The effect of dietary glycotoxins (AGEs) on the kidney and adrenal gland of female androgenized rats

INTRODUCTION: Advanced glycation end products (AGEs) are a heterogeneous group of compounds, formed from nonenzymatic reaction of reducing sugars with proteins, lipids and nucleic acids. Systemic AGEs are derived from two main sources: endogenous formed in the body and exogenous ingested in foods. The predominant removal of AGEs takes place in the kidney. The important role of the kidneys in the metabolism and excretion of endogenous and dietary AGEs has been demonstrated in animals and humans with severe renal disease. Besides AGEs, it is already known that testosterone may play a crucial role in the acceleration of the tubular apoptotic process and the progression of chronic kidney disease in males. Testosterone is known to be profibrotic, leading to mesangial expansion and renal dysfunction. Moreover, the positive correlation between AGE and androgens has been demonstrated in young normoglycaemic women with PCOS.AIM OF THE STUDY: The present study aims to investigate the effect of dietary glycotoxins and androgen excess on the kidney and adrenal gland of an androgenized female rat model.MATERIALS AND METHODS: We studied 80 female Wistar rats, divided into 3 groups. The animals from group A were androgenized at 4 weeks of age (n=30), group B included rats which were androgenized at 12-20 weeks of age (n=20) and group C included the non-androgenized animals (n=30). The animals where androgenized by subcutaneous implantation of 90-d continuous release pellets containing 7.5 mg dihydrotestosterone (DHT), leading to a daily exposure of 83 μg DHT. All groups were further randomly assigned, either to a high-AGE or low-AGE diet for 3 months. The study was concluded after 3 months and rats were sacrificed. Serum AGE levels (U/ml) were measured by AGE-specific competitive ELISA. Immunohistochemical analysis was performed to estimate accumulation of AGEs on kidney and adrenal gland tissue. RESULTS: The rats fed with high-AGE diet had significantly higher serum creatinine levels (p≤0.0002) when they were compared with those fed with low-AGE diet. The androgenized group fed with high-AGE diet exhibited higher levels of serum AGE (p=0.0005), creatinine levels (p<0.0001), when compared with the non-androgenized group fed with high-AGE diet. The animals androgenized at 12-20 weeks of age exhibited higher C-reactive protein (CRP) levels, when compared with the age matched non-androgenized animals (p≤0.002). AGE immunoreactivity was higher on the renal tubules of the androgenized animals fed with high-AGE diet, when compared with the animals fed with low-AGE diet, but did not significantly differ among the two groups. In addition, the rats fed with high-AGE diet exhibited higher AGE immunohistochemical indices in the cortex (p=0.0001) and medulla (p=0.0001) of adrenal gland, when compared with those fed with low-AGE diet.CONCLUSION: The present study demonstrated that dietary glycotoxins, in combination with increased androgen levels, exert a more profound negative impact on the kidney of an androgenized female rat model that mimics the metabolic characteristics of polycystic ovary syndrome. Additionally, dietary glycotoxins may exert a negative effect on the adrenal gland of the same animal model, with unknown consequencies. The latter finding requires further studying.ΕΙΣΑΓΩΓΗ: Τα τελικά προϊόντα προχωρημένης γλυκοζυλίωσης (AGEs) αποτελούν μία ετερογενή ομάδα σύμπλοκων ενώσεων, που προέρχονται απο τη μη ενζυμική γλυκοζυλίωση αμινοξέων, λιπιδίων και νουκλεϊκών οξέων. Η εναπόθεση των AGEs στους ιστούς προέρχεται από δύο κύριες πηγές: τον ενδογενή σχηματισμό τους στον οργανισμό και την εξωγενή κατανάλωσή τους από τις τροφές. Η κύρια απομάκρυνση των AGEs γίνεται απο το νεφρό. Ο σημαντικός ρόλος των νεφρών στο μεταβολισμό και την απέκκριση των ενδογενών και εξωγενών AGEs έχει δειχθεί σε ανθρώπινα και ζωικά πειραματικά μοντέλα με σοβαρή νεφρική νόσo. Εκτός από τα AGEs, είναι ήδη γνωστό ότι και η τεστοστερόνη παίζει σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη της διαδικασίας απόπτωσης των κυττάρων των νεφρικών σωληναρίων και στην επιδείνωση της νεφρικής νόσου στους άρρενες. Επιπλέον, έχει δειχθεί ότι υπάρχει θετική συσχέτιση των επιπέδων AGE και των ανδρογόνων σε νέες νορμογλυκαιμικές γυναίκες με σύνδρομο πολυκυστικών ωοθηκών (ΣΠΩ). Δεν υπάρχουν δεδομένα που να αφορούν στην επίδραση του συνδυασμού των διατροφικών γλυκοτοξινών και της περίσσειας ανδρογόνων στους νεφρούς και τα επινεφρίδια θηλέων ατόμων. ΣΚΟΠΟΣ ΜΕΛΕΤΗΣ: Η παρούσα μελέτη έχει ως σκοπό να διερευνήσει την επίδραση των διατροφικών γλυκοτοξινών και της περίσσειας ανδρογόνων στου νεφρούς και τα επινεφρίδια θηλέων αρρενοποιηθέντων επιμύων.ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ: Η μελέτη αφορά 80 θήλεις Wistar επίμυες, οι οποίοι κατανεμήθηκαν σε 3 ομάδες. Η ομάδα Α περιελάμβανε 30 επίμυες, οι οποίοι αρρενοποιήθηκαν σε ηλικία 4 εβδομάδων, η ομάδα Β 20 επίμυες, οι οποίοι αρρενοποιήθηκαν σε ηλικία 12-20 εβδομάδων και η ομάδα C περιελάμβανε 30 μη-αρρενοποιημένους επίμυες. Η αρρενοποίηση των πειραματοζώων έγινε μέσω της εμφύτευσης σφαιρίων αποτελούμενων από 7,5mg 5α-Διυδροτεστοστερόνης (DHT) (90 ημερών συνεχούς απελευθέρωσης). Όλες οι ομάδες χωρίστηκαν τυχαία σε 2 υποομάδες η κάθε μία, ανάλογα με τον τύπο τροφής υψηλής ή χαμηλής περιεκτικότητας σε AGEs που έλαβαν τα πειραματόζωα για διάστημα 12 εβδομάδων. Μετά το πέρας των 12 εβδομάδων έγινε ευθανασία όλων των πειραματoζώων. Τα AGEs του ορού (U/ml) μετρήθηκαν με AGE-ειδική ανταγωνιστική ELISA. Ανοσοϊστοχημική ανάλυση πραγματοποιήθηκε για την εκτίμηση της εναπόθεσης των AGEs στα παρασκευάσματα νεφρικού και επινεφριδιακού ιστού.ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Τα πειραματόζωα που τράφηκαν με τροφή υψηλής περιεκτικότητας σε AGEs παρουσίασαν στατιστικά σημαντικά υψηλότερα επίπεδα κρεατινίνης ορού (p≤0.0002) σε σύγκριση με εκείνους που τράφηκαν με τροφή χαμηλής περιεκτικότητας σε AGEs. Η ομάδα των επιμύων που αρρενοποιήθηκαν σε ηλικία 12-20 εβδομάδων και τράφηκαν με τροφή υψηλής περιεκτικότητας σε AGEs παρουσίασαν υψηλότερα επίπεδα AGE στον ορό (p=0.0005) και κρεατινίνης ορού (p<0.0001), σε σύγκριση με την μη αρρενοποιημένη ομάδα πειραματοζώων, ίδιας ηλικίας, που τράφηκαν με τον ίδιο τύπο τροφής. Τα πειραματόζωα που αρρενοποιήθηκαν σε ηλικία 12-20 εβδομάδων παρουσίασαν υψηλότερα επίπεδα CRP στον ορό (p≤0.002), σε σύγκριση με τα ίδιας ηλικίας μη αρρενοποιημένα πειραματόζωα. Οι δείκτες AGE ανοσοχρώσης ήταν υψηλότεροι στα νεφρικά σωληνάρια των αρρενοποιημένων πειραματοζώων που τράφηκαν με τροφή υψηλής περιεκτικότητας σε AGEs, σε σύγκριση με τα πειραματόζωα που τράφηκαν με τροφή χαμηλής περιεκτικότητας σε AGEs, αλλά η διαφορά αυτή δεν ήταν στατιστικά σημαντική. Επιπλέον, η παρουσα μελέτη έδειξε την αυξημένη εναπόθεση των AGEs στο φλοιό (p=0.0001) και το μυελό των επινεφριδίων (p=0.0001) των πειραματοζώων που τράφηκαν με τροφή υψηλής περιεκτικότητας σε γλυκοτοξίνες, σε σύγκριση με τα πειραματόζωα που τράφηκαν με τροφή χαμηλής περιεκτικότητας σε γλυκοτοξίνες. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Τα παραπάνω δεδομένα υποδηλώνουν ότι οι διατροφικές γλυκοτοξίνες και η περίσσεια ανδρογόνων, έχουν συνεργική αρνητική επίδραση στους νεφρούς ενός πειραματικού μοντέλου θηλέων αρρενοποιημένων επιμύων, που προσομοιάζει στα ορμονικά και μεταβολικά χαρακτηριστικά του συνδρόμου των πολυκυστικών ωοθηκών. Επιπλέον, οι διατροφικές γλυκοτοξίνες είναι δυνατό να επιβαρύνουν δομικά και λειτουργικά τα επινεφρίδια. Το εύρημα αυτό δεν μπορεί να αναλυθεί περαιτέρω, διότι δεν υπάρχουν βιβλιογραφικά δεδομένα προς το παρόν, σχετικά με τη συσχέτιση των AGEs και της διαταραχής της λειτουργίας ή δομής των επινεφριδίων. Θα είναι ενδιαφέρον στο μέλλον να αποσαφηνιστεί περαιτέρω ο ρόλος των εξωγενών γλυκοτοξινών στα επινεφρίδια

Current perspectives on the health risks associated with the consumption of advanced glycation end products: recommendations for dietary management

Advanced glycation end products (AGEs) constitute a complex group of compounds produced endogenously during the aging process and under conditions of hyperglycemia and oxidative stress. AGEs also have an emerging exogenous origin. Cigarette smoke and diet are the two main exogenous sources of AGEs (glycotoxins). Modern Western diets are rich in AGEs which have been implicated in the pathogenesis of several metabolic and degenerative disorders. Accumulating evidence underlies the beneficial effect of the dietary restriction of AGEs not only in animal studies but also in patients with diabetic complications and metabolic diseases. This article reviews the evidence linking dietary glycotoxins to several disorders from diabetic complications and renal failure to liver dysfunction, female reproduction, eye and cognitive disorders as well as cancer. Furthermore, strategies for AGE reduction are discussed with a focus on dietary modification

Metformin in polycystic ovary syndrome

Polycystic ovary syndrome (PCOS) affects 6.6-6.8% of women in reproductive age. Insulin resistance and hyperinsulinemia play a critical role in the pathogenesis of PCOS and are associated with a high risk for type 2 diabetes mellitus and cardiometabolic abnormalities. Metformin has been introduced as a therapeutic option in PCOS, targeting of cardiometabolic and reproductive abnormalities on the basis of its action on the reduction of glucose levels and the attenuation of insulin resistance. The tissue-specific actions of metformin as well as the molecular mechanisms involved in the liver, the muscle, the endothelium, and the ovary are elucidated in this review. The use of metformin in pregnant women with PCOS is another of its positive features. Overall, available data supports the therapeutic usefulness of metformin on cardiometabolic risk and reproduction assistance in PCOS women

Additive effects of dietary glycotoxins and androgen excess on the kidney of a female rat model

Background: Dietary glycotoxins and androgen excess have been independently associated with a negative influence on the kidney. There are no data concerning the additive effects of these two factors on the kidney function and structure, in females. The present study aims to investigate the effect of dietary glycotoxins and androgen excess on the kidneys of an androgenized female rat model. Methods: The study involved 80 female Wistar rats divided into 3 groups. The animals from group A were androgenized at 4 weeks of age (n = 30), rats of group B were androgenized at 12–20 weeks of age (n = 20) and group C consisted of non-androgenized animals (n = 30). All groups were further randomly assigned, either to a high-Advanced Glycation End product diet (HA diet) or low-AGE diet (LA diet), for 3 months. Results: The rats fed with HA diet had significantly higher serum creatinine levels (p ⩽ 0.0002), when compared with those fed with LA diet. The androgenized group fed with HA diet exhibited higher levels of serum AGE (p = 0.0005), creatinine levels (p < 0.0001) and C-reactive protein (CRP) levels (p ⩽ 0.002), when compared with the non-androgenized group fed with HA diet. AGE immunoreactivity was higher on the renal tubules of the androgenized animals fed with HA diet, when compared with the animals fed with LA diet, but did not significantly differ among the two groups. Conclusions: The above mentioned data suggest that dietary glycotoxins, in combination with increased androgen exposure, exert a more profound negative impact on the kidney of an androgenized female rat model that mimics the metabolic characteristics of polycystic ovary syndrome

Impact of Androgen and Dietary Advanced Glycation End Products on Female Rat Liver

Background/Aims: Advanced glycation end products (AGEs) have been related to a wide range of liver disorders including hyperandrogenic states such as the Polycystic Ovary Syndrome (PCOS). The aim of the present study is to evaluate the potential impact of dietary glycotoxins exposure and androgen excess on hepatic histology and biochemistry in an androgenized female rat model. Methods: The study population consisted of 80 female Wistar rats, divided in 3 groups, a group of prepubertal (Group A, n=30) and adult rats (Group B, n=20) that were androgenized via subcutaneous implantation of dihydrotestosterone-containing pellets as well as a group of adult non-androgenized rodents (Group C, n=30). All groups were randomly assigned either to a high-AGE or low-AGE diet for 3 months. Results: Rats fed with a high-AGE diet exhibited significantly elevated levels of gamma-glutamyl transferase (&#947;GT) (p≤0.0002) and indices of AGE immunostaining in liver tissue (pper se constitutes an aggravating factor as demonstrated by the elevated &#947;GT levels in adult androgenized animals compared to non-androgenized, independent of diet content (p=0.0002) and by the elevated AST and alanine aminotransferase (ALT) levels in low-AGE subgroups (adult androgenized vs. non-androgenized, p=0.0002) followed by increased immunohistochemical AGE deposition in hepatocytes of the latter categories (p=0.0007). Conclusion: The present study suggests that androgens and glycotoxins may contribute synergistically to distort hepatic physiology and function as observed in hyperandrogenic conditions