A zsírmáj központi szerepe az elhízott serdülők inzulinrezisztenciájának patogenezisében

Absztrakt

CÉLKITŰZÉS Értékeltük a zsírmáj szerepét az inzulinérzékenység és a β-sejtek változásában két elhízott serdülő csoportban, amelyek májzsírtartalmában (májzsír-frakció [HFF]) különböznek, de intrabdominális intramyocelluláris lipidtartalommal (IMCL) és összességében hasonlóak. fokú elhízás.

KUTATÁSI TERVEZÉS ÉS MÓDSZEREK Vizsgáltunk 23 elhízott, magas HFF-s serdülőt (HFF> 5,5%) és 20 elhízott, alacsony HFF-s serdülőt (HFF 1 H magmágneses rezonancia) a hasi zsíreloszlás, a HFF és az IMCL értékelésére.

EREDMÉNYEK A magas HFF csoport szignifikánsan alacsonyabb egész test inzulinérzékenységi indexet (P = 0,001) és az inzulin szekréció becsléseit (P = 0,03) mutatta. A máj glükóztermelésének (EGP) kiindulási aránya nem különbözött a két csoport között. Az EGP szuppressziója szignifikánsan alacsonyabb volt (P = 0,04) a magas HFF csoportban alacsony dózisú inzulin alatt; a második lépés során nem tapasztaltunk különbséget. A kiindulási zsírsavak, a glicerin-koncentrációk és a glicerin-forgalom szorító elnyomása nem különbözött a csoportok között. A második lépés során a magas glükózszint-leadási arány szignifikánsan alacsonyabb volt (P = 0,01) a magas HFF csoportban.

KÖVETKEZTETÉSEK A zsigeres máj, függetlenül a zsigeri zsírtól és az IMCL-től, központi szerepet játszik az elhízott serdülők inzulinrezisztens állapotában.

A zsír felhalmozódása a gyermekek elhízásában gyakori szövődménysé válik, és szorosan összefügg a glükóz és a lipid anyagcseréjének változásával, valószínűleg az inzulinrezisztencia jelenléte miatt (1). A zsírmájbetegség és az inzulinrezisztencia közötti összefüggésekért felelős mechanizmusok nem egyértelműek; valójában nem világos, hogy a máj steatosis az inzulinérzékenység megváltozásának következménye vagy oka-e. Amint azt csoportunk nemrégiben megmutatta, a zsírmáj súlyossága, függetlenül az elhízástól, összefügg a pre-diabetes jelenlétével (2). Figyelemre méltó az a tény, hogy ezekben a vizsgálatokban a zsírmáj felhalmozódása párhuzamosan nőtt a zsigeri zsír és az intramyocelluláris zsír (intramyocelluláris lipidtartalom [IMCL]) növekedésével (2,3). Ezért ezekből a korábbi vizsgálatokból gyakorlatilag lehetetlen volt felmérni a máj független hozzájárulását az inzulinrezisztencia kialakulásához, mert a zsigeri zsír és az intramyocelluláris zsír is ismerten befolyásolja az inzulinérzékenységet (4,5).

Így itt megvizsgáltuk a zsírmáj kizárólagos szerepét az inzulinérzékenység és a β-sejtek megváltoztatásában elhízott serdülők két csoportjában, eltérően a máj zsírtartalmától (májzsír-frakció [HFF]), de hasonló a hasi és izomzsír megoszlása és az elhízás általános foka. Feltételeztük, hogy a zsigeri zsírtól és az IMCL-től függetlenül a máj zsírtartalma kulcsfontosságú meghatározója lesz a globális inzulinrezisztenciának, beleértve a májat, az izmokat és a zsírszövetet.

KUTATÁSI TERVEZÉS ÉS MÓDSZEREK

A vizsgálati kohorsz klinikai jellemzői

A vizsgálati protokollt a Yale Egyetem Orvostudományi Karának intézményi felülvizsgálati testülete hagyta jóvá. A vizsgálat előtt írásbeli szülői beleegyezést és gyermeki hozzájárulást kaptak.

Anyagcsere vizsgálatok

OGTT, valamint az inzulinérzékenység és a β-sejt funkció becslése.

Az alanyokat a Yale Clinical Center Investigation-ben vizsgálták 8 órakor, 10 órás éjszakai böjt után. Mindegyiküknek volt OGTT-je (7).

Az inzulinérzékenység becsléseit az inzulinrezisztencia (HOMA-IR) homeosztázis-modelljének értékelésével számítottuk ki, az éhomi inzulin (mikróegység per milliliter) × az éhomi glükóz (milligramm per deciliter) (7) és az egész test inzulinérzékenységi indexe (WBISI) segítségével, az OGTT-től kapott inzulin (mikróegység/milliliter) és glükóz (milligramm/deciliter) átlagértékei és a megfelelő éhomi értékek (7) alapján. Az inzulinogén indexet (IGI), amely a korai fázisú inzulin szekréciót képviseli, az IGI = Δ inzulin (0–30 perc) mikroliter/milliliter osztva a Δ glükóz (0–30 perc) milligramm/deciliter arányával osztotta (8) . A diszpozíciós indexet (DI) az IGI és a WBISI szorzataként számoltuk, ezen OGTT-ből származó változók görbe vonalú kapcsolata alapján, amint azt csoportunk leírta elhízott gyermekeknél és serdülőknél (8).

Az inzulin és a glükóz görbe alatti területeit (AUC) a trapéz szabály szerint számítottuk (9). A teljes glükózstimulált inzulin szekréciót inkrementális AUC arányként számítottuk (Δ AUCinsulin/Δ AUCglukóz) (10).

Hiperinzulinémiás-euglikémiás bilincs.

Egy éjszakán át tartó böjt után, 7: 00-kor, két intravénás katétert, egyet a vérmintavételhez, egyet pedig a glükóz, inzulin és nyomjelzők infúziójához helyeztünk mindkét kar antecubitalis vénájába helyi lidokain infiltráció után. A mintavevő karot fűtött dobozban tartották a vér arterializálása céljából. Az egész test inzulinérzékenységét kétlépcsős euglikémiás szorítóval mértük, az inzulin infúziójának beadásával, folyamatos infúzióként 4 és 80 mU · m –2 · min –1 értéken. Minden lépés 2 órán át tartott. 6,6-deutérium-glükóz és 2 H5-glicerin alapozott folyamatos infúzióját alkalmaztuk az inzulin glükózra és glicerin-forgalomra gyakorolt hatásainak számszerűsítésére. Annak érdekében, hogy a 2 D-glükóz állandó dúsulását a kiindulási értéken az egész bilincsben megőrizzük, a Hot GINF módszert alkalmaztuk, amint arról korábban beszámoltunk (5). Arterializált vérmintákat 10 percenként gyűjtöttünk a kiindulási periódus utolsó 30 percében és a bilincs minden egyes lépése során a glükóz és glicerin dúsulások, hormonok és szubsztrátok mérésére.

Képalkotó vizsgálatok

A hasi MRI és a teljes testösszetétel (kettős energiájú röntgenabszorpciós módszer).

A többlépcsős hasi MRI vizsgálatokat Siemens Sonata 1,5 T rendszeren végezték (11). A teljes testösszetételt kettős energiájú röntgenabszorpciós módszerrel mértük Hologic scannerrel (Hologic, Boston, MA).

1H-NMR spektroszkópia: IMCL mérés.

A soleus izom lokalizált 1H-NMR-spektrumát 4T Biospec rendszeren (Bruker Instruments, Billerica, MA) szereztük (12).

Gyors-MRI: májzsírtartalom.

A májzsírtartalmat (májzsír-frakció [% HFF]) MRI-vel mértük Fishbein és munkatársai módosított kétpontos Dixon-módszerrel. (13) és Cali et al. (2).

Analitikai eljárások és számítások.

A plazma glükózszintjét YSI 2700 analizátorral, a plazma szabad zsírsavakat pedig kolorimetriás módszerrel határoztuk meg. A plazma inzulin, az adiponektin és a leptin szintjét radioimmun vizsgálattal (Linco, St. Charles, MO) mértük, a plazma C-peptid szintjét pedig kit (Diagnostic Products, Los Angeles, CA) segítségével. A 2 D-glükóz és a 2 H5-glicerin dúsulásainak elemzését a plazmában máshol leírtak szerint végeztük (5).

A glükóz infúzió sebességét a bilincs minden egyes lépésének utolsó 30 percében számítottuk ki. Az endogén (főleg máj) glükóztermelést (EGP) és a glicerin forgalmát a kiindulási értéknél és az inzulinbilincs két lépése alatt, valamint a szorított glükóz ártalmatlanítási arányokat, a korábbiakban leírtak szerint számítottuk (5). Az alacsony és nagy dózisú inzulin során az EGP és a glicerin forgalom százalékos elnyomását használtuk az EGP és az inzulin perifériás lipolízis érzékenységének indexeként. A C-peptid szintek százalékos szuppresszióját az inzulinbilincs két lépése során használtuk az endogén inzulin szekréció mértékének indexeként.

A szorító két lépése alatt az inzulin clearance-et úgy számítottuk ki, hogy az inzulin infúzió sebességét elosztottuk az átlagos inzulin infúzió alatti állandó állapotú inzulin szinttel (14). Ezen túlmenően, hogy korrigáljuk az inzulin clearance-ét a maradék endogén inzulin szekréció hozzájárulásához, kiszámítottuk az inzulin metabolikus clearance sebességét is, figyelembe véve a C-peptid koncentrációit a szorító egyes lépései előtt és végén, amint arról beszámoltunk Ferrannini és mtsai. (15).

statisztikai elemzések

A klinikai és metabolikus változók csoportbeli különbségeinek teszteléséhez Mann-Whitney U tesztet használtunk. A csoportok közötti nemi és faji prevalencia különbségeket χ 2 teszttel értékeltük. A korrelációkat Spearman rang-korrelációval értékeltük.

A minta méretének kiszámítása azon alapult, hogy kimutatható-e az inzulinérzékenység különbsége a magas és alacsony májzsírtartalmú alanyok között. Egy korábbi, elhízott serdülőknél végzett vizsgálatból kiderült, hogy a nyers HOMA-IR index alapján mért standardizált különbség ~ 1,00 (d = 1,00) az inzulinrezisztenciában (2). Hasonló különbségeket vártunk jelenlegi tanulmányunkban az OGTT és a hiperinsulinémiás-euglikémiás bilincs eredményeként. Kétoldalas Mann-Whitney U teszt alkalmazásával a 23 és 20 csoportos mintaméretek 88% -os teljesítményt érnek el α = 0,05-nél, hogy 1,0 (d = 1,00) standardizált különbséget észleljenek az inzulinérzékenységben.

A statisztikai elemzéseket SPSS-sel (16.0 for Windows; SPSS, Chicago, IL) végeztük. Minden adatot átlag ± SEM-ben fejezünk ki. P Tekintse meg ezt a táblázatot:

Soron belüli megtekintése
Felugró ablak megtekintése

A vizsgálati kohorsz metabolikus jellemzői

Bár a magas májzsírtartalmú csoport alacsonyabb első fázisú inzulinszekréciót (IGI) mutatott (P = 0,1), a korábbi jelentésekkel (10,16) összhangban ez nem volt statisztikailag szignifikáns. A növekményes AUC arányban nem tapasztaltunk különbséget. A diszpozíciós index kiszámításakor azonban szignifikánsan alacsonyabb volt a magas májzsírtartalmú csoportban (P = 0,03).

Anyagcsere jellemzői

Az éhomi leptin koncentrációk hasonlóak voltak a két csoportban, tükrözve azok egyenértékű zsírtartalmát. Ezzel szemben a plazma adiponektin koncentrációja szignifikánsan alacsonyabb volt a magas májzsírtartalmú csoportban (P = 0,004) (2. táblázat). Az interleukin-6 szintek nem különböztek szignifikánsan a csoportok között. Az alanin transzamináz és az aszpartát aminotranszferáz értékek és a triglicerid szintek szignifikánsan magasabbak voltak a magas májzsírtartalmú csoportban. Mindkét csoport szisztolés és diasztolés vérnyomása hasonló volt.

Mérje meg az inzulinérzékenységet a bilincs alatt

A bilincs két lépése során a plazma glükózkoncentrációit az alapértékeken tartották, és hasonló egyensúlyi állapotú plazma inzulin koncentrációkat értek el mindkét csoportban az egyes lépések utolsó 60 percében (első lépés 39,6 ± 3,0 vs. 34,1 ± 3,0 μU/ml; második lépés 205,0 ± 10,9 vs. 195,5 ± 9,8 μU/ml).

Az endogén inzulinszekréció százalékos csökkenése, amelyet a C-peptid szintjének használatával értékeltünk a szorítás során, hasonló volt a két csoport között (alacsony dózis 9,8 ± 1,5 vs. 8,5 ± 1,9%; P = 0,3; nagy dózis 27,7 ± 4,3 vs. A magas és az alacsony májzsírtartalmú csoportokban 27,8 ± 4,2%; P = 0,8).

Az inzulin clearance nem különbözött a két csoport között (alacsony dózis 0,22 ± 0,08 vs. 0,26 ± 0,02 ml · m −2 · min −1, P = 0,2; nagy dózis 0,80 ± 0,04 vs. 0,84 ± 0,05 ml · m −2 · min -1, P = 0,6; a magas és az alacsony májzsírtartalmú csoportokban). Ezenkívül nem találtunk különbséget az inzulin metabolikus clearance sebességében a szorító egyik lépése alatt sem (alacsony dózis: 0,93 ± 0,1 vs. 0,99 ± 0,14 ml · m −2 · min −1, P = 0,7; magas dózis 0,90 ± 0,05 vs. 0,93 ± 0,06 ml · m −2 · min -1, P = 0,7; a magas és az alacsony májzsírtartalmú csoportokban).

Máj

A bazális EGP arányok nem különböztek a csoportok között (78,1 ± 1,9 vs. 79,5 ± 2,8 mg · m –2 · min –1 a magas és az alacsony májzsírtartalmú csoportokban) a magasabb éhomi inzulinszint ellenére. Az alacsony inzulin infúzió az EGP nagyobb szuppresszióját okozta az alacsony májzsírtartalmú csoportban (P = 0,04); míg a magas inzulin infúziós lépés során az EGP szuppressziója mindkét csoportban azonos volt (1. ábra). Ezenkívül negatív összefüggést találtunk a HFF és az EGP százalékos szuppressziója között az alacsony dózisú inzulin infúzió során, amely általában szignifikánsvá vált (r = −0,293, P = 0,08).

A máj glükóztermelésének és lipolízisének, valamint az izom inzulinérzékenységének százalékos elnyomása alacsony (■) és magas (□) májzsírtartalmú csoportokban, az alacsony és nagy dózisú inzulin infúzió alatt.

Zsírszövet

A bazális szabad zsírsavak (FFA) nem különböztek a csoportok között (2. táblázat), a magasabb éhomi inzulin ellenére. A kiindulási plazma glicerin-koncentrációk (2. táblázat) és az alap-glicerin-forgalom (14,9 ± 0,77 vs. 16,2 ± 0,81 mg · m –2 · min –1, a magas és az alacsony májzsírtartalmú csoportokban) nem különböztek a csoportok között. A magas májzsírtartalmú csoportban megfigyeltük a szisztémás lipolízis szuppresszió alacsonyabb százalékos tendenciáját az alacsony dózisú inzulin infúzió során (P = 0,1), míg a nagy dózisú inzulin infúzió során a lipolysis szuppressziója hasonló volt mindkét csoportban ( 1. ábra).

Izom

A nagy dózisú inzulininfúzió során a perifériás glükóz kidobási arány szignifikánsan alacsonyabb volt (P = 0,01) a magas májzsírtartalmú csoportban (1. ábra); amint az várható volt, nem tapasztaltak különbségeket a csoportok között az alacsony inzulin adag mellett. Ezen túlmenően negatív összefüggést találtunk a HFF százalékos aránya és a perifériásan befogott glükóz ártalmatlanítási arány között a nagy dózisú inzulin fázis alatt (r = −0,37, P = 0,02).

KÖVETKEZTETÉSEK

Ebben a tanulmányban azt találtuk, hogy az elhízott, magas májzsírtartalmú serdülőknél, a zsigeri zsírtól és az IMCL-től függetlenül, 1) károsodott az inzulinhatás a májban és az izomban, 2) korai hibái voltak a β-sejtek működésében, amint azt a alacsony diszpozíciós index és 3) alacsony adiponektinszint, és 4) az alacsony inzulin adag alatt a glicerin forgalom alacsonyabb elnyomásának tendenciája.

Vizsgálatunk eredményei összhangban vannak Fabbrini és mtsai. (18), felnőtt elhízott alanyoknál azt mutatva, hogy az intrahepatikus zsír, nem a zsigeri zsír, összefügg az elhízás metabolikus szövődményeivel. Bővítjük ezt a témát azzal, hogy megmutatjuk, hogy a zsigeri zsír csak jelezheti az inzulinrezisztenciát, hanem az is, hogy az IMCL ártatlan szemlélő is lehet. Ezenkívül tanulmányunkban meg kell jegyezni, hogy a csoportok viszonylag alacsony viscerális tartalommal bírtak, szemben Fabbrini és mtsai. (18), amelyben a zsigeri térfogat abszolút értelemben nagyon magas volt, így megnehezítve a zsigeri komponens bármilyen hatásának kizárását az elhízás metabolikus szövődményeire. Továbbá, figyelembe véve alanyok fiatal korát és az elhízás rövid időtartamát, eredményeink azt mutatják, hogy a máj részvétele az inzulinrezisztencia és a kapcsolódó következmények patogenezisében nagyon korán előfordulhat.

Hogy mi okozza a zsír túlzott felhalmozódását a májban, nem teljesen világos. A szubkután zsírszövet képtelensége trigliceridek (3,19) tárolására, például a lipodistrophiában, lehetséges ok lehet (19). Nemrégiben egy másik mechanizmust javasoltak a méhen kívüli zsírfelhalmozódáshoz, amely megváltoztatja az FFA-k plazmában történő szabályozását a CD36-tal, egy zsírsav transzportfehérjével (18).

Ebben a tanulmányban a normál éhomi és inzulinstimulált glicerinforgalom és az FFA jelenléte a magas májzsírtartalmú csoportban az FFA által kiváltott inzulinrezisztencia és a zsírszövet elsődleges szerepe ellen szól. Másrészt meg kell jegyezni, hogy a magas májzsírtartalmú csoport kevésbé toleráns volt a glükózzal szemben, ami arra utal, hogy a magasabb plazma glükóz a de novo lipogenezist nyomja, és ezáltal hozzájárulhat a nem szisztémás zsírsavak elérhetőségéhez.

Ahogy az várható volt, mind az EGP, mind a lipolízis ugyanolyan mértékben elnyomódott a nagy dózisú inzulin lépés során. Ezzel szemben ez a nagy dózis egyértelmű különbséget tudott kihozni a két csoport között az izom inzulinérzékenységében.

Noha a jelen tanulmány eredményei összhangban vannak Klein és munkatársai (23,24) zsíros májú elhízott serdülőkkel közölt eredményeivel, meg kell jegyezni, hogy a vizsgálatukban az elhízott serdülők májzsírtartalma sokkal nagyobb (∼26% ), mint a vizsgálatunkban (∼15%). Így a máj zsírtartalmának mérsékelt szintjén is találtunk és megállapítottunk egy globális mértékű inzulinrezisztenciát, amely magában foglalja a májat, az izmokat és bizonyos mértékben a zsírszövetet.

Bár korábban felnőtteknél beszámoltak arról, hogy a májzsír az inzulin clearance csökkenésével jár (14,25), a jelen tanulmányban nem tudtunk különbséget találni a két csoport között. A különbség hiányának oka nem világos. Feltételezhető tényezők a steatosis mértéke és időtartama, valamint a minta nagysága.

Vizsgálatunk néhány bizonyítékot is szolgáltat a β-sejtek működéséről a zsírmáj összefüggésében. A diszpozíciós index, az β-sejt funkció inzulinérzékenységgel súlyozott becslése alapján azt találtuk, hogy a zsírmájú csoportban 30% -kal csökkent (1. ábra), ami arra utal, hogy a β-sejtek nem képesek megfelelően kompenzálni az inzulinérzékenységet. az inzulinrezisztencia környezeti szintjét, ezért nagyon sérülékenyek, és ezáltal fokozza a fogékonyságot a 2-es típusú cukorbetegségre. Megjegyzendő, hogy a zsírmájú egyének 2 órás glükózszintje megemelkedett az OGTT során, ami közvetlen diabétesz előtti állapotra utal.

Néhány korlátozást érdemes itt megjegyezni. Először, tekintettel a vizsgálatunk keresztmetszeti jellegére, nem tudtuk bizonyítani az okozati összefüggést, mert lehetséges, hogy a zsírmáj az inzulinrezisztencia elsődleges tényezője, vagy hogy az inzulinrezisztencia zsírmájat okoz. Másodszor, nincs olyan alanyok csoportja, akik májzsírral egyeznének, de a zsigeri zsír és az.

Összességében elmondható, hogy a zsigeri zsír és az IMCL figyelembevételével az intrahepatikus zsírfelhalmozódás több, mint az elhízott serdülők inzulinrezisztenciájának egyszerű jelzője, összefüggésben van a máj, az izom és a zsírszövet szintjén bekövetkező károsodott inzulinérzékenységgel.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a munkát támogatta az Országos Egészségügyi Intézet (NIH) (az R01-HD-40787, R01-HD-28016 és a K24-HD-01464 támogatásokat az SC részére) és az NIH Nemzeti Kutatási Forrás Központ (CTSA UL1 támogatás) -RR-0249139).

A cikk szempontjából lényeges összeférhetetlenségről nem számoltak be.

E.D'A. adatokat kutatott és megírta a kéziratot. A.M.G.C. adatokat kutatott és hozzájárult a vitához. R.W. és N.S. hozzájárult a vitához. B.P adatokat kutatott. V.N. adatokat kutatott és áttekintette/szerkesztette a kéziratot. S.C. megírta a kéziratot, és áttekintette/szerkesztette a kéziratot.

A tanulmány egyes részeit absztrakt formában mutatták be az American Diabetes Association 70. tudományos ülésén, Orlando, Florida, 2010. június 25–29.

Köszönetet mondunk Dr. Gerald I. Shulman-nak és Yanna Kosover-nek a glükóz- és glicerin-forgalom méréséért.

Lábjegyzetek

A kiadvány tartalma kizárólag a szerzők felelőssége, és nem feltétlenül képviseli a Nemzeti Kutatási Források Központjának vagy a Nemzeti Egészségügyi Intézetnek a hivatalos nézeteit.