Efficacy of Troxerutin on Streptozotocin-induced Rat Model in the Early Stage of Diabetic Retinopathy

 

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Summary

The vascular changes associated with early diabetic retinopathy, which include the formation of microaneurysms and acellular capillaries, vessel dilation, vascular endothelial growth factor expression, were investigated experimentally in streptozotocin-induced diabetic rats treated with antioxidants: troxerutin (trihydroxy-ethylrutoside, CAS 7085-55-4), Vaccinium myrtillus, and calcium dobesil-ate (hydroquinone calcium sulfonate, CAS 20123-80-2). The development and progression of retinopathy was followed using fundus photography. After 3 months, the rats were sacrificed and half of the eyes were prepared for neovascularization analysis, and the other half were used for VEGF (vascular endothelial growth factor) analysis. The results from fundus photography and ADPase (adenosine diphosphatase) staining were quantified by the percentage area of the retinal vasculature using a commercial image analyzer. The VEGF protein in the retinal homogenates was assessed using an ELISA (enzyme linked immunosorbent assay) kit and VEGF-mRNA by RT-PCR (reverse transcription polymerase chain reaction). In the ADPase stain, the retinal vascular percent area increased significantly in the diabetic control. Neovascularization and aneurysms were observed in the diabetic control and were attenuated by 50 mg/kg troxerutin, but the retinal vascular percentage area was not significantly different from the diabetic control. The VEGF protein concentration was higher in diabetic rats than in the nondiabetic rats (21.5 ± 2.1 vs 27.7 ± 5.8 pg/mg, p< 0.05), and this increase was attenuated by 10 mg/kg troxerutin (24.5 ± 3.8 pg/mg, p < 0.05) and prevented by 50 mg/kg troxerutin (19.5 ± 2.2 pg/mg, p < 0.05). However, there were no significant differences between the groups. The VEGF-mRNA density showed a increasing tendency by 20 % in the diabetic rats compared with the non-diabetic rats (1.0 ± 0.1 vs 1.2 ± 0.1 VEGF/β-actin), and this increase was corrected by 10 mg/kg troxerutin (1.0 ± 0.1 VEGF/β-actin), 50 mg/kg troxerutin (0.9 ± 0.1 VEGF/β-actin) and Vaccinium myrtillus (1.1 ± 0.1 VEGF/β-actin). Oxidative stress might be involved in the upregulation of retinal VEGF during early diabetes, and it is likely that troxerutin has comparatively effective antioxidant properties. Therefore, troxerutin might be a useful treatment for attenuating diabetic retinopathy.

Zusammenfassung

Wirksamkeit von Troxerutin in einem Streptozotocin-induzierten Rattenmodell diabetischer Retinopathie im Frühstadium

Die vaskulären Veränderungen im Zusammenhang mit diabetischer Rhetinopathie im Frühstadium, welche u. a. die Bildung von Mikroaneurysmen, azellulären Kapillargefäßen und Gefäßdilatation und vaskuläre Endothelvergrößerungen umfaβt, wurden experimentell an Ratten mit durch Streptozotocin induziertem Diabetes untersucht, welche mit Antioxidantien (Troxerutin (Tri-hydroxy-ethylru-tosid, CAS 7085-55-4), Vaccinium myrtillus und Kalziumdobesilat (Hydroquinon-Kalziumsulfonat, CAS 20123-80-2) behandelt wurden. Die Entwicklung und der Verlauf der Retinopathie wurden durch Fundusfotografie verfolgt. Nach 3 Monaten wurden die Ratten getötet, und die Hälfte der Augen wurde für eine Neovas-kularisationsanalyse präpariert, die andere Hälfte wurde für die Analyse der vas-kulären Endothel-Wachstumsfaktors (vascular endothelial growth factor, VEGF) verwendet. Die Ergebnisse der Fundusfotografien und ADPase (Adenosindiphos-phatase)-Anfärbungen wurden anhand der prozentualen Fläche der Netzhautgefäße mit Hilfe eines handelsüblichen Bildanalysegerätes bestimmt. VEGF-Protein in den Netzhauthomogenaten wurde mit Hilfe eines ELISA (enzyme linked immu-nosorbent assay)-Kits sowie der VEGFmRNA mittels RT-PCR (reverse transcription polymerase chain reaction) bestimmt. In ADPase-Anfärbungen waren die Netzhautgefäße der diabetischen Kontrollgruppe deutlich vergrößert. In der diabetischen Kontrollgruppe wurden Neovaskularisation und Aneurysmen beobachtet, welche durch 50 mg/kg Troxe-rutin abgemildert wurden, doch die prozentuale Gröβe der Netzhautgefäße zeigte keine nennenswerten Abweichungen. Die VEGF-Proteinkonzentration war bei diabetischen Ratten höher als bei nicht-diabetischen (21,5 ± 2,1 gegenüber 27,7 ± 5,8 pg/mg, p < 0,05). Dieser Unterschied wurde durch 10 mg/kg Troxerutin (24,5 ± 3,8 pg/mg, p < 0.05) abgeschwächt und durch 50 mg/kg Troxerutin (19,5 ± 2,2 pg/mg, p < 0,05) aufgehoben. Allerdings bestanden keine signifikanten Unterschiede zwischen beiden Gruppen. Die Dichte der VEGF-mRNA stieg bei diabetischen Ratten um etwa 20 % an (1,0 ± 0,1 gegenüber 1,2 ± 0,1 VEGF/β-actin), und dieser Anstieg konnte durch 10 mg/kg Troxerutin (1,0 ± 0,1 VEGF/β-actin), 50 mg/kg Troxerutin (0,9 ± 0,1 VEGF/β-ac-tin) und Vaccinium myrtillus (1,1 ± 0,1 VEGF/β-actin) ausgeglichen werden. Oxi-dativer Streß könnte der Grund für diese Erhöhung von VEGF in der Netzhaut im Frühstadium von Diabetes sein, wogegen der Antioxidans-Effekt von Troxerutin wirksam zu sein scheint. Somit könnte Troxerutin im Hinblick auf eine Milderung der diabetischen Retinopathie nützlich sein.