Deneysel tip 2 diyabette gelişen vasküler hasar ve kardiyomiyopatide sglt2 inhibitörü ile tedavide sirtuinlerin rolü
The role of sirtuins in treatment with sglt2 inhibitor in experimental type 2 diabetes with vascular damage and cardiomyopathy
Yazar: ÜMRAN KIZRAK
Danışman: PROF. DR. ZELİHA KERRY ; DOÇ. DR. GÖNEN ÖZŞARLAK SÖZER
Ege Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmakoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology

Özet:
Amaç: Diyabetes mellitus (DM), insülin salgılanması ya da duyarlığının azalmasıyla ortaya çıkan, hiperglisemi ile karakterize, komplike ve kronik bir endokrin hastalıktır. Sodyum glukoz kotransporter 2 (SGLT2) inhibitörleri (empagliflozin dapagliflozin, kanagliflozin), tip 2 diyabet (T2DM) tedavisi için yakın zamanda kullanıma giren, böbreklerden glukoz reabsorpsiyonunu inhibe ederek kan glukoz düzeyini düşüren antihiperglisemik ilaç grubudur. Bu ilaç grubunun T2DM'in en önemli komplikasyonu olan kardiyomiyopatiyi engellemede yararlı etkilerinin olduğu bilinmekte ancak diyabetik bireylerde meydana gelen vasküler hasar üzerine SGLT2 inhibitörlerinin etkileri ve bu etkilerinin mekanizması henüz bilinmemektedir. Bununla birlikte yapılan araştırmalar Sirtuinlerin (1-7) (Silent Information Regulator 2 Proteins; SIRT) insülin sekresyonu, glikoliz, mitokondriyal biyojenez, yağ oksidasyonu ve glukojenezde rollerinin olduğunu göstermektedir. Bu çalışmanın amacı; yüksek yağ içeren yem (HFD, %35 kcal)  ve düşük doz streptozotosin (STZ) (35 mg/kg,ip) ile indüklenen deneysel tip 2 diyabet modelinde SGLT2 inhibitörü empagliflozinin meydana gelen vasküler hasar, kardiyomiyopati ve oksidatif stres üzerindeki etkilerinin sirtuin enzimleri ile ilişkisinin araştırılmasıdır.
Gereç ve Yöntem: 6 haftalık  30 adet wistar erkek sıçanlar kontrol,diyabet ve tedavi grubu olmak üzere 3 gruba ayrılmıştır. Diyabet ve tedavi grubu sıçanlar 4 hafta  yüksek yağ içeren yem (HFD, %35 kcal)  ile beslenmiş, sonrasında düşük doz streptozotosin (STZ) (35 mg/kg,ip) ile indüklenerek tip 2 diyabet modeli oluşturulmuştur. Diyabette bozulan endotel yapısının incelenmesi amacıyla sıçanların aortasında endotele bağlı ve düz kas kaynaklı gevşeme yanıtlarını belirlemek için NO inhibitörü olan L-NAME (10-4 M) varlığında/yokluğunda Fen (10-6 M) ile ön kastırma sonrası kümülatif ACh (10-9-10-4 M), SLB (10-9-10-5 M) ve NTG (10-9-3x10-5 M) gevşeme yanıtları alınmıştır. Aynı zamanda kümülatif olarak Fen (10-9-10-4 M) ve 5-HT (10-9-3x10-5 M) ile kasılma yanıtları alınmıştır. İzole edilen  kalp dokularında SIRT-1 ve SIRT-6  enzimlerinin, Troponin-I, GRP78 proteinlerinin ekspresyon düzeyleri,MMP-2/-9 aktivite düzeyleri ve doku inhibitörlerinin (TIMP-1/-2) protein düzeyleri  ölçülmüştür. Ayrıca diyabette bozulan kalp dokusunda empagliflozin tedavisi sonrasında morfolojisinde meydana gelen değişimler histopatolojik olarak incelenmiştir. 
Bulgular: Empagliflozin tedavisi diyabette bozulan vasküler yanıtları (ACh gevşemesi,5-HT kasılma,NTG) iyileştirmiştir. Histolojik analizler, diyabet grubunda gözlenen kan damarlarının etrafındaki kolajen birikiminin empagliflozin tedavisi alan grupta gözlenmediği, empagliflozin tedavisi sonrasında kalp dokularında disorganize miyofibrillerin azaldığı, kardiyomiyositlerin normal sitoplazma ve çekirdek yapsına sahip olduğunu göstermiştir. Diyabetik kardiyomiyopatide önemli belirteç olan kardiyak troponin-I ve ER stresi belirteci olan GRP78 protein düzeylerinin empagliflozin tedavisi ile anlamlı derecede azaldığı  bulunmuştur. Öte yandan kardiyomiyopatide meydana gelen fibrozis düzeyi incelenmiş ve diyabetik grupta matriks metalloproteinazlardan MMP-2 aktivitesinin kontrol grubuna kıyasla istatistiksel olarak anlamlı bir şekilde arttığı ve bu artışın empagliflozin tedavisi ile istatistiksel olarak anlamlı düzeyde azalışı, empagliflozinin kardiyomiyopatiye karşı koruyucu etkisini desteklemektedir. Çalışmanın amacını oluşturan sirtuin enzimleri ile empagliflozinin kardiyoprotektif etkileri arasındaki ilişki incelenmiş ve diyabette azalan SIRT-1 ekspresyonunun empagliflozin tedavisi ile artması aralarında potansiyel bir korelasyon olabileceğini düşündürmüştür.
Sonuç: Empagliflozin tedavisi ile diyabette bozulan vasküler hasarın iyileşebildiği ve empagliflozinin kardiyomiyopatinin önlenmesi ve tedavisinde umut verici bir ajan olduğu ve diyabette azalan SIRT1 ekspresyonunun empagliflozin ile geriye döndürülebilir olması empagliflozinin SIRT enzimleriyle ilişkili olabileceğini düşündürmektedir. Ancak bu ilişkinin anlaşılması için moleküler mekanizmaya dair daha fazla araştırma yapılması  gerektiği anlaşılmaktadır.

Abstract:
Background: Diabetes mellitus (DM) is a complicated and chronic endocrine disease characterised by hyperglycaemia caused by decreased insulin secretion or sensitivity. Sodium glucose cotransporter 2 (SGLT2) inhibitors (empagliflozin, dapagliflozin, kanagliflozin) are a group of antihyperglycaemic drugs recently introduced for the treatment of type 2 diabetes (T2DM) that reduce blood glucose levels by inhibiting glucose reabsorption from the kidneys. This group of drugs is known to have beneficial effects in preventing cardiomyopathy, the most important complication of T2DM, but the effects of SGLT2 inhibitors on vascular damage in diabetic individuals and the mechanism of these effects are not yet known. However, studies show that Sirtuins (1-7) (Silent Information Regulator 2 Proteins; SIRT) have roles in insulin secretion, glycolysis, mitochondrial biogenesis, fat oxidation and glucogenesis. The aim of this study was to investigate the relationship between sirtuin enzymes and the effects of SGLT2 inhibitor empagliflozin on vascular damage, cardiomyopathy and oxidant stress in an experimental type 2 diabetes model induced by high fat diet (HFD, 35% kcal) and low dose streptozotocin (STZ) (35 mg/kg, ip).
Materials and Methods: Thirty 6-week-old male Wistar rats were divided into 3 groups as control, diabetes and treatment groups. Diabetes and treatment group rats were fed high-fat diet (HFD, 35% kcal) for 4 weeks and then induced with low-dose streptozotocin (STZ) (35 mg/kg, ip) to create a type 2 diabetes model. In order to examine the endothelial structure disrupted in diabetes, cumulative ACh (10-9-10-4 M), SLB (10-9-10-5 M) and NTG (10-9-3x10-5 M) relaxation responses were obtained after pre-contraction with Fen (10-6 M) in the presence/absence of NO inhibitor L-NAME (10-4 M) to determine endothelium-dependent and smooth muscle-induced relaxation responses in the aorta of rats. At the same time, contraction responses were obtained cumulatively with Fen (10-9-10-4 M) and 5-HT (10-9-3x10-5 M). The expression levels of SIRT-1/-6 enzymes, Troponin-I, GRP78 proteins, MMP-2/-9 activity levels and tissue inhibitors (TIMP-1/-2) protein levels were measured in isolated heart tissues. In addition, changes in the morphology of the heart tissue deteriorated in diabetes following empagliflozin treatment are seen histopathologically.
Results: Empagliflozin treatment improved the impaired vascular responses (ACh relaxation, 5-HT contraction, NTG) in diabetes. Histological analyses showed that the collagen deposition around the blood vessels observed in the diabetes group was not observed in the empagliflozin-treated group, disorganized myofibrils decreased in the heart tissues after empagliflozin treatment, and cardiomyocytes had normal cytoplasm and nucleus structure. Cardiac troponin-I, an important marker of diabetic cardiomyopathy, and GRP78 protein levels, a marker of ER stress, were found to be significantly decreased with empagliflozin treatment. On the other hand, the level of fibrosis occurring in cardiomyopathy was examined and the fact that the activity of MMP-2, one of the matrix metalloproteinases, increased statistically in the diabetic group compared to the control group, and this increase was statistically significantly decreased with empagliflozin treatment, supporting the protective effect of empagliflozin against cardiomyopathy. The relationship between sirtuin enzymes, which is the aim of the study, and the cardioprotective effects of empagliflozin was investigated, and the increase in the decreased SIRT-1 expression in diabetes with empagliflozin treatment suggested that there may be a potential correlation between them.
Conclusion: The fact that empagliflozin treatment can improve vascular damage in diabetes and empagliflozin is a promising agent in the prevention and treatment of cardiomyopathy, and the decreased SIRT1 expression in diabetes is reversible with empagliflozin, suggesting that empagliflozin may be related to SIRT enzymes. However, it is understood that more research on the molecular mechanism is needed to understand this relationship.