Sitagliptinin streptozotosin diabetik ratlarda β-AR aracılı kardiyak yanıtlar üzerindeki etkileri
The effects of sitagliptin on  beta-adrenoceptor mediated cardiac responses in streptozotocine diabetic rats
Yazar: CEREN UYAR BOZTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. EBRU ARIOĞLU İNAN
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmakoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: Diabetes mellitus = Diabetes mellitus ; Dipeptidil peptidazlar ve tripeptidil peptidazlar = Dipeptidyl-peptidases and tripeptidyl-peptidases ; Glukagon = Glucagon ; Hayvan deneyleri = Animal experimentation ; Hipoglisemik ajanlar = Hypoglycemic agents ; Kardiyovasküler sistem = Cardiovascular system ; Reseptörler-adrenerjik-beta = Receptors-adrenergic-beta ; Sitagliptin = Sitagliptin ; Streptozotosin = Streptozotocin ; İnkretin = Incretin

Özet:
DPP-4 inhibitörleri vasküler endotelyum, ateroskleroz, kalp yetmezliği, kan basıncı, lipid metabolizması ve kilo üzerinde doğrudan veya dolaylı yollarla etki göstermektedir. Kan şekeri üzerindeki etkinlikleri klasik antidiabetik ajanlardan az olsa da, bu grup ilaçlar kombine kullanımda diğer ajanların neden olabileceği kardiyovasküler komplikasyonları azaltabilmektedir. 

Diabetik kalpte ß-AR aracılı yanıtların azalması çoğunlukla reseptör duyarlılığının kaybolması ve/veya reseptör gen ifadesinin azalması ile ilişkilendirilmektedir. Ne var ki, DPP-4 inhibitörlerinin diabetik kalpte ß-AR'ler üzerindeki direkt etkileri tam olarak bilinmemektedir. Bu noktadan hareketle, projemizde, bir DPP-4 inhibitörü olan sitagliptinin, diabetik ratlardaki kardiyak ß-AR aracılı yanıtlar üzerine kan şekerinden bağımsız etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. 

Bu amaca yönelik olarak, sekiz haftalık Sprague-Dawley ratlar üç gruba ayrılmıştır; Kontrol (K), Diabetik (D), Sitagliptin tedavili Diabetik (S). Diabet tek doz i.p. STZ injeksiyonu ile gerçekleştirilmiştir (45 mg/kg). Sekiz haftalık diabet sürecinin ardından, diabetik ratların bir kısmına dört hafta süre ve 10mg/kg/gün doz ile sitagliptin tedavisi uygulanmıştır. Kardiyak beta adrenerjik yanıtverirlik papiller kas ve langendorff kalp preparatı kullanılarak değerlendirilmiştir. Beta adrenerjik yanıtverirlik ve kalp fonksiyonu açısından önemli olan bileşenlerin protein ifadeleri western blot yöntemi ile ölçülmüştür. 12 haftalık diabet süreci sonunda ratların kan şekerinde ya da beden ağırlığında sitagliptin tedavisine bağlı bir iyileşme gözlenmemiştir. Papiller kastaki izoprenalin aracılı kasılma yanıtları diabetik grupta beklendiği gibi azalırken, tedaviye bağlı olarak anlamlı olarak iyileşmiştir. Langendorff preparatında ölçülen CL 316,243 aracılı gevşeme yanıtları ise diabetik grupta anlamlı olarak artmış, sitagliptin tedavisi ile ise değişmemiştir. Diastolik disfonksiyonda rolü olan SERCA2a protein ifadesi diabette azalmış, ER belirteci olan GRP78 ifadesi ise diabette artmıştır. Sitagliptin tedavisi sonrası GRP78 düzelmiş; ancak SERCA2a'da anlamlı bir farklılık görülmemiştir. Diabette artan β3-AR protein ifadesi ise tedavi sonrasında azalmıştır. β3-AR sinyal iletim yolağının önemli bileşenleri olan eNOS gruplar arasında anlamlı değişim göstermemiştir. Fosforile eNOS ve eNOS/fosforile eNOS oranı ise diabetik grupta belli oranda artmış, sitagliptin tedavisinden sonra ise bir miktar azalmıştır.  Ne var ki, bu değişimler istatistiksel anlamlı bulunmamıştır. 

Bütün bu sonuçlar, sitagliptin tedavisinin diabetik kalbin bozulmuş kasılma fonksiyonuna olumlu etkisine işaret etmektedir ve bu etkinin ilacın metabolik etkisinden bağımsız olduğunu ortaya koymaktadır. β3-AR aracılı yanıtın diabette artıp, tedavi sonrası değişmemesi ise ilacın bu yolağa etkisinin β1-AR sinyal yolağına olan etkisinden farklı ve daha karmaşık olabileceğini düşündürmektedir. Gözlenen bu etkinin açıklanabilmesi için yeni çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır.

Abstract:
DPP-4 inhibitors, directly or indirectly affect vascular endothelium, atherosclerosis, heart failure, blood pressure, lipid metabolism and body weight. Although their antihyperglycemic effect is lower compared to other groups, combination therapy with DPP-4 inhibitors could help to attenuate cardiovascular complications caused by other antidiabetic groups. 

In the diabetic heart, beta adrenergic responsiveness has been often related to decreased receptor sensitivity or downregulation. However, the effects of DPP-4 inhibitors on diabetic heart has not been clearly explained. Thus, we aimed to investigate the effects of sitagliptin, a DPP-4 inhibitor, on diabetic heart in terms of beta adrenergic responsiveness independent of its blood glucose lowering effect. 

For this purpose, 8-week old Sprague Dawley rats have been divided into 3 groups; Control (C), Diabetic (D), sitagliptin treated diabetic group (S). Diabetes was induced by single dose streptozotocin injection (i.p., 45mg/kg). After 8-week diabetes period, some of the diabetic rats were treated with sitagliptin (10mg/kg/day) for 4 weeks. Cardiac beta adrenergic responsiveness was evaluated through papillary muscle and Langendorff heart preparation. The components that are important for beta adrenergic responsiveness and heart function were evaluated by western blot analysis. 

In the end of 12-week diabetes period, sitagliptin did not exert any beneficial effect on plasma blood glucose levels or body weights. Isoprenalin induced contractile responses were decreased in papillary muscle of diabetic group and it was improved after sitagliptin treatment. CL 316,243 mediated cardiac relaxation response was increased significantly in diabetic group and did not changed after treatment. Protein expression level of SERCA2a, a pump which has role in diastolic dysfunction, was reduced in diabetic group.  On the other hand, protein level of GRP78, a marker of ER stress, was increased in diabetic group. After sitagliptin treatment, protein expression level of GRP78 was improved, but protein level of SERCA2a was not decreased significantly. Protein expression level of β3-AR was increased in diabetic group and did not decrease after treatment. Protein levels of eNOS did not significantly differ between the groups. Phosporylated eNOS and eNOS/phosphorylated eNOS ratio were increased in diabetic group and slightly decreased after treatment. However, these changes were not statistically significant. 

All these results indicate that sitagliptin treatment has beneficial effects on impaired cardiac function in diabetic rats and it is independent of its blood glucose lowering effect. The finding that β3-AR mediated response is not affected by sitagliptin treatment may result from the fact that the drug affects β3-AR mediated signaling pathway different than β1-AR mediated one. More studies are needed to clarify this discrepency.