Einfluss von Rutin und seiner Kombination mit Metformin auf die Gefäßfunktionen bei Typ-1-Diabetes

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 12423 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Die vorliegende Arbeit untersuchte die Wirkung der oralen Verabreichung von Rutin und seiner Kombination mit Metformin, einem Antidiabetikum, auf den Blutzucker, den Gesamtcholesterin- und Triglyceridspiegel und die Gefäßfunktion bei Streptozotocin (STZ)-induzierten diabetischen Ratten. Männliche Sprague-Dawley-Ratten wurden durch eine einzelne intraperitoneale Injektion von STZ (50 mg/kg) diabetisch gemacht. Rutin und Metformin wurden diabetischen Ratten 4 Wochen lang in einer Dosis von 100 mg/kg bzw. 300 mg/kg Körpergewicht/Tag oral verabreicht. Eine Plasmaanalyse wurde durchgeführt, um Veränderungen im Plasmaglukose- und Lipidspiegel festzustellen. Die Reaktivität des Aortenrings von Ratten als Reaktion auf endothelabhängige (Acetylcholin, ACh) und endothelunabhängige (Natriumnitroprussid, SNP) Relaxantien sowie auf den α1-adrenergen Agonisten Phenylephrin (PE) wurde aufgezeichnet. Die Histologie von Bauchspeicheldrüse, Leber und Niere wurde ausgewertet. Im Ergebnis führten Rutin und Metformin allein und in Kombination im Vergleich zur Diabetikergruppe zu deutlichen Verbesserungen des Blutzucker-, Cholesterin- und Triglyceridspiegels. Diabetische Aortenringe zeigten eine deutlich stärkere Kontraktion als Reaktion auf PE und eine geringere Entspannung als Reaktion auf ACh und SNP. Die Behandlung mit Rutin und Metformin in Kombination reduzierte die PE-induzierte Kontraktion signifikant und erhöhte die ACh-induzierte und SNP-induzierte Relaxation bei Diabetes im Vergleich zu Rutin oder Metformin allein. Unter der Kombinationstherapie wurden signifikante histologische Verbesserungen beobachtet. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kombinationstherapie mit Rutin und Metformin das größte Potenzial zur Wiederherstellung des Blutzucker- und Lipidspiegels sowie der Gefäßfunktion hat.

Im Jahr 2021 litten weltweit etwa 8,4 Millionen Menschen an Typ-1-Diabetes, und es wird erwartet, dass diese Zahl bis 2040 auf 17,4 Millionen ansteigen wird werden vom Immunsystem durch die Veränderung der Endothelfunktion durch oxidativen Stress zerstört2. Es gibt Hinweise darauf, dass oxidativer Stress als zentraler Auslöser für die verschiedenen Wege hyperglykämischer Schäden erkannt wurde3. Die Konsequenz dieser Wege führt schließlich zu einem Anstieg der ROS, was die NO-Produktion weiter verringert oder deren Abbau beschleunigt4. Eine aktuelle Metaanalyse zeigte, dass Kinder und Erwachsene mit Typ-1-Diabetes Anzeichen einer großen Gefäßendotheldysfunktion aufweisen, die sie für viele Gefäßkomplikationen wie diabetische Retinopathie, Nephropathie, Neuropathie und Herz-Kreislauf-Erkrankungen prädisponiert5. Insgesamt führt dies zu Behinderungen und einer verringerten Lebenserwartung sowie zu enormen Gesundheitskosten für die Gesellschaft2.

In den letzten Jahrzehnten hat die Forschung zu therapeutischen Interventionen zur Behandlung von Typ-1-Diabetes enorm zugenommen2,6. Patienten, die auf Insulin angewiesen sind, suchen jedoch immer noch nach einer wirksamen Heiltherapie zur Linderung der Hyperglykämie. Mehrere Studien haben gezeigt, dass Metformin im Vergleich zu anderen Antidiabetika wie Chlorpropamid, Glibenclamid oder Insulin ein größeres Potenzial zur Reduzierung diabetesbedingter Endpunkte hat7. Darüber hinaus haben Studien die Verwendung von Metformin zusammen mit anderen blutzuckersenkenden Mitteln wie Insulin und Sulfonylharnstoffen dokumentiert, um das allgemeine Diabetesprofil bei Patienten mit Typ-1-Diabetes zu verbessern8,9,10. Darüber hinaus werden Metformin seine direkten vaskuloprotektiven Eigenschaften zugeschrieben7.

Angesichts der Nebenwirkungen und der mangelnden Wirksamkeit der aktuellen Insulintherapie ist die Suche nach anderen potenziellen oralen hypoglykämischen oder sichereren Naturprodukten zur Vorbeugung von Typ-1-Diabetes gestiegen. Rutin ist ein bekanntes Flavonoid, das reichlich in Zwiebeln, Äpfeln, Tee und Rotwein vorkommt und viele potenzielle pharmakologische Eigenschaften hat, darunter antidiabetische und gefäßrelaxierende Wirkungen11. Es wurde beobachtet, dass Rutin oxidativen Stress reduziert, der vorwiegend an der Pathogenese von Typ-1-Diabetes und seinen Komplikationen beteiligt ist12.

Darüber hinaus haben die antioxidativen Eigenschaften von Rutin aufgrund seines Potenzials als alternative Behandlung zur wirksamen Linderung verschiedener Stoffwechsel- und Gefäßstörungen Aufmerksamkeit erregt12. Darüber hinaus wurden die kombinierten Wirkungen von Rutin und Metformin im Zusammenhang mit der Diabetesbehandlung und der Gefäßfunktion nicht umfassend untersucht. Daher bestand der Zweck dieser Studie darin, die Auswirkungen der oralen Verabreichung von Rutin, Metformin und ihrer Kombination auf den Blutzucker, den Gesamtcholesterin- und Triglyceridspiegel sowie die Gefäßfunktion bei Streptozotocin (STZ)-induzierten diabetischen Ratten zu bewerten. Unser Ziel war es, die potenziellen synergistischen Wirkungen von Rutin und Metformin bei der Wiederherstellung von Stoffwechselparametern und der Verbesserung der Gefäßfunktion zu bewerten. Es wurden auch histologische Untersuchungen der Bauchspeicheldrüse, der Leber und der Niere durchgeführt, um die mit den Behandlungen verbundenen histologischen Verbesserungen zu beurteilen. Das Verständnis der Auswirkungen von Rutin, Metformin und ihrer Kombination auf die Blutzuckerkontrolle, Lipidprofile und Gefäßfunktion könnte wertvolle Einblicke in ihr therapeutisches Potenzial für die Behandlung von diabetesbedingten Komplikationen liefern. Insgesamt liefert diese Studie ein besseres Verständnis der antidiabetischen Wirkung von Rutin, wenn es einzeln oder gleichzeitig mit Metformin eingenommen wird.

Der mittlere Blutzuckerwert war bei diabetischen Ratten, die mit Rutin (16,1 ± 0,6 mmol/l) und Metformin (14,5 ± 1,0 mmol/l) behandelt wurden, signifikant (p < 0,01) niedriger als bei Ratten der diabetischen Kontrollgruppe (26,6 ± 2,1 mmol/l). l). Allerdings schien die Kombinationstherapie mit Rutin und Metformin im Vergleich zu den Einzelbehandlungen hinsichtlich der blutzuckersenkenden Wirkung besser zu sein (11,5 ± 1,1 mmol/l, p < 0,01) (Tabelle 1).

Der mittlere Gesamtcholesterinspiegel war in der Diabetiker-Kontrollgruppe im Vergleich zur normalen Kontrollgruppe signifikant höher (p < 0,01). Nach der Behandlung mit Rutin allein (1,48 ± 0,27 mmol/l) oder in Kombination mit Metformin (1,40 ± 0,43 mmol/l) sank der Gesamtcholesterinspiegel im Vergleich zur Diabetikerkontrolle (3,00 ± 0,30 mmol/l) signifikant (p < 0,01). ), auf einen Wert, der mit der normalen Kontrolle vergleichbar war (1,49 ± 0,45 mmol/l). Der Gesamtcholesterinspiegel in der mit Metformin behandelten Gruppe (2,23 ± 0,86 mmol/l) und der Diabetiker-Kontrollgruppe blieb unverändert (p > 0,05) (Tabelle 1). STZ-induzierter Diabetes (4,57 ± 2,5 mmol/l) führte zu einem signifikanten (p < 0,01) Anstieg des Gesamttriglyceridspiegels im Vergleich zur normalen Kontrollgruppe (1,33 ± 0,4 mmol/l). Aber die Behandlung mit Rutin (1,59 ± 0,5 mmol/l) oder Metformin (1,09 ± 0,2 mmol/l) und in Kombination (1,42 ± 0,4 mmol/l) senkte den Gesamttriglyceridspiegel im Vergleich zum Diabetiker signifikant (p < 0,01). Kontrollgruppe (4,57 ± 2,5 mmol/l) (Tabelle 1).

Die Vasokonstriktion von intaktem Endothelgewebe mit PE in der höchsten getesteten Konzentration (10−2) war bei diabetischen Ratten-Aortenringen im Vergleich zu Bauchaortenringen von normalen Ratten signifikant erhöht (p < 0,01) (Abb. 1a). Die Behandlung mit Rutin allein hatte eine signifikante (p < 0,01) Verringerung des Kontraktionsprozentsatzes bei der höchsten PE-Konzentration im Vergleich zu diabetischen Aortenringen gezeigt. Die Behandlung mit Metformin allein und zusammen mit Rutin reduzierte jedoch deutlich die Reaktionen auf PE bei Konzentrationen von 10–4, 10–3 und 10–2 im Vergleich zur mit Rutin behandelten und normalen und diabetischen Kontrollgruppe (p < 0,01). Insgesamt zeigten mit Metformin und Rutin behandelte diabetische Ratten die geringste Kontraktion als Reaktion auf PE.

Kumulative Konzentrations-Wirkungs-Kurven, die kontraktile Reaktionen auf den α1-Adrenozeptor-Agonisten Phenylephrin (PE) des intakten Endothels (+ ED), (a) abdominale Aortenringe, (b) thorakale Aortenringe zeigen. Rutin (100 mg/kg), Metformin (300 mg/kg). Symbole stellen Mittelwerte ± SD dar. # bedeutet p < 0,05 im Vergleich zur Reaktion in mit Vehikel behandelten normalen Rattenaortenringen; ## bedeutet p < 0,01 im Vergleich zur Reaktion in mit Vehikel behandelten normalen Rattenaortenringen; ** bezeichnet p < 0,01 im Vergleich zur Reaktion in mit Vehikel behandelten Aortenringen diabetischer Ratten; $$ bezeichnet p < 0,01 im Vergleich zur Reaktion in mit Rutin behandelten Aortenringen diabetischer Ratten; ^ bezeichnet p < 0,05 im Vergleich zur Reaktion bei mit Metformin behandelten Aortenringen diabetischer Ratten.

Die Vasokonstriktion von PE bei einer Konzentration von 10–3 und 10–2 war bei thorakalen Aortenringen diabetischer Ratten im Vergleich zu thorakalen Aortenringen normaler Ratten signifikant erhöht (p < 0,01) (Abb. 1b). Die Behandlung mit Rutin oder Metformin hat eine signifikante (p < 0,01) Verringerung des Kontraktionsprozentsatzes bei 2 der höchsten PE-Konzentration im Vergleich zu diabetischen Aortenringen gezeigt. Die Behandlung mit Metformin und Rutin zeigte jedoch die signifikanteste (p < 0,01) Verringerung der Reaktion auf PE bei Konzentrationen von 10–3 und 10–2 im Vergleich zur Diabetikerkontrolle. Die maximale prozentuale Kontraktion der Rutin-Metformin-Kombination als Reaktion auf PE 10−2 scheint signifikant (p < 0,01) wirksamer zu sein als die normale Kontrolle. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Wirkung der Kombinationstherapie bei der höchsten Konzentration im Vergleich zur Rutin- und Metformin-Behandlung allein deutlich besser war.

Die Gewebekontraktion als Reaktion auf PE in endothelfreien Bauchaortenringen von STZ-behandelten Ratten war im Vergleich zu normalen Ratten bei PE-Konzentrationen von 10–3 und 10–2 signifikant erhöht (Abb. 2a). Aortenringe von Patienten, die mit Rutin oder Metformin und in Kombination behandelt wurden, zeigten ebenfalls eine signifikante Verringerung der maximalen Kontraktion bis hin zu PE (p < 0,01), aber Rutin und Metformin in Kombination zeigten die stärkste Verringerung der maximalen Kontraktion, und zwar auf ein Niveau der PE-induzierten Kontraktion war signifikant (p < 0,01) geringer als bei der normalen Kontrollgruppe und der mit Rutin behandelten Gruppe.

Kumulative Konzentrations-Wirkungs-Kurven, die kontraktile Reaktionen auf den α1-Adrenozeptor-Agonisten Phenylephrin (PE) in endothelfreien (-ED), (a) abdominalen Aortenringen und (b) thorakalen Aortenringen zeigen. Rutin (100 mg/kg), Metformin (300 mg/kg). Symbole stellen Mittelwerte ± SD dar. # bezeichnet p < 0,05 und ## bezeichnet p < 0,01 im Vergleich zur Reaktion in mit Vehikel behandelten normalen Rattenaortenringen; * bezeichnet p < 0,05 und ** bezeichnet p < 0,01 im Vergleich zur Reaktion in mit Vehikel behandelten Aortenringen diabetischer Ratten. $$ bezeichnet p < 0,01 im Vergleich zur Reaktion in mit Rutin behandelten Aortenringen diabetischer Ratten.

Abbildung 2b zeigt die Grafik für die Reaktionen auf PE der von Endothel befreiten Brustaorta aller Behandlungsgruppen. Obwohl diabetische Aortenringe im Vergleich zur normalen Kontrolle die Gewebekontraktion als Reaktion auf PE nicht signifikant verstärkten. Die Aortenringe der mit Rutin oder Metformin und in Kombination behandelten Patienten zeigten im Vergleich zur Diabetiker- und normalen Kontrollgruppe eine signifikante (p < 0,05 und 0,01) Verringerung der maximalen Kontraktion zu PE. Außerdem zeigten Rutin und Metformin in Kombination den niedrigsten Prozentsatz der Kontraktion bei einer PE-Konzentration von 10–2.

Aortenringe wurden mit einer submaximalen Konzentration von PE (10 µM) vorkontrahiert und anschließend wurden steigende Konzentrationen von ACh (1 nM bis 1 µM) zugegeben, um die vorkontrahierte Aorta zu entspannen. Abbildung 3a zeigt die ACh-Dosis-Wirkungskurven von intaktem Endothelgewebe aus der Bauchaorta. Aus der Kurve lässt sich erkennen, dass die ACh-vermittelte Relaxation bei Aortenringen diabetischer Ratten im Vergleich zu Aortenringen nichtdiabetischer Ratten bei ACh-Konzentrationen von 10–4, 10–3 und 10–2 signifikant verringert war. Die Rutin-Behandlung hatte einen signifikanten Effekt auf die gefäßrelaxierenden Reaktionen auf ACh bei Konzentrationen von 10–3 und 10–2 im Vergleich zur Diabetikerkontrolle, aber die Behandlung mit Metformin allein und in Kombination mit Rutin zeigte im Vergleich eine völlig normalisierte gefäßrelaxierende Wirkung bei ähnlichen ACh-Konzentrationen auf Diabetiker- und Rutin-behandelte Gruppen (p < 0,01), was auf stärkere Wirkungen hinweist.

Kumulative Konzentrations-Wirkungs-Kurven, die endothelabhängige Entspannungsreaktionen auf Acetylcholin (ACh) in intaktem Endothel (+ ED), (a) abdominalen Aortenringen, (b) thorakalen Aortenringen zeigen. Rutin (100 mg/kg), Metformin (300 mg/kg). Symbole stellen Mittelwerte ± SD dar. # bezeichnet p < 0,05 und ## bezeichnet p < 0,01 im Vergleich zur Reaktion in mit Vehikel behandelten normalen Rattenaortenringen; * bezeichnet p < 0,05 und ** bezeichnet p < 0,01 im Vergleich zur Reaktion in mit Vehikel behandelten Aortenringen diabetischer Ratten; $$ bezeichnet p < 0,01 und $ bezeichnet p < 0,05 im Vergleich zur Reaktion in mit Rutin behandelten Aortenringen diabetischer Ratten; ^ bezeichnet p < 0,05 im Vergleich zur Reaktion in mit Metformin behandelten diabetischen Rattenaortenringen.

ACh-Dosis-Wirkungskurven von intaktem Endothelgewebe aus der Brustaorta zeigten, dass es eine Rechtsverschiebung in der ACh-Konzentrations-Wirkungskurve in Aortenringen diabetischer Ratten gab, was darauf hindeutet, dass die ACh-vermittelte Relaxation in Aortenringen diabetischer Ratten im Vergleich zu Nicht-Aortenringen signifikant verringert war. diabetische Aortenringe bei den meisten ACh-Konzentrationen (Abb. 3b). Die Behandlung mit Rutin oder Metformin und in Kombination zeigte eine signifikante Verbesserung der ACh-induzierten Vasorelaxation bei einer ACh-Konzentration von 10–3 und 10–2, blieb jedoch immer noch deutlich höher als die normale Kontrolle. Allerdings zeigte die mit Rutin plus Metformin behandelte Gruppe die signifikanteste (p < 0,05) Verringerung der ACh-induzierten maximalen Relaxation bei einer Konzentration von 10−2 im Vergleich zu den mit Rutin oder Metformin behandelten Gruppen. Zum Vergleich: Insgesamt zeigte die mit Rutin behandelte Gruppe eine stärker abgesenkte Linienkurve mit einer signifikanteren (p < 0,01) Verbesserung der gefäßrelaxierenden Reaktionen auf ACh bei bestimmten Konzentrationen (10–7, 10–6, 10–4, 10–3) als Metformin Dies deutet darauf hin, dass Rutin im Vergleich zu Metformin eine größere gefäßrelaxierende Wirkung hatte, wenn auch nicht signifikant. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Linienkurve der Rutin-plus-Metformin-Behandlungsgruppe mit Ausnahme der normalen Kontrolle stärker abgesenkt war als der Rest, was darauf hindeutet, dass die Kombinationsbehandlung bei den meisten Konzentrationen die signifikanteste Korrektur der verringerten ACh-induzierten Relaxation in der diabetischen Aorta verursachte Der maximale Effekt bleibt immer noch höher als bei der normalen Kontrolle.

Steigende SNP-Konzentrationen (1 nM bis 1 µM) wurden auf die vorkontrahierten PE-Aortenringe (10 µM) aufgetragen, um die SNP-Konzentrations-Reaktionskurve zu bestimmen (Abb. 4a). Der Tukey-Post-hoc-Test zeigte keinen statistischen Unterschied zwischen allen Behandlungsgruppen in der Bauchaorta.

Kumulative Konzentrations-Wirkungs-Kurven, die endothelunabhängige Relaxationsreaktionen auf Natriumnitroprussid (SNP) in intaktem Endothel (+ ED), (a) abdominalen Aortenringen, (b) thorakalen Aortenringen zeigen. Rutin (100 mg/kg), Metformin (300 mg/kg). Symbole stellen Mittelwerte ± SD dar. ## bedeutet p < 0,01 im Vergleich zur Reaktion in mit Vehikel behandelten normalen Rattenaortenringen; ** bezeichnet p < 0,01 im Vergleich zur Reaktion in mit Vehikel behandelten Aortenringen diabetischer Ratten; $$ bezeichnet p < 0,01 im Vergleich zur Reaktion in mit Rutin behandelten Aortenringen diabetischer Ratten.

Abbildung 4b zeigt das Ergebnis der durch SNP in thorakalen Aortenringen der verschiedenen Versuchsgruppen induzierten Relaxationen. Die Relaxationskurven für SNP für die verschiedenen Gruppen waren ähnlich, abgesehen von einer signifikanten Verringerung der Peak-Relaxation, die für die diabetischen Kontrollringe im Vergleich zum normalen Kontroll-Aortenring aufgezeichnet wurde (p < 0,01) und signifikanten Verbesserungen bei der SNP-induzierten maximalen Relaxation gefunden sowohl für die Rutin- als auch für die Rutin plus Metformin-Gruppe im Vergleich zum diabetischen Kontroll-Aortenring (p < 0,05).

Diabetische Endothel-entblößte abdominale Aortenringe zeigten eine signifikant (p < 0,05 und 0,01) verringerte endothelunabhängige Relaxation in SNP-Konzentrationen von 10–4, 10–3 und 10–2 Konzentrationen (Abb. 5a). Die Behandlung diabetischer Ratten mit Rutin plus Metformin zeigte eine signifikant (p < 0,05) verbesserte Reaktion auf SNP bei Konzentrationen von 10−3 und 10−2 im Vergleich zu diabetischen Aortenringen. Die individuelle Behandlung mit Rutin und Metformin hatte jedoch keinen signifikanten Einfluss auf die Aortenreaktion auf SNP.

Kumulative Konzentrations-Wirkungs-Kurven, die endothelunabhängige Relaxationsreaktionen auf Natriumnitroprussid (SNP) in endothelfreien (-ED), (a) abdominalen Aortenringen und (b) thorakalen Aortenringen zeigen. Rutin (100 mg/kg), Metformin (300 mg/kg). Symbole stellen Mittelwerte ± SD dar. # bezeichnet p < 0,05 und ## bezeichnet p < 0,01 im Vergleich zur Reaktion in mit Vehikel behandelten normalen Rattenaortenringen; * bezeichnet p < 0,05 und ** bezeichnet p < 0,01 im Vergleich zur Reaktion in mit Vehikel behandelten Aortenringen diabetischer Ratten.

Diabetische Endothel-entblößte Brustaortenringe zeigten eine signifikant (p < 0,05 und 0,01) verringerte endothelunabhängige Relaxation in SNP-Konzentrationen von 10–5, 10–4 und 10–3 (Abb. 5b). Die Behandlung diabetischer Ratten mit Rutin und Metformin einzeln zeigte nur bei Konzentrationen von 10–5 und 10–4 eine signifikant verbesserte Reaktion auf SNP im Vergleich zu diabetischen Aortenringen. Allerdings war die maximale Entspannung bei einer SNP-Konzentration von 10−2 in der mit Rutin behandelten Gruppe erhöht (p < 0,01).

Die Ratten der normalen Kontrollgruppe zeigten eine normale Architektur in allen drei Organen wie Bauchspeicheldrüse (normale exokrine Azini und Inseln mit ausreichender Zellularität und Verteilung), Leber (normale Hepatozyten und Sinusoide, normale Zentralvenenarchitektur zusammen mit weit auseinander liegenden Pfortader-Triaden, Nr Anzeichen einer Stauung) und Nieren (normale Glomeruli, Tubuli und Interstitium) (Abb. 6a). Dagegen zeigten Ratten in der Diabetes-Kontrollgruppe eine geschädigte Bauchspeicheldrüse mit diffusen endokrinen und exokrinen Systemen. Die Acini erschienen in den Fokusbereichen nekrotisch und die endokrinen Inseln zeigten eine Verringerung der Größe, Zellzahl und Verteilung (Abb. 6b). Leber und Nieren erschienen normal (Abb. 6b).

Die Wirkung von Verbindungen auf Bauchspeicheldrüse, Leber und Niere. Rutin (100 mg/kg). Metformin (300 mg/kg). 100-fache Vergrößerung. IL: Langerhans-Inseln. A: Acinii. H: Hepatozyten. S: Sinusoide. V: Zentralvene. PT: Portal-Triade. B: Bowmans Raum. G: Glomerulus. T: Nierentubuli.

Die mit Rutin gefütterten Ratten zeigten Anzeichen einer Erholung der Bauchspeicheldrüse als normale Acini in der Peripherie der exokrinen Bereiche (Abb. 6c). Allerdings gab es hinsichtlich Verteilung, Anzahl und Zellularität keine nennenswerte Proliferation der Inseln. Leber und Niere zeigten eine normale Morphologie. Es gab keine Stauung in der Zentralvene oder den Portaltriaden und die Glomeruli waren normozellulär (Abb. 6c). In der Metformin-Behandlungsgruppe wies die Bauchspeicheldrüse nur wenige Restbereiche mit Schäden auf, vermischt mit reichlich Bereichen mit regenerierenden Acini und einer guten Verteilung von Inseln mit gesunder Zellularität (Abb. 6d). Leber und Niere zeigten eine normale Architektur (Abb. 6d). Die Kombination von Rutin und Metformin führte zu einer normalen Architektur der Bauchspeicheldrüse mit endokrinen Inseln (Abb. 6e). Die Verteilung der Inseln erfolgte in ausreichenden Abständen. Die Zellularität auf den Inseln war gut, einige Inseln waren größer als die normale Gruppe. Leber und Niere zeigten eine normale Architektur (Abb. 6e).

Plasmaanalysen ergaben, dass die erhöhten Glukosespiegel bei diabetischen Ratten durch die Ergänzung mit Rutin oder Metformin und einer Kombination aus beidem deutlich reduziert wurden. Diese Ergebnisse stimmten gut mit der glukosesenkenden Wirkung von Metformin13 oder Rutin14,15 überein. Es wurde berichtet, dass die hypoglykämische Wirkung von Rutin vermutlich durch (a) eine Steigerung der Insulinsekretion, (b) eine Insulinbindungsaffinität, (c) einen peripheren Glukoseverbrauch, (d) eine verringerte intestinale Glukose- und Cholesterinabsorption vermittelt wird. und (e) abnehmende Aktivität glukoneogener und glykogenolytischer Enzyme16. Darüber hinaus wurde auch vorgeschlagen, dass die vorteilhafte Wirkung von Rutin auf das glykämische Profil auf seiner schützenden Wirkung auf die β-Zellen der Bauchspeicheldrüse beruht, die die Insulinsekretionskapazität aufrechterhielten und dadurch die Insulinsekretion und die glukosesenkende Wirkung verstärkten17. Ebenso ist bekannt, dass Metformin die Glukoseaufnahme in der Skelettmuskulatur steigert und die Glukosesekretion in der Leber unterdrückt18. Der genaue Mechanismus der Glukosesenkung ist jedoch noch unklar2. Insgesamt zeigte die Kombination von Metformin und Rutin die deutlichste blutzuckersenkende Wirkung bei diabetischen Ratten.

Der Lipidstoffwechsel ist bei Diabetikern häufig gestört, da es an Insulin mangelt, um die Synthese und den Abbau von Lipiden im Fettgewebe zu regulieren, was zu einer Dyslipidämie führt, die zu Arteriosklerose führt19. Angesichts des Lipidprofils zeigten diabetische Ratten einen deutlichen Anstieg des Gesamtcholesterin- und Gesamttriglyceridspiegels im Serum. Die Behandlung von STZ-diabetischen Ratten mit Metformin reduzierte die Gesamttriglyceride, außer Cholesterin, signifikant. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit Sin et al.20, die eine signifikante Verbesserung des Triglyceridspiegels nach Metformin-Behandlung bei Typ-2-Diabetikern zeigten. Im Gegenteil: Eine systemische Überprüfung und Metaanalyse randomisiert-kontrollierter klinischer Studien deutete darauf hin, dass Metformin keine intrinsische Wirkung auf den Serumtriglyceridspiegel hatte, aber das Gesamtcholesterin bei Patienten mit Typ-2-Diabetes signifikant senkte21.

Andererseits hatte die Rutin-Behandlung bei diabetischen Ratten im Vergleich zur mit Metformin gefütterten Gruppe eine stärkere Wirkung bei der Senkung des Gesamtcholesterins und weniger wirksam bei der Senkung der Triglyceride. Diese Ergebnisse stimmen mit Ahmed et al.16 überein, die eine durch Rutin vermittelte Linderung der Gesamtlipide, des Cholesterins und der Triglyceride im Serum bei diabetischen Ratten zeigten. Die Fähigkeit von Rutin, Cholesterin und Triglyceride zu senken, könnte durch die Insulinfreisetzungskapazität, die Insulinbindungsaffinität, die verringerte intestinale Cholesterinabsorption und die Inaktivierung von hepatischem HMG-CoA16 erklärt werden. Insgesamt übte die Behandlung mit Rutin und Metformin im Vergleich zu ihren jeweiligen Gegenstücken die größte hypolipidämische Wirkung aus.

Diese Studie zeigte, dass nach 8 Wochen Diabetes eine endotheliale Dysfunktion in der Aorta diabetischer Ratten erkennbar war. Es wurde beobachtet, dass im Vergleich zu normalen Aortenringen von Ratten die durch PE induzierten α1-Rezeptor-Agonisten-Kontraktionen in endothelialen intakten Aortenringen von diabetischen Ratten verstärkt waren, wohingegen die durch ACh induzierte endothelabhängige Relaxation in diabetischen Aortenringen abgeschwächt war. Diese Daten stimmen mit früheren Berichten überein, die verstärkte Kontraktionen als Reaktion auf das α1-adrenerge Stimulans PE und eine verringerte Entspannung als Reaktion auf den endothelabhängigen Vasodilatator ACh in Gefäßpräparaten von diabetischen Tieren zeigten22. Im Falle einer endothelialen Dysfunktion als Reaktion auf einen erhöhten (akuten oder anhaltenden) Blutzuckerspiegel wurden mehrere Mechanismen in Betracht gezogen, aber erhöhter oxidativer Stress schien die erste Veränderung zu sein, die mehrere andere auslöste23. Die in dieser Studie beobachtete Verschlechterung der Gefäßfunktion in diabetischen Aortenringen könnte auf die erhöhte Produktion von Superoxidanionen bei Vorliegen einer Hyperglykämie zurückzuführen sein.

Die SNP-induzierte Relaxation war in endothelialen intakten diabetischen Ringen nicht signifikant verringert, außer bei der höchsten SNP-Konzentration in der Brustaorta. Im Fall von Gefäßen mit Endothel-Entblößung war die SNP-induzierte Relaxation in verschiedenen Konzentrationen sowohl in der Bauch- als auch in der Brustaorta signifikant verringert. Dies war ein seltener Befund, da bei Diabetikern bisher nicht darüber berichtet wurde. Daher stimmen die Ergebnisse dieser Studie mit den Ergebnissen früherer Gefäßstudien an STZ-induzierten diabetischen Ratten überein und stehen im Gegensatz zu diesen. Bei ihnen unterschied sich die Reaktion auf SNP nicht zwischen Normal- und Diabetikern, obwohl ein solcher Unterschied nicht ausgeschlossen wurde24. Sartoretto und Mitarbeiter25 berichteten über eine beeinträchtigte Reaktion der diabetischen Aorta sowohl auf ACh als auch auf SNP, während Calver et al.26 zeigten, dass die Reaktion auf SNP bei Diabetikern im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen deutlich geringer ausfiel und es zu keinen signifikanten Veränderungen in der Gefäßreaktion kam ACh-induzierte Entspannung. Daher deutete die abgeschwächte vasodilatatorische Reaktion auf endothelunabhängige Reagenzien darauf hin, dass ein dysfunktionales Endothel nicht allein für die bei Diabetikern beobachtete beeinträchtigte Gefäßentspannung verantwortlich war. Eine beeinträchtigte Reaktion des Dilatators auf SNP kann auf mehrere Anomalien zurückzuführen sein, von denen einige mit einer Funktionsstörung der glatten Muskulatur als Folge von Diabetes in Verbindung gebracht wurden27. Es wurde postuliert, dass ein solcher Defekt auf die verringerte Bioverfügbarkeit von SNP/NO oder auf die verringerte Empfindlichkeit oder Reaktionsfähigkeit gegenüber NO zurückzuführen sein könnte.

In dieser Studie fanden wir heraus, dass Metformin allein die durch das α1-adrenerge Stimulans PE induzierte Kontraktion reduzierte und die ACh-induzierte endothelabhängige und SNP-induzierte endothelunabhängige Relaxation in Aortenringen diabetischer Ratten erhöhte. Dieser Befund steht im Einklang mit früheren Studien, in denen berichtet wurde, dass Metformin vasodilatatorische Wirkungen nicht nur in isolierten Aorten von STZ-induzierten diabetischen Ratten25,28, sondern auch beim Menschen29 hervorrief. Majithiya und Mitarbeiter28 fanden heraus, dass die Verbesserung der Gefäßfunktion auf die Beteiligung des NO-Signalwegs und von cGMP zurückzuführen sein könnte, da sie gezeigt haben, dass die verstärkte ACh-induzierte Relaxation bei mit Metformin behandelten STZ-diabetischen Ratten in Gegenwart von N blockiert wurde ( Gamma-Nitro-L-Argininmethylester (L-NAME) und cGMP-Blocker, jedoch nicht in Gegenwart von Indomethacin. Tatsächlich haben Studien, die den Aorta-Nitritspiegel als Index der NO-Erzeugung untersuchten, gezeigt, dass die Behandlung mit Metformin die Bioverfügbarkeit von NO in den Aorten von STZ-diabetischen Ratten signifikant erhöhte und somit die Endothelfunktion verbesserte29.

Die Behandlung diabetischer Ratten mit Metformin zeigte auch keine signifikante Verbesserung der endothelunabhängigen Vasorelaxation in der endothelintakten Bauch- und Brustaorta. Ähnliche Effekte wurden auch in beiden Regionen der endothelialen entblößten Aorta beobachtet, mit Ausnahme der Brustaorta in mäßiger SNP-Konzentration. Dies steht somit teilweise im Einklang mit mehreren Studien, die einen nicht signifikanten Unterschied in der konzentrationsabhängigen Relaxation, die durch SNP bei der Behandlung von diabetischen Aortenringen mit Metformin hervorgerufen wird, behaupteten28.

Neben Metformin schwächte die Rutin-Behandlung auch PE-induzierte Kontraktionen sowohl in intakten als auch entblößten Aortenringen des Endothels ab und erhöhte die ACh-induzierte Relaxation in Aortenringen diabetischer Ratten, wobei im Vergleich zu Metformin größere Auswirkungen auf die Brustaorten beobachtet wurden. Die durch Rutin induzierte gefäßrelaxierende Wirkung wurde bereits von Fusi et al.30 berichtet. Es wurde vermutet, dass Rutin vom NO/Guanylatcyclase-Weg abhängig zu sein scheint31. Die Erhaltung der NO-Aktivität kann auf die Fähigkeit von Rutin zurückzuführen sein, die Integrität von Endothelzellen zu bewahren, da festgestellt wurde, dass Rutin Endotheltoxizität und Apoptose verhindert, indem es die intrazelluläre Oxidationsmittelakkumulation hemmt32.

Was den Fall endothelfreier Gefäße betrifft, so war die Aortenverengung, die als Reaktion auf PE beobachtet wurde, in der diabetischen Bauchschlagader verstärkt. Die Behandlung mit Rutin und Metformin, entweder einzeln oder in Kombination, verringerte in hohen Konzentrationen die vasokonstriktorische Reaktion auf PE. Dies zeigt, dass Diabetes auch zu Funktionsstörungen der glatten Muskelzellschicht führen kann, was zu einer ineffektiven Kontrolle der Gefäßfunktion führt27. Sowohl Rutin als auch Metformin wirken nicht nur auf das Endothel, sondern auch auf die Zellschicht der glatten Muskulatur, um eine geringere kontraktile Reaktion auf PE hervorzurufen. Ähnliche Effekte können auch in der Brustaorta gefunden werden, wenn auch mit weniger spürbarer Wirkung.

Wie bereits erwähnt, zeigte die SNP-induzierte Relaxation sowohl in den endothelfreien Bauch- als auch in den thorakalen Aortenringen, dass diabetisches Gewebe im Vergleich zur normalen Kontrolle bei einer bestimmten Konzentration eine deutlich geringere Vasorelaxation ausübt, aber die Behandlung mit Rutin plus Metformin kehrte diesen Effekt deutlich um, während dies bei Einzelbehandlungen mit Rutin und Metformin der Fall war zeigen keinen signifikanten Unterschied in der Reaktion in der Bauchaorta, es wurde jedoch eine signifikante Verringerung der SNP-induzierten Relaxation in der Bauchaorta festgestellt; So wird ihre synergistische Wirkung ermittelt.

Bei der Beurteilung der Gefäßfunktion zeigten Rutin- und Metformin-Monotherapien zwar eine Verbesserung gegenüber der Verschlechterung der Gefäßfunktion bei Diabetes, doch die Kombinationstherapie beider Medikamente zeigte den größten Fortschritt im Ergebnis des Gefäßexperiments. Nach unserem besten Wissen ist dies der erste Bericht, der die positiven Auswirkungen von Rutin und Metformin in Kombination auf die Gefäßfunktion bei Diabetes zeigt. Die Kombinationstherapie mit Rutin und Metformin zeigte eine deutlich stärkere gefäßrelaxierende Wirkung als die Monotherapie, da sie nicht nur PE-induzierte Kontraktionen in diabetischen Ringen abschwächte, sondern auch die Entspannung von ACh und SNP verstärkte. Der Wirkmechanismus für diese deutliche Verbesserung der Gefäßfunktion in der Kombinationsgruppe muss jedoch noch geklärt werden. Gründe für diesen synergistischen Effekt der Rutin- und Metformin-Therapie könnten mit den starken positiven Wirkungen von Rutin und Metformin einzeln und der Tatsache zusammenhängen, dass beide ähnliche Wege nutzen, nämlich den NO/Guanylatcyclase-Weg zur Verbesserung der Endothelfunktion. Es besteht jedoch Raum für die Möglichkeit anderer Wege, die ähnlich oder getrennt zwischen den beiden wirken und zusammenfallen, um einen insgesamt synergistischen Effekt auf die Gefäßfunktion zu erzielen. Darüber hinaus stimmen die mit der histologischen Analyse erzielten Ergebnisse mit den anderen Ergebnissen dieser Studie überein.

Zusammenfassend zeigt die vorliegende Studie, dass die Kombinationsbehandlung von Rutin und Metformin in einer Konzentration von 100 mg/kg Rutin und 300 mg/kg Metformin eine gute Dosierung mit günstigen Auswirkungen sowohl auf das biochemische Profil als auch auf die Gefäßfunktion zu sein schien. Diese Ergebnisse erhöhen das Potenzial der Kombination von Rutin und Metformin als wertvolle Behandlungen zur Verbesserung der Gefäßfunktion bei Typ-1-Diabetes.

Rutinhydrat, Phenylephrinhydrochlorid (PE), Acetylcholin (ACh) chlorid, Natriumnitroprussid (SNP), Streptozotocin (STZ), Metformin und Krebssalze wurden von Sigma Chemicals Company (St. Louis, MO, USA) bezogen.

Dreißig männliche Sprague-Dawley-Ratten im Alter zwischen 10 und 14 Wochen mit einem Körpergewicht zwischen 150 und 200 g wurden von der University Putra Malaysia (UPM) erhalten. Alle Tiere wurden in der Tierhaltungseinrichtung der Abteilung der International Medical University (IMU) unter kontrollierten Bedingungen (21–24 ° C mit 12-stündigen Licht- und 12-stündigen Dunkelzyklen) gehalten. Die Tiere hatten während des gesamten Experiments freien Zugang zu normalem Rattenfutter und Umkehrosmosewasser, sofern nicht anders angegeben. Die Genehmigung für die Studien wurde vom Joint Committee of Ethics, IMU, Kuala Lumpur, Malaysia mit der Genehmigungsnummer: BMS/I-02/2012(01) eingeholt. Die Tierversuche und -verfahren wurden gemäß den Richtlinien ethischer Sorgfalt und Standardvorschriften durchgeführt. Wir haben die Experimente gemäß den ARRIVE-Richtlinien durchgeführt. Alle Versuchstiere wurden durch die Zervixluxation eingeschläfert, eine der häufigsten Methoden der Einschläferung.

Nach einer Woche Akklimatisierung wurden die Ratten zufällig in euglykämische und diabetische Gruppen eingeteilt. Den Ratten der Diabetikergruppe wurde eine einzelne intraperitoneale Dosis STZ (50 mg/kg Körpergewicht), gelöst in kalter Kochsalzlösung, injiziert, um die Krankheit auszulösen33,34,35,36. Die Plasmaglykämie wurde 10 Tage nach der Diabetes-Induktion untersucht und die Ratten wurden nur dann als Diabetiker betrachtet, wenn ihr Blutzuckerspiegel 17 mmol/l überstieg. Anschließend wurden die Ratten 4 Wochen lang unter den angegebenen Bedingungen gehalten. Später wurden die diabetischen und euglykämischen Ratten wie unten beschrieben randomisiert in 5 Gruppen (6 Ratten pro Gruppe) eingeteilt. Gruppe 1: Normale Kontrollratten – 1 % (w/v) Carboxymethylcellulose (Sigma-Aldrich, Malaysia); Gruppe 2: Diabetiker-Kontrollratten – Vehikel; Gruppe 3: Diabetiker + Rutin (100 mg/kg14); Gruppe 4: Diabetiker + Metformin (300 mg/kg37); Gruppe 5: Diabetiker + Rutin (100 mg/kg) + Metformin (300 mg/kg); Alle Behandlungen wurden 4 Wochen lang einmal täglich mit der oralen Sondennadel durchgeführt.

Aus der Schwanzarterie entnommenes Blut wurde in heparinisierte Vacutainer gegeben, zentrifugiert und das abgetrennte Plasma bis zur Analyse bei -80 °C gelagert. Der Gesamtblutzucker-, Cholesterin- und Triglyceridspiegel wurde mit einem Dimension Xpand Plus-Analysegerät (Siemens, USA) ermittelt.

Am Ende des Versuchs wurden die Ratten durch Genickbruch eingeschläfert. Die absteigende Brust- und Bauchaorta von Ratten verschiedener Behandlungs- und Kontrollgruppen wurde herausgeschnitten und angrenzendes Fett und Bindegewebe wurden gemäß der von Boutouyrie et al.38 beschriebenen Methode entfernt. Es wurde angemessene Sorgfalt darauf verwendet, die Integrität des Endothels zu bewahren. Die Gefäße wurden weder gedehnt, noch wurden die luminalen Oberflächen der Ringe gestört. Die Aorta wurde dann in kleine Ringe (3–5 mm breit) geschnitten und zwischen zwei Drahtbügeln in einem ummantelten Organbad mit 7 ml normaler physiologischer Krebslösung (KPS) mit der Zusammensetzung NaCl 118,2, KCl 4,7, CaCl2 · 2H2O aufgehängt 2,5, KH2PO4 1,2, MgCl2 1,2, Glucose 11,7, NaHCO3 25,0 und EDTA 0,026 mM. Die Badlösung wurde auf 37 °C gehalten und kontinuierlich mit einer Mischung aus 95 % O2 und 5 % CO2 mit Sauerstoff angereichert. Anschließend wurden die Ringe schrittweise auf eine Vorspannung von 1,5 g gedehnt und man ließ sie 45 Minuten lang äquilibrieren.

Während dieser Zeit wurde die Badlösung alle 15 Minuten ausgetauscht. Nach der Äquilibrierungsperiode wurden die Aortenringe dreimal (jeweils 5 Minuten) 399 µl isotonischer 80 mM Kaliumchloridlösung (hoher KCl-Gehalt) ausgesetzt. Nach dem Auswaschen der Reaktionen auf einen hohen KCl-Gehalt wurden die Relaxationsreaktionen auf ACh und SNP oder die kontraktilen Reaktionen auf PE in den Aortenringen22 mit dem Power Lab-Aufzeichnungssystem (AD Instruments, Australien) aufgezeichnet.

Um die Integrität des Endothels zu erhalten, wurden die Aorten mit einer Dosis PE (10 µM) vorkontrahiert, bis sie innerhalb von 5 Minuten einen Höhepunkt erreichte, gefolgt von einer Dosis ACh (10 µM), um die Arterienringe zu entspannen. Wenn die ACh-induzierte Relaxation mehr als 50 % des vorkontrahierten Tonus betrug, wurde das Endothel als funktionell intakt angesehen, während endothelfreie Ringe eine Relaxation von weniger als 5 % auf ACh22 aufweisen mussten.

Die kontraktilen Reaktionen der Aortenringe auf kumulativ steigende PE-Konzentrationen (1 nM bis 1 µM) wurden in Intervallen von 4 Minuten aufgezeichnet.

Die Relaxation zu ACh und SNP in der Rattenaorta wurde in PE-vorkontrahierten Aortenringen untersucht. Die Ringe wurden einer einzelnen Konzentration von PE (10 µM) ausgesetzt und am Höhepunkt der Kontraktion wurden die Relaxationen auf kumulativ steigende Konzentrationen von ACh (1 nM bis 1 µM) oder SNP (1 nM bis 1 µM) in 4-Minuten-Intervallen aufgezeichnet .

Am Ende der Behandlung wurden den getöteten Tieren Bauchspeicheldrüse, Leber und Niere entnommen und in 10 % (v/v) Formalin gelagert. Anschließend wurden die Gewebe verarbeitet, blockiert, in Scheiben geschnitten und zur Hämatoxylin- und Eosin (HE)-Färbung auf Objektträgern aufbewahrt. Zur Aufnahme der histologischen Mikrofotografien wurde das Nikon 8,1-Megapixel-Mikroskop ECLIPSE TS100 verwendet.

Alle Daten wurden als Mittelwert ± Standardabweichung (SD) ausgedrückt. Die Konzentrations-Reaktionskurven der Aortenringe auf PE, ACh und SNP für jede Versuchsbedingung wurden mit nichtlinearer Regressionssoftware (Prism Version 5.0 Graph Pad Software USA) aufgezeichnet. Die beobachteten Antworten wurden auf ihre statistische Signifikanz analysiert, und zwar mittels einer einfaktoriellen Varianzanalyse (ANOVA) zum Vergleich mehrerer Werte, gefolgt von einem geeigneten (Tukeys) Post-hoc-Test (Prism 2.0, GraphPad Software, USA). Dieselben statistischen Methoden wurden für die Berechnung statistischer Unterschiede in den Ergebnissen der Plasmaanalysen verwendet. Ein Wert von p < 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen.

Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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