Effects of Vitamin K in an Experimental Model of Metabolic Syndrome /// Ефекти на витамин К при експериментален модел на метаболитен синдром

Abstract

Витамин К е необходим за карбоксилирането на редица протеини в организма. Субклиничният дефицит на витамин К нарушава екстрахепаталните му функции и води до развитието на болести на стареенето, към които могат да се отнесат нарушенията на енергийния метаболизъм. Клинични проучвания сочат, че високият диетичен внос на витамин К намалява риска от развитие на метаболитен синдром и захарен диабет тип 2. Остеокалцинът е екстрахепатален витамин К-зависими протеин. В последните години се трупат данни, че некарбоксилираната форма на протеина подобрява енергийния метаболизъм на мишки. Витамин К стимулира процеса на карбоксилиране и намалява нивата на некарбоскилираната форма и следователно би трябвало да влоши енергийния метаболизъм. С цел изясняване на това противоречие проведохме поредица от експерименти върху здрави мъжки Wistar плъхове и плъхове с индуциран метаболитен синдром. Нашите резултати потвърждават, че при плъхове некарбоксилираният остеокалцин също регулира енергийния метаболизъм и поведението. Чрез третиране на животните с warfarin и alendronate индуцирахме съответно повишаване и понижаване на нивата му и установихме, че тези промени водят до противоположни изменения в метаболизма и поведението на животните. Изследвахме и действието на витамин К върху метаболитните и поведенчески показатели и установихме благоприятното им повлияване. Крайният извод от проведените изследвания е, че както витамин К, така и некарбоксилираният остеокалцин, упражняват благоприятни ефекти върху въглехидратния метаболизъм и поведенческите нарушения при метаболитен синдром, като най-вероятно действат по различен механизъм

Vitamin K is required for the carboxylation of many proteins in the liver and outside liver. The subclinical vitamin K deficiency impairs its extrahepatic functions and is linked to the development of age-related diseases, among which, disturbances of energy metabolism. Clinical studies show that high dietary vitamin K intake is associated with reduced risk of metabolic syndrome/diabetes type 2. Osteocalcin is a bone-specific vitamin K-dependent protein. Recent experimental studies have shown that the uncarboxylated form of the protein improves energy metabolism in mice. According to this hypothesis, vitamin K supplementation, stimulating the process of osteocalcin carboxylation and reducing the level of the uncarboxylated form of the protein, would impair the energy metabolism. Aiming to clarify this seeming discrepancy, we performed a series of experiments on healthy male Wistar rats and rats with diet-induced metabolic syndrome. Our results demonstrate that, similarly to mice, uncarboxylated osteocalcin is involved in the regulation of energy metabolism and behavior in rats. By chronically treating the animals with warfarin and alendronate, we increased and decreased, respectively, the serum levels of uncarboxylated osteocalcin. These changes were associated by opposite metabolic and behavioural changes. We studied also the action of vitamin K and found favourable effects on energy metabolism and rat behavior. Overall, the study shows that both vitamin K and uncarboxylated osteocalcin are able to ameliorate the impairment of carbohydrate metabolism and behavior of rats with metabolic syndrome, probably through different underlying mechanisms.