Журнал "Гастроэнтерология" Том 57, №3, 2023

Актуальність. Клітинні та молекулярні механізми, що лежать в основі шлунково-кишкових ускладнень при цукровому діабеті 2 типу (ЦД2), можуть включати накопичення неправильно згорнутих білків в ендоплазматичному ретикулумі, що порушує білковий гомеостаз і активує сигнальний шлях, який називається відповіддю на незгорнуті білки (ВНБ). Мета дослід­ження: оцінити стан системи ВНБ у гландулоцитах шлунка щурів при цукровому діабеті 2 типу та при лікуванні метформіном і пропіонатом. Матеріали та методи. Лікування щурів з індукованим ЦД2 проводили метформіном, пропіонатом та комбінацією цих препаратів. Рівні GRP78, ATF6, PERK, IRE1 оцінювали за допомогою вестерн-блоту та імуногістохімічного дослідження зрізів. Результати. При ЦД2 встановлено збільшення вмісту GRP78 відносно контролю. Призначення метформіну й пропіонату призводило до зростання GRP78, при комбінованій терапії він був на рівні групи ЦД2. Виявлено збільшення концентрації ATF6 у щурів із ЦД2, призначення всіх схем лікування сприяло його подальшому зростанню. Уміст PERK при діабеті перевищував показники контролю, а використання пропіонату викликало його зниження до рівня контрольної групи. Імуногістохімічне дослідження виявило тенденцію до збільшення інтенсивності імунореакції до GRP78 у щурів із ЦД2. При лікуванні метформіном зафіксовано інтенсивну імунореакцію до GRP78. У щурів із ЦД2 загальною тенденцією було істотне збільшення експресії ATF6. ­Висновки. Уведення комбінації метформіну і пропіонату привело до суттєвого зменшення вмісту GRP78, що може свідчити про позитивний ефект вказаної терапії. Отримано нові дані щодо впливу пропіонової кислоти на ВНБ у шлунку, які можуть бути корисними при розробці можливих стратегій лікування ускладнень гастропатії, викликаної діабетом.

Background. The cellular and molecular mechanisms underlying gastrointestinal complications caused by type 2 diabetes mellitus (T2DM) may involve accumulation of misfolded proteins in the endoplasmic reticulum that disrupts protein homeostasis and activates a signaling pathway termed the unfolded protein response (UPR). The goal of the present study was to assess the state of the UPR system in gastric glandulocytes of untreated and metformin- and propionate-treated T2DM rats. Materials and methods. Rats with induced T2DM received metformin, propionate, and their combination. Analysis of the levels of 78-kDa glucose-regulated protein (GRP78), activating transcription factor 6 (ATF6), protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase (PERK), and inositol-requiring enzyme 1 (IRE1) was performed by Western blotting and immunohistochemical assessment of slices. Results. In T2DM rats, an increase in GRP78 vs. control (normal) group was found. Metformin and propionate treatment led to an increase in GRP78; under combination therapy, its content was registered at the level in untreated T2DM group. An increase in the ATF6 in T2DM rats was found, and all treatment regimens contributed to its growth. The PERK level in T2DM rats exceeded that in controls, and propionate treatment caused its decrease to the level observed in control group. An immunohistochemical assessment revealed a tendency to increase the intensity of immunoreaction for GRP78 in T2DM rats. With metformin treatment, an intensive immunoreaction for GRP78 was revealed. The general trend in T2DM rats was a significant increase in ATF6 expression. Conclusions. Combination treatment with metformin and propionate led to a significant decrease in GRP78, which may indicate a positive effect of such therapy. New data on propionic acid effect on UPR in the stomach have been obtained that may be beneficial for developing possible treatment strategies in complications of gastropathy caused by diabetes.

метформін; пропіонат; стрес ендоплазматичного ретикулуму; гастропатія; експериментальна модель цукрового діабету

metformin; propionate; endoplasmic reticulum stress; gastropathy; experimental diabetes mellitus model

1. Meldgaard T., Olesen S.S., Farmer A.D. et al. Diabetic Ente–ropathy: From Molecule to Mechanism-Based Treatment. J Diabetes Res. 2018. 2018. 3827301. doi: 10.1155/2018/3827301.
2. Li L., Wang L., Long R., Song L., Yue R. Prevalence of gastroparesis in diabetic patients: a systematic review and meta-analysis. Sci Rep. 2023. 13(1). 14015. doi: 10.1038/s41598-023-41112-6.
3. Falavigna M., Stein P.C., Flaten G.E., di Cagno M.P. Impact of Mucin on Drug Diffusion: Development of a Straightforward in Vitro Method for the Determination of Drug Diffusivity in the Presence of Mucin. Pharmaceutics. 2020. 12(2). 168. doi: 10.3390/pharmaceutics12020168.
4. Ney L.M., Wipplinger M., Grossmann M., Engert N., Wegner V.D., Mosig A.S. Short chain fatty acids: key regulators of the local and systemic immune response in inflammatory diseases and infections. Open Biol. 2023. 13(3). 230014. doi: 10.1098/rsob.230014.
5. Zhou M., Li D., Xie K. et al. The short-chain fatty acid propionate improved ventricular electrical remodeling in a rat model with myocardial infarction. Food Funct. 2021. 12(24). 12580-12593. doi: 10.1039/d1fo02040d.
6. Haghikia A., Zimmermann F., Schumann P. et al. Propionate attenuates atherosclerosis by immune-dependent regulation of intestinal cholesterol metabolism. Eur Heart J. 2022. 43(6). 518-533. doi: 10.1093/eurheartj/ehab644.
7. Dürholz K., Schmid E., Frech M. et al. Microbiota-Derived Propionate Modulates Megakaryopoiesis and Platelet Function. Front Immunol. 2022. 13. 908174. doi: 10.3389/fimmu.2022.908174.
8. Natrus L., Osadchuk Y., Lisakovska O. et al. Regulation of the apoptosis/autophagy switch by propionic acid in ventromedial hypothalamus of rats with type 2 diabetes mellitus. Heliyon. 2022. 8(11). e11529. doi: 10.1016/j.heliyon.2022.e11529.
9. Al-Salem H.S., Al-Yousef H.M., Ashour A.E. et al. Antioxidant and hepatorenal protective effects of bee pollen fractions against propio–nic acid-induced autistic feature in rats. Food Sci Nutr. 2020. 8(9). 5114-5127. doi: 10.1002/fsn3.1813.
10. Fusco W., Lorenzo M.B., Cintoni M. et al. Short-Chain Fatty-Acid-Producing Bacteria: Key Components of the Human Gut Microbiota. Nutrients. 2023. 15(9). 2211. doi: 10.3390/nu15092211.
11. Natrus L., Osadchuk Yu., Labudzinskyi D., Tchaikovsky Yu., Smirnov A. The pathogenetic rationale the ways of experimental type 2 diabetes mellitus modeling. Medical Science of Ukraine. 2019. 15(3–4). 10-8. doi: 10.32345/2664-4738.3-4.2019.02.
12. Grabovoy O.M., Yaremenko L.M. Method for quantitative assessment of immunohistochemical reactions. 2021. Utility model patent 147216, G01N 33/48 (2006.01), G01N 33/53 (2006.01). Available from: http://ir.librarynmu.com/handle/123456789/5372.
13. Wiseman R.L., Mesgarzadeh J.S., Hendershot L.M. Reshaping endoplasmic reticulum quality control through the unfolded protein response. Mol Cell. 2022. 82(8). 1477-1491. doi: 10.1016/j.molcel.2022.03.025.
14. Bashir S., Banday M., Qadri O. et al. The molecular mechanism and functional diversity of UPR signaling sensor IRE1. Life Sci. 2021. 265. 118740. doi: 10.1016/j.lfs.2020.118740.
15. Natrus L.V., Osadchuk Y.S., Lisakovska O.O. et al. Effect of propionic acid on diabetes-induced impairment of unfolded protein response signaling and astrocyte/microglia crosstalk in rat ventromedial nucleus of the hypothalamus. Neural Plast. 2022. 2022. 6404964. doi: 10.1155/2022/6404964.
16. Chen C., Kassan A., Castañeda D., Gabani M., Choi S.K., Kassan M. Correction: Metformin prevents vascular damage in hypertension through the AMPK/ER stress pathway. Hypertens Res. 2022. 45(12). 2031. doi: 10.1038/s41440-022-01027-7.
17. Giusti L., Tesi M., Ciregia F. et al. The Protective Action of Metformin against Pro-Inflammatory Cytokine-Induced Human Islet Cell Damage and the Mechanisms Involved. Cells. 2022. 11(15). 2465. doi: 10.3390/cells11152465.
18. Song L., Sun Q., Zheng H. et al. Roseburia hominis Allevia–tes Neuroinflammation via Short-Chain Fatty Acids through Histone Deacetylase Inhibition. Mol Nutr Food Res. 2022. 66(18). e2200164. doi: 10.1002/mnfr.202200164.
19. Duscha A., Gisevius B., Hirschberg S. et al. Propionic Acid Shapes the Multiple Sclerosis Disease Course by an Immunomodulatory Mechanism. Cell. 2020. 180(6). 1067-1080.e16. doi: 10.1016/j.cell.2020.02.035.
20. Xie Y., Zou X., Han J. et al. Indole-3-propionic acid allevia–tes ischemic brain injury in a mouse middle cerebral artery occlusion model. Exp Neurol. 2022. 353. 114081. doi: 10.1016/j.expneurol.2022.114081.
21. Hoyles L., Snelling T., Umlai U.K. et al. Microbiome-host systems interactions: protective effects of propionate upon the blood-brain barrier. Microbiome. 2018. 6(1). 55. 2018 Mar 21. doi: 10.1186/s40168-018-0439-y.