Quercetin verbessert den Myokard-Redox-Status bei Ratten mit Typ-2-Diabetes

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Zielsetzung. Neue Daten deuten darauf hinoxidativen Stressist eng mit der Pathogenese von Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM) verbunden. Die vorliegende Studie zielte darauf ab, die Wirkung des in der menschlichen Ernährung am häufigsten vorkommenden Flavonoids zu bewertenQuercetin(Q) zum myokardialen Redoxstatus bei Ratten mit T2DM.

Methoden. T2DM wurde bei männlichen Wistar-Ratten durch eine hochkalorische Diät (für 14 Wochen) und zwei Streptozotocin-Injektionen (25 mg/kg Körpergewicht) induziert, die in vier Wochen der Diät einmal pro Woche für zwei Wochen verabreicht wurden. Das Q wurde intragastral per Schlundsonde in einer Dosis von 10 oder 50 mg/kg des Körpergewichts für 8 Wochen, beginnend am 8. Tag nach der letzten Streptozotocin-Injektion, verabreicht. Die Kontrollratten erhielten Citratpuffer und sieben Tage nach der letzten STZ-Injektion wurden bei allen Tieren die basalen Glucosespiegel gemessen.

Ergebnisse. Die Verabreichung von Q erhöhte die Insulinsensitivität bei diabetischen Ratten mit einer ausgeprägteren Wirkung bei einer Dosis von 50 mg/kg Körpergewicht. Q verringerte auch die Oxidation freier Radikale in den Mitochondrien des Herzens von diabetischen Tieren, wodurch die Bildung von Proteinprodukten fortgeschrittener Oxidation in einer Dosis begrenzt wurde. abhängige Weise und normalisierte die Aktivität antioxidativer Enzyme (Superoxiddismutase, Glutathionperoxidase, Glutathionreduktase) in Herzmitochondrien unabhängig von der verwendeten Dosis. Außerdem verhinderte das Q in beiden Dosierungen die Entwicklung von oxidativem Stress bei den T2DM-RattenKardiomyozytendurch Verringerung der NADPH-Oxidase- und Xanthinoxidase-Aktivitäten.

Schlussfolgerungen. Die Ergebnisse zeigen, dass Q in beiden Dosierungen von 10 mg/kg und 50 mg/kg vor der Entwicklung von oxidativem Stress in Kardiomyozyten bei diabetischen Ratten schützen kann. Die vorliegenden Daten weisen darauf hin, dass die Anwendung von Q zur Verbesserung des kardiovaskulären Risikos bei Patienten mit T2DM beitragen kann.

Schlüsselwörter: Quercetin, Diabetes mellitus Typ 2, Kardiomyozyten, oxidativer Stress

Diabetesmellitus (DM) ist eine der am schnellsten wachsenden globalen Gesundheitsnotfälle des 21. Jahrhunderts. Nach Angaben der International Diabetes Federation hatten im Jahr 2019 weltweit 463 Millionen Menschen Diabetes, und es wird angenommen, dass diese Zahl bis zum Jahr 2045 700 Millionen erreichen wird. DM wird mit einer Vielzahl von Herz-Kreislauf-Erkrankungen in Verbindung gebracht, die zusammen das Risiko eines kardiovaskulären Todes um 132 erhöhen Prozent bei Diabetikern im Vergleich zu Personen ohne DM (IDF Diabetes Atlas 2019).

Es ist bekannt, dass DM spezifische Veränderungen in der Myokardstruktur und -funktion unabhängig von koronarer Herzkrankheit oder Bluthochdruck verursacht, was allgemein als diabetische Kardiomyopathie (DCM) definiert wird. DCM manifestiert sich durch diastolische Dysfunktion, gefolgt von Anomalien der systolischen Funktion, die zu Herzversagen führen können (Liu et al. 2014). Es ist auch bekannt, dass Stoffwechselstörungen in Kardiomyozyten bei DCM (Hypertrophie, Entzündung, Apoptose, Fibrose) eng mit der Entstehung von oxidativem Stress verbunden sind (Kayama et al.2015).

Reaktive Sauerstoffspezies (ROS), einschließlich Superoxidanion, Hydroxylradikal und Wasserstoffperoxid, sind kritische Signalmoleküle mit wichtiger Rolle sowohl in der Herzphysiologie als auch bei Erkrankungen. Sowohl zytosolische Quellen, einschließlich NADPH-Oxidasen (NOX), Xanthinoxidase (XO), Cyclooxygenasen und Cytochrom-P450-Enzyme, als auch mitochondriale Quellen, wie die Atmungskette und Monoaminoxidasen, tragen zum intrazellulären ROS-Pool bei. Unter physiologischen Bedingungen reguliert die kardiale ROS-Signalgebung die Entwicklung des Herzens und die Reifung von Kardiomyozyten, den Umgang mit Kalzium im Herzen, die Erregungs-Kontraktions-Kopplung und den Gefäßtonus. Pathologische Zustände einer unregulierten ROS-Produktion führen jedoch zu erhöhten ROS-Spiegeln, was zuoxidativen Stressdurch oxidative Schädigung von DNA, Proteinen und Lipiden sowie mitochondriale Dysfunktion und Zelltod (People et al. 2019). Tatsächlich wurden eine fehlregulierte ROS-Produktion und oxidativer Stress mit vielen Herzerkrankungen in Verbindung gebracht, einschließlich der diabetischen Kardiomyopathie (Ritchie und Abel 2020).

Die übermäßige ROS-Produktion durch Mitochondrien kann die kontraktile Funktion des Myokards durch oxidative Modifikation von Enzymen und Ionenkanälen, die an der Regulation des Erregungs-Entspannungs-Zyklus beteiligt sind, direkt beeinflussen (Brown und Griendling 2015; Bai et al. 2016). ROS stimuliert die Proliferation von Kardiomyozyten und aktiviert Fibroblasten und Matrix-Metalloproteinasen, die zu Hypertrophie und Umbau des Myokards führen, was zur Bildung von Herzinsuffizienz führt (DOria et al.2020). Daher wird vorgeschlagen, dass pharmakologische Maßnahmen zur Verringerung der ROS-Überproduktion zur Vorbeugung und Korrektur diabetischer kardiovaskulärer Komplikationen wirksam sein können.

Derzeit ist erwiesen, dass die Nahrungsaufnahme von natürlichen Polyphenolen, insbesondere Flavonoiden, das Risiko für Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen verringern kann und die Schutzmechanismen möglicherweise nicht nur von der antioxidativen und entzündungshemmenden Wirkung der Flavonoide abhängen, sondern auch deren umfassen Eigenschaften, die Glykämie, Glukoseverwertung und Insulinsekretion beeinflussen (Ghorbaniet al.2019; Lutz et al.2019).

Quercetin(Q;3,5,7,34-Pentahydroxyflavon) ist das am häufigsten vorkommende Flavonoid in der menschlichen Ernährung. Es gibt ein breites Spektrum an biologischen Funktionen von Q, einschließlich Wirkungen auf Wege, die an Entzündungen, Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen beteiligt sind (Zahedi et al. 2013). Mehrere Studien haben die Mechanismen der antidiabetischen Wirkung von Q demonstriert, einschließlich

verringerte Lipidperoxidation, erhöhte Aktivität antioxidativer Enzyme (z. B. Superoxiddismutase, SOD; Glutathionperoxidase, GPX; Katalase, CAT), verringerte Aufnahme von Glukose im Darm durch Inaktivierung des Transporters GLUT2 und andere (Shi et al.2019; Salehi et al.2020). Die kardioprotektive Wirkung von Q auf differenziertKardiomyozyten, aufgrund der Inaktivierung von Mitogen-aktivierten Proteinkinase- und Proteinkinase-B-Signalwegen, wurde ebenfalls gezeigt (Daubney et al.2015).

Zukünftige Forschung zum Verständnis der kardioprotektiven Wirkmechanismen bei Diabetes könnte zur Verbesserung der Diabetesversorgung beitragen.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Wirkung von Quercetin auf den Redoxstatus von Kardiomyozyten bei Ratten mit Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM) zu untersuchen.

Materialen und Methoden

Chemikalien. Alle verwendeten Chemikalien waren von analytischer Reagenzqualität und wurden von Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO, USA) bezogen. Quercetin wurde von der PJSCSICBorshchahivskiy Chemical-Pharmaceutical Plant (Kiew, Ukraine) bereitgestellt und enthielt mindestens 96,5 Prozent des Wirkstoffs.

Experimentelles Design. Die vorliegende Studie wurde von der Bioethikkommission des "V. Dani-levsky Institute for Endocrine Pathology Problems of National Academy of Medical Sciences of Ukraine" (Charkiw, Ukraine) genehmigt und in Übereinstimmung mit der Europäischen Konvention zum Schutz von Wirbeltieren durchgeführt Verwendet für experimentelle und andere wissenschaftliche Zwecke (Straßburg, 1986).

Die Experimente wurden an 32 männlichen Wistar-Ratten (12- Wochen alt, 200-230 g Körpergewicht, bw) durchgeführt, die in Plexiglaskäfigen (3 Tiere pro Käfig) bei einer Temperatur von 22 ± 1 gehalten wurden Grad C in einem konstanten 12-stündigen Licht-/Dunkel-Wechsel.

Es wurde das Tiermodell von T2DM verwendet, das durch eine kalorienreiche Ernährung in Kombination mit mehreren niedrig dosierten Streptozotocin (STZ)-Injektionen induziert wurde. Das Modell stellt die Entwicklung von zwei Hauptmerkmalen von T2DM bereit: Die hochkalorische Ernährung initiiert eine Insulinresistenz und die niedrig dosierte STZ induziert eine leichte Beeinträchtigung der Insulinsekretion. Somit ahmt das Modell den natürlichen Verlauf der Krankheitsereignisse (von der Insulinresistenz bis zur Dysfunktion der Zellen) sowie die metabolischen Eigenschaften des menschlichen T2DM nach (Skovso 2014).

Intakte Kontrollratten (n=8) wurden 14 Wochen lang mit einer Standarddiät gefüttert. Experimentelle Ratten (n=24) wurden 14 Wochen lang mit der kalorienreichen Diät gefüttert, die 15 % Schmalz, 25 % Saccharose, 1 % Gallensalze und 59 % Standardfutter enthielt. Die Tiere hatten freien Zugang zu Wasser. In vier Wochen wurde Versuchsratten einmal pro Woche für zwei Wochen intraperitoneal STZ (25 mg/kg Körpergewicht) injiziert (Lin et al. 2010). Kontrollratten erhielten Citratpuffer nach dem gleichen Schema. Sieben Tage danach Nach der letzten STZ-Injektion wurde bei allen Tieren die basale Glukose gemessen, und Versuchsratten wurden in drei Gruppen eingeteilt: unbehandelte diabetische Ratten (Diabetes, n=8) und diabetische Ratten, die mit Q in einer Dosis von 10 mg/kg Körpergewicht behandelt wurden (Diabetes plus Q10, n=8) oder 50 mg/kg Körpergewicht (Diabetes plus Q50, n=8) einmal täglich intragastrisch durch Schlundsonde für 8 Wochen nach Diabetesinduktion Unbehandelte diabetische Ratten erhielten Vehikel zusammen mit dem gleichen Schema .

Die Tiere wurden gemäß dem Protokoll der Ethikkommission getötet.

Messung der Glukosehomöostase. Der intraperitoneale Insulintoleranztest (IPITT) wurde an über Nacht nüchternen Ratten durchgeführt. Die Blutglukosekonzentrationen wurden anfänglich im Grundzustand ({{0}} min) gemessen, dann wurde den Tieren ani verabreicht. p. Injektion von Insulin 0,25 E/kg KG (Actrapid, Novo Nordisk, Agsvaerd, Dänemark) gefolgt von einer ip-Injektion von Glucose (2 g/kg) (Bowe et al.2014). Anschließend wurden die Blutglukosespiegel im Schwanz unter Verwendung eines Glukoseanalysators Eksan-G (Analita Firm Joint Stock Company Ltd., Vilnius, Republik Litauen) 15, 30, 60, 90 und 120 Minuten nach der Glukosebelastung gemessen.

Isolierung von Mitochondrien. Mitochondrien wurden durch herkömmliche Verfahren isoliert. Frisch herausgeschnittenes Rattenherz wurde in einem Medium homogenisiert, das {{0}},18 M KCl, 10 mM EDTA, 0,5 % Rinderserumalbumin (BSA), 10 mM HEPES, pH 7,4, enthielt Kerne durch zweimaliges Zentrifugieren bei 500 g (10 min bei 4 Grad). Mitochondrien wurden aus den Überständen bei 10000 g (15 min bei 4 Grad) pelletiert und in einem Isolationspuffer resuspendiert.

Die postmitochondrialen Überstandsfraktionen wurden zur Bestimmung der XO- und NOX-Aktivitäten verwendet. Um EDTA und Albumin zu entfernen, wurden mitochondriale Pellets bei 10000 g (15 min, 4 Grad) zentrifugiert und zweimal in Waschpuffer mit 0,18 M KCl und 10 mM HEPES (pH 7,4) resuspendiert (DiLisa et al. 1994). .

Spektrophotometrie. Die gesamte Spektrophotometrie wurde unter Verwendung eines Zweistrahl-UV-VIS-Spektrophotometers Shimadzu UV-1800 (Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan) durchgeführt.

Messung von Advanced Oxidation Protein Products (AOPP). Die Bestimmung der AOPP-Spiegel erfolgte nach der modifizierten Methode von Witko-Sarsat und Kollegen (Sagor et al.2015). Die Mitochondrien des Herzens (0,2 mg Protein) wurden mit 0,1 Prozent Triton-X100 behandelt und in PBS-Lösung (pH 7,4) verdünnt. KI (1,16 M) wurde dem Testmedium zugesetzt, gefolgt von 2 Minuten später durch Zugabe von Eisessig. Die Extinktion der Reaktionsmischung wurde sofort bei 340 nm gegen die Blindprobe abgelesen. AOPP-Konzentrationen wurden als nmol-Äquivalent Chloramin T/mg Protein ausgedrückt.

Messung der Enzymaktivität. Die NOX-Aktivität wurde als NADPH-abhängige O2-Produktion durch die postmitochondriale Überstandsfraktion unter Verwendung von SOD-hemmbarer Ferricytochrom-c-Reduktion untersucht (Li et al. 2002). Die postmitochondriale Fraktion des Herzhomogenats (1 mg Protein) wurde mit 10 mM Tris-HCl (pH 7,8), 500 μM Cytochrom c, 100 μM NADPH ergänzt und bei 37 °C für 30 min mit oder ohne 200 U/ml SOD inkubiert. Die Cytochrom-Reduktion wurde durch Ablesen der Extinktion bei 550 nm (8=21 mM-1 cm-) gemessen.

Die XO-Aktivität wurde in luftäquilibrierter PBS-Lösung (pH 7,4), die eine postmitochondriale Fraktion des Herzhomogenats (1 mg Protein) enthielt, bei 37 Grad nach Zugabe von Xanthin (Endkonzentration 360 μM) durch Messung der Harnsäureproduktion aus der Veränderung getestet in Absorption bei 295 nm (e=9500M-'cm-') (Lee et al.2014).

Die Mn-SOD-Aktivität in der mitochondrialen Suspension wurde durch Hemmung der Nitroblau-Tetrazolium (NBT)-Reduktion nachgewiesen, die durch das Xanthin-XO-System als O2-Generator verursacht wurde, und die Extinktion wurde schließlich bei 56 0 nm bestimmt. Das Reaktionsgemisch enthielt Herzmitochondrien (0,02 mg Protein), 0,05 M Karbonatpuffer (pH 10,2), 0,1 mM EDTA, 0,1 mM Xanthin, 25 μM NBT,1 mU/ml XO. Die Ergebnisse wurden in willkürlichen Einheiten (au) der SOD-Aktivität pro mg Protein ausgedrückt. Man meint die Enzymmenge, die eine 50-prozentige Hemmung der NBT-Reduktionsrate verursacht (Wang et al. 2018).

Die Aktivität der Glutathionreduktase (GR) wurde gemessen, indem die Oxidation von NADPH bei 34 0 nm in der Reaktion der Reduktion von oxidiertem Glutathion (GSSG) verfolgt wurde. Um die Reaktion durchzuführen, wurden Mitochondrien aus dem Herzen (0,1 mg Protein) für 10 min bei 37 Grad in Assaypuffer inkubiert, der 20 mM Tris-HCl (pH 7,4), 0,25 enthielt mM EDTA, 10 μM FAD, 3 mM GSSG und 0,1 mM NADPH (Raza und John 2004).

Die Abschätzung der GPX-Aktivität erfolgte auf der Grundlage der Fähigkeit des Enzyms, den Abbau von tert-Butylhydroperoxid unter Verwendung von reduziertem Glutathion (GSH) als Substrat zu katalysieren. Die Reaktionsmischung (pH 7,0) enthielt Herzmitochondrien (0,1 mg Protein), 0,56 mM NADPH, 1,0 U/ml GR, 7,5 mM Natrium Azid, 5 mM GSH, 5 mM EDTA und 0,05 M Phosphatpuffer. Tert-Butylhydroperoxid (23 mM) wurde zugegeben, um die Reaktion zu starten. Die Rate der GSSG-Bildung wurde durch GR-Reaktion aus einer Abnahme der Extinktion von Sonden bei 340 nm bestimmt (Antunes et al. 2002).

Messung des Proteingehalts in den Proben. Mitochondrienprotein wurde nach der von Miller modifizierten Lowry-Methode mit BSA als Standard bestimmt (Lowry et al. 1951; Miller 1959).

Statistische Analyse. Die Daten werden als Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM) dargestellt. Der Shapiro-Wilk-Test wurde verwendet, um die Normalität der Datenverteilung zu testen. Für mehrfache Vergleiche von Daten mit einer Normalverteilung wurde eine parametrische Einweg-Varianzanalyse (ANOVA) durchgeführt und die Student-Newman-Keuls-Methode wurde verwendet, um Unterschiede in den Mittelwerten zu testen. Die Werte wurden bei p als statistisch signifikant angesehen<>

Ergebnisse

Wir haben festgestellt, dass der Basalglukosespiegel bei Ratten, die mit einer hochkalorischen Diät gefüttert und STZ injiziert wurden, signifikant höher war als in der Kontrollgruppe (Tabelle 1）. Außerdem waren die Bereiche unter den glykämischen Kurven (AUC), die während IPITT erhalten wurden, fast dreimal größer bei diabetischen Tieren im Vergleich zu Kontrolltieren (Tabelle 1, Abbildung 1).Diese Daten bestätigen die Entwicklung eines relativen Insulinmangels und einer Insulinresistenz bei Versuchsratten.

Die Verabreichung von Q hatte keinen signifikanten Einfluss auf die basale Hyperglykämie diabetischer Tiere. Allerdings beeinflusste Q die Insulinsensitivität bei Ratten mit T2DM in dosisabhängiger Weise und verringerte die IPITT-AUC um 27 Prozent in der Versuchsgruppe, die 10 mg/kg des Arzneimittels erhielt, und um 41 Prozent in der Gruppe, die 50 mg/kg Q erhielt, im Vergleich an Tiere, die Vehikel erhalten (Tabelle 1, Abbildung 1).

Der AOPP-Spiegel in den Herzmitochondrien von Versuchsratten war um 66 Prozent erhöht, was die Entwicklung von oxidativem Stress bei T2DM bestätigt (Abbildung 2). Die Verabreichung führte in Abhängigkeit davon zu einer Verringerung der AOPP-Akkumulation im Herzen von diabetischen Tierenauf die Dosis des Medikaments. In der experimentellen Gruppe, die 50 mg/kg Q erhielt, sank die Konzentration von AOPP auf das Niveau der Kontrollgruppe, was auf antioxidative Eigenschaften von Q hindeutet (Abbildung 2).

Wie in Abbildung 3 zu sehen ist, wurde oxidativer Stress in den Mitochondrien des Herzens von Ratten mit T2DM von der induzierten Aktivität der antioxidativen Enzyme – Mn-SOD, GPO und GR – begleitet. Die Q-Verabreichung in beiden Dosen normalisierte die Aktivitäten der untersuchten antioxidativen Enzyme bei diabetischen Tieren auf das Niveau der Kontrollgruppe (Fig. 3).

Es wurde festgestellt, dass T2DM mit einer 65-prozentigen bzw. 52-prozentigen Zunahme der NOX- und XO-Aktivitäten, zwei primären zytosolischen O2-Quellen in Kardiomyozyten, in der postmitochondrialen Fraktion des Herzhomogenats von Versuchsratten assoziiert war (Abbildung 4). Die Verwendung von Q führte dosisunabhängig zur Normalisierung der NOX- und XO-Aktivitäten im Herzen diabetischer Tiere (Abbildung 4).

Diskussion

Derzeit wird oxidativer Stress, definiert als anhaltende Zunahme freier Radikale aufgrund eines Ungleichgewichts in ihrer Produktion und Verwertung, als universeller Mechanismus angesehen, der die verschiedenen Pathogenesewege diabetischer kardiovaskulärer Komplikationen kombiniert (Huynh et al. 2014).

Oxidativer Stress, der durch Hyperglykämie induziert wird, spielt eine führende Rolle in der Pathogenese von T2DM (Shah und Brownlee 2016). Die wichtigsten pathologischen Merkmale von T2DM sind eine verringerte Insulinsekretion und eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber dem Hormon in peripheren Geweben. In der ersten Phase unserer Studie wurde die Insulinresistenz bei Ratten mit einer kalorienreichen Diät modelliert. Während vier Wochen erhielten Ratten eine kalorienreiche Diät. p. mit STZ injiziert, um einen relativen Insulinmangel zu reproduzieren. Erhöhte Basalglykämiespiegel und erhöhte AUC in IPITT deuteten auf die Entwicklung von Insulinmangel und Insulinresistenz bei Modelltieren hin.

Die Verabreichung von Q hatte keinen Einfluss auf die Werte der basalen Hyperglykämie bei diabetischen Ratten, verbesserte jedoch die Insulinsensitivität in dosisabhängiger Weise. Die Ergebnisse stimmen mit Daten aus anderen Studien über die Fähigkeit von Q zur Verringerung der Insulinresistenz überein (Shi et al. 2019). Das Q erhöht die Glukoseverwertung in peripheren Geweben und reduziert die hepatische Glukoseproduktion. Es wird berichtet, dass das Flavonoid einen insulinunabhängigen Mechanismus aktiviert, an dem AMP-abhängige Proteinkinase beteiligt ist, die die Translokation des Glukosetransporters GLUT4 in die Plasmamembran im Skelettmuskel stimuliert und die Schlüsselenzyme der Glukoneogenese in der Leber herunterreguliert (Phosphoenol-Pyruvat-Carboxykinase und Glukose {{ 6}}Phosphatase) (Eid und Haddad 2017). Die Verbesserung der Insulinsensitivität durch Q kann auch auf seine Fähigkeit zurückzuführen sein, die Adiponectin-Expression im weißen Fettgewebe unabhängig von der Expression von Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptoren zu erhöhen (Wein et al. 2010).

Die antidiabetische Wirkung von Q kann auch durch die Verringerung der Glukoseaufnahme im Darm durch die Inaktivierung des Glukosetransporters GLUT2 (Gaueret al.2018) und die Hemmung der intestinalen Glukosidasenaktivität (Pereira et al. 2011) realisiert werden. Darüber hinaus hemmt Q nachweislich das Enzym 1l-Hydroxysteroiddehydrogenase-1, das eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von Fettleibigkeit und T2DM spielt, indem es die Wirkung von Glukokortikoidhormonen in der Leber, im Fettgewebe und in der Bauchspeicheldrüse beeinflusst -Zellen (Torres-Piedra et al.2010).

Es wird angenommen, dass sowohl die Entwicklung als auch das Fortschreiten diabetischer Komplikationen auf eine erhöhte Produktion von ROS zurückzuführen sind (Kayama et al. 2015). In Kardiomyozyten werden ROS durch die mitochondriale Elektronentransportkette (ETC), NOX und XO (Tsutsui et al. 2011). Es kann argumentiert werden, dass Mitochondrien die Hauptverursacher von oxidativem Stress für T2DM sind (Shah und Brownlee 2016). Die Entstehung von oxidativem Stress in Mitochondrien geht einher mit einer Störung redoxsensitiver Signalwege, einer verminderten oxidativen Phosphorylierung und ATP-Produktion, einer Schädigung der mitochondrialen DNA und in der Folge einer weiteren Steigerung der ROS-Produktion. Als Ergebnis führt die pathogene Kaskade molekularer Ereignisse, die sich selbst verstärkt, zur Auslösung proapoptotischer Signalwege und zum Zelltod. Angesichts der Bedeutung der Mitochondrien im Zellstoffwechsel kann ihre Fehlfunktion zu verschiedenen Krankheiten führen, einschließlich kardiovaskulärer Pathologie. Mitochondriale Dysfunktion tritt bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit, Kardiomyopathie, Herzinsuffizienz, Schlaganfall und T2DM auf (Bai et al.2016).

In unserer Studie wird die Entwicklung von oxidativem Stress in den Mitochondrien des Herzens diabetischer Ratten durch die Akkumulation von AOPP belegt. Die Konzentration von AOPP ist ein relativ neuer Marker für oxidativen Stress, der den gesamten Redoxstatus von Proteinen in Zellen und Geweben widerspiegelt. Es wird berichtet, dass AOPP bei Patienten mit DM, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Bluthochdruck, Atherosklerose erhöht sind (Conti et al. 2019), und das Niveau korreliert mit Insulinresistenz und dem Vorhandensein schwerer diabetischer Komplikationen (Gradinaru et al. 2013; Taylor et al. 2015). Oxidative Proteinmodifikationen spielen eine Schlüsselrolle bei der Entstehung von diabetischer myokardialer Dysfunktion. Redoxveränderungen von Proteinstrukturen können zur Dissoziation katalytischer Untereinheiten von Enzymen, zur Entfaltung, Aggregation oder Fragmentierung von Proteinen führen, die an der Kontraktilität, der Erregungs-Kontraktions-Kopplung, der Proteinfaltung, der antioxidativen Abwehr, dem Stoffwechsel und dem Umgang mit Ca2* im diabetischen Herzen beteiligt sind (Varga et al. 2015). Es wurde auch festgestellt, dass AOPP eine proapoptotische Signalübertragung in Kardiomyozyten induziert, was zur Entwicklung von DCM führt (Zhang et al.2016).

Bei mit Q in einer Dosis von 10 mg/kg behandelten Tieren wurde eine signifikante Reduktion von AOPP in den Herzmitochondrien beobachtet, wohingegen eine Dosis von 50 mg/kg Q diesen Marker im Vergleich zu Ratten, die Vehikel erhielten, vollständig normalisierte.

Die antioxidative Wirkung des Q in Mitochondrien kann mehrere Hauptmechanismen umfassen. Flavonoide haben die Fähigkeit, ROS aufgrund der Hydroxylkonfiguration des B-Rings in der Struktur abzufangen (Kumar und Pandey 2013). Das direkte Abfangen von O,-generiert im mitochondrialen Komplex II des ETC in isolierten Mitochondrien des Rattenherzens wurde für Q gezeigt (Dudy-lina et al. 2019). Außerdem können Flavonoide die Bildung von ROS in Mitochondrien durch die Hemmung der Komplexe I und III des ETC abschwächen. Die Q-Hemmung der Komplex-I-Aktivität verringerte die H2O2-Produktion in isolierten Mitochondrien des Rattenherzens signifikant (Lagoa et al. 2011). Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Verringerung der mitochondrialen ROS-Erzeugung durch Flavonoide mit teilweisen Entkopplungseigenschaften verbunden ist, insbesondere in kardialen Mitochondrien (Bernatoniene et al. 2014). Darüber hinaus wurde gezeigt, dass Flavonoide die mitochondriale Biogenese durch die Induktion des Transkriptions-Co-Aktivators PGC-la und seines vorgeschalteten Regulators SIRT1 stimulieren. Letzteres führt zur Stimulation einer Reihe von Transkriptionsfaktoren (NRF1, NRF2 und estrogen-related-a), die an der Regulierung des Energiestoffwechsels und der Aufrechterhaltung der Homöostase in Mitochondrien beteiligt sind (Kicinska und Jarmuszkiewicz 2020).

Als Ergebnis unseres Experiments wurde die Zunahme von oxidativem Stress in den Mitochondrien des Herzens diabetischer Ratten von einer Induktion der Aktivität der antioxidativen Enzyme Mn-SOD, GPO und GR begleitet. Es ist allgemein bekannt, dass ein wichtiger Mechanismus der zellulären Abwehr gegen oxidativen Stress die Aktivierung des Keapl/Nrf-2--abhängigen Signalwegs ist, der die Expression von Genen steuert, deren Proteinprodukte an der Entgiftung und Ausscheidung von Stress beteiligt sind reaktive Oxidationsmittel (Nguyen et al. 2009). In dieser Hinsicht ist die beobachtete Induktion antioxidativer Enzyme im Herzen von Versuchstieren die Implementierung einer negativen Rückkopplung, die darauf abzielt, die Redox-Homöostase aufrechtzuerhalten.

Die Verabreichung von Q in beiden Dosierungen führte zu einer Abnahme der Aktivität von Mn-SOD, GPO und GR in den Mitochondrien des Herzens von Versuchstieren auf statistisch indifferente Werte gegenüber der Kontrollgruppe. Obwohl bekannt ist, dass Q die Aktivität der oben genannten Enzyme induziert (Shi et al.2019), zeigen unsere Ergebnisse, dass die antioxidative Wirkung von Q in Kardiomyozyten bei T2DM eher durch seine Fähigkeit realisiert wird, eine Hyperproduktion von ROS und folglich die Entwicklung von zu verhindern mitochondriale Dysfunktion, als durch Stimulation des antioxidativen Abwehrsystems. Zuvor wurde gezeigt, dass die Verwendung von Q die oxidative Kapazität der Mitochondrien und die Aktivität einiger Enzyme des Krebszyklus im Herzen von Ratten mit T2DM erhöht (Gorbenko et al.2019).

Wie oben erwähnt, sind Mitochondrien die primäre, aber nicht die einzige Quelle von ROS in Kardiomyozyten. Der zweite wichtige Faktor bei der Entwicklung von oxidativem Stress im diabetischen Herzen ist NOX, wobei NOX2 und NOX4 die wichtigsten myokardialen Isoformen sind. Die Hauptfunktion von NOX ist die Erzeugung von ROS. NOX2 ist in der Plasmamembran lokalisiert und beteiligt sich an der intrazellulären Redox-Signalgebung des Angiotensin-II-Rezeptors und anderer, während NOX4 insbesondere ein mitochondriales Lokalisierungssignal hat und konstitutive Aktivität zeigt (Cave et al. 2005). Es wurde gezeigt, dass die Inkubation von Rattenkardiomyozyten mit früh glykierten Proteinen die ROS-Produktion durch eine Proteinkinase C(PKC)-abhängige Aktivierung von NOX2 stimulierte (Zhang et al. 2006). Darüber hinaus wurde festgestellt, dass Herzhypertrophie, Fibrose und Apoptose mit hochreguliertem NOX2 im Herzen von Mäusen mit Typ-1- und Typ-2-DM assoziiert sind (Ritchie et al.2007; Huynh et al.2013). Eine weitere ROS-Quelle in Kardiomyozyten ist XO, das die Oxidation von Hypoxanthin und Xanthin zu Harnsäure unter Verwendung von O als Elektronenrezeptor katalysiert und dabei O und H2O2 produziert. Obwohl der Beitrag der XO-Reaktion zur Entwicklung von oxidativem Stress bei Diabetes nicht ausreichend untersucht wurde, wurde gezeigt, dass XO-Inhibitoren die kardiovaskuläre Dysfunktion im Modell der stimulationsinduzierten Herzinsuffizienz verbessern (Amado et al. 2005). In unserer Studie führte T2DM zu einem signifikanten Anstieg der NOX- und XO-Aktivitäten im Herzen von Versuchsratten. Gleichzeitig normalisierte die Verabreichung von Q unabhängig von der Dosis die Aktivität von Enzymen. Bis heute haben mehrere Studien die Fähigkeit von Q gezeigt, die NOX-Aktivität zu hemmen, indem es sowohl die Expression seiner Untereinheiten reduziert als auch seine Aktivierung durch extrazelluläre Stimuli verhindert. Der zweite Mechanismus könnte durch die Verringerung der Phosphorylierung der regulatorischen Untereinheit p47phox aufgrund der hemmenden Wirkung von Flavonoiden auf PKC realisiert werden (Redondo et al.2012; Jimenez et al. 2015). Außerdem ist bekannt, dass O und seine Metaboliten die Aktivität von XO auf selektive Weise hemmen, indem sie die konjugierte Dreiringstruktur mit dem aktiven Zentrum bilden und spezifische Wasserstoffbrückenbindungen mit katalytisch relevanten Resten des Enzyms eingehen (Taka-Hama et al. 201l; Cao et al.2014).

Zusammenfassend zeigte unsere Studie, dass Q dosisabhängig die Oxidation freier Radikale in den myokardialen Mitochondrien von Ratten mit T2DM verringerte und somit die AOPP-Bildung begrenzte. Darüber hinaus verhinderte das Q in einer Dosis von sowohl 10 mg/kg als auch 50 mg/kg die Entwicklung von oxidativem Stress im Herzen diabetischer Ratten, wodurch die NOX- und XO-Aktivitäten reduziert wurden. Die erhaltenen Daten deuten darauf hin, dass die Verwendung von Q zur Verbesserung des kardiovaskulären Risikos bei T2DM beitragen kann.