Коригувальний вплив цитратів хрому і цинку на NO-синтазну активність еритроцитів щурів зі стрептозотоциновим діабетом

О. М. Слівінська¹, Р. Я. Іскра²

Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

¹ВНКЗ ЛОР «Львівська медична академія імені Андрея Крупинського»,
вул. Дорошенка, 70, м. Львів, 79007, Україна

²Інститут біології тварин НААН,
вул. В. Стуса, 38, м. Львів, 79034, Україна

Метою досліджень було дослідити вплив цитратів хрому і цинку на NO-синтазну (NOS) активність еритроцитів щурів зі стрептозотоциновим діабетом. Було проведено три серії досліджень. Щурів першої та другої серій досліджень розділили на чотири групи (І — контрольна, ІІ, ІІІ і ІV — дослідні) по 7 тварин у кожній. Протягом чотирьох тижнів до основного раціону тварин ІІІ і ІV груп у першій серії досліджень з водою додавали цитрат хрому в кількостях 10 і 25 мкг Сr³⁺/кг маси тіла, у другій серії досліджень — цитрат цинку у кількостях 20 і 50 мг Zn²⁺/кг маси тіла відповідно. У третій серії досліджень тваринам ІІІ групи сумісно із водою додавали цитрат хрому в кількості 25 мкг Сr³⁺/кг і цитрат цинку — 50 мг Zn²⁺/кг. Щури ІІ дослідної групи в усіх серіях досліджень споживали чисту воду без цитратів. Через місяць у тварин усіх дослідних груп на тлі 24-годинного голодування провокували експериментальний цукровий діабет одноразовим внутрішньоочеревинним введенням стрептозотоцину з розрахунку 65 мг/кг маси тіла з попереднім введенням нікотинаміду (230 мг/кг). Для експерименту використовували тварин з концентрацією глюкози від 14 ммоль/л. Матеріалом для досліджень була кров щурів, у якій визначали концентрацію глюкози і відносний вміст глікозильованого гемоглобіну, в еритроцитах — NO-синтазну активність: загальну, індуцибельну та конститутивну. У результаті проведених досліджень встановлено, що за умов стрептозотоцин-індукованого експериментального діабету в еритроцитах щурів ІІ дослідної групи в обох серіях досліджень підвищувалася активність загальної та індуцибельної NOS, тоді як активність конститутивної NOS вірогідно не змінювалася щодо тварин контрольної групи. Введення до раціону тварин цитратів хрому і цинку як окремо, так і сумісно призводило до зниження загальної та індуцибельної NOS-активності порівняно з показниками тварин ІІ групи зі стрептозотоциновим діабетом, що свідчить про позитивний вплив досліджуваних мікроелементів на NOS-активність в еритроцитах щурів. Таким чином, застосування цитратів хрому і цинку до раціону щурів із цукровим діабетом має корегувальний вплив на активність NOS, що може зменшувати згубний вплив гіперглікемії на розвиток оксидативно-нітрозативного стресу.

Ключові слова: щури, цукровий діабет, цитрати, цинк, хром, еритроцити, нітроген оксид, NO-синтаза

1. Bardsley JK, Want LL. Overview of diabetes. Critical Care Nursing Quarterly. 2004; 27 (2): 106‒112. https://doi.org/10.1097/00002727-200404000-00002
2. Bharti SK, Singh SK. Metal based drugs: current use and future potential. Der Pharmacia Lettre. 2009; 1 (2): 39‒51. Available at: https://www.researchgate.net/publication/267961271
3. Bhattacharya S, Chakraborty Patra S, Basu Roy S, Kahn NN, Sinha AK. Purification and properties of insulin-activated nitric oxide synthase from human erythrocyte membranes. Arch. Physiol. Biochem. 2001; 109 (5): 441–449. https://doi.org/10.1076/apab.109.5.441.8042
4. Birgani GA, Ahangarpour A, Khorsandi L, Moghaddam HF. Anti-diabetic effect of betulinic acid on streptozotocinnicotinamide induced diabetic male mouse model. Braz. J. Pharm. Sci. 2018; 54 (2): e17171. https://doi.org/10.1590/s2175-97902018000217171
5. Cockcroft JR, Webb DJ, Wilkinson IB. Arterial stiffness, hypertension and diabetes mellitus. J. Hum. Hypertens. 2000; 14: 377‒380. https://doi.org/10.1038/sj.jhh.1001023
6. Dejam A, Hunter CJ, Pelletier MM, Hsu LL, Machado RF, Shiva S, Power GG, Kelm M, Gladwin MT, Schechter AN. Erythrocytes are the major intravascular storage sites of nitrite in human blood. Blood. 2005; 106 (2): 734‒739. https://doi.org/10.1182/blood-2005-02-0567
7. Doddigarla Z, Parwez I, Abidi S, Ahmad J. Effect of chromium picolinate and melatonin either in single or in a combination in alloxan induced male Wistar rats. J. Biomedical Sci. 2016; 6: 1. https://doi.org/10.4172/2254-609X.100051
8. Drel VR. The main mechanisms of the onset and development of diabetic complications: the role of nitric stress. Biol. Stud. 2010; 4 (2): 141–158. https://doi.org/10.30970/sbi.0402.085
9. Dunn MF. Zinc-ligand interactions modulate assembly and stability of the insulin hexamer — a review. Biometals. 2005; 18: 295‒303. https://doi.org/10.1007/s10534-005-3685-y
10. Hadwan MH, Almashhedy LA, Alsalman ARS. Study of the effects of oral zinc supplementation on peroxynitrite levels, arginase activity and NO synthase activity in seminal plasma of Iraqi asthenospermic patients. Reprod. Biol. Endocrinol. 2014; 12: 1. https://doi.org/10.1186/1477-7827-12-1
11. Heltianu C, Guja C. Role of nitric oxide synthase family in diabetic neuropathy. J. Diabetes Metab. 2011; S5: 002. https://doi.org/10.4172/2155-6156.S5-002
12. Higaki Y, Hirshman MF, Fujii N, Goodyear LJ. Nitric oxide increases glucose uptake through a mechanism that is distinct from the insulin and contraction pathways in rat skeletal muscle. Diabetes. 2001; 50 (2): 241–247. https://doi.org/10.2337/diabetes.50.2.241
13. James PE, Lang D, Tufnell-Barret T, Milsom AB, Frenneaux MP. Vasorelaxation by red blood cells and impairment in diabetes. Circ. Res. 2004; 94 (7): 976–983. https://doi.org/10.1161/01.RES.0000122044.21787.01
14. Kahn NN, Acharya K, Bhattacharya S, Acharya R, Mazumder S, Bauman WA, Sinha AK. Nitric oxide: the “second messenger” of insulin. IUBMB Life. 2000; 49 (5): 441–450. https://doi.org/10.1080/152165400410308
15. Kleinbongard P, Schulz R, Rassaf T, Lauer T, Dejam A, Jax T, Kumara I, Gharini P, Kabanova S, Özüyaman B, Schnürch HG, Gödecke A, Weber AA, Robenek M, Robenek H, Bloch W, Rösen P, Kelm M. Red blood cells express a functional endothelial nitric oxide synthase. Blood. 2006; 107 (7): 2943–2951. https://doi.org/10.1182/blood-2005-10-3992
16. Kopilas MA, Dang LNT, Anderson HDI. Effect of dietary chromium on resistance artery function and nitric oxide signaling in the sucrose-fed spontaneously hypertensive rat. J. Vasc. Res. 2007; 44 (2): 110–118. https://doi.org/10.1159/000098483
17. Kosiakova GV, Gulaya NN. The N-stearoylethanolamine effect on the NO-synthase way of nitrogen oxide formation and phospholipid composition of erythrocyte membranes in rats with streptozotocine diabetes. Ukr. Biochem. J., 2007; 79 (6): 53–59. Available at: http://ubj.biochemistry.org.ua/index.php/journal-archiveac/2007qq/6-gfs/4428-n-no (in Ukrainian)
18. Li H, Raman CS, Glaser CB, Blasko E, Young TA, Parkinson JF, Whitlow M, Poulos TL. Crystal structures of zinc-free and -bound heme domain of human inducible nitric-oxide synthase. Implications for dimer stability and comparison with endothelial nitric-oxide synthase. J. Biol. Chem. 1999; 274: 21276–21284. https://doi.org/10.1074/jbc.274.30.21276
19. Mitchell DA, Erwin PA, Michel T, Marletta MA. S-nitrosation and regulation of inducible nitric oxide synthase. Biochemistry. 2005; 44 (12): 4636–4647. https://doi.org/10.1021/bi0474463
20. Niedowicz DM, Daleke D. The role of oxidative stress in diabetic complications. Cell Biochem. Biophys. 2005; 43: 289–330. https://doi.org/10.1385/CBB:43:2:289
21. Panchyshyn OB, Panasyuk NB, Biletska LP, Sklyarov AY. The changes of NO-synthases and arginase activity in pancreatic tissue under conditions of L-arginine and aminoguanidine administration in streptozocin-induced hyperglycemia. Tavriya Medical and Biological Messenger. 2012; 15 (3/1 (59)): 260–262. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/44702 (in Ukrainian)
22. Pari L, Uma Maheswari J. Hypo-glycemic effect of Musa sapientum L. in alloxan-induced diabetic rats. J. Ethnopharmacol. 1999; 68 (3): 321–325. https://doi.org/10.1016/S0378-8741(99)00088-4
23. Seven A, Güzel S, Seymen O, Civelek S, Bolayirli M, Yigit G, Burçak G. Nitric oxide synthase inhibition by L-NAME in streptozotocin induced diabetic rats: impacts on oxidative stress. Tohoku J. Exp. Med. 2003; 199 (4): 205–210. https://doi.org/10.1620/tjem.199.205
24. Shrivastava R, Upreti RK, Seth PK, Chaturvedi UC. Effects of Chromium on the immune system. FEMS Immunol. Med. Microbiol. 2002; 34 (1): 1–7. https://doi.org/10.1111/j.1574-695X.2002.tb00596.x
25. Stuehr DJ, Griffith OW. Mammalian nitric oxide synthases. In: Meister A (ed.). Advances in Enzymology and Related Areas of Molecular Biology. 1992; 65: 287–346. https://doi.org/10.1002/9780470123119.ch8
26. Sumbaev VV, Yasynskaya IN. The effect of DDT on the nitric oxide synthase activity in the liver, lungs and brain of rats. Modern Problems of Toxicology. 2000; 3: 3–7. Available at: http://medved.kiev.ua/arhiv_mg/st_2000/00_3_1.htm (in Russian)
27. Szabó C, Ischiropoulos H, Radi R. Peroxynitrite: biochemistry, pathophysiology and development of therapeutics. Nat. Rev. Drug. Discov. 2007; 6: 662–680. https://doi.org/10.1038/nrd2222
28. Tian L, Lawrence DA. Metal-induced modulation of nitric oxide production in vitro by murine macrophages: lead, nickel, and cobalt utilize different mechanisms. Toxicol. Appl. Pharmacol. 1996; 141 (2): 540–547. https://doi.org/10.1006/taap.1996.0320
29. Van den Oever I, Raterman HG, Nurmohamed MT, Simsek S. Endothelial dysfunction, inflammation, and apoptosis in diabetes mellitus. Mediators of Inflammation. 2010: 792393. https://doi.org/10.1155/2010/792393
30. Vitak TY, Wasser SP, Nevo E, Sybirna NO. Effect of medicinal mushrooms on L-arginine/NO system in red blood cells of streptozotocin-induced diabetic rats. Advances in Diabetes and Metabolism. 2016; 4 (2): 25–31. https://doi.org/10.13189/adm.2016.040201 Available at: http://www.hrpub.org/journals/article_info.php?aid=3642
31. Wolff SP, Jiang ZY, Hunt JV. Protein glycation and oxidative stress in diabetes mellitus and ageing. Free Radic. Biol. Med. 1991; 10 (5): 339–352. https://doi.org/10.1016/0891-5849(91)90040-A
32. Yamamoto A, Wada O, Manabe S. Evidence that chromium is an essential factor for biological activity of low-molecular weight chromium-binding substance. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1989; 163 (1): 189–193. https://doi.org/10.1016/0006-291X(89)92119-0
33. Yamaoka J, Kume T, Akaike A, Miyachi Y. Suppressive effect of zinc ion on iNOS expression induced by interferon-γ or tumor necrosis factor-α in murine keratinocytes. J. Dermatol. Sci. 2000; 23 (1): 27–35. https://doi.org/10.1016/S0923-1811(99)00062-6