Ukr.Biochem.J. 2024; Том 96, № 2, березень-квітень, c. 38-50

doi: https://doi.org/10.15407/ubj96.02.038

Стан вітамін D(3) ауто-/паракринної системи головного мозку щурів в залежності від забезпеченості організму вітаміном D(3) за експериментального цукрового діабету 2 типу

08.05.2024   Uncategorized   No comments

І. О. Шиманський1*, О. О. Лісаковська1, А. В. Хоменко1,
Л. В. Яницька2, М. М. Великий1

1Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ, Україна;
2Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, Київ, Україна;
*e-mail: ihorshym@gmail.com

Отримано: 29 січня 2024; Виправлено: 08 березня 2024;
Затверджено: 11 березня 2024; Доступно онлайн: 30 квітня 2024

Гормонально активна форма вітаміну D3 (1,25(OH)2D3) є пара- і аутокринним нейростероїдним регулятором, який відіграє важливу роль у функціонуванні нервової системи. На експериментальній моделі цукрового діабету 2 типу (ЦД2) було досліджено стан забезпеченості тваринного організму вітаміном D3 (за рівнем 25OHD3), а також залежність між пулом циркулюючого 25OHD3 та його рівнем у тканині головного мозку щурів. Виявлено суттєве зниження вмісту 25ОНD3 у сироватці крові, що корелювало зі зниженням вмісту цього метаболіту у нервовій тканині. Порушення D3-вітамінного статусу діабетичних тварин супроводжувалось змінами експресії ключових компонентів вітамін D3 ауто-/паракринної системи. Показано підвищення рівня мРНК та протеїну 25OHD lα-гідроксилази (CYP27B1) під час зниження експресії вітамін D3-24-гідроксилази (CYP24A1), що відповідно забезпечують локальне утворення та деградацію у нервовій тканині гормонально активної форми вітаміну – 1,25(OH)2D3. Крім того, рівень експресії рецептору вітаміну D3 (VDR), через який реалізуються ауто-/паракринні ефекти 1,25(OH)2D3 у головному мозку, істотно знижувався за ЦД. Продемонстровано коригувальну дію вітаміну D3 на забезпеченість організму тварин вітаміном D3, його біодоступність у ЦНС та рівень експресії CYP27BI, CYP24A1 та VDR у головному мозку щурів за ЦД2.

Ключові слова: , , , ,

Посилання:

  1. Eizirik DL, Pasquali L, Cnop M. Pancreatic β-cells in type 1 and type 2 diabetes mellitus: different pathways to failure. Nat Rev Endocrinol. 2020;16(7):349-362. PubMed, CrossRef
  2. Sanaye MM, Kavishwar SA. Diabetic Neuropathy: Review on Molecular Mechanisms. Curr Mol Med. 2023;23(2):97-110. PubMed, CrossRef
  3. Pickering J, Wong R, Al-Salami H, Lam V, Takechi R. Cognitive Deficits in Type-1 Diabetes: Aspects of Glucose, Cerebrovascular and Amyloid Involvement. Pharm Res. 2021;38(9):1477-1484. PubMed, CrossRef
  4. Hamzé R, Delangre E, Tolu S, Moreau M, Janel N, Bailbé D, Movassat J. Type 2 Diabetes Mellitus and Alzheimer’s Disease: Shared Molecular Mechanisms and Potential Common Therapeutic Targets. Int J Mol Sci. 2022;23(23):15287. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  5. An Y, Xu BT, Wan SR, Ma XM, Long Y, Xu Y, Jiang ZZ. The role of oxidative stress in diabetes mellitus-induced vascular endothelial dysfunction. Cardiovasc Diabetol. 2023;22(1):237. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  6. Batista TM, Haider N, Kahn CR. Defining the underlying defect in insulin action in type 2 diabetes. Diabetologia. 2021;64(5):994-1006. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  7. Gholamhosseinian A, Abbasalipourkabir R, Ziamajidi N, Sayadi M, Sayadi K. The anti-inflammatory effect of omega-3 polyunsaturated fatty acids dramatically decreases by iron in the hippocampus of diabetic rats. Life Sci. 2020;245:117393. PubMed, CrossRef
  8. Khaleghi-Mehr M, Delshad AA, Shafie-Damavandi S, Roghani M. Metformin mitigates amyloid β1-40-induced cognitive decline via attenuation of oxidative/nitrosative stress and neuroinflammation. Metab Brain Dis. 2023;38(4):1127-1142. PubMed, CrossRef
  9. Muriach M, Flores-Bellver M, Romero FJ, Barcia JM. Diabetes and the brain: oxidative stress, inflammation, and autophagy. Oxid Med Cell Longev. 2014;2014:102158. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  10. Luo JS, Ning JQ, Chen ZY, Li WJ, Zhou RL, Yan RY, Chen MJ, Ding LL. The role of mitochondrial quality control in cognitive dysfunction in diabetes. Neurochem Res. 2022;47(8):2158-2172. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  11. Saha D, Paul S, Gaharwar U, Priya A, Neog A, Singh A, Bk B. Cdk5-mediated brain unfolded protein response upregulation associated with cognitive impairments in type 2 diabetes and ameliorative action of NAC. ACS Chem Neurosci. 2023; 14(15): 2761-2774.
  12. Anirudhan A, Ahmad SF, Emran TB, Angulo-Bejarano PI, Sharma A, Ahmed SSSJ. Comparative Efficacy of Metformin and Glimepiride in Modulating Pharmacological Network to Increase BDNF Levels and Benefit Type 2 Diabetes-Related Cognitive Impairment. Biomedicines. 2023;11(11):2939. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  13. Saponaro F, Saba A, Zucchi R. An Update on Vitamin D Metabolism. Int J Mol Sci. 2020;21(18):6573. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Shymanskyi IO, Lisakovska OO, Mazanova AO, Veliky MM. Vitamin D in transcriptional regulation of immune response and inflammation. Adv Med Biol. 2021;183:1-83.
  15. Mesinovic J, Mousa A, Wilson K, Scragg R, Plebanski M, de Courten M, Scott D, Naderpoor N, de Courten B. Effect of 16-weeks vitamin D replacement on calcium-phosphate homeostasis in overweight and obese adults. J Steroid Biochem Mol Biol. 2019;186:169-175. PubMed, CrossRef
  16. Martens PJ, Gysemans C, Verstuyf A, Mathieu AC. Vitamin D’s effect on immune function. Nutrients. 2020;12(5):1248. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  17. Christakos S, Dhawan P, Verstuyf A, Verlinden L, Carmeliet G. Vitamin D: Metabolism, Molecular Mechanism of Action, and Pleiotropic Effects. Physiol Rev. 2016;96(1):365-408. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  18. Plantone D, Primiano G, Manco C, Locci S, Servidei S, De Stefano N. Vitamin D in neurological diseases. Int J Mol Sci. 2022;24(1):87. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  19. Pertile RAN, Brigden R, Raman V, Cui X, Du Z, Eyles D. Vitamin D: A potent regulator of dopaminergic neuron differentiation and function. J Neurochem. 2023;166(5):779-789. PubMed, CrossRef
  20. Alqudah M, Khanfar M, Alfaqih MA, Al-Shboul O, Ghazi Al-U’Datt D, Al-Dwairi A, Allouh M. Correlation between vitamin D and serum brain derived neurotropic factor levels in type 2 diabetes mellitus patients. Biomed Rep. 2022;16(6):54. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  21. Moretti R, Morelli ME, Caruso P. Vitamin D in neurological diseases: a rationale for a pathogenic impact. Int J Mol Sci. 2018;19(8):2245. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  22. Peeyush KT, Savitha B, Sherin A, Anju TR, Jes P, Paulose CS. Cholinergic, dopaminergic and insulin receptors gene expression in the cerebellum of streptozotocin-induced diabetic rats: functional regulation with Vitamin D3 supplementation. Pharmacol Biochem Behav. 2010;95(2):216-222. PubMed, CrossRef
  23. Cui C, Cui J, Jin F, Cui Y, Li R, Jiang X, Tian Y, Wang K, Jiang P, Gao J. Induction of the Vitamin D Receptor Attenuates Autophagy Dysfunction-Mediated Cell Death Following Traumatic Brain Injury. Cell Physiol Biochem. 2017;42(5):1888-1896. PubMed, CrossRef
  24. Farhangi MA, Mesgari-Abbasi M, Nameni G, Hajiluian G, Shahabi P. The effects of vitamin D administration on brain inflammatory markers in high fat diet induced obese rats. BMC Neurosci. 2017;18(1):81. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  25. Gooch H, Cui X, Anggono V, Trzaskowski M, Tan MC, Eyles DW, Burne THJ, Jang SE, Mattheisen M, Hougaard DM, Pedersen BN, Cohen A, Mortensen PB, Sah P, McGrath JJ. 1,25-Dihydroxyvitamin D modulates L-type voltage-gated calcium channels in a subset of neurons in the developing mouse prefrontal cortex. Transl Psychiatry. 2019;9(1):281. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  26. Almeida Moreira Leal LK, Lima LA, Alexandre de Aquino PE, Costa de Sousa JA, Jataí Gadelha CV, Felício Calou IB, Pereira Lopes MJ, Viana Lima FA, Tavares Neves KR, Matos de Andrade G, Socorro de Barros Viana G. Vitamin D (VD3) antioxidative and anti-inflammatory activities: Peripheral and central effects. Eur J Pharmacol. 2020;879:173099. PubMed, CrossRef
  27. Sui A, Xu Y, Pan B, Guo T, Wu J, Shen Y, Yang J, Guo X. Histone demethylase KDM6B regulates 1,25-dihydroxyvitamin D3-induced senescence in glioma cells. J Cell Physiol. 2019;234(10):17990-17998. PubMed, CrossRef
  28. Grygorieva N, Tronko M, Kovalenko V, Komisarenko S, Tatarchuk T, Dedukh N, Veliky M, Strafun S, Komisarenko Y, Kalashnikov A, Orlenko V, Pankiv V, Shvets O, Gogunska I, Regeda S. Ukrainian Consensus on Diagnosis and Management of Vitamin D Deficiency in Adults. Nutrients. 2024;16(2):270. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  29. Mazanova A, Shymanskyi I, Lisakovska O, Hajiyeva L, Komisarenko Y, Veliky M. Effects of Cholecalciferol on Key Components of Vitamin D-Endo/Para/Autocrine System in Experimental Type 1 Diabetes. Int J Endocrinol. 2018;2018:2494016. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  30. Shymanskyi I, Mazanova A, Lisakovska O, Labudzynskyi D, Makarova O, Komisarenko Yu, Veliky М. The role of vitamin D auto /paracrine system in the development of metabolic inflammation of liver tissue in experimental type 2 diabetes. Endokrynologia. 2021;26(3):271-280. CrossRef
  31. Natrus LV, Osadchuk YuS, Lisakovska OO, Labudzinskyi DO, Klys YuG, Chaikovsky YuB. 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. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  32. Mazanova AO, Shymanskyy IO, Veliky MM. Development and validation of immunoenzyme test-system for determination of 25-hydroxyvitamin D in blood serum. Biotechnol Acta. 2016;9(2):28-36. CrossRef
  33. Livak KJ, Schmittgen TD. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(−ΔΔC(T)) method. Methods. 2001; 25(4): 402-408. PubMed, CrossRef
  34. Bivona G, Gambino CM, Lo Sasso B, Scazzone C, Giglio RV, Agnello L, Ciaccio M. Serum Vitamin D as a Biomarker in Autoimmune, Psychiatric and Neurodegenerative Diseases. Diagnostics (Basel). 2022;12(1):130. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  35. Pop TL, Sîrbe C, Benţa G, Mititelu A, Grama A. The Role of Vitamin D and Vitamin D Binding Protein in Chronic Liver Diseases. Int J Mol Sci. 2022;23(18):10705. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  36. Langer-Gould A, Lucas RM, Xiang AH, Wu J, Chen LH, Gonzales E, Haraszti S, Smith JB, Quach H, Barcellos LF. Vitamin D-Binding Protein Polymorphisms, 25-Hydroxyvitamin D, Sunshine and Multiple Sclerosis. Nutrients. 2018;10(2):184. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  37. Bikle DD, Schwartz J. Vitamin D Binding Protein, Total and Free Vitamin D Levels in Different Physiological and Pathophysiological Conditions. Front Endocrinol (Lausanne). 2019;10:317. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  38. Nykjaer A, Fyfe JC, Kozyraki R, Leheste JR. Jacobsen C, Nielsen MS, Verroust PJ, Aminoff M, de la Chapelle A, Moestrup SK, Ray R, Gliemann J, Willnow TE, Christensen EI. Cubilin dysfunction causes abnormal metabolism of the steroid hormone 25(OH) vitamin D(3). Proc Natl Acad Sci USA. 2001;98(24):13895-13900. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  39. Meyer MB, Pike JW. Mechanistic homeostasis of vitamin D metabolism in the kidney through reciprocal modulation of Cyp27b1 and Cyp24a1 expression. J Steroid Biochem Mol Biol. 2020;196:105500. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  40. Garcion E, Sindji L, Leblondel G, Brachet P, Darcy F. 1,25-dihydroxyvitamin D3 regulates the synthesis of gamma-glutamyl transpeptidase and glutathione levels in rat primary astrocytes. J Neurochem. 1999;73(2):859-866. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  41. Beeraka NM, Avila-Rodriguez MF, Aliev G. Recent Reports on Redox Stress-Induced Mitochondrial DNA Variations, Neuroglial Interactions, and NMDA Receptor System in Pathophysiology of Schizophrenia. Mol Neurobiol. 2022;59(4):2472-2496. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  42. Said MA. Vitamin D attenuates endothelial dysfunction in streptozotocin induced diabetic rats by reducing oxidative stress. Arch Physiol Biochem. 2022;128(4):959-963. PubMed, CrossRef
  43. Liang Y, Yu H, Ke X, Eyles D, Sun R, Wang Z, Huang S, Lin L, McGrath JJ, Lu J, Guo X, Yao P. Vitamin D deficiency worsens maternal diabetes induced neurodevelopmental disorder by potentiating hyperglycemia-mediated epigenetic changes. Ann N Y Acad Sci. 2021;1491(1):74-88. PubMed,  CrossRef
  44. Wang Q, He Y, Shen Y, Zhang Q, Chen D, Zuo C, Qin J, Wang H, Wang J, Yu Y. Vitamin D inhibits COX-2 expression and inflammatory response by targeting thioesterase superfamily member 4. J Biol Chem. 2014;289(17):11681-11694. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.