Dipeptidyl Peptidase IV inhibition activates CREB and improves islet vascularization through the VEGF-A/VEGFR-2 pathway

Abstract

Substitution of pancreatic islets is a potential therapy to treat diabetes and it depends on reconstitution of islet´s capillary network. In this study, we addressed the question whether stabilization of Glucagon-Like-Peptide-1 (GLP-1) by inhibiting Dipeptidyl Peptidase-IV (DPP-IV) increases beta-cell mass by modulating vascularization. Mouse or porcine donor islets were implanted under kidney capsule of diabetic mice treated with DPP-IV inhibitor, sitagliptin. Grafts were analyzed for insulin production, beta-cell proliferation and vascularization. In addition, the effect of sitagliptin on sprouting and Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF)-A expression was examined ex vivo. The cAMP response element-binding (CREB) and VEGF-A/ Vascular Endothelial Growth Factor Receptor (VEGFR)-2 signaling pathway leading to islet vascularization was explored. Sitagliptin increased mean insulin content of islet grafts and area of insulin-positive tissue as well as beta-cell proliferation. Interestingly, sitagliptin treatment also markedly increased endothelial cell proliferation, microvessel density and blood flow. Finally, GLP-1 (7-36) stimulated sprouting and VEGF expression, which was significantly enhanced by sitagliptin- mediated inhibition of DPP-IV. Our in vivo data demonstrate that sitagliptin treatment phosphorylated CREB and induced islet vascularization through VEGFA/ VEGFR-2 signaling pathway. This study paves a new pathway for improvement of islet transplantation in treating diabetes mellitus. Der Ersatz von Langerhansschen Inselzellen stellt eine Therapiemöglichkeit des Diabetes Mellitus dar und hängt von der Wiederherstellung der Kapillarnetze der Inseln ab. In dieser Arbeit wird geprüft, ob eine Stabilisierung des Glucagon-Like-Peptide-1 (GLP-1) durch Inhibition der Dipeptidylpeptidase-IV (DPP-IV) eine Vergrößerung der Betazellmasse durch Veränderung der Vaskularisierung hervorruft. Von Mäusen oder Schweinen stammende Inseln wurden unter die Nierenkapsel von diabetischen Mäusen transplantiert. Diese Mäuse wurden mit dem DPP-IV-Inhibitor Sitagliptin behandelt. Die Transplantate wurden auf ihre Insulinproduktion, Betazellproliferation und Vaskularisierung untersucht. Zusätzlich analysiert wurden der Effekt des Sitagliptins auf die Angiogenese sowie die Expression von Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF)-A. Die cAMP response element-binding (CREB) und VEGFA/ Vascular Endothelial Growth Factor Receptor (VEGFR)-2-Signalwege waren darüber hinaus Objekt der Forschung. Sitagliptin führte zu einer Erhöhung des mittleren Insulingehalts der Transplantate, zu einer flächenmäßigen Vergrößerung des Insulin-positiven Gewebes und zu Betazellproliferation. Bemerkenswerterweise erhöhten sich durch die Behandlung mit Sitagliptin auch die Proliferation der Endothelzellen, die Kapillardichte und der Blutfluss. Schließlich wirkte GLP-1 stimulierend auf Angiogenese und VEGF-Expression, welche aufgrund der Inhibition von DPP IV durch GLP-1 signifikant verbessert wurden. Unsere in vivo gesammelten Daten demonstrieren, dass eine Behandlung mit Sitagliptin CREB phosporyliert und eine vermehrte Vaskularisierung von Langerhansschen Inseln durch den VEGF-A/VEGFR-2-Signalweg induziert. Diese Arbeit ebnet einen neuen Weg zu einer Verbesserung der Inseltransplantation in der Behandlung des Diabetes Mellitus.