Sıçanlarda radyasyona bağlı erektil disfonksiyonun önlenmesinde astaksantinin etkisi
The effect of astaxanthin on the prevention of radiation-related erectile dysfunction in rats
Yazar: GÜNAL ÖZGÜR
Danışman: PROF. DR. HAYDAR KAMİL ÇAM
Marmara Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Üroloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2022
Konu: Üroloji = Urology
Dizin: Astaksantin = Astaxanthin ; Ereksiyon = Erection ; Erektil disfonksiyon = Erectile dysfunction ; Hayvan deneyleri = Animal experimentation ; Neoplazmlar = Neoplasms ; Prostat hastalıkları = Prostatic diseases ; Prostat neoplazmları = Prostatic neoplasms ; Sıçanlar = Rats

Özet:
Amaç: Prostat kanseri gelişmiş ülkelerde erkek popülasyonunda en sık görülen kanser türüdür. Lokalize prostat kanserinin tedavisinde radikal prostatektomi veya radyoterapi (RT) uygulanabilmektedir. Erektil disfonksiyon (ED), radikal prostatektomi ameliyatından sonra görülebildiği gibi, radyoterapi alan hastalarda da yıllar içerisinde progresif olarak gelişebilmektedir. Meydana gelen oksidatif stres ve nörovasküler yapıların hasarı, radyasyona bağlı gelişen ED (RiED) patogenizinde rol oynamaktadır.  Antioksidan maddelerin RiED'i önlemesindeki etkileri popüler bir araştırma konusudur. Bu çalışmadaki amacımız, sıçanlarda iyonize radyasyonun (iR) erektil fonksiyonlar ve korpus kavernozum dokusu üzerindeki etkilerini değerlendirmek ve güçlü bir antioksidan olan astaksantinin (AST) RiED gelişimini önlemedeki etkinliğini araştırmaktır. 
Gereç ve Yöntem: Hayvan deneyi olarak planlanan bu çalışma 18.02.2022 ile 25.05.2022 tarihleri arasında Marmara Üniversitesi Tıp Fakültesi Deney Hayvanları Merkezi'nde yapıldı. Çalışmada 10-12 haftalık 40 adet Wistar Albino cinsi sıçan, sham (SH) grubunda 8, radyoterapi (RT) grubunda 8, zeytinyağı (OO) grubunda 12 ve astaksantin (AST) grubunda 12 olacak şekilde dört gruba ayrıldı. Sham grubu sıçanlara sadece anestezik madde verilerek uyutuldu. Diğer üç gruptaki sıçanlara volümetrik yoğunluk ayarlı ark tedavisi (VMAT) yöntemi kıullanılarak 12 Gy prostat hedefli pelvik iR uygulandı. RT grubuna tedavi veya çözücü verilmeksizin sadece iR uygulandı. İR sonrasında OO grubuna çözücü olarak 12 hafta boyunca günlük 1 ml zeytinyağı; AST grubuna ise 12 hafta boyunca günlük 1 ml zeytinyağında çözündürülmüş 50 mg/kg dozunda AST tedavisi verildi. Çalışma sonunda sıçanların erektil fonksiyonlarını değerlendirebilmek için ketamin ve ksilazin anestezisi altında intrakavenozal basınç (ICP) ve ortalama arteryal basınç (MAP) değerlerinin oranı hesaplandı ve ardından hayvanlar sakrifiye edilerek korpus kavernozum dokuları elde edildi. iR'nin korpus kavernozum dokusunda yarattığı hasarı ve AST'nin koruyucu etkilerini değerlendirebilmek için elde edilen korpus kavernozum dokularında histokimyasal ve immünohistokimyasal incelemeler yapıldı. Doku düzeyinde inflamasyonu, oksidan ve antioksidan kapasiteyi değerlendirebilmek için homojenizat haline getirilen korpus kavernozum dokularında biyokimyasal olarak total antioksidan seviyesi (TAS), total oksidan seviyesi (TOS), siklik guanozin monofosfat (cGMP) seviyesi, glutatyon (GSH) seviyesi, süperoksid dismutaz (SOD) protein miktarı ve aktivitesi, lipid peroksidasyon (LPO) seviyesi ve nitrik oksit (NO) seviyesi ölçüldü. 
Bulgular: ICP/MAP ölçümlerinin RT grubunda [0,28 (0,14–0,65)] ve OO grubunda [0,26 (0,19 - 0,64)]; SH [0,6 (0,43 - 0,72)] ve AST [0,53 (0,35 - 0,64)] gruplarına göre istatistiksel anlamlı olarak düşük olduğu saptandı (p<0,01). 12 haftalık takipte iR'nin 12 Gy dozunda sıçanlarda ICP/MAP ölçüm değerlerinde belirgin düşme oluşturduğu ve güçlü bir antioksidan olan AST verilen grupta ise ICP/MAP ölçümlerinin istatistiksel anlamlı olarak artış göstererek SH grubu seviyelerine çıktığı tespit edildi. Korpus kavernozum dokusunda fibrotik alanların arttığı, fibrozise bağlı kavernöz sinüslerde daralma olduğu, endotel hücrelerinde hasarlanma olduğu saptandı. Elastik lif ve düz kaslarda azalma olduğu ve artan kolajen miktarına bağlı olarak düz kas/kolajen lif oranının RT grubunda azaldığı tespit edildi. eNOS, nNOS ve alfa SMA immünoekspresyonunun RT grubunda SH grubuna göre daha az olduğu belirlendi. AST'nin sıçanlarda korpus kavernozum dokularında iR'nin oluşturduğu bu histokimyasal ve immünohistokimyasal hasarları azalttığı görüldü. Korpus kavernozum dokusunun homojenizat haline getirilerek yapılan biyokimyasal ölçümlerde ereksiyon fizyolojisinde önemli bir mediyatör olan cGMP seviyesinin AST grubunda istatistiksel anlamlı daha yüksek, dokuda artan oksidatif stres miktarını gösteren LPO seviyesinin RT grubunda istatisiksel anlamlı olarak daha yüksek olduğu saptandı (p<0,01). İstatistiksel anlamlı sonuç çıkmasa da literatür ile uygun olacak şekilde TAS seviyesinin, GSH seviyesinin ve SOD aktivitesinin RT grubunda hafif azalmış; AST grubunda hafif artmış olduğu; TOS seviyesinin ise AST grubunda hafif azalmış RT grubunda hafif artmış olduğu gözlemlendi (P > 0.05).
Sonuç: İyonizan radyasyonun ratlarda ICP/MAP değerlerinde belirgin bir düşme oluşturduğu ve literatürde ED üzerine etkisi daha önce gösterilmemiş, güçlü bir antioksidan olan AST'nin ICP/MAP ölçümlerinde artış yaptığı görülmüştür. İyonizan radyasyonun korpus kavernozum dokusunda fibrozis, endotel hücrelerinde hasarlanma, düz kas/kolajen lif oranında azalma, eNOS, nNOS ve alfa SMA immünoekspresyonda azalmaya neden olduğu; oksidatif stresi arttırıp antioksidan kapasiteyi azalttığı gözlendi ve AST'nin bu hasarları azalttığı tespit edildi. Güçlü bir antioksidan olan AST'nin iR'nin sıçan korpus kavernozum dokusunda meydana getirdiği histokimyasal ve biyokimyasal değişiklikleri önleme ve azaltma konusunda etkin olduğu görülmektedir. Eldeki veriler değerlendirildiğinde pelvik radyoterapi alan hastalarda erektil fonksiyonları korumak ve iR'nun meydana getirdiği doku hasarını önlemek için AST'nin destek tedavisi olarak kullanılabilecek seçeneklerden biri olabilme potansiyeli mevcuttur. İnsanlarda süplementasyon formları aktif olarak kullanılan AST molekülünün insan çalışmaları ile RiED üzerindeki etkinliğinin değerlendirildiği bilimsel çalışmalar ile etki mekanizmasının değerlendirilmesi ileride yapılacak çalışmalarla AST'nin klinik kullanıma girmesine olanak sağlayabilecektir.

Abstract:
Aim: Prostate cancer is the most common cancer among men in developed countries. Radical prostatectomy or radiotherapy (RT) can be used in the treatment of localized prostate cancer. It is known that progressive erectile dysfunction (ED) may develop over the years in patients who undergoes RT. Oxidative stress and damage to neurovascular structures play a key role in the pathogenesis of radiation-induced ED (RiED). The effects of antioxidants in preventing RiED are popular research topics. In this study, our aim is to evaluate the effects of ionizing radiation (iR) on erectile functions and corpus cavernosum tissue in rats and to investigate the effectiveness of astaxanthin (AST), a powerful antioxidant, in preventing the development of RiED.
Methods: This study, which was planned as an animal experiment, was carried out between 18.02.2022 and 25.05.2022 at Marmara University School of Medicine Experimental Animals Center. In the study, 40 Wistar Albino rats aged 10-12 weeks were divided into four groups as 8 in the sham (SH) group, 8 in the radiotherapy (RT) group, 12 in the olive oil (OO) group, and 12 in the astaxanthin (AST) group. Sham group rats were only anesthetized by administering anesthetic agent (ketamin and ksilasin) and didn't receive the vehicle or the treatment agent nor radiotherapy. The rats in the other three groups were administered 12 Gy prostate-targeted pelvic iR by using volumetric modulated arc therapy (VMAT) method after anesthesia.  The RT group received only iR. After iR, OO group received 1 ml of olive oil daily as vehicle for 12 weeks. AST group was given AST treatment at a dose of 50 mg/kg dissolved in 1 ml of olive oil daily for 12 weeks. At the end of the study, the ratio of intracavernosal pressure (ICP) / Mean arterial pressure (MAP) values was calculated under anesthesia in order to evaluate the erectile functions of the rats, and then after decapitation of the animals, corpus cavernosum tissues were obtained. Total antioxidant level (TAS), total oxidant level (TOS), cyclic guanosine monophosphate (cGMP) level, glutathione (GSH) level, superoxide dismutase (SOD) protein amound and activity, lipid peroxidation (LPO) level and NO level were measured to evaluate inflammation, oxidant and antioxidant capacity at tissue level.
Results: ICP/MAP measurements in RT [0.28 (0.14 - 0.65)] and OO groups [0.26 (0.19 - 0.64)] were found to be statistically significantly lower than SH [0.6 (0.43 - 0) ,72)] and AST [0.53 (0.35 - 0.64)] groups (p<0.01). In the 12-week follow-up, it was determined that 12 Gy dose of iR caused a significant decrease in ICP/MAP measurement values in rats, and in the AST-administered group, which is a strong antioxidant, ICP/MAP measurements increased significantly to the levels of the SH group. Due to iR, we found that fibrotic areas were increased in the corpus cavernosum tissue, narrowing of the cavernous sinuses due to fibrosis and damage to the endothelial cells were observed. We found that the smooth muscle/collagen fiber ratio was decreased in the RT group due to a decrease in elastic fibers and smooth muscles and the increased amount of collagen. We determined that eNOS, nNOS and alpha SMA immunoexpression were diminished in the RT group compared to the SH group. It was observed that AST reduced these histochemical and immunohistochemical damages caused by iR in corpus cavernosum tissues in rats. In the biochemical measurements performed in the homogenized the corpus cavernosum tissue, we found that the level of cGMP, which is an important mediator in the physiology of erection, was statistically significantly higher in the the AST group, and the LPO level, which indicates the amount of oxidative stress in the tissue, was statistically significantly higher in the RT group (p<0.01). Although there was no statistically significant difference, similar to what is already reported in the literature, TAS level, GSH level and SOD activity were slightly decreased in the RT group and slightly increased in the AST group and moreover we observed that TOS level was slightly decreased in the AST group and slightly increased in the RT group (P > 0.05).
Conclusions: We demonstrated that iR caused a significant decrease in ICP/MAP values in rats receiving iR and that AST, a powerful antioxidant whose effects on ED haven't been previously studied and reported in the literature, increased ICP/MAP measurements to SH group levels. It was observed that iR causes fibrosis in corpus cavernosum tissue, damage in endothelial cells, decrease in smooth muscle/collagen fiber ratio, decrease in eNOS, nNOS and alpha SMA immunoexpression. iR increased oxidative stress and decreased antioxidant capacity in corpus cavernousum tissue and it was determined that AST reduced these damages. It is seen that AST, a powerful antioxidant, is effective in preventing and reducing the histochemical and biochemical changes caused by iR in the rat corpus cavernosum tissue. Considering the available data, AST supplementation seems to be an option that can be used in patients receiving pelvic radiotherapy to preserve erectile functions and prevent tissue damage caused by iR if supported by clinical trials in future studies. AST is already used as a supplement in real life so there is a clear need for future human studies to evaluate the effectiveness of AST on RiED.