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Sodium-glucose co-transporter-2 inhibitors increase Klotho in patients with diabetic kidney disease: A clinical and experimental study - 10/09/22

Doi : 10.1016/j.biopha.2022.113677 
Carmen Mora-Fernández a, b, c, 1, María Dolores Sánchez-Niño c, d, e, , 1 , Javier Donate-Correa a, b, c, Ernesto Martín-Núñez a, c, Nayra Pérez-Delgado f, Lara Valiño-Rivas c, d, Beatriz Fernández-Fernández b, c, d, Alberto Ortiz b, c, d, 2, Juan F. Navarro-González a, b, c, g, h, , 2
a Unidad de Investigación, Hospital Universitario Nuestra Señora de Candelaria (HUNSC), Santa Cruz de Tenerife, Spain 
b GEENDIAB (Grupo Español para el Estudio de la Nefropatía Diabética), Sociedad Española de Nefrología, Santander, Spain 
c RICORS2040 KIDNEY DISEASE, Instituto de Salud Carlos III, Madrid, Spain 
d Instituto de Investigación Sanitaria-Fundación Jiménez Díaz-Universidad Autónoma de Madrid, Spain 
e Departamento de Farmacología, Universidad Autónoma de Madrid, Madrid, Spain 
f Servicio de Análisis Clínicos, HUNSC, Santa Cruz de Tenerife, Spain 
g Servicio de Nefrología, HUNSC, Santa Cruz de Tenerife, Spain 
h Instituto de Tecnologías Biomédicas, Universidad de La Laguna, Tenerife, Spain 

Corresponding author at: Departamento de Farmacología, Universidad Autónoma de Madrid, Madrid, Spain.Departamento de Farmacología, Universidad Autónoma de MadridMadridSpain⁎⁎Correspondence to: Unidad de Investigación, Hospital Universitario Nuestra Señora de Candelaria, 38010 Santa Cruz de Tenerife, Spain.Unidad de Investigación, Hospital Universitario Nuestra Señora de CandelariaSanta Cruz de Tenerife38010Spain

Abstract

Sodium-glucose co-transporter-2 inhibitors (SGLT2i) provide cardiorenal protection. However, the molecular mechanisms remain poorly understood. We explored the impact of SGLT2i on Klotho, a kidney-derived protein with antiaging, renal-protective and heart-protective properties. A real world prospective observational study addressed the impact of initiating SGLT2i (canagliflozin, dapagliflozin, empagliflozin) or dipeptidyl peptidase-4 inhibitors (DPP4i) in patients with early diabetic kidney disease (DKD). Serum and urinary soluble Klotho, albuminuria and serum and urinary tumor necrosis factor-alpha (TNFa) were measured. The effect of SGLT2i on Klotho mRNA and protein was explored in vitro in kidney proximal tubular cells stressed with high glucose concentrations to simulate the diabetic milieu, albumin to simulate albuminuria, and the inflammatory cytokine TWEAK to simulate the inflammatory environment in DKD. Baseline urinary Klotho was negatively associated with albuminuria (r − 0.45, P < 0.001) and urinary TNFa (r − 0.40, P < 0.01). Both DPP4i and SGLT2i reduced HbA1c similarly, but only SGLT2i decreased eGFR, albuminuria and urinary TNFa and increased (P < 0.001) serum (5.2 %) and urinary Klotho (38.9 %). Changes in urinary TNFa (β − 0.53, P = 0.001) and albuminuria (β − 0.31, P < 0.05) were independently associated with changes in urinary Klotho (adjusted R2 = 0.54, P < 0.001). Studies in renal tubular cells demonstrated that high glucose, albumin and TWEAK decreased Klotho mRNA expression and protein levels, an effect similarly prevented by SGLT2i. SGLT2i increase Klotho availability in type 2 diabetic patients with poorly controlled diabetes and early DKD, as well as in stressed tubular cells. This effect on Klotho may contribute to the kidney and heart protection afforded by SGLT2i.

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Graphical Abstract

SGLTi increase Klotho availability in vivo and in vitro. This novel effect may contribute to the kidney and heart protection afforded by these drugs.




ga1

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Highlights

Klotho is a kidney-derived protein with antiaging and cardio-renal protective properties.
SGLT2i therapy induces a clinically significant increase in serum and urinary Klotho.
In renal tubular cells, SGLT2i prevent Klotho downregulation (both at mRNA and protein level).
Preservation of Klotho expression is common to diverse SGLT2i, indicating a class effect.
Improving Klotho availability may be a mechanism for favorable clinical benefits in patients with DKD.

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Abbreviations : ACEI, ARB, CKD, DKD, DPP4i, eGFR, FGF23, SGLT2i, TNFa, TWEAK, UACR, UAE

Keywords : Diabetes mellitus, Diabetic kidney disease, Klotho, Albuminuria, Inflammation, SGLT2 inhibitors


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