Kapcsolat a hasnyálmirigy frakcionált béta-sejtterülete és az éhomi plazma glükózkoncentráció között majmokban

Absztrakt

Célok/hipotézis

Megkíséreltük megállapítani az éhomi plazma glükózkoncentrációk és a hasnyálmirigy frakcionált béta sejtterülete közötti kapcsolatot felnőtt cynomolgus majmokban (Macaca fascicularis).

Mód

Az éhomi plazma glükózszintet és a hasnyálmirigy frakcionált béta sejtterületét 18 kontroll és 17 streptozotocinnal kezelt felnőtt főemlősnél (17,0 ± 1,2 vs 15,4 ± 1,2 éves) mértük.

Eredmények

Az éhomi plazma glükóz növekedett (12,0 ± 2,0 vs 3,4 ± 0,1 mmol/l, o

Bevezetés

Az egészségügyben a vércukor-koncentrációt a hasnyálmirigy-béta sejtek által kiválasztott inzulin szabályozza. Cukorbetegség akkor alakul ki, ha a glikémiás kontroll fenntartásához elegendő inzulin szekretálódik. Az 1-es és a 2-es típusú cukorbetegségben ez legalább részben a béta-sejtek hiányának köszönhető [1–3]. A publikált szakirodalomban következetlenség van abban, hogy mi képez elegendő béta-sejt tömeget a glikémiás kontroll fenntartásához. A sebészeti szakirodalom szerint a hasnyálmirigy reszekciója 80% -ban elviselhető cukorbetegség nélkül [4, 5]. Emberek és kutyák részleges hasnyálmirigy-eltávolítás utáni átfogóbb metabolikus vizsgálata azonban azt sugallta, hogy a hasnyálmirigy-eltávolítás ~ 50% -a rövid távon károsítja az éhomi glükóz- és glükóz-intoleranciát [6], és egyes személyeknél a következő néhány évben cukorbetegséget eredményez [7, 8 ].

Ez utóbbi adatok összhangban állnak az éhomi vércukor-koncentráció és a hasnyálmirigy frakcionált területe közötti kapcsolat keresztmetszeti vizsgálataival emberben [3]. Elhízott egyéneknél ez a kapcsolat görbe vonalú, a vércukorszint inflexiója ~ 50% vagy annál nagyobb béta-sejtek hiánya a kontrollokhoz képest. Másrészt kutyák egy másik vizsgálatában azt javasolták, hogy az inzulin szekréciója minimálisan valósuljon meg ~ 50% hasnyálmirigy-reszekcióval [9].

Itt beszámolunk az éhomi plazma glükóz (FPG) és a hasnyálmirigy béta sejt frakcionált területe közötti kapcsolatról felnőtt cynomolgus majmokban (Macaca fascicularis).

Mód

Állatok

Összesen 35 hím cynomolgus majom (Macaca fascicularis, életkor: 16,2 ± 0,9 év, 5 és 27 év közötti tartomány; testtömeg: 5,8 ± 0,3 kg, 3,4–9,8 kg). A majmokat eredetileg az Institut Pertanian-ból (Bogar, Indonézia) importálták, és párosban a Wake Forest Egyetem Orvostudományi Karának Összehasonlító Orvostudományi Klinikai Kutatóközpontjában helyezték el őket, Winston-Salem, USA, USA. Közülük 18 majmot (kilenc kontroll és kilenc streptozotocinnal [STZ] kezelt majmot) vontak be egy korábbi, máshol közölt tanulmányba [10]. Majmokat véletlenszerűen vagy a kontrollhoz (n = 18) vagy az STZ (n = 17) csoport. A kontroll és az STZ csoportokat életkoruknak megfelelően hasonlítottuk össze (17,0 ± 1,2 vs 15,4 ± 1,2 év), o = 0,3) és a testtömeg (6,1 ± 0,4 vs 5,6 ± 0,3 kg), o = 0,3). Az állatokat érintő összes eljárást az állami és szövetségi törvényeknek, az Egyesült Államok Egészségügyi és Humán Szolgáltatási Minisztériumának normáinak, valamint a Wake Forest University intézményi állatgondozási és felhasználási bizottságának irányelveinek megfelelően hajtották végre.

Cukorbetegség kiváltása

A cukorbetegség kiváltásához frissen készített STZ-t (Zanosar; SICOR Pharmaceuticals, Irvine, Kalifornia, USA) intravénásán egyetlen bolusban (30 mg/kg) adtak az STZ csoportba tartozó majmoknak. Az STZ hatásának monitorozásához az éhomi vércukor-koncentrációt egy héten keresztül alternatív napokon mértük (Accu-Check Glucose Monitor; Boehringer Mannheim, Indianapolis, IN, USA). Az STZ csoport 17 majmából hatnak volt szüksége egy második STZ injekcióra 1 héttel azután, hogy három majomnak egy harmadik STZ injekcióra volt szüksége 1 héttel a második után a cukorbetegség kiváltásához. A cukorbetegség kritériuma az éhomi vércukorszint> 8 mmol/l volt 48 órával az STZ injekció után. A hiperglikémiás majmok ketózisának elkerülése érdekében az inzulinkezelést (Novolin 70/30; Novo Nordisk USA, Princeton, NJ, USA) naponta kétszer 0,4 U/kg dózissal kezdték, majd az adagot fokozatosan az éhomi célzott vércukorszintre emelték. koncentrációja 8-14 mmol/l.

Az éhomi vérmintákat ketamin szedációval vettük össze 4 héttel (kilenc kontroll és kilenc STZ majom) vagy 14 héttel (kilenc kontroll és nyolc STZ majom) az STZ (vagy sóoldat) injekció után. Az exogén inzulin hatásának elkerülése érdekében a majmokat a vérmintavételt megelőző estén a Novolin 70/30 helyett ugyanazzal az adaggal rendszeres inzulinnal (Novolin R; Novo Nordisk USA) kezelték. A plazma glükózkoncentrációt glükóz-oxidáz módszerrel határoztuk meg Glucose Analyzer 2 (Beckman Instruments, Brea, CA, USA) alkalmazásával.

Szövetgyűjtemény

A vérminták összegyűjtése után (azaz 4 vagy 14 héttel az STZ [vagy sóoldat] kezelés után) az állatokat intravénás pentobarbitál túladagolásával leöltük, és a hasnyálmirigyeket épen összegyűjtöttük, azonnal lemértük, 3-4 mm-es részekre vágtuk és jéghideg, semleges pufferolt 10% (térf./térf.) formalinban 24 órán át rögzítjük. A hasnyálmirigyeket ezután 70% (térfogat/térfogat) alkoholba helyeztük további 24 órán át 4 ° C-on, majd feldolgoztuk és paraffinba ágyazottuk a következő eljáráshoz.

Morfometrikus elemzés

Az immunhisztokémia céljából 4 µm hasnyálmirigy-szakaszokat, amelyek legalább 100 szigetet tartalmaznak, tengerimalac 1: 100 arányú anti-inzulin antitesttel (Zymed Laboratories, San Francisco, Kalifornia, USA) és haematoxilinnel festettünk. Ezután az inzulinnal festett teljes hasnyálmirigy-részt × 40-es nagyítással (× 4-es objektív) ábrázoltuk. A béta-sejtek területének/a hasnyálmirigy parenchimális területének arányát digitálisan számszerűsítettük az Image Pro Plus szoftverrel (Media Cybernetics, Silver Springs, MD, USA), az előzőekben leírtak szerint [2].

Statisztikai analízis

Az adatokat átlag ± SEM formában mutatjuk be. A diákok t tesztet használtunk az összehasonlításokhoz. Az éhomi plazma glükóz (y mmol/l-ben) és a béta-sejtek területe (x % -ban) Ritzel és munkatársai által javasolt modellel írták le. [3], mono-exponenciális bomlást és platót ismertet:

ahol a fennsík (mmol/l) volt a megnövekedett béta sejtterületekhez kapcsolódó FPG-érték, a span (mmol/l) a plató fölötti növekedés volt, amely megegyezett a nulla egyenlő béta-sejtterülettel, és k (% −1) az állandó sebesség a mono-exponenciális függvény.

A modellváltozókat (pl. Fennsíkot, fesztávolságot és k) becsültük, a pontosságuk (variációs együttható) mértékével együtt, nem lineáris legkisebb négyzetekkel [11], SAAM II szoftverrel [12].

Eredmények

A várakozásoknak megfelelően az éhomi plazma glükózkoncentrációk nem sokkal a halál és a boncolás előtt mértek magasabbak voltak az STZ-vel kezelt cukorbeteg majmokban a kontroll majmokhoz képest (12,0 ± 2,0 vs 3,4 ± 0,1 mmol/l, o -1 (CV 33%). A kontrollmajmoknál a frakcionált béta-sejtterületek széles skálája volt. A vércukor-koncentráció meredeken emelkedett, miután a hasnyálmirigy-frakcionált béta-sejtek területe 50% -ra vagy annál kevesebbre csökkent, mint a kontrollmajmok átlagának.

Vita

Beszámolunk arról, hogy a hasnyálmirigy-frakcionált béta-sejtek területe és az éhomi plazma glükózkoncentráció közötti összefüggés a cynomolgus majmokban emlékeztet a 2-es típusú cukorbetegségben és anélkül szenvedő emberekre [3]. A kapcsolat szintén összehasonlítható a cukorbetegség sertés [13] és patkány modelljén [14] korábban megfigyeltével, összehasonlítva a nem diabéteszes kontrolljukkal.

Ezen modellek mindegyikében a nem diabéteszes kontrollokban a frakcionált béta-sejtterületek széles skálája található [3, 13, 14]. Elképzelhető, hogy ennek oka a hasnyálmirigy térfogatának változása [15]. Ugyanakkor a diabéteszes emberekben a béta-sejtek széles skálájáról is beszámoltak [16].

Alternatív megoldásként a nem cukorbeteg egyének frakcionált béta hívási területeinek széles tartománya alkalmazkodást jelent az inzulinérzékenységhez. Ez azonban valószínűtlennek tűnik, legalábbis az embereknél, mivel a kórosan elhízott embereknél a béta sejtek tömegének adaptív növekedése csak ~ 50%, összehasonlítva a sovány egyedekével [2, 16–18]. Egy másik lehetséges magyarázat az, hogy az anyai táplálkozás [19], a placenta működése, valamint a táplálkozás és a genetikai szabályozás a béta-sejtek postnatalis terjeszkedése során meghatározhatja a felnőtt béta-sejt tömegét [20].

Az itt közölt összefüggés a frakcionált béta-sejtterület és az éhomi vércukor-koncentráció között felnőtt STZ-kezelt majmoknál hasonló a felnőtt patkányok [14] és sertések [13] 2-es típusú cukorbetegségének modelljeivel. Ezekben a modellekben, ha a frakcionált béta-sejtek területe körülbelül 50% -kal vagy annál nagyobb mértékben csökken a nem cukorbetegeknél, a glikémiás kontroll elvész. Miután mindegyik modellben elvesztették a béta-sejtek 50% -át, az éhomi vércukor-koncentráció meredeken emelkedik, a béta-sejtek területének minden további csökkenésével. Ez a görbe vonalú kapcsolat felnőtt rágcsálóknál, sertéseknél és ma már nem főemlősöknél beszámol, és reprodukálja az embernél korábban megfigyelteket [3]. Sőt, nemrégiben hasonló kapcsolatról számoltak be hasnyálmirigy-gyulladásban szenvedő embereknél [21].

Nem ismertek azok a mechanizmusok, amelyek a glikémiás szabályozás elvesztéséért felelősek a hasnyálmirigy-béta sejtek területének legalább 50% -os csökkenése után. Az egyik elfogadható magyarázat az, hogy csökkenő béta-sejt tömeg esetén az azonnal szekretálható inzulinkészlet [22] kimerül, ami károsodott inzulinimpulzushoz vezet, amint azt korábban 50% -os pancreatectomia után dokumentálták [6]. Mivel az inzulin májba juttatásának mintája befolyásolja az inzulinérzékenységet [23, 24], feltételezzük, hogy amint a azonnal szekretálható inzulinkészlet kimerül, a károsodott pulzálódó inzulin inzulinrezisztenciához vezet, ami tovább zavarja az inzulinszekréció hibáját. A hiperglikémia kialakulása után a hiperglikémia további zavaró káros hatásai a béta sejtek működésére és az inzulinérzékenységre feltehetően hozzájárulnak a glikémiás kontroll további csökkenéséhez.

Összegzésképpen elmondható, hogy felnőtt nem főemlősökben a hasnyálmirigy béta sejtjeiben körülbelül 50% -os vagy annál nagyobb csökkenés a glikémiás kontroll elvesztéséhez vezet, hasonló összefüggéssel a felnőtt emberekével. A cynomolgus majom, amelyet elegendő STZ-vel kezeltek a béta sejtek ezen hiányának kiváltására, ezért hasznos modell a 2-es típusú cukorbetegséghez.

Rövidítések

Az éhomi plazma glükóz

Hivatkozások

Butler AE, Galasso R, Meier JJ, Basu R, Rizza RA, Butler PC (2007) Mérsékelten megnövekedett béta-sejt apoptózis, de nem fokozott béta sejt replikáció a közelmúltban jelentkező 1-es típusú cukorbetegeknél, akik cukorbeteg ketoacidózisban haltak meg. Diabetologia 50: 2323–2331

Butler AE, Janson J, Bonner-Weir S, Ritzel R, Rizza RA, Butler PC (2003) Béta-sejt hiány és fokozott béta-sejt apoptózis 2-es típusú cukorbetegségben. Cukorbetegség 52: 102–110

Ritzel RA, Butler AE, Rizza RA, Veldhuis JD, Butler PC (2006) Kapcsolat a béta-sejtek tömege és az éhomi vércukor-koncentráció között emberben. Diabetes Care 29: 717–718

King J, Kazanjian K, Matsumoto J és mtsai (2008) Distalis pancreatectomia: postoperatív cukorbetegség előfordulása. J Gastrointest Surg 12: 1548–1553

Lillemoe KD, Kaushal S, Cameron JL, Sohn TA, Pitt HA, Yeo CJ (1999) Distalis pancreatectomia: indikációk és eredmények 235 betegnél. Ann Surg 229: 693–698 beszélgetés 698–700

Matveyenko AV, Veldhuis JD, Butler PC (2006) Kb. 50% hasnyálmirigy-eltávolítás által kiváltott éhomi glükóz és glükóz intolerancia mechanizmusai. Diabetes 55: 2347–2356

Robertson RP, Lanz KJ, Sutherland DE, Seaquist ER (2002) Kapcsolat a cukorbetegség és az elhízás között 9-18 évvel a hemipancreatectomia és a transzplantáció után donorokban és recipiensekben. Transzplantáció 73: 736–741

Kumar AF, Gruessner RW, Seaquist ER (2008) A glükóz intolerancia és a cukorbetegség kockázata a normál preoperatív glükóz-anyagcseréhez kiválasztott hemipancreatectomized donorokban. Diabetes Care 31: 1639–1643

Ward WK, Wallum BJ, Beard JC, Taborsky GJ Jr, Porte D Jr (1988) A glikémiás potenciáció csökkentése. A béta-sejtek elvesztésének érzékeny mutatója részben hasnyálmirigy-eltávolított kutyáknál. Diabetes 37: 723–729

Wagner JD, Zhang L, Greaves KA, Shadoan MK, Schwenke DC (2000) A szójafehérje csökkenti az artériás alacsony sűrűségű lipoprotein (LDL) koncentrációt és az LDL-koleszterin szállítását a diabéteszes és nem cukorbeteg hím cynomolgus majmok artériáiba. Anyagcsere 49: 1188–1196

Carson ER, Cobelli C, Finkelstein L (1983) A metabolikus és endokrin rendszerek matematikai modellezése. Wiley, New York

Barrett PH, Bell BM, Cobelli C és mtsai (1998) SAAM II: szimulációs, elemző és modellező szoftver nyomjelző és farmakokinetikai vizsgálatokhoz. Anyagcsere 47: 484–492

Kjems LL, Kirby BM, Welsh EM és mtsai (2001) A béta-sejtek tömegének csökkenése a pulzálódó inzulin szekréciójának károsodásához, az étkezés utáni máj inzulin clearance csökkenéséhez és relatív hiperglükagonémiához vezet a minicsigában. Diabetes 50: 2001–2012

Matveyenko AV, Butler PC (2006) A humán szigeti amiloid polipeptid transzgén (HIP) patkányban megnövekedett apoptózis következtében bekövetkező béta-sejtek hiánya összefoglalja a 2-es típusú cukorbetegségben előforduló anyagcsere-hibákat. Diabetes 55: 2106–2114

Saisho Y, Butler AE, Meier JJ et al (2007) A hasnyálmirigy mennyisége emberben születéstől száz éves korig, figyelembe véve a nemet, az elhízást és a 2-es típusú cukorbetegség jelenlétét. Clin Anat 20: 933–942

Rahier J, Guiot Y, Goebbels RM, Sempoux C, Henquin JC (2008) Hasnyálmirigy béta-sejt tömege 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő európai alanyokban. Diabetes Obes Metab 10 (4. kiegészítés): 32–42

Meier JJ, Butler AE, Galasso R, Butler PC (2006) A gyomor bypass műtét utáni hiperinsulinémiás hipoglikémia nem jár szigeti hiperpláziával vagy megnövekedett béta-sejtforgalommal. Diabetes Care 29: 1554–1559

Saisho Y, Butler AE, Monchamp T és mtsai (2007) A béta sejtek tömege adaptívan növekszik az emberek elhízására reagálva? Diabetes 56 (1. kiegészítés): A48

Schwitzgebel VM, Somm E, Klee P (2009) Intrauterin növekedési retardáció modellezése rágcsálókban: hatás a hasnyálmirigy fejlődésére és a glükóz homeosztázisra. Mol Cell Endocrinol 304: 78–83

Freathy RM, Bennett AJ, Ring SM és mtsai (2009) A 2-es típusú cukorbetegség kockázati alléljei a születéskor csökkent mérethez kapcsolódnak. Diabetes 58: 1428–1433

Meier JJ, Menge BA, Breuer TG et al (2009) A hasnyálmirigy béta-sejtterületének funkcionális értékelése emberben. Diabetes 58: 1595–1603

Daniel S, Noda M, Straub SG, Sharp GW (1999) A dokkolt granulátumkészlet azonosítása, amely felelős a glükóz-stimulált inzulinszekréció első fázisáért. Diabetes 48: 1686–1690

Matveyenko AV, Butler PC (2008) Kapcsolat a béta-sejt tömeg és a cukorbetegség kialakulása között. Diabetes Obes Metab 10 (4. kiegészítés): 23–31

Paolisso G, Scheen AJ, Giugliano D és mtsai (1991) A pulzáló inzulinbeadásnak nagyobb metabolikus hatása van, mint az emberben a folyamatos hormonadagolásnak: a pulzus gyakoriságának fontossága. J Clin Endocrinol Metab 72: 607–615

Elismerés

Ezt a tanulmányt az NIH (DK059579, DK077967), a Fiatalkori Diabétesz Kutató Alapítvány (7-2005-1152), a Larry L. Hillblom Alapítvány és a Manpei Suzuki Diabetes Alapítvány finanszírozásával támogatták. Hálásak vagyunk a Larry Hillblom Szigetkutató Központ munkatársainak kiváló javaslataikért.

Érdeklődési kettősség

A szerzők kijelentik, hogy ehhez a kézirathoz nem fűződik érdekek kettőssége.

Szerzői információk

Hovatartozások

Larry Hillblom Sziget Kutatóközpont, UCLA David Geffen Orvostudományi Kar, 900 Weyburn Place # A, Los Angeles, Kalifornia, 90024-2852, USA

Y. Saisho, A. E. Butler, E. Manesso, R. Galasso, T. Gurlo és P. C. Butler

Informatikai Tanszék, Padovai Egyetem, Padova, Olaszország

E. Manesso, G. M. Toffolo és C. Cobelli

A Wake Forest Egyetem Orvostudományi Karának Patológiai Osztálya, Winston-Salem, NC, USA

L. Zhang, K. Kavanagh és J. D. Wagner

A PubMed Google Scholar alkalmazásban is kereshet erre a szerzőre