Date of Award

11-2023

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy in Biomedical Sciences

Department

Pharmacology and Therapeutics

First Advisor

Shreesh Ojha

Second Advisor

Bassem Sadek

Abstract

Diabetes mellitus (DM) and its associated complications are considered one of the serious risks to contemporary society. Amongst numerous complications, diabetic cardiomyopathy (DCM) is characterized by the increased accumulation of lipids, and reduced glucose utilization following abnormal lipid metabolism in myocardium along with oxidative stress, myocardial fibrosis, and inflammation, that eventually results in cardiac dysfunction. The cannabinoid 2 receptors (CB2) have a crucial role in themanagement of obesity, hyperlipidemia, and diabetes mellitus. Provided the role of CB2 receptors in regulating glucolipid metabolic dysfunction, its antioxidative, antifibrotic, and anti-inflammatory effects, we designed the present study to investigate protective effects and underlying mechanism of a selective CB2 receptor agonist, β-Caryophyllene (BCP), a dietary cannabinoid in murine model of DCM. Mice were fed a high-fat diet for 4 weeks followed by a single dose of streptozotocin (100 mg/kg) injection to develop the model of DCM. BCP (50 mg/kg body weight) was administered orally for 12 weeks. AM630 a selective CB2 antagonist, was given 30 min before BCP treatment to demonstrate the CB2 receptor dependent mechanism of BCP. DCM mice showed metabolic abnormalities, cardiac damage, remodeling, and contractile dysfunction. Also, oxidative stress, fibrosis, and inflammation were demonstrated in DCM mice. BCP treatment significantly improved glucose tolerance, insulin resistance, enhanced serum insulin level, and decreased the elevated blood glucose level. BCP also reversed the lipid profile derangement and alleviated lipid accumulation in the heart tissue of DCM mice. BCP reversed cardiac remodeling, mitigated cardiac injury, and restored cardiac contractile function. Furthermore, ultrastructural examination showed that myocardial cell injury was decreased in the DCM mice treated with BCP. This improvement was associated with reduced expression of AGE/RAGE in DCM mice hearts. BCP significantly relieved oxidative stress through inhibition of NOX4 expression and activation of PI3K/AKT/Nrf2 signaling. Also, BCP suppressed cardiac fibrosis and endothelial-to-mesenchymal transition (EndMT) in DCM mice hearts through inhibition of TGF-β/Smad signaling. BCP significantly attenuated myocardial inflammation and decreased production of proinflammatory cytokines and inflammatory enzyme mediators via inhibition of TLR4/NF-κB/MAPK signaling. NLRP3 inflammasome activation was suppressed in DCM mice treated with BCP. Additionally, BCP alleviated pancreatic damage and significantly elevated the number of insulin-positive cells. Interestingly, preadministration of the CB2 receptor antagonist AM630 abrogated the positive effects of BCP in DCM mice. Collectively, BCP has the potential to protect the myocardium and pancreas of DCM mice in a CB2 receptor dependent mechanism.

Arabic Abstract


الدراسة دور منبهات مستقبلات CB2 في النماذج التجريبية لمضاعفات مرض السكري

تعتبر داء السكري (DM) والمضاعفات المرتبطة بها واحدة من المخاطر الخطيرة على المجتمع المعاصر.من بين المضاعفات العديدة، يتميز اعتلال عضلة القلب السكري (DCM) بتراكم الدهون المتزايدة، وتقليل استخدام الجلوكوز بعد استقلاب الدهون غير الطبيعية في عضلة القلب إلى جانب الإجهاد التأكسدي، وتليف عضلة القلب والالتهاب، وهذا يؤدي في النهاية إلى عخل القلبي. مستقبلات القنب 2 (CB2) لها دور حاسم في إدارة السمنة وفرط شحميات الدم ومرض السكري. قدمت دور لمستقبلات CB2 في تنظيم خلل التمثيل الغذائي للجلوكوليبيد، ومضادات الأكسدة، المضادة للالتهاب، ومضادة للالتهابات، قمنا بتصميم هذه الدراسة للتحقيق في الآثار الوقائية والآلية الأساسية لمستقبلات CB2 الانتقائية، B-caryophllene (BCP)، الحشيش الغذائي في نموذج الفئران من DCM. تم تغذية الفئران نظام غذائي عالي الدهون لمدة 4 أسابيع تليها جرعة واحدة من الستربتوزوتوسين (100) ملغم / كغم بالحقن لتطوير نموذج DCM. تم إعطاء BCP (50 ملغم / كغم من وزن الجسم) عن طريق الفم لمدة 12 أسبوعا. تم إعطاء AM630، وهو مضاد CB2 انتقائي، قبل 30 دقيقة من علاج BCP لإثبات الآلية المعتمدة على مستقبل CB2 لـBCP. أظهرت الفئران DCM تشوهات التمثيل الغذائي، وتلف القلب، وإعادة البناء، والخلل الوظيفي مقلص. أيضا، تم إثبات الإجهاد التأكسدي والتليف والالتهاب في فئران DCM أدى العلاج بـ BCP إلى تحسين تحمل الجلوكوز بشكل ملحوظ، ومقاومة الأنسولين، وتعزيز مستوى الأنسولين في الدم، وانخفاض مستوى السكر في الدم المرتفع. قام BCP أيضا بعكس اضطراب صورة الدهون وتخفيف تراكم الدهون في أنسجة القلب لدى فئران DCM عكس BCP إعادة تشكيل القلب، وتخفيف إصابة القلب، واستعادة وظيفة انقباض القلب. علاوة على ذلك، أظهر فحص البنية التحتية أن إصابة خلايا عضلة القلب انخفضت في الفئران DCM المعالجة بـ BCPوارتبط هذا التحسن بانخفاض التعبير عن AGE/RAGEفي الفئران DCM. خفف BCP بشكل كبير من الإجهاد التأكسدي من خلال تثبيط تعبير NOX4 وتفعيل إشارات PI3K / AKT / Nrf2. أيضًا، قام BCP بقمع التليف القلبي والانتقال البطاني إلى الوسيط (EndMT) في قلوب الفئران DCM من خلال تثبيط إشارات TGF-B / Smad. خفف BCP بشكل كبير من التهاب عضلة القلب وانخفاض إنتاج السيتوكينات المسببة للالتهابات ووسطاء الإنزيم الالتهابي عن طريق تثبيط إشارات بالإضافة BCP المعالجة بـ DCM الالتهابي في الفئران NLRP3 تم قمع تنشيط TLR4 / NF-кВ / МАРК إلى ذلك، خفف BCP من تلف البنكرياس ورفع بشكل ملحوظ عدد الخلايا الإيجابية للأنسولين. ومن المثير للاهتمام أن الإدارة المسبقة لمضاد مستقبل CB2 AM630 ألغى التأثيرات الإيجابية لـ BCP في الفئران DCM بشكل جماعي، BCP لديه القدرة على حماية عضلة القلب والبنكرياس لدى الفئران DCM في آلية تعتمد على مستقبل CB2.

Download

Share

COinS