Inhibition of diabetes mellitus-induced knee joint injury in rats by a combination of metformin and captopril

El-Bidawy, Mahmoud H; Al-Ani, Bahjat; Hussain, Abo Bakr Omar; Al-Ghamdi, Sameer; Aldossari, Khaled K; Haidara, Mohamed A

SUMMARY:

Osteoarthritis (OA) is an inflammatory disease that damages the joints and affects millions of people worldwide. The potential inhibitory effects of the antidiabetic drug metformin combined with captopril, the angiotensin-converting enzyme inhibitor, on diabetes-induced damage to the knee joint articular cartilage associated with the inhibition of glycemia, dyslipidemia, and inflammation has not been investigated before. Therefore, we induced diabetes in rats using high carbohydrate and fat diets and a single injection of streptozotocin (50 mg/kg). The protective group of rats was pre-treated with combined daily doses of metformin (Met; 200 mg/kg body weight) and captopril (Cap; 150 mg/kg body weight) for 14 days before diabetic induction and continued on metformin and resveratrol until the end of the experiment at week 12. Harvested tissues obtained from knee joints were prepared for basic histology staining with haematoxylin and eosin (H&E) and examined under light microscopy. Representative H&E images showed that OA was developed in the diabetic rats as demonstrated by a profound damage to the knee joints such as irregular eroded and a sharp decrease in the thickness of the articular cartilage surface and abnormal remodeling of the subchondral bone that were substantially ameliorated by Met+Cap. Met+Cap also significantly (p< 0.05) reduced blood levels of glucose, glycated hemoglobin (HbA1c), dyslipidemia, and the inflammatory biomarkers, high sensitivity C-reactive protein (hs-CRP), interleukin-6 (IL-6), and tumour necrosis factor-alpha (TNF-α) induced by diabetes. In addition, a significant (p≤ 0.0014) correlation between the articular cartilage thickness and the blood levels of glucose, HbA1c, triglyceride (TG), low density lipoprotein-cholesterol (LDL-C), high density lipoprotein- cholesterol (HDL-C), and hs-CRP were observed. Thus, we demonstrate that Met+Cap effectively protect the knee joint against injuries induced secondary to diabetes in rats, possibly due to the inhibition of glycemia, dyslipidemia, and biomarkers of inflammation.

RESUMEN:

La osteoartritis (OA) es una enfermedad inflamatoria que daña las articulaciones y afecta a millones de per- sonas en todo el mundo. No se han investigado los posibles efectos inhibidores del fármaco antidiabético metformina combinado con captopril, el inhibidor de la enzima convertidora de angiotensina, sobre el daño inducido por la diabetes en el cartílago articular de la articulación de la rodilla asociado con la inhibición de la glucemia, dislipidemia e inflamación. En este estudio fue inducida la diabetes en ratas con dietas altas en carbohidratos y grasas y una sola inyección de estreptozotocina (50 mg / kg). El grupo protector de ratas se pretrató con dosis diarias combinadas de metformina (Met; 200 mg / kg de peso corporal) y captopril (Cap; 150 mg / kg de peso corporal) durante 14 días antes de la inducción diabética. El tratamiento se continuó con metformina y resveratrol hasta el final del experimento en la semana 12. Los tejidos obtenidos de las articulaciones de la rodilla se prepararon para la tinción de histología básica con hematoxilina y eosina (H&E) y se examinaron con microscopía óptica. Imágenes representativas de H&E mostraron que la OA se desarrolló en las ratas diabéticas, como lo evidencia un daño profundo en las articulaciones de la rodilla, como la erosión irregular y una fuerte disminución en el grosor de la superficie del cartílago articular y remodelación anor- mal del hueso subcondral que fueron mejorados sustancialmente por Met + Cap. Met + Cap. También redujo significativamente (p <0.05) los niveles sanguíneos de glucosa, hemoglobina glicosilada (HbA1c), dislipidemia y los biomarcadores inflamatorios, proteína C reactiva de alta sensibilidad (hs-CRP), interleucina-6 (IL-6), y factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α) inducido por diabetes. Además, una correlación significativa (p≤ 0,0014) entre el grosor del cartílago articular y los niveles sanguíneos de glucosa, HbA1c, triglicéridos (TG), lipoproteínas-colesterol de baja densidad (LDL- C), lipoproteínas de alta densidad-colesterol (HDL-C) ) y hs-CRP. Así, demostramos que Met + Cap protege eficazmente la articulación de la rodilla contra lesiones inducidas por diabetes en ratas, posiblemente debido a la inhibición de la glicemia, dislipidemia y biomarcadores de inflamación.