Роль системи гідроген сульфіду в механізмах  нефропротекторної дії метформіну за  стрептозотоциніндукованого діабету

О.Б. Струтинська; Андрій Володимирович Мельник

Резюме. Діабетична нефропатія – поширене мікросудинне ускладнення цукрового діабету (ЦД), яке розвивається приблизно у 40 % хворих на ЦД 2 типу. З метою лікування діабетичного ураження нирок широко використовується «Метформін» – препарат, що контролює рівень глікемії та має доведені нефропротекторні властивості. На сьогодні не досліджено роль системи H2 S у механізмах нефропротекторної активності метформіну. Мета дослідження – оцінити вплив модуляторів обміну H2 S на основні механізми нефропротекторної дії метформіну за експериментального цукрового діабету. Матеріали і методи. Експериментальні дослідження проведено на 75 білих нелінійних щурах-самцях, яких поділили на 5 груп: перша – контроль; друга група – тварини з експериментальним ЦД, який ініціювали одноразовим інтраперитонеальним введенням стрептозотоцину (40 мг/кг маси); третя група – тварини з експериментальним ЦД, які з 3 до 28 доби отримували лікування метформіном (500 мг/кг/ добу, інтрагастрально); четверта – щури з ЦД, яким метформін вводили разом з NaHS (56 мкмоль/кг/добу, інтрагастрально); п’ята група – тварини з ЦД, яким метформін вводили разом з пропаргілгліцином (ППГ, 442 мкмоль/кг/добу, інтрагастрально). У периферійній крові визначали вміст глюкози, а в супернатанті гомогенату нирок оцінювали рівень H2 S, галектину-3, каспази-3, IL-1β, малонового діальдегіду (МДА), карбонільних груп протеїнів (КГП), активності НАДФН-оксидази та супероксиддисмутази (СОД). Результати. Встановлено, що застосування метформіну за експериментально ЦД виявляло антиоксидантну (рівень МДА та КГП зменшувався на 24,7–27,4 %, p˂0,001), протизапальну (рівень IL-1β знижувався на 25,3 %, p˂0,001), антиапоптотичну (рівень каспази-3 зменшувався на 36,1 %, p˂0,001) та антифіброгенну (рівень галектину знижувався на 48,4 %, p˂0,001) дії у нирках, що асоціювалось зі збільшенням (на 27,9 %, p˂0,001) рівня H2 S (│rs │= 0,59–0,75, p˂0,01). Використання модуляторів обміну H2 S модифікувало нефропротекторні властивості метформіну за ЦД. Введення донора гідроген сульфіду NaHS потенціювало захисний вплив метформіну на нирки: рівні галектину-3, каспази-3, IL-1β, МДА та КГП у нирках були вірогідно меншими відповідно на 18–37 % (p˂0,001), ніж у тварин, які отримували лише метформін. Разом з тим, використання інгібітора синтезу гідроген сульфіду ППГ вірогідно зменшувало ренопротективну активність метформіну. Висновки. Проведенні дослідження засвідчили вагому роль системи H2 S у реалізації протизапальної, антифіброгенної, антиапоптотичної та антиоксидантної дій метформіну в нирках за ЦД. Поряд з цим, отримані результати патогенетично обґрунтовують доцільність використання донорів H2 S для потенціювання нефропротекторних властивостей метформіну

гідроген сульфід; запалення; апоптоз; фіброз; оксидативний стрес; метформін; NaHS; пропаргілгліцин; цукровий діабет

[1] Long-term risks of kidney living donation: review and position paper by the ERA-EDTA DESCARTES working group / U. Maggiore, K. Budde, U. Heemann [et al.] // Nephrol. Dial. Transplant. – 2017. – Vol. 32, No. 2. – P. 216–223. DOI: 10.1093/ndt/gfw429.

[2] Diabetic Kidney Disease / R. Bonner, O. Albajrami, J. Hudspeth, A. Upadhyay // Prim Care. – 2020. – Vol. 47, No. 4. – P. 645–659. DOI: 10.1016/j.pop.2020.08.004.

[3] Selby N. M. An updated overview of diabetic nephropathy: Diagnosis, prognosis, treatment goals and latest guidelines / N. M. Selby, M. W. Taal // Diabetes Obes. Metab. – 2020. – No. 22. – P. 3–15. DOI: 10.1111/dom.14007.

[4] Beck K. F. The Pathophysiology of H2S in Renal Glomerular Diseases / K. F. Beck, J. Pfeilschifter // Biomolecules. – 2022. – Vol. 12, No. 2. DOI: 10.3390/biom12020207.

[5] The roles of hydrogen sulfide in renal physiology and disease states / J. Feng, X. Lu, H. Li, S. Wang // Ren. Fail. – 2022. – Vol. 44, No. 1. – P. 1289–1308. DOI: 10.1080/0886022X.2022.2107936.

[6] Hydrogen Sulfide: Recent Progression and Perspectives for the Treatment of Diabetic Nephropathy / H.J. Sun, Z.Y. Wu, L. Cao [et al.] // Molecules. – 2019. – Vol. 24, No. 15. DOI: 10.3390/molecules24152857.

[7] Kawanami D. Significance of metformin use in diabetic kidney disease / D. Kawanami, Y. Takashi, M. Tanabe // Int. J. Mol. Sci. – 2020. – Vol. 21, No. 12. DOI: 10.3390/ijms21124239.

[8] Metformin is associated with the inhibition of renal artery AT1R/ET-1/iNOS axis in a rat model of diabetic nephropathy with suppression of inflammation and oxidative stress and kidney injury / A. F. Dawood, A. Maarouf, N. M. Alzamil // Biomedicines. – 2022. – Vol. 10, No. 7. DOI: 10.3390/biomedicines10071644.

[9] Hydrogen sulfide reduced renal tissue fibrosis by regulating autophagy in diabetic rats / L. Li, T. Xiao, F. Li [et al.] // Mol. Med. Rep. – 2017. – Vol. 16, No. 2. – P. 1715– 1722. DOI: 10.3892/mmr.2017.6813. Epub 2017 Jun 20.

[10] Effect of coenzyme Q10 alone and its combination with metformin on streptozotocin-nicotinamide-induced diabetic nephropathy in rats / R. A. Maheshwari, R. Balaraman, A. K. Sen, A.K. Seth // Indian J. Pharmacol. – 2014. – Vol. 46, No. 6. – P. 627–632. DOI: 10.4103/0253-7613.144924.

[11] Hydrogen sulphide treatment prevents renal ischemia-reperfusion injury by inhibiting the expression of ICAM-1 and NF-kB concentration in normotensive and hypertensive rats / S. F. Hashmi, H. A. Rathore, M. A. Sattar [et al.] // Biomolecules. – 2021. – Vol.11, No. 10. DOI: 10.3390/biom11101549.

[12] Amlodipine affects endogenous hydrogen sulfide tissue concentrations in different mouse organs / B. Wiliński, J. Wiliński, E. Somogyi [et al.] // Folia Med. Cracov. – 2011. – Vol. 51, No. 1–4. – P. 29–35.

[13] Mihara M. Determination of malonaldehyde precursor in tissues by thiobarbituric acid test / M. Mihara, M. Uchiyama // Anal Biochem. – 1978. – Vol. 86, No. 1. – P. 271–278. DOI: 10.1016/0003-2697(78)90342-1.

[14] Пат. України на винахід №58110А, МПК 7 А61К35/16. Спосіб визначення карбонільних сполук в сироватці крові / С. В. Шевчук, О. О. Пентюк, Р. А. Мусін, Н. В. Заічко; заявник та патентовласник Український державний НДІ реабілітації інвалідів МОЗ України. – № 2002107890; заявл. 04.10.2002; опубл. 15.07.2003; Бюл. № 7. – 2 с.

[15] Байляк М. М. Участь каталази і супероксиддисмутази у відповіді Saccharomyces cerevisiae на дію пероксиду водню в експоненційній фазі росту / М. М. Байляк, Г. М. Семчишин, В. І. Лущак // Укр. біохім. журн. – 2006. – T. 78, № 2. – С. 79–85.

[16] p22phox mRNA expression and NADPH oxidase activity are increased in aortas from hypertensive rats / T. Fukui, N. Ishizaka, S. Rajagopalan [et al.] // Circ. Res. – 1997. – Vol. 80, No. 1. – P. 45–51.

[17] Protein measurement with the Folin phenol reagent / O. H. Lowry, N. J. Rosebrough, A. L. Farr [et al.] // The Journal of biological chemistry. – 1951. – Vol. 193, No. 1. – P. 265–275. URL: https://www.jbc.org/article/ S0021-9258(19)52451-6/pdf.

[18] Song A. Mechanism and application of metformin in kidney diseases: An update. / A. Song, C. Zhang, X. Meng // Biomed Pharmacother. – 2021. DOI: 10.1016/j.biopha.2021.111454.

[19] Metformin regulates inflammation and fibrosis in diabetic kidney disease through TNC/TLR4/NF-κB/miR155-5p inflammatory loop / Y. Zhou, X. Y. Ma, J. Y. Han [et al.] // World J Diabetes. – 2021. – Vol.12, No. 1. – P. 19–46. DOI: 10.4239/wjd.v12.i1.19.

[20] Role of oxidative stress and reduced endogenous hydrogen sulfide in diabetic nephropathy / A. Hussain Lodhi, F. U. Ahmad, K. Furwa, A. Madni // Drug Des. Devel. Ther. – 2021. – No. 15. – P. 1031–1043. DOI: 10.2147/DDDT.S291591.

[21] Zhang H. Protective effect of hydrogen sulfide on the kidney (Review) / H. Zhang, H. Zhao, N. Guo // Mol. Med. Rep. – 2021. – Vol. 24, No. 4. DOI: 10.3892/mmr.2021.12335.

[22] Hydrogen sulfide inhibits high glucose-induced NADPH oxidase 4 expression and matrix increase by recruiting inducible nitric oxide synthase in kidney proximal tubular epithelial cells / H. J. Lee, D. Y. Lee, M. M. Mariappan [et al.] // J. Biol. Chem. – 2017. – Vol. 292, No. 14. – P. 5665–5675. DOI: 10.1074/jbc.M116.766758.