Please use this identifier to cite or link to this item: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/16076
Title: Effect of curcumin on diabetes-induced endothelial dysfunction in rat : role of PKC,COX-2 and NF-kB
Other Titles: ผลของเคอคูมินต่อการสูญเสียหน้าที่ของเอนโดทีเลียม ที่เกิดจากการเหนี่ยวนำด้วยเบาหวานในหนูแรท : บทบาทของโปรตีนไคเนสซี ไซโคลออกซิจิเนส 2 และทรานสคริปชั่น นิวเคลียแฟกเตอร์ แคปปาบี
Authors: Sirada Rungseesantivanon
Advisors: Suthiluk Patumraj
Naris Thengchaisri
Other author: Chulalongkorn University. Graduate School
Advisor's Email: Suthiluk.P@Chula.ac.th
No information provided
Subjects: Turmeric
Cardiovascular system
Hyperglycemia
Diabetes
Issue Date: 2009
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: ระดับน้ำตาลในเลือดที่สูงเป็นระยะเวลานานในโรคเบาหวาน เป็นสาเหตุให้มีการสร้างสารอนุมูลอิสระ (ROS) เป็นจำนวนมาก และส่งผลต่อการสูญเสียหน้าที่ของเซลล์เอนโดทีเลียม ขมิ้นชัน (Curcuma longa, L.) เป็นพืชที่พบมากในประเทศแถบเอเซีย และมีการนำมาใช้เป็นส่วนผสมของอาหารและยารักษาโรคอย่างแพร่หลาย นอกจากนี้ยังพบว่าขมิ้นชันมีฤทธิ์ทางการรักษาหลากหลายสรรพคุณ การศึกษาวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาฤทธิ์ของสารเคอคูมิน (curcumin) ซึ่งเป็นสารออกฤทธิ์ที่สำคัญของขมิ้นชัน ต่อการทำงานของเซลล์เอนโดทีเลียมในโรคเบาหวาน โดยการออกฤทธิ์ผ่านทางคุณสมบัติต้านการเกิดอนุมูลอิสระ (antioxidant) ต้านการอักเสบ (anti-inflammation) และยับยั้งการทำงานของโปรตีนไคเนสซี (PKC inhibition) ในการทดลองใช้หนูขาวเพศผู้ พันธุ์ Wistars แบ่งออกเป็น 5 กลุ่ม คือ 1) กลุ่มเบาหวาน (DM) ทำให้เป็นเบาหวานโดยการฉีดสารสเตรปโตโซโตซิน (STZ) ทางหลอดเลือดดำในขนาด 55 มก. ต่อ กก.นน.ตัว 2) กลุ่มเบาหวานที่ได้รับเคอคูมิน 30 มก. ต่อ กก. นน.ตัว (DM+cur30) 3) กลุ่มเบาหวานที่ได้รับเคอคูมิน 300 ม.ก. ต่อ ก.ก. นน.ตัว (DM+cur300) 4) กลุ่มควบคุม (con) และ 5) กลุ่มควบคุมที่ได้รับเคอคูมิน 300 ม.ก.ต่อ ก.ก. นน.ตัว (con+cur300) โดยหนูได้รับเคอคูมินจากการป้อนด้วยขนาด 30 และ 300 มก. ต่อ กก. นน.ตัว ตามลำดับ ซึ่งได้รับเคอคูมินหลังจากการฉีดสาร STZ 6 สัปดาห์ จากสมมติฐานระดับน้ำตาลในเลือดสูงจะทำให้เกิดอนุมูลอิสระเป็นจำนวนมาก และทำให้เกิดการกระตุ้นการทำงานของ PKC NF-κB และ COX-2 ปริมาณอนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นจำนวนมากในเซลล์เอนโดทีเลียมนั้น ส่งผลต่อการขยายตัวของหลอดเลือดแดงขนาดเล็กต่อสารกระตุ้นลดลง หลังจากการฉีดสาร STZ เป็นเวลา 12 สัปดาห์ การศึกษาภาวะการสูญเสียหน้าที่ของเซลล์เอนโดทีเลียมในเบาหวาน ทำโดยวิเคราะห์การตอบสนองของหลอดเลือดแดงขนาดเล็กในลำไส้ต่อสารอะเซทิลโคลีน (ACh) และสารโซเดียมไนโตรพัซซายด์ (SNP) โดยเทคนิคทางอินทราไวทัล ฟลูออเรสเซนท์ ไมโครสโคปี พบว่าเบาหวานทำให้การตอบสนองของหลอดเลือดแดงขนาดเล็กในลำไส้ต่อสารอะเซทิลโคลีน ซึ่งมีฤทธิ์ขยายหลอดเลือดที่ทำงานผ่านเซลล์เอนโดทีเลียมลดลง (P<0.01) ในขณะที่ไม่มีผลการตอบสนองของหลอดเลือดแดงขนาดเล็กในลำไส้ต่อสารโซเดียมไนโตรพัซซายด์ ซึ่งมีฤทธิ์ขยายหลอดเลือดโดยไม่ผ่านเซลล์เอนโดทีเลียม นอกจากนี้การเสริมเคอคูมินทำให้การตอบสนองของหลอดเลือดแดงขนาดเล็กต่อสารอะเซทิลโคลีนเพิ่มขึ้น ทั้งสองระดับความเข้มข้น (30 และ 300 มก.ต่อ กก.นน.ตัว) (P<0.01) จากนั้นศึกษากลไกการทำงานในระดับโมเลกุลของผลของเคอคูมินต่อการเป็นตัวกำจัดอนุมูลอิสระ (antioxidant) โดยใช้สารไฮโดรเอธิดีน ซึ่งมีฤทธิ์จำเพาะต่ออนุภาค superoxide anion ภายในเซลล์ พบ superoxide anion มีปริมาณมากในหนูเบาหวาน (P<0.01) และมีปริมาณ superoxide anion ลดลงเมื่อให้เคอคูมินเสริมทั้งสองขนาดความเข้มข้น (P<0.01) และพบความสัมพันธ์แบบผกผันระหว่างปริมาณอนุมูลอิสระภายในเซลล์และการขยายตัวของหลอดเลือดแดง อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (r2=0.78, P<0.01) การวิเคราะห์โดยการหาปริมาณพรอสตาแกลนดินเพื่อดูบทบาทของเคอคูมิน ต่อสารพรอสตาแกลนดินผ่านทางเอนไซม์ไซโคลออกซิจิเนส-2 ซึ่งมีผลต่อการอักเสบ พบว่าในหนูเบาหวานมีระดับสารพรอสตาแกลนดิน 6-keto-PGF1α น้อยลงแต่สารพรอสตาแกลนดิน TXB2 มากขึ้น เมื่อให้เคอคูมินเสริมพบ 6-keto-PGF1α มากขึ้นในหนูเบาหวานที่ได้รับเคอคูมิน (P<0.05) เมื่อดูอัตราส่วนระหว่างพรอสตาแกลนดิน 6-keto-PGF1α ต่อ TXB2 ของหลอดเลือดในหนูเบาหวานมีสัดส่วนน้อยกว่าในหนูกลุ่มควบคุม การให้เคอคูมินเสริมทำให้อัตราส่วนนี้มีค่าเพิ่มขึ้น การวิเคราะห์ทาง Immunohistochemistry ของหลอดเลือดแดงขนาดเล็ก พบว่าการแสดงออกของ PKC COX-2 และ NF-κB เพิ่มขึ้นในหนูเบาหวาน การแสดงออกเหล่านี้ถูกยับยั้งโดยการให้เคอคูมินเสริมในหนูเบาหวาน (DM+cur) โดยสรุปการศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นว่า การเสริมเคอคูมินในหนูเบาหวานสามารถทำให้ภาวะการสูญเสียหน้าที่ของเซลล์เอนโดทีเลียมในเบาหวานดีขึ้น ซึ่งผลของเคอคูมินนี้อาจผ่านทางการกำจัดอนุมูลอิสระ (antioxidant) หรือยับยั้ง COX-2 และ NF-κB (anti-inflammation) และยับยั้งการทำงานของโปรตีนไคเนสซี (PKC inhibition) ดังนั้นการให้เคอคูมินเสริมจะมีประโยชน์สำหรับผู้ป่วยเบาหวานต่อการทำงานของหลอดเลือดขนาดเล็กให้ดีขึ้น และป้องกันการเกิดภาวะแทรกซ้อนของหัวใจและหลอดเลือดได้
Other Abstract: Chronic hyperglycemia in diabetes mellitus leads to the overproduction of free radicals and contributes to the development of endothelial dysfunction. Turmeric (Curcuma longa L.), an Asian flavoring and coloring agent, is known for its wide spectrum of therapeutic effects. In the present study, we proposed that curcumin can improve diabetes-induced endothelial dysfunction through its antioxidant, anti-inflammatory and PKC inhibitory actions. Male Wistar rats were divided into five groups; 1) diabetes (DM, induced by a single injection of streptozotocin (STZ, 55 mg/kg, iv.), 2) DM-supplemented with curcumin 30 mg/kg (DM+cur30), 3) DM-supplemented with curcumin 300 mg/kg (DM+cur300), 4) control (con) and 5) control supplemented with curcumin 300 mg/kg (con+cur300). Daily curcumin oral feedings were started six weeks after the STZ injection. Based on the hypothesis, hyperglycemia causes an increase in free radicals (ROS) which in turn enhances PKC, NF-κB, and COX-2 activations. The increased in ROS inside the arteriolar endothelial cells consequently reduce vasodilatation of microvessels to the endothelium-derived vasodilators. Twelve weeks after STZ injection, the endothelial dysfunction was determined by the functional responses of mesenteric arterioles to vasodilators, acethylcholine (ACh) and sodium nitropusside (SNP) using a real time intravital fluorescence videomicroscopy. The dilatory response to ACh significantly decreased in DM arterioles compared to control arterioles (P<0.01). SNP-induced arteriolar dilatation was not different among groups ACh-induced arteriolar dilatation were significantly improved by both low and high doses (30 and 300 mg/kg, respectively) of curcumin supplementation (P<0.01). Further, we aimed to examine the underlying molecular mechanisms of the curcumin on protecting endothelial cell against diabetes-induced endothelial dysfunction. An oxygen radical-sensitive fluorescent probe, hydroethidine, was used to detect intracellular superoxide anion production. Superoxide anion production was markedly increased in DM arterioles (P<0.01), but it was significantly reduced in DM rats supplemented with either low or high doses of curcumin (P<0.01). It is strongly supported by an invert correlation between the increment of superoxide production and a reduction of endothelial vascular response (r2=0.78, P<0.01). Next, prostanoids determination demonstrated the role of curcumin in COX-2-derived prostaglandins-mediated inflammation. DM rats demonstrated higher TXB2 (stable metabolite of TXA2) and lower 6-keto-PGF1α (stable metabolite of PGI2) levels compared to control rats, whereas curcumin supplementation significantly increased 6-keto-PGF1α level (P<0.05). The ratio of 6-keto-PGF1α/ TXB2 decreased in DM rats compared to control. Interestingly, curcumin supplementation caused a shift in this ratio back to control rats. It is strongly supported by immunohistochemical analysis, the arteries of DM rats showed marked expression of PKC, COX-2 and NF-κB. In addition, these signals were reduced by curcumin supplementation at the dose of 30 and 300 mg/kg. In conclusion, the present study indicates that curcumin supplementation significantly improve diabetes-induced endothelial dysfunction related to its potential to superoxide scavenging, COX-2 and NF-κB suppression, and PKC inhibitory effects. It is possible that curcumin supplementation may be beneficial for diabetic patients by improving microvascular function and preventing DM-related cardiovascular complications.
Description: Thesis (Ph.D.)--Chulalongkorn University, 2009
Degree Name: Doctor of Philosophy
Degree Level: Doctoral Degree
Degree Discipline: Physiology (Inter-Department)
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/16076
Type: Thesis
Appears in Collections:Grad - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Sirada_Ru.pdf3.46 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.