تأثیر دو نوع تمرین (تداومی و تناوبی) و داروی آترواستاتین بر بیان ژن‌های PP2Ac و GSK-3β بافت قلب رت‌های مدل دیابتی

مجله پلاسما و نشانگرهای زیستی

دوره 16، شماره 3 - شماره پیاپی 63، مرداد 1402، صفحه 86-98   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

مریم ابراهیمی¹؛ حبیب اصغرپور^{* 2}؛ پروین فرزانگی³؛ رضا رضایی شیرازی⁴

¹گروه فیزیولوژی ورزشی، واحد علی آباد کتول، دانشگاه آزاد اسلامی، علی آباد کتول، ایران

²استادیار گروه فیزیولوژی ورزشی دانشکده تربیت بدنی و علوم ورزشی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علی آباد

³دانشیار، گروه فیزیولوژی ورزشی، واحد ساری، دانشگاه آزاد اسلامی، ساری، ایران

⁴استادیار، گروه تربیت‌بدنی و علوم‌ورزشی واحد علی‌آباد کتول، دانشگاه آزاد اسلامی، علی‌آباد کتول، ایران

چکیده

زمینه و هدف: به غیر از فشارخون بالا و بیماری عروق کرونر دیابت نیز می­تواند به­ طور مستقیم بر ساختار و عملکرد قلب تأثیر گذارد و عارضه­ ای را که کاردیومیوپاتی دیابتی نام گرفته است به ­دنبال داشته باشد، هدف از پژوهش حاضر بررسی اثر دو نوع تمرین (تداومی و تناوبی) و داروی آترواستاتین بر بیان ژن­های PP2Ac و GSK-3β بافت قلب رت­های مدل دیابتی می­ باشد.
مواد و روش: 64 سر موش صحرایی نر، که در 8 گروه به­ صورت تصادفی تقسیم ­بندی شدند: شامل 1) کنترل، 2) دیابتی، 3) دیابتی+ تداومی، 4) دیابتی + تناوبی، 5) آترواستاتین، 6) تداومی + آترواستاتین، 7) تناوبی + آترواستاتین و 8)سالین. رت­ها دو نوع تمرین تداومی و تناوبی را 5 روز در هفته و به ­مدت 8 هفته اجرا نمودند. آترواستاتین به­ صورت روزانه  با دوز 20 میلی­گرم به ­ازای هر کیلوگرم وزن بدن به­ صورت درون صفاقی به آنان تزریق شد.
نتایج: القای دیابت منجر به کاهش معنی­ دار بیان ژن PP2Ac و افزایش معنی­ دار بیان ژن GSK-3β بافت قلب رت­ها شد، که انجام تمرین تداومی و ترکیب تمرین تناوبی و تداومی با داروی آترواستاتین منجر به افزایش PP2Ac و کاهش GSK-3β بافت قلب رت­های دیابتی نسبت به گروه کنترل دیابتی گردید.
نتیجه­ گیری: این احتمال وجود دارد که فعالیت ورزشی منظم در ترکیب با آترواستاتین ب­تواند از طریق افزایش ژن PP2Ac و کاهش ژن GSK-3β بافت قلب از توسعه کاردیومیوپاتی که در اثر القای دیابت بوجود آمد جلوگیری نماید و دارای اثر حفاظتی بر قلب باشد.

کلیدواژه‌ها

تمرینات تداومی و تناوبی؛ آترواستاتین؛ کاردیومیوپاتی دیابت؛ GSK-3β؛ PP2Ac

اصل مقاله

مقدمه:

دیابت نوع 2 یک بیماری متابولیک پیچیده است که با عوامل محیطی و ژنتیکی مانند: ژن­های مستعد کاستی در سنتز انسولین، مصرف غذاهای پرکالری، عدم فعالیت بدنی، مصرف زیاد الکل و چاقی همراه است که منجر به نقص در ترشح و سیگنال­دهی انسولین می گردد و به­دنبال آن هایپرگلیسمی و مقاومت به انسولین ایجاد می­شود (1). امروزه بررسی­های بالینی و آزمایشگاهی به­خوبی نشان داده­اند که دیابت جدای از فشارخون بالا و بیماری عروق کرونر، می­تواند به­طور مستقیم بر ساختار و عملکرد قلب تأثیر گذارد و عارضه­ای را که کاردیومیوپاتی دیابتی نام گرفته است به­دنبال داشته باشد. این بیماری با نارسایی بطنی، در غیاب فشارخون بالا و آترواسکلروز مشخص می­شود. این اختلال در قلب کامل، بافت و میوسیت­های ایزوله­شده از بیماری دیابتی مشاهده شده است (2، 3).

سازوکار دقیق بروز کاردیومیوپاتی دیابتی به­خوبی شناخته نشده است؛ اما سازوکارهای متعددی از جمله نقص در بیان پروتئین­های مسیر راپامایسین در پستانداران (4)، اختلال متابولیسم انسولین (5) و ناهنچاری­های میوفیلامنت­ها (6) در بروز این عارضه دخیل هستند.  اختلال در سوخت و ساز انسولین در قلب، کلید اصلی در پاتوفیزیولوژیک اختلال مرتبط با کاردیومیوپاتی دیابتی است. اختلال سیگنالینگ در مسیرهای مرتبط با سیگنالینگ انسولین می­تواند مسیر بسیار مهمی مانند GSK-3β/PP2Ac/ NF-кB را دچار اختلال کند (5، 6).

نیزامودینوا[1] و همکاران (7) یافتند که سرکوب فعال­سازی PP2Ac به فسفوریلاسیون IKK/IкBα پایدار و متعاقب آن انتقال هسته­ای NF-кB کمک می­کند، و آپوپتوز را در کاردیومیوسیت­های درمان­شده با گلوکز بالا شروع می­کند. جالب است بدانید که غیرفعال­سازی PP2Ac، که ناشی از فعال شدن GSK-3β است، در هر دو سلول HEK293[2] و N2a[3] گزارش شده است (8). افزایش فعالیت GSK-3β در دیابتی­ها و در مقاومت به انسولین نشان داده شد. بنابراین، GSK-3β فعال­شده ممکن است منجر به غیرفعال­شدن PP2Ac و متعاقب آن فسفوریلاسیون IKK/IкBα و انتقال هسته­ای NF-кB شود. سرانجام این می­تواند منجر به ایجاد آپوپتوز و توسعه کاردیومیوپاتی دیابتی شود. بنابراین داروهای مهارکننده­ی GSK-3β ممکن است از عوامل بالقوه مفیدی برای درمان DCM[4] باشد (9).

آترواستاتین یک داروی استاتینی است که فعالیت آنزیم 3-هیدروکسی-3 متیل گلوتاریل کوآنزیم A ردوکتاز[5] را مهار می­کند. این آنزیم سنتز موالونات را کاتالیز می­کند که فرایندی محدودکننده در بیوسنتز کلسترول است. کاهش کلسترول داخل سلولی منجر به افزایش جبرانی در برداشت کلسترول به­وسیله گیرنده­های لیپوپروتئین کم­چگال (LDL[6]) و کاهش کلسترول پلاسما می­شود. استاتین­ها جدا از کاهش کلسترول LDL، دارای مجموعه­ای از اثرات مفید بر عناصر مختلف آترواسکلروز از جمله عملکرد اندوتلیال، مهاجرت سلول، التهاب و تمایل ترومبوتیک پلاک آترواسکلروزی هستند (10).

یک مطالعه نشان داد که آترواستاتین توسعه DCM تجربی را، احتمالا به­دلیل اثرات محافظتی­اش در برابر آپوپتوز، و مستقل از کاهش کلسترول LDL کاهش داده است (11). مطالعه­ی دیگری گزارش داد که آترواستاتین برآمدگی نوریت در سلول­های عصبی قشری کشت­شده را با غیرفعال­کردن GSK-3β افزایش داد (12).

از طرفی، توانبخشی قلبی ناشی از فعالیت ورزشی یک مداخله غیرداروئی مؤثر و شناخته­شده می­باشد. شواهد نشان می­دهد که فعالیت بدنی منظم بیان miRNAها را تعدیل می کند (13)، و می­تواند تغییرات مفیدی را در مسیرهای سیگنالینگ در دیابت ایجاد کند، هم­چنین افزایش حساسیت به انسولین و کاهش مقاومت به انسولین را به­همراه داشته باشد (1). تمرین منظم ورزشی باعث بهبود عملکرد قلب در افراد مسن از طریق افزایش کسر تخلیه، برون­ده قلبی و شاخص قلبی می­شود (14). اثر محافظت قلبی فعالیت ورزشی نه­تنها عملکرد قلبی را بهبود می­بخشد بلکه هم­چنین به­عنوان جایگزینی برای بهبود متابولیسم و عملکرد میتوکندری عمل می­کند (15). مطالعات پیشین نشان داده­اند که تمرینات ورزشی متابولیسم میتوکندری را از طریق افزایش سنتز ATP میتوکندریایی با فسفوریلایسون اکسیداتیو، و هم­چنین تنفس میتوکندریایی را توسط تغییر بیان پروتئین میتوکندریایی در عضله اسکلتی بهبود بخشید (16). با این­حال مکانیسم­های اساسی که فعالیت ورزشی عملکرد قلب را در کاردیومیوپاتی دیابتی بهبود می­بخشد کاملا مشخص نیست. لذا این پژوهش بنا دارد به بررسی دو نوع تمرین (تداومی و تناوبی) و داروی آترواستاتین بر بیان ژن  GSK-3β و PP2Ac بافت قلب رت­های مدل دیابتی بپردازد.

مواد و روش:

نمونه­های پژوهش حاضر را موش­های آزمایشگاهی تشکیل دادند. با توجه به این که آزمودنی­ها در آزمایشگاه به لحاظ بسیاری از متغیر­ها تحت کنترل بودند، از این رو پژوهش حاضر از نوع تجربی می­باشد. این تحقیق در قالب رساله دکتری در دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری با کد اخلاق NO.19.33.2018 انجام شد.

جامعه و نمونه آماری: در این مطالعه تجربی تعداد 64 سر موش صحرایی نر نژاد ویستار با سن حدود  6 تا 8 هفته در مرکز پرورش و نگهداری حیوانات آزمایشگاهی دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری انتخاب و وارد پژوهش شدند. سپس آن­ها در 5 گروه بصورت تصادفی تقسیم بندی شدند که شامل 1) کنترل سالم، 2) کنترل دیابتی، 3) دیابتی+ تداومی، 4) دیابتی + تناوبی، 5) آترواستاتین، 6) تداومی + آترواستاتین، 7) تناوبی + آترواستاتین و 8)سالین بود. این مطالعه توسط کمیته اخلاق کار با حیوانات دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری تائید شد.

محیط پژوهش و تغذیه آزمودنی­ها: پس از انتقال حیوانات به آزمایشگاه در قفس­هایی از جنس پلی کربنات، دمای 2 ± 22 درجه سانتی گراد، رطوبت 5 ± 55 درصد و چرخه روشنایی به تاریکی 12:12 با تهویه مناسب قرار گرفتند. آزمودنی­ها جیره غدایی پر چرب به روش Zou و همکاران داشتند که امولسیون هر روز صبح  به میزان 10 میلی لیتر به ازاء هر کیلو گرم وزن بدن  به صورت گاواژ دریافت کرد. در تمام مراحل پژوهش، آب مورد نیاز حیوان به صورت آزاد در بطری 500 میلی لیتری ویژۀ حیوانات آزمایشگاهی در دسترس آنها بود.

نحوه دیابتی کردن رت­ها: پس از گروه بندی موش

 

ها برای دیابتی کردن موش­ها از داروی استرپتوزوتوسین[7] (STZ) با دوز 50  میلی گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن استفاده شد که  به صورت درون صفاقی به آن ها تزریق شد و برای اطمینان از دیابتی بودن موش ها از گوشه چشم نمونه های خونی تهیه شد و میزان گلوکز سنجش، که بالاتر از 126 میلی گرم بر دسی لیتر  در نظر گرفته شد.

پروتکل تمرین ورزشی: قبل از شروع پروتکل اصلی، برای آشنایی از فعالیت، موش­ها به مدت یک هفته با تواتر پنج جلسه  و به مدت پنج دقیقه با سرعت 8 تا 10 متر بر دقیقه با شیب صفر از تردمیل استفاده شد. برنامه تمرینی شامل دو پروتکل تمرین تداومی و تناوبی بود. برنامه تمرین تداومی مطابق جدول 1 اجرا شد. از سویی دیگر برنامه تمرین تناوبی  شامل شش ست 5/2 دقیقه ای بود که بین هر ست مدت زمان چهار دقیقه استراحت در نظر گرفته شد. لازم به ذکر است تمرین تناوبی برای مدت 5 جلسه در هفته انجام شد (جدول 2). هم­چنین موش­های گروه کنترل بدون هیچ­گونه تمرینی هشت هفته را پشت سر گذاشتند. نحوه مصرف آترواستاتین: آترواستاتین در گروه های دارو و دارو+تمرین، به­صورت روزانه  با دوز 20 میلی­گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن به­صورت درون صفاقی به آنان تزریق شد (9).

نحوه جداسازی نمونه های بافتی: پس از اتمام دوره تمرینی  48 ساعت پس از آخرین جلسه تمرینی با 10 تا 12 ساعت ناشتایی شبانه با تزریق درون صفاقی ترکیبی از کتامین و زایلازین رت­ها بی هوش شدند و نمونه­گیری بافتی انجام شد. بدین ترتیب  بافت قلب آنها جدا و در محیط80- درجه سانتی­گراد نگهداری و سپس به آزمایشگاه برای اندازه گیری متغیرهای PPA2c و NF-кB ارسال شد. بافت با استفاده از یک میلی مول محلول تریزول لیز و با دستگاه همگن کننده بافت، هموژن شد. در مرحله بعد، جداسازی از فاز آبی به کمک 25/0 میلی لیتر کلروفرم صورت گرفت. RNA استخراج شده با یک میلی لیتر اتانول سرد 70 درصد شستشو و خشک شدند. سپس به آن آب استریل (5/1 میکرولیتر بر میلی گرم بافت) اضافه شد. برای سنج کمی RNA استخراج شده از دستگاه بایوفتومر با طول موج 260 نانومتر استفاده شد. میانگین OD خوانده شده 77/1 بود که نشانگر کارایی مناسب RNA استخراج شده است. استخراج cDNA برای هر نمونه سه مرحله انجام گرفت. بدین ترتیب که در ابتدا 8 میکروگرم از RNA استخراج شده را با 8/0 میکرولیتر از آنزیم Dnase I  و 2 میکرولیتر از بافر x10 آن و آب DEPC خورده مخلوط کرده و حجم نمونه به 20 میکرولیتر رسانده شد. محصول ایجاد شده را بدون ورتکس کردن و به آرامی مخلوط کرده و سپس با برنامه­ریز در دستگاه ترموسایکر انکوبه شد.: 5 دقیقه در دمای 55 درجه سانتیگراد، 15 دقیقه در مای 25 درجه سانتیگراد، 30 دقیقه در دمای 42 درجه سانتیگراد، 5 دقیقه در دمای 95 درجه سانتی­گراد. پس از اتمام مراحل ترموسایکلر 280 میکرولیتر آب تزریقی اضافه شد و برای استفاده در QPCR در دمای 20- درجه سانتیگراد نگهداری شدند. برای هر نمونه cDNA نیز، یک نمونه کنترل مثبت با پرایمر b2m به عنوان کنترل داخلی، برای آزمون حضور cDNA تهیه شد. نمونه ها به آرامی و بدون ورتکس مخلوط شده و در دستگاه RT-PCR با برنامه ریز PCR قرار گرفتند. 10 دقیقه در دمای 95 درجه سانتی­گراد، 10 ثانیه در دمای 95 درجه سانتی­گراد، 15 ثانیه در دمای 60 درجه سانتی­گراد، 20 ثانیه در دمای 72 درجه سانتی­گراد، واکنش از مرحله دوم به بعد، برای 40 سیکل تکرار شد. Cts مربوط به واکنش ها توسط نرم افزار دستگاه RT-PCR استخراج و در نهایت CT Mean سه مرتبه ثبت شد. پرایمرهای مورد استفاده در این پژوهش در جدول آورده شده است (جدول 3). کمی سازی مقادیر بیان ژن هدف مورد نظر با کمک فرمول لیواک انجام شد.

 

 

 

جدول 1. پروتکل تمرین تداومی

هفته	سرعت	مدت
2-1	16-14	7-5
4-3	19-21	10-12
6-5	23-25	15-17
8-7	29-28	21-22

 

جدول 2. پروتکل تمرین تناوبی

هفته	سرعت	مدت
2-1	16-14	6 ست 2/5 دقیقه ای
4-3	21-19	*
6-5	24-25	*
8-7	28-29	*

 

 

روش تجزیه و تحلیل داده­ها: جهت طبقه­بندی داده­های حاصل از این پژوهش، از آمار توصیفی استفاده شد. جهت تعیین نرمال بودن توزیع داده­ها از آزمون شاپیروویلک استفاده ­گردید. جهت تعیین معنادار بودن تفاوت بین متغیرها و تعامل بین آنها از تحلیل واریانس یک طرفه و در صورت معنی­دار بودن داده­ها برای تعیین محل تفاوت از آزمون تعقیبی توکی استفاده شد. یافته­ها در سطح اطمینان 95 درصد (05/0P≤) بررسی ­شدند و برای تجزیه و تحلیل آماری داده­ها نیز از نرم افزار IBM SPSS Statistics نسخه 20 استفاده گردید. تمامی داده­ها به صورت میانگین± انحراف معیار ارائه ­شدند.

یافته­ها:

توصیف PP2Ac: میانگین و انحراف معیار سطوح PP2Ac گروه­های مختلف پژوهش در جدول 4 ارائه شده است.

 

جدول 3. توالی پرایمرها

ژن		توالی پرایمر (5´→3´)
PP2Ac	Forward Reserve	CTAGAGGATGGCTGCACTAAACAC AAGCAAACAGGGCCAATGTC
GSK-3β	Forward Reserve	CAAAGCAGCTGGTCCGAGG TCCACCAACTGATCCACACCAC

جدول 4: شاخص­های مرکزی و پراکندگی سطوح  PP2Acدر گروه­های مختلف پژوهش

گروه	میانگین	انحراف معیار
سالم	.0678881	.00894189
بیمار	.0198084	.01484079
سالین	.0001903	.00012411
تناوبی	.0283415	.01557729
تداومی	.0570195	.01231068
دارو	.0001539	.00006956
تناوبی دارو	.0745074	.03221614
تداومی دارو	.0678881	.00894189

 

 

توصیف GSK-3β:میانگین و انحراف معیار سطوح GSK-3β گروه­های مختلف پژوهش در جدول 5 ارائه شده است.

 

جدول 5: شاخص­های مرکزی و پراکندگی سطوح  GSK-3βدر گروه­های مختلف پژوهش

گروه	میانگین	انحراف معیار
سالم	.0003943	.00008009
بیمار	.0359855	.01118478
سالین	.0004840	.00018800
تناوبی	.0167863	.00630233
تداومی	.0113602	.00254599
دارو	.0277208	.00655106
تناوبی دارو	.0092787	.00417888
تداومی دارو	.0076252	.00331782

 

 

جهت بررسی نرمال بودن توزیع داده­ها از آزمون شاپیروویلک استفاده شد که نتایج آن در جدول 6 ارائه شده است.

 

جدول 6. نتایج آزمون نرمال بودن داده­ها

گروه	GSK-3β	PP2Ac
سالم	.975	.147
بیمار	.621	.057
سالین	.465	.054
تناوبی	.555	.133
تداومی	.471	.396
دارو	.867	.051
تناوبی دارو	.472	.629
تداومی دارو	.432	.147

 

 

براساس داده­های جدول 6، چون در سطح اطمینان 95% و خطای اندازه­گیری 5%= ، برای کلیه متغیرها سطح معناداری 05/0Sig> محاسبه شد، لذا توزیع داده­ها نرمال است و جهت تجزیه و تحلیل استنباطی داده­ها، استفاده از آزمون­­های آماری پارامتریک مجاز است. القای دیابت سبب کاهش معنی­دار (839/70 %) بیان ژن PP2Ac بافت قلب نسبت به گروه کنترل سالم شد (P=0.000). که انجام تمرینات تداومی (P=0.009)، تناوبی دارو (P=0.004) و تداومی دارو (P=0.001) سبب افزایش معنی­دار این ژن در بافت قلب نسبت به رت­های گروه کنترل دیابت شد، انجام تمرینات تداومی اثر بهتری نسبت به تمرینات تناوبی در افزایش این ژن داشت و هم­چنین در گروه ترکیبی تمرین تدوامی و تناوبی به­همراه داروی آترواستاتین بهترین نتیجه حاصل شد و مقادیر به گروه کنترل سالم نزدیکتر بود (نمودار 1).

 

 

 

نمودار 1. مقایسه میانگین سطوح PP2Ac در گروه های مختلف پژوهش

*نشانه معنی­داری نسبت به گروه بیمار   ¥ نشانه معنی­داری نسبت به گروه سالم

 

هم­چنین در مورد بیان ژن GSK-3β بافت قلب رت­ها، با القای دیابت بیان این ژن نسبت به گروه کنترل سالم افزایش (79/99%) معنی­داری داشت (P=0.000). گروه تمرینات تداومی (P=0.046)، تمرینات تناوبی دارو (P=0.017) و تمرینات تداومی دارو (P=0.007) باعث کاهش معنی­دار این ژن نسبت به گروه کنترل دیابتی شدند. در مورد این ژن نیز اثر تمرین تداومی بهتر از تمرین تناوبی بود، هم­چنین بهترین نتیجه در گروه تمرین تداومی دارو بدست آمد (نمودار 2).

 

 

نمودار 2. مقایسه میانگین سطوح GSK-3β در گروه های مختلف پژوهش

*نشانه معنی­داری نسبت به گروه بیمار   ¥ نشانه معنی­داری نسبت به گروه سالم

 

 

بحث

هایپرگلایسمی یکی از عوارض دیابت است که با افزایش تشکیل ROS و AGE[8] سبب فعال­سازی NF-κB می­شود (17). ­هم­چنین، چن[9] و همکاران (2011) فعال­سازی سیگنالینگ NF-κB را با افزایش تخریب پروتئین عضله و با اختلال در تنظیم هموستاتیک توده عضلانی در دیابت مرتبط دانستند (18). هم­چنین افزایش سطح اینترلوکین­ها و سایتوکاین­هایی مانند TNF-α و IL-1β در پاسخ به فعال­سازی NF-κB سبب تشدید نوروپاتی و افزایش حساسیت به درد در نوروپاتی دیابتی می­شود (19)، بنابراین بکارگیری عواملی که به­­تواند تولید یا فعال­سازی آن­ها را مهار کند، ممکن است سبب تأخیر یا توقف عوارض ناشی از دیابت شوند. لذا در این پژوهش افزایش ژن PP2Ac و کاهش ژن GSK-3β بافت قلب رت­های دیابتی ناشی از انجام تمرینات تداومی و تناوبی به­همراه مصرف داروی آترواستاتین ممکن است با مهار فعال­سازی NF-κB از القای آپوپتوز و توسعه کاردیومیوپاتی چلوگیری نماید.

چنگ[10] و همکاران (2020) نشان دادند که فعالیت PP2A در اثر ضدآپوپتوز و ضدالتهاب فعالیت ورزشی منظم روی کاردیومیوسیت­های دیابت شرکت داشت (20). در پژوهش حاضر نیز تمرینات تداومی منظم کاهش به­وجود آمده در محتوای PP2A در اثر القای دیابت را تا حدودی جبران و به سطح PP2Ac موش­های سالم نزدیک کرد. این احتمال وجود دارد که فعالیت بدنی از این طریق منجر به مهار سیگنالینگ NF-κB شده و از پیشرفت کاردیومیوپاتی ناشی از دیابت جلوگیری نماید. PP2A یک پروتئین ضدالتهابی و ضدسرطان قوی در سلول­های پستانداران است (21). گزارش شده است که PP2A باعث مهارشدن فعالیت مسیر سیگنالینگ NF-κB با کاتالیزکردن دفسفوریلاسیون IKK، IjBa و P56، در نتیجه کاهش در ورود هسته­ای زیرواحدهای NF-κB و فعالیت رونویسی آن­ها می­شود (22).

از دیگر نتایج پژوهش، دیابت سبب افزایش معنی­دار بیان ژن GSK-3β بافت قلب رت­ها نسبت به گروه کنترل سالم شد. داروی آترواستاتین به­تنهایی تغییر معنی­داری در بیان این ژن نسبت به رت­های گروه دیابت ایجاد نکرد، درحالی­که آترواستاتین در ترکیب با تمرین تداومی و تمرین تناوبی سبب کاهش معنی­دار بیان ژن GSK-3β بافت قلب رت­های دیابتی شد. هم­چنین، القای دیابت سبب کاهش معنی­دار بیان ژن PP2Ac بافت قلب رت­ها نسبت به گروه کنترل سالم شد. داروی آترواستاتین به­تنهایی تغییر معنی­داری در بیان این ژن نسبت به رت­های گروه دیابت ایجاد نکرد، درحالی­که آترواستاتین در ترکیب با تمرین تداومی و تمرین تناوبی سبب افزایش معنی­دار بیان ژن PP2Ac بافت قلب رت­های دیابتی شد.

افزودن داروی آترواستاتین به فرایند درمان همراه با تمرین منظم ورزشی، باعث بهبود قابل ملاحظه میزان آسیب در بافت قلب موش­های دیابتی شده است. از طرف دیگر، با توجه به اینکه میزان بهبودی در گروه آترواستاتین، کمتر از گروه ترکیبی (آتورواستاتین+تمرین) بوده است، بنابراین می­توان بخشی از بهبودی میزان آسیب در گروه ترکیبی به اثرات مفید تمرین ورزشی منظم نسبت داد که به نظر می­رسد در حضور داروی آترواستاتین بروز کرده است، نشان داده شده است که داروی استاتینی علاوه بر کاهش کلسترول LDL، دارای اثرات گسترده­ای بر عملکرد عروقی هستند. این اثرات شامل کاهش اندوتلین-1 گردش خون، کاهش فعالیت عصبی سمپاتیک و کاهش گونه­های فعال اکسیژن است. استاتین­ها به­عنوان اتساع­دهنده­های عروقی عمل می­کنند و باعث افزایش فعالیت آنزیم نیتریک اکساید سنتتاز اندوتلیالی (eNOS)، تولید نیتریک اکساید (NO) و در نتیجه بهیود عملکرد اندوتلیال می­شوند (9). هم­چنین نشان داده شده است که این داروها باعث اعمال اثرات ضدالتهابی، ضداکسیدانی، رگ­زایی و پیشگیری از توسعه عوارض ناشی از دیابت بر بافت قلب می­گردند (23). ژیائو مین[11] و همکاران یافتند که 1) غیرفعال­سازی مداوم PP2Ac، ناشی از GSK-3β فعال­شده، در کاردیومیوسیت­های تحت درمان با گلوکز بالا منجر به فعال­سازی مداوم مسیر سیگنالینگ NF-кB و شروع آپوپتوز می­شود. 2) فسفوریلاسیون IKK/IкBα و انتقال هسته ی NF-кB در کاردیومیوسیت­های تحت درمان با گلوکز بالا به­طور قابل توجهی مهارشده بودند و آپوپتوز توسط درمان با آترواستاتین از طریق غیرفعال­سازی GSK-3β و متعاقب آن فعال­سازی PP2Ac کاهش یافت. 3) فعال­سازی GSK-3β، فسفوریلاسیون IKK/IкBα و انتقال هسته ای NF-кB، اما نه فعال­سازی PP2Ac در آزمودنی­های دیابتی تحت درمان

 

با آترواستاتین سرکوب شد. ناهنجاری­های بافت­شناسی، فیبروز، آپوپتوز و اختلال عملکرد قلب هم­چنین توسط تجویز آترواستاتین در آزمودنی­های دیابتی بهبود یافته بود (24).

آترواستاتین یک مهارکننده­ی ردوکتاز HMG-CoA است و به­عنوان داروی کاهنده­ی کلسترول استفاده می­شود. در مطالعات اخیر، این دارو پیشرفت DCM تجربی را، احتمالا با اثر حفاظتی در برابر آپوپتوز، و مستقل از خواص کاهش­دهنده­ی کلسترول کاهش داد (11). اثرات ضد آپوپتوتیک و محافظت قلبی آترواستاتین با مهار فعال­سازی پایدار سیگنالینگ NF-κB توضیح داده می­شود (24).

فعال­شدن GSK-3β ممکن است منجر به غیرفعال­شدن PP2Ac و متعاقب آن  فعال­سازی مداوم سیگنالینگ NF-κB شود. در واقع، فسفوریلاسیون IKK/IкBα و انتقال هسته­ای NF-κB در سلول­هایی که بیان GSK-3β خاموش شده بود کاهش یافتند. این منجر به کاهش فعال­شدن PP2Ac، در مقایسه با سلول­های کنترل، در پاسخ به قرار گرفتن در معرض گلوکز بالا می­شود. گزارش شده است که آترواستاتین از طریق غیرفعال­کردن GSK-3β باعث افزایش رشد نوریت در سلول­های عصبی قشر مغز می­شود. بنابراین، اثرات ضدآپوپتوتیک و محافظت قلبی آترواستاتین در کاردیومیوسیت­های کشت­شده با گلوکز بالا، و در یک مدل تجربی DCM ممکن است به غیرفعال­سازی GSK-3β و متعاقب آن فعال­سازی PP2Ac و هم­چنین به سرکوب فعال­سازی پایدار سیگنالینگ NF-κB بستگی داشته باشد. در مطالعه ژائو مین و همکاران فعالیت GSK-3β و فعال­سازی پایدار سیگنالینگ NF-κB به­طور قابل توجهی سرکوب شد، در حالی­که فعال­سازی PP2Ac، هم در کاردیومیوسیت­های کشت­شده با گلوکز بالا و هم در دیابت ملیتوس درمان­شده با آترواستاتین ترمیم شد (24).

نتیجه­گیری

در اثر القای دیابت بیان ژن­ GSK-3β افزایش معنی­دار و بیان ژن PP2Ac بافت قلب کاهش معنی­داری یافتند، که انجام تمرینات تداومی و تناوبی به­همراه مصرف داروی آترواستاتین این روند رو برعکس و به سطح بیان ژن گروه کنترل سالم نزدیک کرد. لذا این احتمال وجود دارد که فعالیت ورزشی منظم در ترکیب با مصرف داروی آترواستاتین بتواند از طریق افزایش ژن PP2Ac و کاهش ژن GSK-3β و مهار سیگنالینگ NF-κB از توسعه کاردیومیوپاتی که در اثر القای دیابت به­وجود آمد جلوگیری نماید و دارای اثر حفاظتی بر قلب رت­های دیابتی باشد.

تعارض منافع

نویسندگان مقاله تعارض در منافع ندارند

تشکر و قدردانی

بدین­وسیله، نویسندگان تشکر و قدردانی خود را از دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری اعلام می­دارند.

 

[1] Nizamutdinova

[2] Human embryonic kidney 293

[3] Neuro2a

[4] Dilated cardiomyopathy

 

[5] 3-Hydroxy-3-Methyl glutaryl CoA Reductase

[6] Low-density lipoprotein

[7] Streptozotocin

[8] Advanced glycation end-products

[9] Chen

[10] Cheng

[11] Xiao-min

مراجع

1. Alex Cleber Improta-Caria, Ricardo Augusto Leoni De Sousa, Leonardo Roever, Tiago Fernandes, Edilamar Menezes de Oliveira, Roque Aras Júnior, Bruno Solano de Freitas Souza. MicroRNAs in type 2 diabetes mellitus: potential role of physical exercise. Rev. Cardiovasc. Med. 2022; 23(1): 029.
2. Jokar M, Sherafati Moghadam2 M, Salesi M. The effect of endurance exercise on the content of AMPK and PGC-1α proteins in the left ventricular heart tissue of male rats with type2 diabetes. Iranian Journal of Diabetes and Metabolism; Vol. 19, No 5, 2020. [In persion].
3. Hölscher M, Bode C, Bugger H. Diabetic cardiomyopathy: does the type of diabetes matter?. International journal of molecular sciences 2016;17(12):1-10.
4. Kim JA, Jang HJ, Martinez-Lemus LA, Sowers JR. Activation of mTOR/p70S6 kinaseby ANG II inhibits insulin-stimulated endothelial nitric oxide synthase and vasodilation. American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism2011;302(2):201-8.
5. Jia G, Hill MA and Sowers JR. Diabetic Cardiomyopathy: an update of mechanisms contributing to this clinical entity. Circ. Res. 2018. 122 624–638.
6. Jia G, DeMarco VG, Sowers JR. Insulin resistance and hyperinsulinaemia in diabetic cardiomyopathy. Nature Reviews Endocrinology 2016;12(3):144-53.
7. Nizamutdinova IT, Guleria RS, Singh AB, Kendall JA Jr., Baker KM, Pan J. Retinoic acid protects cardiomyocytes from high glucose-induced apoptosis through inhibition of NF-kappaB signaling pathway. J Cell Physiol. 2013; 228(2):380±392.
8. Yao XQ, Zhang XX, Yin YY, Liu B, Luo DJ, Liu D, et al. Glycogen synthase kinase-3beta regulates Tyr307 phosphorylation of protein phosphatase-2A via protein tyrosine phosphatase 1B but not Src. Biochem J. 2011; 437(2):335±344.
9. Hanqing Zeng, Zhongtao Liu. Atorvastatin Induces Hepatotoxicity in Diabetic Rats via Oxidative Stress, Inflammation, and Anti-Apoptotic Pathway. Med Sci Monit, 2019; 25: 6165-6173.
10. Levadot J, Asahara T. Effects of statins on angiogenesis and vasculogenesis. Rev Esp Cardiol. 2012;55:838-44.
11. Abdel-Hamid AA, Firgany A. Atorvastatin alleviates experimental diabetic cardiomyopathy by suppressing apoptosis and oxidative stress. J Mol Histol. 2015; 46(4±5):337±345.
12. Jin Y, Sui HJ, Dong Y, Ding Q, Qu WH, Yu SX, et al. Atorvastatin enhances neurite outgrowth in cortical neurons in vitro via up-regulating the Akt/mTOR and Akt/GSK-3beta signaling pathways. Acta Pharmacol 2012; 33(7):861±872.
13. Improta-Caria AC, Aras R. Treinamento com Exercício Físicoe Doença de Chagas: Função Potencial dos MicroRNAs. Arquivos Brasileiros De Cardiologia. 2021; 117: 132–141.
14. Shawn Yongshun Wang, Siyu Zhu4 & Jian Wu, Maomao Zhang, Yousheng Xu, Wei Xu et al. Exercise enhances cardiac function by improving mitochondrial dysfunction and maintaining energy homoeostasis in the development of diabetic cardiomyopathy. Journal of Molecular Medicine. 2020. 10.1007/s00109-019-01861-2.
15. Seo DY et al. Aged garlic extract enhances exercise-mediated improvement of metabolic parameters in high fat diet-induced obese rats. Nutr Res Pract. 2012. 6(6):513–519
16. Seo DY, Lee SR, Kim N, Ko KS, Rhee BD, Han J. Agerelated changes in skeletal muscle mitochondria: the role of exercise. Integr Med Res. 2016. 5(3):182–186
17. Oyenihi AB, Ayeleso AO, Mukwevho E, Masola B. Antioxidant
18. strategies in the management of diabetic neuropathy. Biomed Res Int 2015; 2015: 515042.
19. Chen SL, Hu ZY, Zuo GF, Li MH, Li B. I(f) current channel inhibitor (ivabradine) deserves cardioprotective effect via down-regulating the expression of matrix metalloproteinase (MMP)-2 and attenuating apoptosis in diabetic mice. BMC Cardiovasc Disord. 2014; 14:150.
20. Kempuraj D, Thangavel R, Natteru PA, Selvakumar GP, Saeed D, Zahoor H, et al. Neuroinflammation induces neurodegeneration. J Neurol Neurosurg Spine 2016; 1: 1003.
21. Cheng G, Li L. High-glucose-induced apoptosis, ROS production and pro-inflammatory response in cardiomyocytes is attenuated by metformin treatment via PP2A activation. J Biosci (2020) 45:126.
22. Enjoji S and Ohama T. The role of protein phosphatase 2A in inflammation and cancer. Nihon Yakurigaku Zasshi. 2017. 149 208–212.
23. Nakajima S and Kitamura M. Bidirectional regulation of NF-jB by reactive oxygen species: a role of unfolded protein response. Free Radic. Biol. Med. 2013. 65 162–174.
24. Mehrad H, Mokhtari-Dizaji M, Ghanaati H. Effect of high-dose atorvastatin on advanced soft atherosclerotic plaque in rabbit carotid artery using ultrasonographic and histological methods. Feyz 2014; 18(1): 9-22
25. Ren X-m, Zuo G-f, Wu W, Luo J, Ye P, Chen S-l, et al. Atorvastatin Alleviates Experimental Diabetic Cardiomyopathy by Regulating the GSK-3β-PP2Ac-NF-κB Signaling Axis. PLoS ONE. 2016. 11(11): e0166740