Effects of sitagliptin, a DPP-4 inhibitor, on remodeling and microarchitecture assessed by bone histomorphometry and DPP-4 gene expression in bone tissue of ovariectomized Wistar rats

Abstract

Resumo: A enzima dipeptidil peptidase 4 (DPP-4) é uma serina peptidase expressa em células da medula óssea e presente na superfície dos osteoclastos. Esta enzima participa de processos inflamatórios associados a condições como diabetes, obesidade e osteoporose, estando ligada à degradação de substratos como citocinas, neuropeptídeos e incretinas. O impacto da DPP-4 sobre as incretinas é o mais conhecido, dado seu papel no metabolismo da glicose, sendo relevante para o tratamento do diabetes mellitus tipo 2 (DM2). Embora a DPP-4 tenha uma função reconhecida na microarquitetura óssea, essa relação é pouco explorada em pesquisas. Considerando o uso de inibidores da DPP-4 no manejo de pacientes com DM2 e a alta incidência de osteoporose e fraturas nessa população, novas investigações nessa área são necessárias. Nosso objetivo foi avaliar a ação da sitagliptina, um inibidor da DPP-4 usado no tratamento do DM2, no tecido ósseo de ratas ovariectomizadas (OVX e SHAM), comparadas a ratas sem hipoestrogenismo,através de histomorfometria óssea estrutural e dinâmica e também avaliar a expressão de RNAm da DPP-4 no tecido ósseo via RT-PCR quantitativa.O estudo foi conduzido seguindo os princípios do Comitê de Ética em Pesquisa Animal da Universidade Positivo. Foram incluídas no estudo quarenta ratas Wistar (*Rattus norvegicus*), divididas em cinco grupos. Dois grupos foram submetidos à ovariectomia denominada no texto como OVX. Os outros dois grupos passaram por cirurgia SHAM ou cirurgia simulada; quando o animal é submetido a todo o processo cirúrgico, porém os ovários não são retirados; o grupo controle não sofreu intervenção(n=7). O grupo OVX que recebeu a medicação sitagliptina foi chamado de OVX-S (n=9) e o grupo que recebeu solução salina foi chamado de OVX (n=7). O grupo SHAM que recebeu a medicação foi chamado de SHAM-S (n=10) e o grupo que recebeu solução salina foi chamado de SHAM (n=7).A partir do dia seguinte ao procedimento, foi iniciado tratamento por 13 semanas com sitagliptina (25 mg/kg/dia) ou solução salina, administrados por gavagem. Todos os ratos foram submetidos à eutanásia com 30 semanas de vida. Na histomorfometria, observou-se que o tratamento com sitagliptina no grupo OVX-S mitigou as mudanças causadas pelo hipoestrogenismo nos parâmetros de remodelação óssea, estáticos e dinâmicos, comparado ao grupo OVX. O grupo OVX-S apresentou maior BV/TV do que o grupo OVX (p<0,01) e menor separação das trabéculas (TB.sp)(p<0,01).O grupo OVX-S apresentou valores significativamente menores do que o grupo OVX nos parâmetros dinâmicos BFR/BS (p<0,05) e MS/BS(p < 0,001).Uma menor expressão de DPP-4 foi observada no grupo OVX-S em relação ao OVX( p<0.05).Concluímos que a sitagliptina reduziu a remodelação óssea induzida pelo hipoestrogenismo e preservou o volume ósseo, sugerindo que o uso de inibidores de DPP-4 possa ter um efeito benéfico na prevenção de alterações ósseas associadas ao hipoestrogenismo induzido por ovariectomia em ratas

Abstract: The enzyme dipeptidyl peptidase 4 (DPP-4) is a serine peptidase expressed by bone marrow cells and is present on the surface of osteoclasts. This enzyme is involved in inflammatory processes such as diabetes, obesity, osteoporosis, and is associated with various effects, including the degradation of substrates like cytokines, neuropeptides, and incretins. The effect on incretins is the most well-known of DPP-4 as it relates to glucose metabolism and has pharmacological importance in the treatment of type 2 diabetes mellitus (T2DM). DPP-4 is recognized for its action on bone microarchitecture; however, this effect has been less reported in studies. Due to the use of DPP-4 inhibitors in the treatment of patients with T2DM and the high prevalence of osteoporosis and fractures in this population, there is a need for advancement in research in this area. The aims of this study were to evaluate the action of sitagliptin, a DPP 4 inhibitor used in the treatment of DM2, on the bone tissue of ovariectomized rats (OVX and SHAM), compared to rats without hypoestrogenism, through structural and dynamic bone histomorphometry and also to evaluate the mRNA expression of DPP-4 in bone tissue via quantitative RT-PCR.The study was conducted according to the procedures and principles of the Animal Research Ethics Committee of Universidade Positivo. Forty Wistar rats (Rattus norvegicus) were included and divided into five groups. Two groups underwent ovariectomy, referred to as OVX. Two other groups underwent SHAM surgery, in which the animals underwent the full surgical procedure but the ovaries were not removed; the control group received no intervention (n=7). The OVX group that received sitagliptin was designated OVX S (n=9), and the group that received saline was designated OVX (n=7). The SHAM group that received the medication was designated SHAM-S (n=10), and the group that received saline solution was designated SHAM (n=7). The day after the procedure, daily treatment with sitagliptin 25 mg/kg/ or saline solution was administered by gavage for 13 weeks. All groups were euthanized at 30 weeks of age In the histomorphometric analysis, we were able to demonstrate that treatment with sitagliptin in the ovariectomized group (OVX-S) was capable of attenuating the changes caused by hypoestrogenism in the static and dynamic remodeling parameters compared to OVX group. The OVX-S group showed higher BV/TV than the OVX group (p<0.01) and lower trabecular separation (TB.sp) (p<0.01). The OVX-S group had significantly lower values than the OVX group in the dynamic parameters BFR/BS (p<0.05) and MS/BS (p<0.001). A lower expression of DPP-4 was observed in the OVX-S group compared to the OVX group (p<0.05). We concluded that sitagliptin reduced bone remodeling induced by hypoestrogenism and preserved bone volume, suggesting that the use of DPP-4 inhibitors may have a beneficial effect in preventing bone changes associated with hypoestrogenism in menopause induced by ovariectomy in female rats