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文献来源：Huo Q, Yue T, Li W, Wang X, Dong Y, Li D. Empagliflozin attenuates radiation-induced hematopoietic damage via NOX-4/ROS/p38 pathway. Life Sci. 2024 Mar 15;341:122486. doi: 10.1016/j.lfs.2024.122486. PMID: 38331314.   目的：辐射对造血系统造成严重损害和功能抑制。这篇文章研究了empagliflozin（恩格列净）这种药物对辐射诱导的造血损伤的影响，以期为这类损伤提供新的预防方法。 方法和材料：小鼠口服empagliflozin 1 h 后给予4 Gy全身照射（TBI），连续给药6天。照射后第10天处死，检测造血细胞中的活性氧（ROS）水平及其调节机制。采用集落形成单位粒细胞巨噬细胞法和骨髓移植法评估骨髓细胞的功能。 主要发现：对于接受1 Gy辐射的骨髓细胞，empagliflozin可提高细胞活力，降低ROS水平，减轻细胞凋亡。empagliflozin显著减轻了4 Gy TBI小鼠造血系统的电离辐射损伤，增加了外周血细胞计数，并提高了造血干细胞的比例和功能。这些作用可能与NOX-4/ROS/p38通路介导的造血干细胞中MAPK的抑制有关。empagliflozin通过影响Nrf-2的表达和增强谷胱甘肽过氧化物酶的活性来促进活性氧的清除。此外，empagliflozin还能够通过抑制哺乳动物雷帕霉素靶点缓解了代谢异常。 意义：这项研究表明，empagliflozin可以减轻辐射诱导的造血干细胞损伤，提示empagliflozin或许可以作为防止辐射诱导的造血系统损伤的新型潜在药物。   科学问题：造血系统对辐射非常敏感，受到辐射损伤后造血干细胞自我更新和再生能力减弱，而目前治疗的药物有限。因此，有必要寻找能够有效防护辐射的药物。 逻辑基础：活性氧（ROS）在暴露于辐射引起的细胞和机体损伤中起着关键作用。empagliflozin是一种新型降糖药，通过高选择性抑制钠-葡萄糖共转运体2（SGLT-2）发挥作用，通过促进肾葡萄糖排泄降低血糖水平。empagliflozin在各种器官中显示出抗炎和抗氧化作用。研究表明SGLT-2抑制剂达格列辛可以增强粒细胞集落刺激因子刺激后造血干细胞的动员，改善糖尿病相关损伤。然而，empagliflozin减轻ir诱导的造血干细胞祖细胞（HSPCs）损伤的能力仍未得到充分的探索。 科学假说：empagliflozin具有抗氧化作用，或许可以通过降低ROS水平，缓解辐射造成的造血系统损伤。 为了测定empagliflozin对辐射损伤的影响，研究者首先建立了辐射暴露的骨髓细胞模型，然后对这些细胞进行不同浓度empagliflozin的处理。 结果发现1000 nmol/L, 500 nmol/L and 250 nmol/L的empagliflozin对骨髓细胞均没有毒性，而且浓度为500 nmol/L 的empagliflozin可以显著增强接受1Gy 电离辐射（IR）的骨髓细胞的活性（图1A-B）。 随后研究了empagliflozin对BM细胞ROS水平和凋亡率的影响。结果显示浓度为1000 nmol/L、500 nmol/L和250 nmol/L的empagliflozin可显著降低辐照BM细胞中的ROS水平（图1C-D）。值得注意的是，500 nmol/L浓度的empagliflozin也显著减轻了IR诱导的细胞凋亡（图1E-F）。 综上所述，empagliflozin在体外可以减轻辐射对造血细胞产生的损伤。 为了评估empagliflozin在辐射暴露后对小鼠的潜在保护作用，检测了其对体重、脾脏大小相对于体重（脾脏系数）和外周血计数等参数的影响。结果显示，empagliflozin似乎对TBI小鼠的体重没有影响（图2B），但是它减轻了TBI引起的脾脏系数的降低（图2J）。先前研究报道了放疗后患者患糖尿病的风险增加。在这项研究中，暴露于4Gy TBI显著提高了小鼠的血糖水平，而empagliflozin显著降低了血糖水平。而且empagliflozin对对照组小鼠的血糖水平没有明显的影响（图2I）。鉴于造血系统对IR的敏感性，外周血细胞计数结果表明，与TBI组小鼠相比，empagliflozin显著增加小鼠白细胞（淋巴细胞%（LY%）、中性粒细胞%（NE%）、红细胞（红细胞）、血红蛋白（HGB）和血小板（PLT）（图2C-H)。这些发现提示empagliflozin在减轻辐射诱导的造血损伤方面的治疗潜力。
为了进一步研究empagliflozin对造血系统的保护作用，该研究评估了小鼠各类细胞群的数量和比例，包括BMMNCs、HPCs、LSKs和LT-HSCs。IT-HSC具有独特的属性，包括自我更新能力和控制造血室间扩张的能力，同时保留分化为HSPC和末端亚群[31]的潜力。采用流式细胞术分析骨髓中造血细胞的比例（图3A-C）。结果显示与对照组相比，暴露于4 Gy TBI导致HPCs、LSKs和LTHSCs的比例和数量均减少。empagliflozin显著增加了HPCs、LSKs和LT-HSC的比例和数量（图3D-E），对CMPs、GMP和MEPs的比例无显著影响。这些发现进一步表明了免疫在减轻辐射诱导的造血损伤方面的治疗潜力。
BMT是评估造血干细胞自我更新和再群体潜力的金标准。该研究使用CFU方法评估了免疫对HSPCs克隆功能的影响，并通过BMT评估了移植能力。采用CFU-GM法评价empagliflozin对克隆功能的影响。结果表明，4Gy TBI显著抑制了克隆功能，而empagliflozin处理增加了CFU-GMs的形成（图4A）。移植后一个月的外周血分析显示，empagliflozin显著减轻了TBI诱导的髓系分化偏倚。此外，移植后2个月，供体细胞和T细胞的供体细胞百分比仍显著高于TBI组（图4B-C）。移植后2个月，empagliflozin也显著提高了BM细胞中供体细胞和T细胞的比例（图4D），但髓系细胞无显著性差异，与血液分析结果一致。移植后2个月脾脏检测结果显示，empagliflozin显著增加了TBI小鼠脾脏供体细胞总比例、T细胞比例和B细胞比例（图4F）。
ROS包含一组化学活性含氧分子，其特征是其不稳定性高，其中包括氧自由基和非自由基分子。辐射暴露导致的活性氧升高会使DNA损伤持续下去，从而导致碱基脱落等事件。组蛋白2A变体（H2AX）中保守氨基酸序列的磷酸化是对细胞DNA损伤的反应。为了阐明empagliflozin的治疗机制，检测了造血细胞中ROS水平和γH2AX的表达。结果显示empagliflozin可减轻TBI诱导的HSPCs和IT-HSC中ROS水平的升高(图5A-B)。此外，在一定程度上，在辐照后的LSKs中，γH2AX的表达略有降低(图5C-D)。这些结果表明，免疫可能通过降低ROS水平和减轻DNA损伤来保护辐射诱导的造血损伤。
NOX-4/ROS/p38-MAPK信号通路参与造血干细胞的辐射损伤已被报道。本研究通过流式细胞术评估empagliflozin对NOX-4和p38表达的影响。实验结果显示，empagliflozin显著减轻了tbi诱导的造血细胞中NOX-4表达和p38磷酸化的升高（图6A-D）。对分选的造血细胞的qRT-PCR分析显示，empagliflozin显著降低了TBI后LSK细胞中NOX-4和p-38水平（图6E-F），免疫荧光分析也进一步证实了这一点（图6G-H）。
Nrf-2在ROS的调控中起着关键作用。在本研究中，empagliflozin增加了LSK细胞中Nrf-2的表达（图7A-B）。体内的抗氧化酶，包括GXHPx、总SOD和CAT，其功能是消除生物体内多余的活性氧。此外，MDA的定量作为脂质过氧化的最终产物，导致蛋白质、核酸等重要大分子的交联和聚合，是反映机体潜在抗氧化能力的关键参数。如图7C所示，4Gy TBI后，脾脏中GSH-Px、SOD和CAT活性显著降低，MDA水平升高，empagliflozin可以逆转这些变化。这些发现表明，empagliflozin能够通过提高抗氧化酶水平和Nrf-2的表达来改善过度氧化应激。
mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，是细胞生长和代谢的关键调节因子。它促进了合成代谢过程，如核糖体的生物发生和蛋白质、核苷酸、脂肪酸的合成和脂质，并抑制分解代谢过程，如自噬。值得注意的是，IR能够激活mTOR，介导成体干细胞的衰老，最终导致组织损伤。本研究发现empagliflozin显著降低了TBI诱导的血糖水平（图2I）。继续研究mTOR的表达显示，在4Gy TBI后，HPC、LSK和LTHSC细胞中mTOR的表达显著上调。empagliflozin显著降低了造血细胞中mTOR的表达（图8A-B）。通过RT-PCR和免疫荧光分析一致证实了这一趋势（图8C-E）。以上结果表明，empagliflozin可以通过减少mTOR的表达和协调细胞代谢过程来减轻tbi诱导的造血损伤。
Empagliflozin有可能通过NOX-4/ROS/p38介导的途径减轻hspc中辐射诱导的损伤。这表明它有可能是一种潜在的放射治疗药物。
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