潜在临床转化靶点。

关键词

SGLT1 ·SGLT2 ·心肌梗死 ·再灌注损伤 ·糖尿病 ·高血糖。

背景

尽管急性心肌梗塞（AMI）的治疗有所改善，但缺血性心脏病仍然是全球死亡的主要原因。在急性冠状动脉综合征（ACS）患者中，25%-50% 的患者在发病时会出现高血糖，无论是否患有糖尿病（DM），高血糖被认为是心血管疾病发病率和死亡率的不利指标。流行病学研究显示，血糖升高与过多死亡之间存在线性关系--这种关系在未确诊糖尿病的患者中更为明显。然而，在 ACS 中证明血糖与心血管疾病死亡率之间的因果关系却具有挑战性。糖尿病患者胰岛素葡萄糖输注治疗急性心肌梗死（DIGAMI）研究是一项对所有血糖超过 11 mmol/L（198 mg/dL）的急性心肌梗死（ACS）患者进行严格血糖控制的试验，结果显示，无论糖尿病状态如何，该研究显著改善了患者的心血管预后。这些数据表明，控制高血糖是有益的，但随后的研究未能显示类似的心血管死亡率降低效果。因此，目前仍不清楚急性心肌梗死期间血糖升高是直接伤害还是仅仅是心血管预后不良的生物标志物。

虽然血糖与 ACS 结果之间的机理联系仍存在争议，但血糖与结果之间的不利联系已在国家和国际指南中得到认可，并建议控制高血糖。然而，这些指南也承认，积极控制血糖具有潜在的危险性：低血糖也会导致死亡率升高。血糖与死亡率之间的关系很复杂，其剂量-反应关系呈 "J 曲线"：最低死亡率与非糖尿病患者的正常血糖一致（约 5.5 mmol/L），低血糖和高血糖时死亡率曲线均向上拐弯。

钠/葡萄糖协同转运蛋白（SGLT）已成为改善心衰患者预后的一个靶点，抑制 SLC5A 溶质载体家族成员 SGLT2 可减少住院次数并改善心血管预后。然而，SGLT2 主要在肾脏近端肾小管中表达，在其他组织中的表达较低，在心脏中也没有表达。因此，抑制 SGLT2 对心血管的益处要么是间接的，要么是通过心肌中的非靶效应物实现的，其中涉及几个潜在的靶点。SLC5A 家族中另一个重要的葡萄糖转运体是 SGLT1。虽然它在心肌中的生理和病理生理作用仍有待全面阐明，但可能与心脏氧化应激、炎症、纤维化和细胞凋亡等病理过程以及线粒体功能障碍有关（见综述）。

在左心室功能障碍、肥厚和急性心肌梗死的小鼠模型中，心肌 SGLT1 的表达上调。糖尿病也会改变 SGLT1 的表达，但报道不一，似乎取决于所使用的模型：Banerjee 等人发现，链脲佐菌素诱导的 1 型糖尿病小鼠模型的 SGLT1 表达减少，而瘦素缺陷的肥胖/肥胖 2 型糖尿病小鼠的 SGLT1 表达增加。SGLT1 的活性依赖于葡萄糖，与以 1:1 的比例转运钠和葡萄糖的 SGLT2 不同，SGLT1 的钠葡萄糖比例为 2:1。因此，在类似条件下，葡萄糖驱动的 SGLT1 活性比 SGLT2 导致更大的细胞内钠流入。在急性缺血应激中，由细胞外葡萄糖升高驱动的细胞内钠负荷增加可能会危及活力和存活。这一点，再加上 SGLT1 在疾病中的差异表达，使 SGLT1 成为了解急性心肌梗死时葡萄糖升高引起的过度损伤的潜在靶点。

在这项研究中，我们希望解决五个问题：(1) 再灌注时的葡萄糖与梗死面积之间是否存在病理生理学联系；(2) SGLT1 在心肌哪些细胞中表达；(3) SGLT1 活性是否全部或部分导致心肌过度损伤；(4) DM 是否会改变高血糖对缺血再灌注损伤的影响；(5) DM 是否会诱发心肌 SGLT1 表达的变化。为了实现这些研究目标，我们使用了还原论 Langendorff 模型，即在损伤性缺血后再灌注调整葡萄糖和给药，并且由于Zucker Fatty模型和Zucker Lean 模型的可用性，我们将研究重点放在了大鼠身上。我们采用这种离体方法有几个原因。首先是将葡萄糖升高的影响从其他代谢底物中分离出来，以简化解释，Langendorf 模型很容易做到这一点。其次，将暴露于升高的葡萄糖和/或 SGLT 抑制剂的时间集中在再灌注时，消除了缺血前或缺血期间葡萄糖毒性的潜在混杂因素，这可能会使数据解释复杂化。第三，该模型设计与急性冠状动脉闭塞的临床表现之间存在临床类比性，而急性冠状动脉闭塞是 STEMI（ST 段抬高型心肌梗死）的典型表现。在这种情况下，由于罪魁祸首病变导致流向远端心肌的冠状动脉血流停止，缺血区的心肌与全身应激诱导的高血糖和任何控制高血糖的肠外药物隔离，直到冠状动脉血流恢复。因此，高血糖 STEMI 是一种再灌注-葡萄糖损伤模型。如果针对高血糖的心脏保护方案依赖于在缺血发生前使用，那么它在 STEMI 急诊中的临床实用性就会受到限制。

结果

（一）再灌注时血糖升高导致心肌梗死面积增大。

我们使用朗根多夫灌注心脏进行了缺血再灌注实验，以研究改变再灌注缓冲液中的葡萄糖含量对梗死面积的影响。首先，我们进行了一项初步的剂量范围研究，使用的葡萄糖浓度是基于已发表的 ACS 患者血糖水平的流行病学数据，范围从 < 3.9 mmol/L（< 70 mg/dL）到 > 22 mmol/L（> 370 mg/dL），用甘露醇维持跨组渗透压一致（图 1A）。

在C57B16 小鼠和 SD 大鼠中（分别为图 1B、C），当非糖尿病心脏再灌注 11 mmol/L 浓度葡萄糖时，观察到的梗死面积最小（小鼠：38.7 ± 3.4% ，与此相比， 葡萄糖浓度22 mmol/L 时：49.2± 3.2%；大鼠数据如下），这与之前发表的 Langendorff 灌注大鼠心脏的观察结果一致。葡萄糖浓度低于 11 mmol/L时，梗死面积呈扩大趋势。小鼠和大鼠的皮尔逊相关系数（Pearson correlation coefficients）和决定系数r²分别为 0.35 和 0.56（p < 0.05 和 p < 0.001）（图 1B，C）。观察到的效应大小和数据分布使我们能够设计和加强后续实验，根据观察到的最小值和最大值研究葡萄糖升高在梗死面积增大中的作用。

虽然小鼠的初步数据（图 1B）不足以对各个葡萄糖浓度下观察到的梗死面积之间的显著性进行方差分析，但大鼠的数据却足以进行组间比较。在 SD 大鼠中，与 16.5 mmol/L（47.4 ± 2.1%；p < 0.01）、11 mmol/L（44.7 ± 2.6%；p < 0.01）和5 mmol/L（53.2 ± 1.8%；p < 0.05）相比，22 mmol 葡萄糖能显著增加梗死面积（64.8 ± 4.2%）。

接下来，我们使用平均空腹血糖为 12.11 ± 3.03mmol/L 的 GK 大鼠（表 S1）研究了这些发现是否能在糖尿病情况下得到证实。有趣的是，糖尿病 GK 大鼠心脏中葡萄糖浓度与梗死面积之间没有关系（图 1D），这表明与非糖尿病心脏相比，糖尿病 GK 大鼠心脏对葡萄糖升高有相对抵抗力。非糖尿病 SD 大鼠在 11 mmol/L 葡萄糖（44.7 ± 2.6%）时观察到的梗死最小，而糖尿病 GK 大鼠在 16.5 mmol/L 葡萄糖（25.6 ± 3.4%）时观察到的梗死最小。在每种葡萄糖浓度下，GK 大鼠的脑梗塞往往小于 SD 大鼠，在比较 16.5 mmol/L （25.6 ± 3.4% vs 47.4 ± 2.1%；p < 0.01）和22 mmol/L （36.7 ± 5.4% vs 64.8 ± 4.2%）时，达到统计学意义。

图1.非糖尿病和糖尿病小鼠和大鼠心脏模型的葡萄糖—梗死面积。

（二）大鼠心肌细胞中 SGLT 的转录表达：SGLT1 而非 SGLT2。

我们推测 SGLT1 可能是高血糖对梗死面积影响的原因之一。为了进一步探讨这个问题，我们首先评估了大鼠组织中 SGLT1 和 SGLT 2 mRNA 的表达，以肾脏为阳性对照组织，骨骼肌为阴性对照组织。使用引物检测外显子 13-15 ，我们发现 SD 大鼠心脏表达了编码 SGLT 1 的转录本（图 2A 和图 S1）。此外，心肌SGLT 1 在表达量上低于肾脏，这与已发表的数据一致[6]。之前的研究表明，小鼠和人类心脏只表达由第 9-15 号外显子组成的 SGLT 1 转录本，而这将导致无功能的、截短的心脏 SGLT1 蛋白，因此我们进一步设计了引物来检测大鼠 Sglt1 的第 1-3、3-5 和 8-9 号外显子。与之前发表的小鼠数据相反，使用这些引物也检测到了阳性信号，表明大鼠心脏中存在早期SGLT1 外显子（图 2B）。我们没有在大鼠心脏中检测到任何 SGLT 2 的转录本（图 2A 和图S1）。

图2.SGLT1和SGLT2在健康大鼠和人心肌中的表达。

（三）SGLT1在人心肌细胞中的分布。

虽然已有关于整个心脏 SGLT1 表达的报道，但人们对 SGLT1 在心肌内按细胞类型的分布还知之甚少。为了解决这个问题，我们利用两个已发表的 snRNA-seq 数据集，初步确定了 SGLT编码转录本在人类心脏内的细胞表达谱。其中一个数据集由来自 27 个供体的 14 种细胞类型的 166,637 个心脏细胞组成。图 3A 揭示了 SGLT1 在心肌细胞中的富集（平均对数折叠变化；log2FC = 0.64，调整后 p <0.0001），同时在非心肌细胞（主要是血管来源：内皮细胞、周细胞和平滑肌，图 3B）中的表达较低。SGLT2 在人类心脏中的表达很少（图 3B）。为了在一个独立的数据集中验证这一点，我们查询了来自七名人类供体的 77890 个心房或心室心肌细胞的 snRNA-seq 数据，其中有 SGLT1 表达，但没有 SGLT2 表达，前者在心肌细胞中富集（log2FC = 1.02，调整后 p <0.0001）。数据集中的捐献者按生理性别、年龄或原发心腔进行了分层。我们的分析表明，在不同年龄组的个体中，心肌 SGLT1 的表达存在一定的差异性，尽管男性捐献者的 SGLT1 表达差异细微，但在统计学上却有显著的富集（log2FC = 0.13，调整后 p = 1.3 × 10-16，图 3C）。此外，与心房心肌细胞相比，SGLT1 在左右心脏的心室心肌细胞中富集（图 3D）。

图3. SGLT1在人细胞内的表达。

（四）RNAscope 和免疫组化。

然后用 RNAscope 观察啮齿动物心脏和肾脏中 SGLT1 的表达（探针阴性和阳性对照，以及作为阳性和阴性组织对照的小肠和骨骼肌，见图 S3、4、5）。我们发现整个心肌都有明显的 SGLT 1 表达。与我们的 snRNA-seq 数据一致，SGLT 1 主要在心肌细胞内被检测到，但也在血管中被检测到（图 4A）。虽然 SGLT 2 在肾脏中有明显的表达，但在心肌细胞中没有发现（图 4B）。用 WGA 和 CD31 细胞标记物反染确定，SGLT 1 的血管表达似乎主要是内皮细胞（图 4C、D）。使用针对与人 SGLT1 氨基酸 600-700 相对应的合成肽的 SGLT1 抗体对 SGLT1 蛋白进行免疫组化，结果染色模式与 mRNA/ RNAscope 数据一致，在血管结构和心肌细胞内观察到阳性信号（图 4E）。

图4. SGLT1和SGLT2在SD大鼠心肌中的表达。

（五）非选择性 SGLT 抑制剂对葡萄糖相关过度损伤的影响。

鉴于 SGLT1 在心脏血管和心肌细胞中的广泛表达，我们假设抑制 SGLT1 将减轻再灌注时与葡萄糖升高相关的心肌过度损伤。我们使用了三种化学和药理学上不同的抑制剂：特异性非选择性 SGLT 抑制剂 根皮苷（phlorizin）、相对特异的 SGLT2 抑制剂卡格列净 （canagliflozin ）和 SGLT1 特异性抑制剂 米格列净（mizagliflozin）图 5A）。

为了评估 SGLT 抑制对梗死面积的影响，在再灌注时将phlorizin（3 µmol/L）与升高的葡萄糖（22 mmol/L）或标准葡萄糖（11 mmol/L + 11 mmol/L 甘露醇）一起加入。如前所述，大鼠体内 SGLT2 和 SGLT1 的 EC₅₀分别为 75 和 302 nmol/L，而 GLUT 转运在 20 µmol/L 时仅受到 10% 的抑制，因此预计 3 µmol/L 可抑制 SGLT2 和 SGLT1 而不会对GLUT 转运产生显著影响。为了确定实验组的规模，我们根据初步的 SD 大鼠剂量范围实验进行了先验功率计算，结果表明从 11 mmol/L 葡萄糖到 22 mmol/L 葡萄糖，梗死面积的绝对值增加了 40%，并假设phlorizin会抑制这种增加（代表效应值为20，标准偏差为 10，共四组）。

与 11 mmol/L 对照组相比，22 mmol/L 高血糖导致心肌梗死面积显著增加 44%，而服用phlorizin可完全消除这一增加（在 22 mmol/L 含phlorizin和不含phlorizin的情况下，分别为 65 ± 4.2% 和 37 ± 5.8%，p < 0.01，图 5B）。在11 mmol/L 的 "标准 "葡萄糖条件下，phlorizin对梗死面积没有影响（对照组为 45 ± 2.6%，phlorizin为 47 ± 5.8%）。

图5. 再灌注时11和22 mmol/L葡萄糖对SGLT2和SGLT1的抑制作用。

（六）选择性SGLT1抑制剂 VS SGLT2抑制剂。

如前所述，卡格列净对大鼠 SGLT2 和 SGLT1 的 IC₅₀ 分别为 3.7 nmol/L 和 555 nmol/L，对 GLUT 的体外 IC50 超过1000 nmol/L。因此，5 nmol/L 将实现对SGLT2 的选择性抑制，1 µmol/L 将实现对SGLT2 + SGLT1 的联合抑制，而这两种浓度都不会抑制 GLUT 的葡萄糖转运。我们假设，SGLT2 的特异性剂量卡格列净不会影响梗死面积，而1 µmol/L同时抑制 SGLT1 和 SGLT2会减轻再灌注期间与高血糖相关的过度损伤。作为统计设计的一部分，我们利用phlorizin研究的数据来完善和计算新的研究组规模。为了达到 80% 的功效和 0.05 的 α 值，我们计算出每组样本量为 n = 9，以确定 25% 的差异。

在对照组中，高血糖会增加梗死面积（从 51 ± 5.3% 增加到 64 ± 5.3%，p < 0.05，图5C）。5 nmol/L卡格列净未能改善高糖引起的梗死增加（11和22 mmol/L葡萄糖分别为48±2.9%和70±3.8%，p < 0.001），然而，1 µmol/L 卡格列净完全消除了与22 mmol/L葡萄糖相关的过度损伤（11和22 mmol/L葡萄糖分别为45±4.0%和46±4.0%，p = 0.99，图5C，代表性心脏切片图S6）。因此，特异性抑制 SGLT2对与高血糖相关的过度损伤没有影响，而 SGLT2 + SGLT1 联合抑制则可减轻这种有害影响。

由于心脏内没有明显的 SGLT2 表达，我们推测高剂量 1 µmol/L 卡格列净是通过抑制心肌 SGLT1 来对高葡萄糖介导的损伤起到保护作用的。然而，为了进一步探讨这一问题，我们测试了一种特异性 SGLT1 抑制剂——米格列净。如前所述，米格列净对 SGLT1 的 IC₅₀ 值为 27 nmol/L（而SGLT2 的IC₅₀ 值为 8170 nmol/L）。因此，100 nmol/L 米格列净将对 SGLT1 产生特异性抑制作用，因此我们假设它将彻底消除葡萄糖介导的过度损伤。我们随后发现，与 11 mmol/L 葡萄糖相比，22 mmol/L 葡萄糖增加了梗死面积（65 ± 2.6% 对 39 ± 2.4%，p < 0.001），但这种过量损伤被米格列净减弱（11 和 22 mmol/L 葡萄糖分别为 43 ± 1.9% 、 39 ± 2.4%，p = 0.65，图 5D，代表性心脏切片图 S7）。

（七）糖尿病对心肌细胞SGLT1和SGLT2表达的影响。

糖尿病患者的心脏在再灌注时没有因高血糖造成损伤（图 1D）。SGLT2肾脏表达随糖尿病而增加，但关于糖尿病是上调还是下调心肌SGLT1，已发表的数据报告相互矛盾。此外，糖尿病对心肌 SGLT2 表达的影响尚不清楚。

因此，以ZDF和ZL大鼠的心脏为阳性对照组织，用RNA-scope研究了心肌SGLT的表达。ZDF 大鼠为糖尿病大鼠，平均随机血糖为 31.52 ± 1.06 mmol/L，而非糖尿病 ZL 大鼠为 7.87 ± 0.61 mmol/L（表 S1）。在 ZDF 大鼠心脏中，SGLT1 的表达量比非糖尿病 ZL 大鼠心脏少 50%（p < 0.05，图6A）。相比之下，ZDF 和 ZL 大鼠肾脏 SGLT1 的表达相似（图 6B）。相反，糖尿病心脏中仍然没有 SGLT 2 表达（图 6C），但糖尿病肾脏中的 SGLT 2 表达相对于非糖尿病动物显著增加了 50%，这与之前的报道一致（图 6D）。

图6.  SGLT1和SGLT2在非糖尿病和糖尿病心脏中的表达。

讨论

在这项研究中，我们证明了高糖再灌注会导致非糖尿病小鼠和大鼠心脏心肌梗死面积随葡萄糖剂量增加而增加，而糖尿病大鼠心脏对高糖再灌注的不利影响具有抵抗力。正如之前所证实的，我们发现大鼠心脏表达 SGLT1，并利用 snRNA-seq 数据集检测到 SGLT1 在人心室心肌中的表达，尤其是内皮细胞和心肌细胞。通过使用 RNAscope，我们证明了SGLT1 在整个大鼠心肌中的表达分布，其中内皮细胞和心肌细胞的表达突出，这与人类转录组分析结果一致。通过使用三种化学性质不同的 SGLT 抑制剂（SGLT1/ SGLT2 特异性不同），我们发现 SGLT1 而非 SGLT2 能抵御再灌注时葡萄糖升高的不利影响，而且糖尿病大鼠对再灌注时葡萄糖升高的相对抵抗力与糖尿病心脏中 SGLT1 心肌低表达有关。

观察到的 SGLT1 表达模式可能代表了心脏内一种新型的冠状动脉葡萄糖提取和分配系统。然而，在心肌梗死的实验模型中，这种转运机制变成了病理机制，非糖尿病心脏中葡萄糖过多导致的心肌损伤完全被药物 SGLT1 抑制所逆转。有趣的是，我们观察到糖尿病大鼠的心脏对高血糖具有相对的抵抗力：高血糖导致的过量心肌坏死并不存在，这似乎与糖尿病心脏中 SGLT1 的表达显著降低有关。这些数据似乎与流行病学的患者死亡率数据相似，葡萄糖浓度与结果之间存在类似的关系，即与糖尿病大鼠的心肌梗死面积一样，糖尿病患者的葡萄糖死亡率大大降低。这种相似性可能是巧合，但考虑到更大的梗死与急性心肌梗死后更高的死亡率相关，可以得出一个明确的、可检验的转化假设：有效控制葡萄糖，尤其是对之前没有已知糖尿病的患者，应能通过减少心肌损伤改善心血管预后并降低死亡率。

（一）抑制SGLT1仅对葡萄糖升高引起的过度损伤具有保护作用。

抑制SGLT1 可减轻再灌注时与葡萄糖升高相关的心肌过度损伤。然而，在葡萄糖为 11 mmol/L 的标准离体灌注心脏条件下，抑制 SGLT1 对梗死面积没有影响。这一观察结果与我们之前在糖尿病 ZDF 大鼠和非糖尿病 ZL 大鼠中使用卡格列净的研究结果一致。我们和其他人的研究表明，在体内给药时，无论是否存在糖尿病或循环葡萄糖浓度如何，SGLT2 抑制剂都能通过激活心脏保护激酶对心脏产生保护作用，而在体外给含 11 mmol/L 葡萄糖灌流液的离体心脏使用 SGLT2 抑制剂则无法缩小梗死范围。

有趣的是，我们发现在不降低循环葡萄糖水平的情况下，也能对高血糖介导的过量心肌损伤起到保护作用；葡萄糖浓度是由灌流液的配方固定的。因此，即使在预期的循环葡萄糖水平降低之前，SGLT1抑制剂也可以对高血糖起到心脏保护作用。这是一个令人兴奋的平移观察：人们只需要达到SGLT1抑制剂的血浆浓度就可以实现保护，而不需要等待葡萄糖代谢清楚。

（二）可转化性。

SGLT 抑制剂的另一个优点是不会导致低血糖。高血糖在 ACS 中很常见，但管理不善，至少部分原因是担心诱发低血糖，因为低血糖也与死亡率增加有关。AMI中当前的葡萄糖管理策略倾向于使用胰岛素，因此容易导致低血糖，除非严格监测[34]。因此，SGLT1 抑制剂有可能安全地减轻与血糖升高相关的风险。如上所述，SGLT1 抑制剂即使在没有立即降糖的情况下也能保护心肌，而且在降糖时也不会引起低血糖。因此，抑制 SGLT1 有两种有益的作用模式：一种是快速、直接的抗葡萄糖毒性作用，另一种是较慢、通过葡萄糖肾排泄和抑制肠道吸收的继发性降糖作用，但不会有低血糖的风险。

（三）糖尿病患者的心肌梗死。

糖尿病心脏对高血糖有抵抗力（图 1D）。在正常血糖条件下，糖尿病心脏与非糖尿病心脏相比梗死面积较小，这一点已得到公认，我们和其他人此前已对此进行过报道和讨论，这似乎与以 Akt 磷酸化为特征的心脏保护信号通路的慢性激活有关。梗死面积缩小也是糖尿病患者的一种现象，但这些患者尽管初始梗死面积较小，但预后却很差。除了在 11 mmol/L 的起始葡萄糖条件下梗死面积较小之外，我们还发现，与非糖尿病 SD 大鼠相反，再灌注时葡萄糖的增加并不会导致糖尿病 GK 大鼠心脏梗死面积的显著增加。因此，糖尿病心脏对高血糖的耐受性更强。

SGLT1 似乎是非糖尿病心脏葡萄糖介导损伤的关键，因此，值得注意的是，在我们的模型中，糖尿病心脏的 SGLT1 表达明显较低。虽然抑制 SGLT1 不能缩小非糖尿病心脏在 11 mmol/L葡萄糖条件下的梗死面积，但却能消除与 22 mmol/L高葡萄糖相关的过度损伤。在糖尿病患者的心脏中，我们发现其心肌损伤并没有随着高糖而过度增加，但糖尿病患者心脏的 SGLT1 表达下调。因此，糖尿病心脏的 SGLT1 表达自我降低，其功能也可能自我降低，这可能与所观察到的对葡萄糖介导的心肌损伤的抵抗力直接相关。

糖尿病患者 SGLT1 的表达受抑制的机制尚不清楚，但有一种推测很有吸引力，即 SGLT1 的表达在某种程度上受循环葡萄糖水平的调节；高循环葡萄糖下调 SGLT1 以应对能量 "充足 "的过程。在胰岛细胞中，葡萄糖和 cAMP 可使 TORC2 的 ser-275 去磷酸化，导致 CREB 激活，而 TORC2:CREB 与基因组 SGLT1 的表达有关。心脏中是否存在这种 SGLT1 表达调节机制将是未来研究的一个有趣领域。

（四）SGLT1在疾病状态中的表达。

在急性心肌梗死的病理生理条件下，下调 SGLT1 可保护糖尿病患者的心脏免受葡萄糖升高的伤害。一些研究报告称，SGLT1 的表达会因疾病（包括糖尿病）而改变。然而，这一领域存在争议：Banerjee 等人在链脲佐菌素诱导的 1 型糖尿病小鼠模型中发现 SGLT1 表达减少，而在肥胖/肥胖小鼠 2 型糖尿病模型中却发现 SGLT1 表达增加。

我们的SGLT1 表达数据符合他们的 1 型糖尿病模型，但不符合他们的 2 型糖尿病模型。对后者的解释尚不清楚：ob/ob 2 型糖尿病小鼠与 ZDF 大鼠相似，两种模型都存在瘦素信号缺陷。然而，我们模型中的 ZDF 大鼠没有心力衰竭的迹象，Banerjee 研究中的 ob/ob 小鼠是否保留了功能也不清楚；他们将自己的数据与 2 型糖尿病终末期心力衰竭患者的数据进行了比较，人们认识到，心力衰竭（例如糖尿病心肌病）或瘦素水平升高都与 SGLT1 表达增加有关。如果我们让 ZDF 大鼠长期处于糖尿病控制不佳的状态，那么我们将很有兴趣了解 SGLT1 是否会因糖尿病心肌病的发展而出现继发性代偿性上调。

（五）疾病状态下 SGLT1 表达对临床试验的意义。

糖尿病患者和非糖尿病患者体内 SGLT1 的表达差异对临床试验的设计和解释具有重要影响。大量糖尿病患者既会减少预期的过量心肌损伤，也会削弱任何葡萄糖调节干预措施的益处：试验需要对患者进行适当的分层，并提供相应的动力。我们的数据还表明，葡萄糖介导的损伤发生迅速（再灌注后两小时内），因此，如果不是直接针对 SGLT1，延迟实现有效降糖很可能导致无法保护心脏。这可能部分解释了为什么DIGAMI-2 和 HI-5 等胰岛素强化治疗研究未能达到预期目标，两项试验均未达到预期的降糖目标（DIGAMI-2-空腹血糖目标为 5-7 mmol/L，实际达到 8.0 mmol/L；HI-5 平均达到 8.3 ± 2.2 mmol/L，从症状出现到开始使用胰岛素的平均时间为 13 小时，因此远在再灌注开始之后）。此外，鉴于心力衰竭和瘦素水平升高会增加SGLT1 的表达，这意味着合并症也具有潜在的重要临床意义：SGLT1 表达较多的心脏在急性心肌梗死时会更容易受到血糖升高的不利影响，因此这类患者可能会从及时的 SGLT1 抑制中获益更多。因此，在临床试验设计中，需要在招募患者时考虑到这些因素并对其进行分层。

（六）SGLT 的药理抑制：脱靶效应和机制。

目前的研究并不是为了直接研究 SGLT1 参与之外的机制。在 SGLT2 抑制领域，与 SGLT1 抑制不同的是，即使在正常血糖条件下，也有数据表明存在心脏保护作用。在这种情况下，有多种机制被提出，包括抑制钠氢交换抑制剂 1（NHE1），或通过激活 SMIT1，由高血糖介导的活性氧生成。然而，如果保护是通过 NHE1 介导的，那么即使在离体心脏中，在正常葡萄糖条件下也会出现保护，但我们和其他人在类似的离体灌注模型中都没有观察到这种保护。关于 SMIT1 的参与，这当然需要进一步研究，但考虑到所使用的 SGLT 抑制剂（如 卡格列净）的 SMIT IC₅₀ 比本研究中使用的最高剂量高五倍以上、而在 SMIT1 研究中，氯嗪的剂量是我们研究中使用剂量的一千倍（其他已发表的数据表明，500μmol/L 的氯嗪--是我们研究中使用剂量的 100 多倍--需要抑制 90% 的 SMIT1 活性），目前还不清楚这些潜在途径是否可能解释我们所观察到的保护作用。

我们需要考虑的另一个问题是 Ferte 等人提出的，即在小鼠和人类中，有证据表明存在截短的、无功能的 SGLT1 形式。在小鼠中，该研究小组首次描述了 SGLT1 的截短形式，即缺少 1-8 号外显子。目前还不清楚我们的大鼠模型中是否也存在这种截短形式的 SGLT1。因此，我们对 1-3、3-5和 5-9 号外显子进行了 rtPCR 研究，发现每个外显子都有表达，这表明大鼠心脏中确实存在功能性 SGLT1 表达，这与我们提供的 RNAscope 和免疫组化数据一致。还需要进一步研究大鼠心脏中未截断和截断 SGLT1 的确切水平，以及这种平衡是否具有重要功能。

（七）研究局限性。

我们的研究采用了简化的实验设计，使用体外离体Langendorff心脏灌注模型，这样我们就能完全控制葡萄糖浓度、葡萄糖升高的时间以及缺血和再灌注的持续时间。使用晶体灌流液，如这里使用的改良克雷布斯-海涅斯莱特缓冲液，无需担心灌流液的粘度和流经冠状血管的问题。然而，血浆粘度很可能是导致微血管阻塞的一个因素，在整个动物和患者体内，无回流将是一个令人担忧的问题。然而，这种简化模型的问题在于没有其他代谢底物可用，也没有调节代谢底物利用的内分泌因素，如胰岛素。因此，下一个合乎逻辑的实验步骤将是体内模型，尽管重现应激性高血糖并不简单。对应激性高血糖症的研究仍然相对不足，因此很难充分和可重复地再现这些情况。一个可能的途径是静脉注射葡萄糖，但这可能会对循环胰岛素和肠道激素的释放产生代偿性影响，可能会对心肌损伤和 SGLT1 的表达产生不可预测的影响，而且不太可能再现预期的胰岛素抵抗。不过，鉴于已发表的数据表明梗死面积与死亡率直接相关，而且我们的还原模型数据显示，再灌注时葡萄糖浓度越高，梗死面积越大，这与流行病学数据中的葡萄糖/死亡率关系相似，这表明所做的模型假设是适当的，并为进一步研究提供了一个平台。

结论

我们的新发现是，在缺血损伤后再灌注时，葡萄糖升高会导致心肌损伤和心肌梗死的发生率增加 45%，这在生物学上具有重要意义，而且可以通过 SGLT1 抑制剂进行药理抑制。此外，我们还证明了 SGLT1 在血管内皮和心肌细胞中的分布。有趣的是，葡萄糖介导的过度再灌注损伤在非糖尿病心脏中非常明显，但在糖尿病心脏中却明显减弱，这似乎与糖尿病心肌 SGLT1 表达受抑制有关。因此，我们的数据表明，我们有机会重新利用现有的 SGLT1抑制剂来进一步改善伴有高血糖的 ACS 的预后，这与为患有多种疾病的 AMI 患者提供再灌注治疗辅助药物的呼吁是一致的。

原始文献

SGLT1 contributes to glucose‑mediated exacerbationof ischemia–reperfusion injury in ex vivo rat heart.