Taurin, insanlar için yarı-esansiyel bir amino asit olup, doğal olarak deniz ürünleri ve ette bulunur ²⁷. Bu amino asidin plazma seviyeleri, gıda içeriğine bağlıdır. Veganlar, omnivorlarla karşılaştırıldığında %50 daha düşük oranda plazma taurin seviyesine sahiptirler ²⁸. Taurin içeren içecekler, atletik ve zihinsel performansın iyileştirilmesi ve sağlıklı yaşam için kullanılmaktadır ²⁹. Taurin, membran stabilizasyonu ve bağışıklık gibi bazı temel biyolojik süreçlerde önemli bir rol oynayan taurin, antioksidan ve antiinflamatuar etkilere sahiptir ^30-31. Taurin, memelilerde kalp dokusunda en fazla bulunan aminoasittir ³². Yüksek taurin konsantrasyonlarına rağmen, kalpte neredeyse hiç taurin biyosentezi yapılmaz. Bu da kalpte çok güçlü bir taurin transporter alım sisteminin varlığını göstermektedir ^33-34. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı, diyabetik sıçanlarda taurinin kalp dokusunda antioksidan düzeyi ve NF-kB ve Nrf2 sinyal yolakları üzerine etkilerini araştırmaktır.

Laboratuvar Analizleri: Kalp dokusu MDA konsantrasyonu yüksek basınçlı sıvı kromatografisi (HPLC, Shimadzu, Tokyo, Japan) sistemiyle 250 nm'de inertsil 5μ C–18 (15 cm x 4.6 mm) kolonu kullanılarak ölçüldü ³⁶.

Homojenize edilen kalp dokusunda süperoksit dismutaz (SOD), katalaz (CAT) ve glutatyon peroksidaz (GPx) aktiviteleri, ticari kitler (Cayman Chemical, Ann Arbor, MI, ABD) kullanılarak kit protokollerine göre plaka okuyucuda (Biotek Instruments, Inc., Vermont, USA) sırasıyla 450, 540, 340 nm absorbanslarda ölçüldü. Sonuçlar; SOD için U/mg protein, CAT için nmol/min/mg protein, GPx için nmol/min/mg protein olarak ifade edildi. Protein izolasyondan önce kalp dokusu, buz soğukluğunda 1 ml hipotonik tampon [10 mM 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid (HEPES, pH 7.8), 10 mM KCl, 2 mM MgCl2, 1 mM dithiothreitol (DTT), 0.1 mM ethylene diaminetetraacetic acid (EDTA), ve 0.1 mM phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF)] içinde (%10 w/v) homojenize edildi. Homojenatlara 80 μL %10’luk Nonidet P-40 (NP-40) solüsyonu eklendi ve daha sonra 14.000 g'de 2 dakika santrifüje tabi tutuldu. Süpernatant e-NOS, SIRT-1 ve HO-1 için bir sitozolik fraksiyon olarak toplandı. Pelletler eşit hacimde ilave edilen homojenizasyon solüsyonunda [25 mM Tris-HCl (pH= 7.4), 0.1mM PMSF, %2’lik TritonX–100 ve %1’lik SDS] yeniden süspanse edildi. Homojenatlar 5 dakika süreyle 14.800 rpm’de santrifüje tabi tutuldu. Nükleer protein içeren süpernatant NF-κB ve Nrf2 tayini için toplandı. Protein konsantrasyonu Lowry prosedürüne göre ticari bir protein test kiti (Sigma) kullanılarak hesaplandı.

Süpernatanta %2 β-merkaptoetanol içeren SDS-PAGE tamponu ilave edildi. Eşit miktarda protein (50 μg) elektroforezlendi ve daha sonra nitroselüloz membranlara (Schleicher and Schuell Inc., Keene, NH, USA) aktarıldı. Nitroselüloz membranlar, fosfat tamponu (PBS) ile 5 dakikalık süre iki kez yıkandı ve primer antikor uygulanmasından önce 1 saat oda sıcaklığında %1 sığır serumu albümini içeren PBS içerisinde ile bloke edildi. Primer antikor olarak poliklonal mouse NF-κB, Nrf2, e-NOS, SIRT-1 ve HO-1 (Abcam, Cambridge, UK) antikorları kullanıldı. Primer antikor, %0.05 Tween-20 içeren aynı tamponda 1:1000 oranında seyreltildi. Nitroselüloz membran, primer antikor ile gece boyunca 4 °C'de inkübe edildi. Blotlar yıkandı ve horseradish peroxidase-conjugated goat anti-mouse IgG (Abcam) ile inkübe edildi. Protein yüklemesi, β-aktin antikoru (Abcam) kullanılarak kontrol edildi. Verilerin tekrarlanabilirliğini doğrulamak için blotlar en az üç kez gerçekleştirildi. Bantlar, bir görüntü analiz sistemi (Image J; National Institute of Health, Bethesda, USA) kullanılarak densitometrik olarak analiz edildi ³⁷.

İstatistiksel Analiz: Verilerin değerlendirilmesinde SPPS 21 istatistik paket programı kullanıldı ³⁸. Değişkenler ortalama±standart hata olarak gösterildi. Ayrıca parametrik testlerin ön şartlarından varyansların homojenliği “ Levene ” testi ile kontrol edildi. Normallik varsayımına ise “Shapiro-Wilk” testi ile bakıldı. Üç ve daha fazla grup karşılaştırması için Tek Yönlü Varyans Analizi ve çoklu karşılaştırma testlerinden Tukey HSD testi ile sağlanmadığında ise Kruskal Wallis ve çoklu karşılaştırma testlerinden Bonferroni-Dunn testi kullanılmıştır. İstatiksel anlamlı farklılık için sınır değer 0.05 olarak kabul edildi.

Büyütmek İçin Tıklayın

Tablo 1: Taurin uygulamasının diyabetik ratlarda kalp dokusu MDA, SOD, CAT ve GPx konsantrasyonları üzerindeki etkisi

Taurin takviyesi, sağlıklı sıçanlarda kalp dokusu Nrf2 (Şekil 1A), HO-1 (Şekil 1B) ve NF-κB (Şekil 1C) düzeylerini etkilemedi (P>0.05). Ancak, diyabetik sıçanlarda kontrol grubuna göre kalp dokusu NF-κB düzeylerinde artış görüldü (Şekil 1C; P<0.0001). Taurin uygulaması, diyabetik sıçanlarda NF-κB ekspresyonundaki yükselişi kısmen azalttı (Şekil 1C; P<0.05). Diyabetik sıçanlarda kalp dokusu Nrf2 (Şekil 1A) ve HO-1 (Şekil 1B) düzeylerinde azalma görüldü P<0.0001). Taurin uygulaması ise, diyabetik sıçanlarda Nrf2 ve HO-1 düzeylerinde artışa neden oldu (Şekil 1A,1B; P<0.001). Diyabet grubunda kalp dokusu eNOS (Şekil 1D) ve SIRT-1 (Şekil 1E) düzeyleri azalırken (P<0.0001), taurin tüketen diyabetik sıçanlarda eNOS (Şekil 1D), SIRT-1 (Şekil 1E) düzeylerinde artış tespit edildi (P<0.001).

Büyütmek İçin Tıklayın

Şekil 1: Streptozotosin (STZ) ile indüklenen diyabetik sıçanlarda taurin uygulamasının, kalp dokusu (A) Nükleer faktör eritroid 2 (Nrf2), (B) Hemoksijenaz 1 (HO-1), (C) Nükleer faktör-kappa B (NF-κB), (D) Endotel nitrik oksit sentaz (e-NOS) ve (E) Sirtuin-1 (SIRT1) seviyelerine etkisi. Dansitometrik olarak band yoğunlukları, kontrolün yüzdesi olarak hesaplanmıştır. Veriler ortalama ve standart hata olarak ifade edilmiştir. Deney grupları arasında ortak bir üst simge bulunmayan barlar farklıdır (P<0.05).

Nrf2 sinyal yolağı, antioksidan savunma mekanizmasının kilit düzenleyicisidir ve streptozotosin ile indüklenen diyabette aktifleştirilir ^46-47. HO-1'in indüksiyonu, oksidatif strese karşı adaptif bir hücresel savunma yanıtıdır ve diyabet dahil olmak üzere patofizyolojik durumlardaki hücrelerin korunmasıdır ⁴⁸. Bu çalışmada elde edilen verilere (Şekil 1A ve B, Tablo 1) benzer şekilde, Kumar ve ark. ^49, diyabetik sıçanlarda serum MDA'nın artmasıyla Nrf2 ve HO-1 düzeylerinde azalma olduğunu göstermişlerdir. Taurin takviyesi, Nrf2 ekspresyonunu aktive ederek (Şekil 1A) sitoprotektif antioksidan enzim olan HO-1 ifadesini artırmıştır (Şekil 1B). Normal şartlarda Nrf2, sitoplazmada bulunurken stres koşulları nükleusa geçişine neden olur ⁴⁶.

Hiperglisemi nedeniyle oluşan serbest oksijen radikali üretimi, inflamasyonla ilgili birçok genin ekspresyonunu kontrol etmeye yardımcı olan transkripsiyon faktörü NF-κB'nin ekspresyonlarını harekete geçirmek için sinyal iletim yolunu uyarır ^19,31. Nükleer faktör-kappa B diyabette inflamasyon ve oksidatif strese eşlik eden önemli bir rol oynamaktadır⁵⁰. Bu çalışmada, kalp dokusunda NF-κB ekspresyonu diyabetik sıçanlarda aktive edilmiştir (Şekil 1C).

Diyabetik sıçan kalp dokusunda eNOS düzeyleri önemli ölçüde azalmıştır (Şekil 1D). Wang ve ark. ^12, taurinin deneysel tip 1 diyabetle indüklenen vasküler endotel disfonksiyonunu geliştirdiğini bildirmiştir. Diyabetin fosforile edilmiş eNOS düzeylerini azalttığını varsayabiliriz ki bu da taurin ile tedavi edilerek önlenebilir. Taurin, NO-NOS yolağını iyileştirebilir ve böylelikle sıçanlardaki diabetes mellitusta en azından kısmen gelişmekte olan anjiyopatiyi önleyebilir ¹². Beslenme kaynaklı metabolik bozukluklarda antioksidanların insülin direncini SIRT1 bağımlı mekanizmaların aktivasyonunu sağlamak suretiyle muhtemelen iyileştirebildiği bildirilmektedir ^51,52. SIRT1 düzeylerinin; diyabet oluşturulan sıçanların kalp dokusunda, kontrol gruplarına kıyasla azaldığı ve antioksidanların diyabetik kalp kasında SIRT1 uyarımınım gerçekleştiği bildirilmiştir ⁵³. Bu çalışmada kalp dokusu SIRT1 düzeyleri; diyabet+taurin grubunda, diyabet grubuna oranla belirgin bir biçimde artış göstermiştir (Şekil 1 E). Taurinin hayvan modellerindeki endotel reaktivitede oluşan bir iyileşme ile saptanan vasküler koruyucu etkisi, artan eNOS ve SIRT1 düzeyleri ile ilişkili olabilir.

Sonuç olarak, diyabetik sıçanlarda kalp dokusu oksidatif stres ve NF-κB düzeyleri artarken, Nrf2, HO-1, eNOS ve SIRT-1 düzeyleri azalmıştır. Taurin ise kalp dokusu NF-κB seviyelerini kısmen azaltıp, Nrf2, HO-1, eNOS ve SIRT-1 düzeylerini arttırmıştır. Özetle, taurinin, diyabetik sıçan kalbinde antioksidan savunma sinyali yolunun aktive edilmesi yoluyla oksidatif stres şiddetini azalttığı ve taurinin diyabetin neden olduğu endotel fonksiyon bozukluğunu azaltabildiği söylenilebilir. Bununla birlikte, diyabetle indüklenen endotel fonksiyon bozukluğu üzerine taurin mekanizmalarını ortaya koymak için daha ileri çalışmalara ihtiyaç vardır.

1) Cooper ME, Bonnet F, Oldfield M, et al. Mechanisms of diabetic vasculopathy: an overview. Am J Hypertens 2001; 14: 475-486.

2) Senses V, Özyazgan S, Ince E, et al. Effect of 5-aminoimidazole- 4-carbox-amide riboside (AICA-r) on isolated thoracic aorta responses in streptozotocin-diabetic rats. J Basic Clin Physiol Pharmacol 2001; 12: 227-248.

3) The Diabetic Control and Complications Trial Research Group. The effect of intensive treatment of diabetes on the development and progression of long-term complications in insulin-dependent diabetes mellitus. N Eng J Med 1993; 329: 977-986.

4) UK Prospective Diabetes Study (UKPDS) Group. Intensive blood-glucose control with sulphonylureas or insulin compared with conventional treatment and risk of complications in patients with type 2 diabetes (UKPDS 33). Lancet 1998; 352: 837-853.

5) Ozturk Y, Altan VM, Yildizoglu-Ari N. Effects of experimental diabetes and insulin on smooth muscle functions. Pharmacol Rev 1996; 48: 69-112.

6) Ikubo N, Saito M, Tsounapi P, et al. Protective effect of taurine on diabetic rat endothelial dysfunction. Biomedical Research 2011; 32: 187-193.

7) Ghosh J, Das J, Manna P, et al. Taurine prevents arsenic-induced cardiac oxidative stress and apoptotic damage: Role of NF-κB, p38 and JNK MAPK pathway. Toxicology and Applied Pharmacology 2009; 240: 73-87.

8) De Meyer GRY, Herman AG. Vascular endothelial dysfunction. Prog Cardiovasc Dis 1997; 39: 325-342.

9) Pepine CJ. Clinical implications of endothelial dysfunction. Clin Cardiol 1998; 21: 795-799.

10) Cosentino F, Luscher TF. Endothelial dysfunction in diabetes mellitus. J Cardiovasc Pharmacol 1998; 32: 54-61.

11) Abebe W. Effects of taurine on the reactivity of aortas from diabetic rats. Life Sci 2008; 82: 279-289.

12) Wang LJ, Yu YH, Zhang LG, et al. Taurine rescues vascular endothelial dysfunctionin streptozocin-induced diabetic rats: correlated with downregulation of LOX-1 and ICAM-1 expression on aortas. EurJ Pharmacol 2008; 597: 75-80.

13) Forstemann U, Closs EI, Pollock JS, et al. Nitric oxide synthase isozymes. Characterization, purification, molecular cloning, and functions. Hypertension 1994; 23: 1121-1131.

14) Khurana S, Chacon I, Xie G, et al. Vasodilatory effects of cholinergic agonists are greatly diminished in aorta from M3R-/-mice. Eur J Pharmacol 2004; 493: 127-132.

15) Sahin K, Orhan C, Tuzcu M, et al. Ingested capsaicinoids can prevent low-fat-high-carbohydrate diet and high-fat diet-induced obesity by regulating the NADPH oxidase and Nrf2 pathways. J Inflamm Res 2017; 10: 161-168.

16) Ding Y, Zhang B, Zhou K, et al. Dietary ellagic acid improves oxidant-induced endothelial dysfunctionand atherosclerosis: Role of Nrf2 activation. International Journal of Cardiology 2014; 175: 508-514.

17) Sahin K, Orhan C, Akdemir F, et al. Mesozeaxanthin protects the liver and reduces cardio-metabolic risk factors in an insulin resistant rodent model. Food Nutr Res 2017; 61: 1353360.

18) Tuzcu Z, Orhan C, Sahin N, et al. Cinnamon Polyphenol Extract Inhibits Hyperlipidemia and Inflammation by Modulation of Transcription Factors in High-Fat Diet-Fed Rats. Oxid Med Cell Longev 2017; 2017: 1583098.

19) Sahin K, Pala R, Tuzcu M, et al. Curcumin prevents muscle damage by regulating NF-κB and Nrf2 pathways and improves performance: an in vivo model. J Inflamm Res 2016; 9: 147-154.

20) Tuzcu M, Sahin N, Orhan C, et al. Impact of chromium histidinate on high fat diet induced obesity in rats. Nutr Metab (Lond) 2011; 8:28.

21) Abraham NG, Tsenovoy PL, McClung J, et al. Heme oxygenase: a target gene for anti-diabetic and obesity. Curr Pharm Des 2008;14: 412-421.

22) Wang GG, Li W, Lu XH, et al. Taurine attenuates oxidative stress and alleviates cardiac failure in type I diabetic rats. Croat Med J 2013; 54: 171-179.

23) Bagul PK, Dinda AK, Banerjee SK. Effect of resveratrol on sirtuins expression and cardiac complications in diabetes. Biochem Biophys Res Commun 2015; 468: 221-227.

24) Rizk SM, El-Maraghy SA, Nassar NN. A novel role for SIRT-1 in L-arginine protection against STZ induced myocardial fibrosis in rats. PLoS One 2014; 9: e114560.

25) Clark D, Tuor UI, Thompson R, et al. Protection against recurrent stroke with resveratrol: endothelial protection. PLoS One. 2012; 7: e47792.

26) Gencoglu H, Tuzcu M, Hayirli A, et al. Protective effects of resveratrol against streptozotocin-induced diabetes in rats by modulation of visfatin/sirtuin-1 pathway and glucose transporters. Int J Food Sci Nutr. 2015; 66: 314-320.

27) Zhao X, Lin Y. Taurine content in Chinese food and daily intake of Chinese men. Adv Exp Med Biol 1998; 442: 501-505.

28) Rana S, Sanders TA. Taurine concentrations in the diet, plasma, urine and breast milk of vegans compared with omnivores. Br J Nutr 1986; 56: 17-27.

29) Alford C, Cox H, Wescott R. The effects of red bull energy drink on human performance and mood. Amino Acids 2001; 21: 139-150.

30) Schuller-Levis GB, Park E. Taurine and its chloramine: modulators of immunity. Neurochem Res 2004; 29: 117-126.

31) Agca CA, Tuzcu M, Hayirli A, et al. Taurine ameliorates neuropathy via regulating NF-κB and Nrf2/HO-1 signaling cascades in diabetic rats. Food and Chemical Toxicology 2014; 71: 116-121.

32) Spaeth DG, Schneider DL. Taurine synthesis, concentration, and bile salt conjugation in rat, guinea pig, and rabbit. Proc Soc Exp Biol Med 1974; 147: 855-858.

33) Huxtable RJ, Chubb J. Adrenergic stimulation of taurine transport by the heart. Science 1977; 198: 409-411.

34) Pisarenko O. Mechanisms of myocardial protection by amino acids: Facts and hypotheses. Clin Exp Pharmacol Physiol 1996; 23: 627-633.

35) Yao HT, Lin P, Chang YW, et al. Effect of taurine supplementation on cytochrome P450 2E1 and oxidative stress in the liver and kidneys of rats with streptozotocin-induced diabetes. Food Chem Toxicol 2009; 47: 1703-1709.

36) Barim O, Karatepe M. The effects of pollution on the vitamins A, E, C, betacarotene contents and oxidative stress of the freshwater crayfish, Astacus leptodactylus. Ecotoxicol Environ Saf 2010; 73: 138-142.

37) Sahin K, Tuzcu M, Orhan C, et al. Anti-diabetic activity of chromium picolinate and biotin in rats with type 2 diabetes induced by high-fat diet and streptozotocin. Br J Nutr 2013; 110: 197-205.

38) IBM SPSS. IBM Corp. Released 2012. IBM SPSS Statistics for Windows, Version 21.0. Armonk, NY: IBM Corp.

39) Shanmugam KR, Mallikarjuna K, Nishanth K, et al. Protective effect of dietary ginger on antioxidant enzymes and oxidative damage in experimental diabetic rat tissues. Food Chem 2011; 124: 1436-1442.

40) Das J, Vasan V, Sil PC. Taurine exerts hypoglycemic effect in alloxan-induced diabetic rats, improves insulin-mediated glucose transport signaling pathway in heart and ameliorates cardiac oxidative stress and apoptosis. Toxicol Appl Pharmacol 2012; 258: 296-308.

41) Drimal J, Knezl V, Navarova J, et al. Role of inflammatory cytokines and chemoattractants in the rat model of streptozotocin-induced diabetic heart failure. Endocr Regul 2008; 42: 129-135.

42) Schaffer SW, Shimada K, Jong CJ, et al. Effect of taurine and potential interactions with caffeine on cardiovascular function. Amino Acids 2014; 46: 1147-1157.

43) Marcinkiewicz J, Kontny E. Taurine and inflammatory diseases. Amino Acids 2014; 46: 7-20.

44) Obrosova IG, Fathallah L, Stevens MJ. Taurine counteracts oxidative stress and nerve growth factor deficit in early experimental diabetic neuropathy. Exp Neurol 2001; 172: 211-219.

45) Pandya KG, Patel MR, Lau-Cam CA. Comparative study of the binding characteristics to and inhibitory potencies towards PARP and in vivo antidiabetogenic potencies of taurine, 3-aminobenzamide and nicotinamide. J Biomed Sci 2010; 24: S16.

46) Motohashi H, Yamamoto M. Nrf2–Keap1 defines a physiologically important stress response mechanism. Trends Mol Med 2004; 10: 549-557.

47) Negi G, Kumar A, Joshi RP, et al. Oxidative stress and Nrf2 in the pathophysiology of diabetic neuropathy: Old perspective with a new angle. Biochem Biophys Res Commun 2011; 408: 1-5.

48) Sahin N, Akdemir F, Orhan C, et al. A novel nutritional supplement containing chromium picolinate, phosphatidylserine, docosahexaenoic acid, and boron activates the antioxidant pathway Nrf2/HO-1 and protects the brain against oxidative stress in high-fat-fed rats. Nutr Neurosci 2012; 15: 42-47.

49) Kumar A, Negi G, Sharma SS. JSH-23 targets nuclear factor kappa B (NF-kappaB) and reverses various deficits in experimental diabetic neuropathy: effect on neuroinflammation and antioxidant defence. Diabetes Obes Metab 2011; 13: 750-758.

50) Baker RG, Hayden MS, Ghosh S. NF-kappaB, inflammation, and metabolic disease. Cell Metab 2011; 13: 11-22.

51) Baur JA, Pearson KJ, Price NL, et al. Resveratrol improves health and survival of mice on a highcalorie diet. Nature 2006; 444: 337-342.

52) Lagouge M, Argmann C, Gerhart-Hines Z, et al. Resveratrol improves mitochondrial function and protects against metabolic disease by activating SIRT1 and PGC-1alpha. Cell 2006; 127: 1109-1122.

53) Yar AS, Menevse S, Alp E. The effects of resveratrol on cyclooxygenase-1 and -2, nuclear factor kappa beta, matrix metalloproteinase-9, and sirtuin 1 mRNA expression in hearts of streptozotocin-induced diabetic rats. Genet Mol Res 2011;10: 2962-2975.