Pinealektomi yapılmış sıçanlarda monosodyum ürat kristal kaynaklı gut artiriti üzerine eksojen melatoninin etkileri.
Effects of exogenous melatonin on monosodium urate crystal-induced GOUT arthritis in pinealectomized rats
Yazar: ARWA FADHIL HAQI BALLUR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET DEMİR
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Tıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyokimya = Biochemistry
Dizin: Artrit = Arthritis ; Gut = Gout ; Hayvan deneyleri = Animal experimentation ; Melatonin = Melatonin ; Monosodyum ürat = Monosodium urate ; Oksidatif stres = Oxidative stress ; Pineal bez = Pineal gland ; Pinealektomi = Pinealectomy ; Sıçanlar = Rats

Özet:
Gut, pürin katabolik yolu bozuklukları tarafından tetiklenen, sinoviyal eklemler ve dokularda monosodyum ürat (MSÜ) kristallerinin birikmesine yol açan, yüksek serum ürat seviyesi (hiperürisemi) ile karakterize metabolik bir hastalıktır. Serum ürat konsantrasyonlarındaki artış (hiperürisemi, ≥7.0 mg/dl) kıkırdakta, sinovial bursada, tendonlarda veya yumuşak dokularda MSÜ kristallerinin birikmesiyle ortaya çıkan enflamasyon şeklinde kendini gösterir. Eklemlerde kristalize MSÜ birikiminin gut için merkezi bir risk faktörü olduğu artık genel olarak kabul edilmektedir. MSÜ kristalleri güçlü enflamasyon indükleyicisidirler. Bu kristaller eklem içinde, lokal bir enflamatuvar reaksiyon oluşumunu, nötrofil alımını ve pro-enflamatuvar sitokinlerin yanı sıra diğer enflamatuvar aracıların üretimini tetiklemektedirler. 
Sirkadiyen ritimler, bireylerin yaşadıkları çevredeki günlük değişikliklere göre fizyolojik ve patolojik yanıtların oluşturulmasında önemli rol oynamaktadırlar. Sirkadiyen ritmi düzenlemek için salgılanan Melatonin (MLT), antienflamatuvar, antitümör ve antiapoptotik etkilere sahiptir. Bunun yanında MLT, reaktif türleri doğrudan süpürme ve antioksidan enzimlerin aktivitelerini arttırarak antioksidan savunma sistemini modüle etme kapasitesi sayesinde oksidatif stresi azaltan güçlü bir antioksidandır. MSÜ kristalleri en güçlü proenflamatuvar uyaranlar arasındadır. Nötrofillerin MSÜ kristallerine verdiği yanıtlar gut ile ilişkili akut enflamatuvar yanıtın önemli bir bileşenidir. Son çalışmalar, MLT' de dahil olmak üzere çeşitli faktörlerin, nötrofillerin ritmik göçünün düzenlenmesinde rol oynadığını göstermiştir. Ancak endojen MLT' in ritmik nötrofil göçünü nasıl düzenlediğinin altında yatan mekanizmalar belirsizliğini korumaktadır. 

Bu çalışmada, MLT 'in gut artriti üzerindeki potansiyel etkilerinin yanı sıra melatonin yoksunluğunda gelişen gut artritinin araştırılması için MSÜ kristali ile indüklenen deneysel bir sıçan modeli kurulmuştur. Bu çalışmada yine MLT ile tedavi edilen ve melatonin yoksunluğu yaşayan gut artriti sıçanlarda, anti-enflamatuvar ve anti-oksidatif etkilerle ilişkili olası altta yatan mekanizmalar da incelenmiştir.

Çalışma 250-300 g ağırlığında 70 erkek Wistar Albino sıçanı üzerinde gerçekleştirildi. Sıçanlar 7 gruba ayrıldı (Kontrol, Sham Pinealektomi (PINX), Monosodyum ürat (MSÜ) (Model), MSU+MLT, PINX, PINX+MSU, PINX+MSU+MLT grup) (n=10). PINX işlemi yapılan gruplarda bu işlem, deneyin ilk günü gerçekleştirildi. MSÜ enjeksiyonu yapılan gruplarda MSÜ enjeksiyonları, 30. günde tek doz intraartiküler olarak MSÜ (20mg/ml) 50 µL steril PBS hacminde uygulandı.  MLT enjeksiyonu yapılan gruplarda MLT enjeksiyonları, deneyin ilk gününden itibaren 30 gün boyunca 10 mg/kg dozda intraperitoneal olarak gerçekleştirildi. 

Bizim çalışmamızda sıçanlara PINX uygulanması ve MSÜ enjeksiyonu, GSH seviyelerinde ciddi düşüşlere neden olmuştur. Bu azalma, artan oksidatif strese bağlı olabilir ve GSH' nin süperoksit radikalleri ile reaksiyona girerek ve onları nötralize  
ederek oksidatif stresin üstesinden gelebilmek için tükendiğini göstermektedir. MLT takviyesi yapılan sıçan gruplarımızda GSH ve TAS düzeylerinde anlamlı artışlar gözlemlenirken, total oksidan seviyelerinde (TOS) ve oksidatif stres indeksinde (OSİ) ciddi iyileşmeler olduğu görülmüştür. Çalışmamıza ait histopatolojik hasar skorları incelendiğinde MSÜ' nun kıkırdak dokuda destrüksiyonunu, yer yer kemik erozyonunu, çevre dokuda yaygın enflamatuvar hücre infiltrasyonunu arttırdığı melatoninin ise bu histopatolojik değişiklikleri belirgin olarak azalttığı gözlemlenmiştir.

Antioksidanların kapasitelerinde azalma, serbest radikal üretiminde artma ve yaşlanma süreci ile gut gibi hastalıkların hem prevalansı hem de insidansı artmaktadır. Endojen MLT' in bu süreçteki koruyucu etkisi, serbest radikallerin oluşturduğu hücresel hasarları azaltmak ya da immüniteyi düzenlemek suretiyle kendini göstermektedir. Ancak endojen MLT' in yetersiz kaldığı durumlarda ise muhtemel protektif etkinin devamlılığı bakımından eksojen MLT uygulaması ihtiyacı oluşabilmektedir. Sonuç olarak melatoninin gut hastalığında görülen patolojik değişiklikler üzerine antioksidan ve antienflamatuvar etkisi sayesinde iyileştirici etkiye sahip olduğu, bu nedenle medikal tedavi yanında takviye olarak kullanılabileceğini düşünmekteyiz. Ancak bunun için daha ileri klinik çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır.

Abstract:
Gout is a metabolic disease characterized by high serum urate level (hyperuricemia) triggered by purine catabolic pathway disorders, leading to the accumulation of monosodium urate (MSU) crystals in synovial joints and tissues. Increase in serum urate concentrations (hyperuricemia, ≥7.0 mg/dL) is manifested in the inflammation induced by the deposition of MSU crystals in cartilage, synovial bursa, tendons, or soft tissues. It is currently accepted that the accumulation of crystallized MSU in the joints is a central risk factor for gout. MSU crystals are potent inflammation inducers. These crystals stimulate a local inflammatory reaction within the joint, neutrophil recruitment, and the production of pro-inflammatory cytokines as well as other inflammatory mediators.
 
Circadian rhythms play a key role in the development of physiological and pathological responses based on daily environmental variations. Melatonin (MLT) is released to regulate the circadian rhythm, and has anti-inflammatory, antitumor and antiapoptotic effects. Furthermore, MLT is a powerful antioxidant that reduces oxidative stress due to its capacity to directly scavenge reactive species and modulate the antioxidant defense system by increasing antioxidant enzyme activities. Recent studies demonstrated that several factors, including MLT, play a role in the regulation of the rhythmic migration of neutrophils. However, the mechanisms underlying the regulation of the rhythmic neutrophil migration by endogenous MLT remain unclear.

In the present study, an experimental MSU crystal-induced rat model was set up to investigate the potential effects of MLT on gouty arthritis and gouty arthritis induced by melatonin deprivation. In the study, possible underlying mechanisms associated with anti-inflammatory and anti-oxidative effects were also investigated in rats with gouty arthritis and melatonin deprivation treated with MLT.

The study was conducted on 70 male Wistar Albino rats that weighed 250–300 g. Rats were divided into 7 groups. Control, Sham Pinealectomy (PINX), Monosodium urate (MSU) (Model), MSU+MLT, PINX, PINX+MSU, PINX+MSU+MLT group (n=10). In groups treated with PINX, this procedure was performed on the first day of the experiment. In the groups that received MSU injection, MSU injections were administered intraarticularly as a single dose (20mg/ml) in 50 µL sterile PBS volume on the 30th day. In MLT injection groups, MLT injections were performed intraperitoneally at a dose of 10 mg/kg for 30 days from the first day of the experiment.

In our study, PINX procedure and MSU injection led to a significant decrease in GSH level, which could be due to the increase in oxidative stress, indicating that GSH was depleted to overcome oxidative stress via the reaction with and neutralizing superoxide radicals. While significant increases were observed in GSH and TAS in our rat groups treated with MLT, significant improvements were  
observed in total oxidant status (TOS) and oxidative stress index (OSI). The histopathological damage scores determined in our study revealed that MSU increased the cartilage tissue damage, bone erosion in certain regions, widespread inflammatory cell infiltration in the surrounding tissue, while MLT significantly reduced these histopathological changes.

Decreased antioxidant capacity, increased production of free radicals, and aging increase both the prevalence and incidence of certain diseases such as gout. The protective effect of endogenous MLT in this process is manifested by the reduction in cellular damage induced by free radicals or by regulating immunity. However, in cases where endogenous MLT is insufficient, the need for exogenous MLT administration could be necessary to sustain the possible protective effects. Thus, it could be suggested that melatonin could lead to improvements in the pathological changes observed in gout due to its antioxidant and anti-inflammatory properties; and thus, it could be employed as a supplement to medical treatment. However, further clinical studies are required for more concrete evidence.