The effect of advanced glycation end products (AGE) breaker, alagebrium on the cardiac structural and functional change in type I diabetic rat model

Abstract

[한글]

지속적인 고혈당은 advanced glycation end products (AGE)라는 물질의 형성을 통해서 당뇨성 합병증을 유발한다. 가교제 (crosslink)의 파괴자인 3-phenacyl-4,5-dimethylthiazolium chloride (ALT-711) 즉, alagebrium chrolide라고 명명된 약제는 AGE의 상호결합을 방해함으로 인해서 이러한 합병증들을 줄일 수 있다고 알려져 있다. 그러나, AGE에 의존적인 신호전달이나 구조 분자 생리학적 복구에서 alagebrium의 효과를 고려한 평가가 많이 이루어지지 않았다. 또한 구조적·분자적 상호 연구에 관한 기능적 변화에 관하여도 거의 연구가 되지 않은 실정이다. 우리는 세포 기작에 근거를 둔 당뇨 쥐 모델에서의 구조적 변화뿐 아니라 심장초음파를 이용한 심근 기능 변화에서 alagebrium이 어떻게 효과를 나타내는지 연구하였다. AGE는 심근세포에서 농도 의존적으로 활성산소종 (ROS)을 높였다. Alagebrium은 AGE에 의해 높아진 활성산소종을 감소시켰으며 AGE 수용체 (RAGE)의 발현을 감소시켰다. Western blot과 RT-PCR 실험에서 alagebrium은 또한 MAP kinase의 AGE로 인해 유도된 활성을 제어했고 콜라겐 성장인자(CTGF)와 세포 외 기질을 감소시켰다. 당뇨발생 이후 시간이 지날수록 심장초음파에서는 좌심실 크기가 증가됐으며 (6.33 ±0.58mm 당뇨전 vs. 8.33±0.58mm 당뇨 16주째, p=0.003), 심장근육의 반경방향으로의 수축기능을 나타내는 radial strain값은 감소하였다 (47.7±5.5% 당뇨전 vs. 15.2±5.8% 당뇨 16주째, p=0.048). 당뇨가 진행될수록 또한 콜라겐 생성은 증가되었다. 하지만 alagebrium으로 4주간 치료하였을 때 좌심실의 리모델링이 감소하였고 (8.33±0.58mm 치료전 vs. 7.33±0.58mm 치료후, p=0.099) 심근의 수축 기능장애도 호전되는 양상을 보여 radial strain 값이 치료전 15.2±5.8% 에 비해 치료후에는 38.7±6.9%로 증가되었다 (p=0.05). 결과적으로, 당뇨 쥐 심장에의 alagebrium 처리는 AGE에 의해 증가된 세포내 활성산소종 합성을 방해함으로써 좌심실 리모델링과 심근의 수축기 기능장애를 개선시켰다. 당뇨쥐 심장에서 alagebrium의 기대되는 효과는 세포 외 기질 형성의 축소와 연관되며 이는 아마도 ERK MAP kinase의 활성을 제어하기 때문일 것으로 추측된다.

[영문]

Chronic hyperglycemia contributes to diabetic complications through the formation of advanced glycation end products (AGE). The crosslink breaker, 3-phenacyl-4,5-dimethylthiazolium chloride (ALT-711), alagebrium chloride is known to reduce the pathological condition through breaking AGE cross-links. However, there has been little assessment regarding the impact of alagebrium on AGE-dependent signaling or restoring structural molecular physiology. There are also few studies about the functional change to couple with the structural and molecular investigation. We investigated the effect of alagebrium on myocardial functional change using echocardiography as well as structural change in diabetic rat model based on the cellular mechanism. AGE enhanced reactive oxygen species (ROS) synthesis dose-dependently in cardiomyocytes. Alagebrium inhibited ROS synthesis enhancement by AGE and increased expression of receptor for AGE (RAGE). In western blot and RT-PCR experiments, alagebrium also inhibited AGE-induced activation of MAPKinase and decreased AGE-induced connective tissue growth factor (CTGF) and extracellular matrix. In echocardiography, the left ventricular (LV) end-diastolic dimension was increased (6.33 ±0.58mm at initial vs. 8.33±0.58mm at 16weeks after diabetes, p=0.003), and systolic strain in circumferential and radial direction (47.7±5.5% at initial vs. 15.2±5.8% at 16weeks after diabetes, p=0.048) was decreased as diabetes was progressed. Diabetic progression also modified collagen structure. However, the alagebrium treatment during 4weeks reversed these LV remodeling (8.33±0.58mm before alagebrium vs. 7.33±0.58mm after alagebrium, p=0.099) and improved myocardial systolic function, that is, radial strain was increased from 15.2±5.8% before alagebrium to 38.7±6.9% after alagebrium treatment with borderline statistical significance (p=0.05). In conclusion, alagebrium treatment in diabetic rat heart improved myocardial systolic dysfunction and LV remodeling by blocking the AGE-induced intracellular ROS synthesis. The beneficial effect of alagebrium on diabetic rat heart was mediated by reduction of extracellular matrix production and this might be mediated by decreased activation of ERK (extracellular signal-regulated kinase) MAP kinase.