Effect of vitamin D3 on insulin resistance and the expression of the insulin receptor and its substrate in the uterus of rats with induced polycystic ovary syndrome

Choć powszechnie witamina D3 kojarzona jest z utrzymaniem homeostazy wapniowo-fosforanowej i wpływem na układ kostny, najnowsze badania wskazują na jej rolę w regulacji szeregu innych procesów fizjologicznych, w tym prawidłowego funkcjonowania żeńskiego układu rozrodczego. Ekspresję receptora witaminy D3 oraz enzymów metabolizujących wykazano w jajniku, macicy, jajowodzie i łożysku, sugerując wpływ witaminy D3 na funkcje rozrodcze samic. Ponadto uważa się, że witamina D3 może mieć pozytywny wpływ na poprawę parametrów rozrodczych i metabolicznych w patologiach żeńskiego układu rozrodczego, tj. zespół policystycznych jajników (PCOS). Celem przedłożonej pracy była ocena wpływu witaminy D3 na poziom insuliny (metoda immunoenzymatyczna) i glukozy (metoda kolorymetryczna) w osoczu krwi, wskaźniki HOMA %β, HOMA %S i HOMA-IR oraz ekspresję białka receptora insuliny i jego substratu (metoda Western blot) w macicy szczurzyc w indukowanym letrozolem modelu PCOS. W doświadczeniu wykorzystano 4 grup zwierząt (n=8 każda): 1) kontrolna; 2) suplementowana witaminą D3 (500IU na dzień); 3) traktowana letrozolem (1 mg/kg masy ciała) oraz 4) traktowana witaminą D3 i letrozolem. Metoda immunoenzymatyczna wykazała, że najwyższe stężenie insuliny w osoczu krwi osiągnęły osobniki z indukowanym PCOS. Najwyższy poziom glukozy również odnotowano w osoczu krwi szczurów z podawanym letrozolem, podczas gdy w grupie traktowanej zarówno letrozolem jak i witaminą D3 poziom ten był zauważalnie niższy. Najwyższa wartość parametru HOMA-IR charakteryzowała osobniki z indukowanym PCOS, natomiast zwierzęta, którym podawano letrozol i witaminę D3 wykazywały wartość niższą. Parametr HOMA %β osiągnął wartość największą u szczurów z podawaną witaminą D3 i był istotnie wyższy niż w grupie kontrolnej. Analiza ekspresji białka dla receptora insuliny i jego substratu oraz ich form fosforylowanych w macicy szczurzyc nie wykazała istotnych różnic pomiędzy grupami. Uzyskane wyniki potwierdzają zaangażowanie witaminy D3 w poprawienie obwodowej insulinooporności u szczurzyc z indukowanym PCOS. Jej wpływ na wewnątrzkomórkowy mechanizm działania insuliny w macicy podczas PCOS wymaga dalszych badań. Suplementacja witaminą D3 może zatem stanowić szansę w profilaktyce i leczeniu schorzeń żeńskiego układu rozrodczego, tj. PCOS

Despite vitamin D3 being commonly associated with the maintenance of calcium-phosphate homeostasis and the effect on the skeletal system, recent studies have indicated its role in regulating several other physiological processes, including the proper functioning of the female reproductive system. The expression of the vitamin D3 receptor and metabolising enzymes has been shown in the ovary, uterus, fallopian tube, and placenta, suggesting the effect of vitamin D3 on the female reproductive function. In addition, it is believed that vitamin D3 may have a positive effect on the improvement of both reproductive and metabolic parameters in pathologies of the female reproductive system, such as polycystic ovary syndrome (PCOS). The aim of the presented study was to examine the effect of vitamin D3 on the insulin (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) and glucose (colorimetric method) levels in plasma, HOMA% β, HOMA% S and HOMA-IR indices as well as the effect on the abundance of insulin receptor protein and its substrate (Western blot method) in the uterus of rats in the letrozole-induced PCOS model. Four groups of animals (n = 8 each) were used in the experiment: 1) control; 2) supplemented with vitamin D3 (500IU per day); 3) letrozole-treated (1 mg/kg body weight) and 4) treated with vitamin D3 and letrozole. The immunoenzymatic method showed that the highest concentration of insulin in the blood plasma was achieved in females with induced PCOS. The greatest levels of glucose were also found in the blood plasma of rats dosed with letrozole, while in the group treated with both letrozole and vitamin D3 the level was noticeably lower. The highest value of the HOMA-IR parameter was found in animals with induced PCOS, while those treated with letrozole and vitamin D3 displayed a lower value. The HOMA% β parameter reached the highest value in rats supplemented with vitamin D3 and was significantly higher than in the control group. The analysis of protein expression of the insulin receptor and its substrate as well as their phosphorylated forms in the uterus of rats showed no significant differences between the groups. These findings confirm the involvement of vitamin D3 in the improvement of peripheral insulin resistance in PCOS-induced rats. Its effect on the intracellular mechanism of insulin action in the uterus during PCOS still requires further research. Therefore, vitamin D3 supplementation may serve as an opportunity in the prevention and treatment of diseases of the female reproductive system, including PCOS.