Metabolit profil eltérések orális glükóz tolerancia tesztben - összehasonlítás a sovány és elhízott egyének között

Klinikai Tudományok Tanszék, Malmö, Klinikai elhízás, Lund University Diabetes Center, Lund University, Svédország

Klinikai Tudományok Tanszék, Malmö, Molekuláris Metabolizmus Egység, Lund University Diabetes Center, Lund University, Svédország

Skåne Egyetemi Kórház Endokrinológiai Osztálya, Malmö, Svédország

Klinikai Tudományok Tanszék, Malmö, Molekuláris Metabolizmus Egység, Lund University Diabetes Center, Lund University, Svédország

Skåne Egyetemi Kórház Endokrinológiai Osztálya, Malmö, Svédország

Klinikai Tudományok Tanszék, Malmö, Klinikai elhízás, Lund University Diabetes Center, Lund University, Svédország

Steno Diabetes Center A/S, Gentofte, Dánia

Klinikai Tudományok Tanszék, Malmö, Klinikai elhízás, Lund University Diabetes Center, Lund University, Svédország

Klinikai Tudományok Tanszék, Malmö, Molekuláris Metabolizmus Egység, Lund University Diabetes Center, Lund University, Svédország

Skåne Egyetemi Kórház Endokrinológiai Osztálya, Malmö, Svédország

Klinikai Tudományok Tanszék, Malmö, Molekuláris Metabolizmus Egység, Lund University Diabetes Center, Lund University, Svédország

Skåne Egyetemi Kórház Endokrinológiai Osztálya, Malmö, Svédország

Klinikai Tudományok Tanszék, Malmö, Klinikai elhízás, Lund University Diabetes Center, Lund University, Svédország

Steno Diabetes Center A/S, Gentofte, Dánia

Klinikai Tudományok Tanszék, Malmö, Klinikai elhízás, Lund University Diabetes Center, Lund University, Svédország

Finanszírozó ügynökségek: Ezt a tanulmányt a Svéd Kutatási Tanács, a Novo Nordisk Alapítvány, a Crafoord Alapítvány, a Skåne Egyetemi Kórház Alapítvány, az Albert Påhlsson Alapítvány, a Lundberg Alapítvány, a malmöi Diabetes Szövetség, Skåne régió, az ALF, a Magnus Bergvall Alapítvány, a Fredrik finanszírozta. és Ingrid Thurings Alapítvány, a Borgströms Alapítvány, a Lars Hierta Alapítvány és a Lund Egyetem Diabetes programja.

Közzétételek: A szerzőknek nincsenek versengő érdekeik.

Szerzői hozzászólások: MR és AD tervezte a vizsgálatot. Az MR összegyűjtötte az adatokat a résztvevőktől. NG és AD elvégezték a kísérleteket és elemezték az adatokat. NG generált táblázatokat és ábrákat. PS, AD, HM és KF elvégezte a vizsgálatot a sovány csoporton, elemezte az adatokat és együtt írta a kéziratot. NG, MR, AD írta a kéziratot. Minden szerző jóváhagyta a végleges verziót.

Absztrakt

Célkitűzés

Míg az orális glükóz tolerancia teszttel (OGTT) diagnosztizált károsodott glükóz tolerancia gyakori tulajdonság az elhízott egyéneknél, kevésbé ismert más metabolitok szintjének változásáról. Cél volt feltárni az OGTT által kiváltott metabolitszint komplex változásokat és annak zavarát elhízott egyéneknél.

Mód

Gázkromatográfiát/tömegspektrometriát alkalmaztunk 14 elhízott résztvevő szérum metabolitszintjének profilozásához (testtömeg-index [BMI] 43,6 ± 1,5 kg m −2 [átlag ± SEM]) 0, 30 és 120 percen belül standard 2 -H 75 g OGTT. Összehasonlításként hat karcsú egyed metabolitprofiljait (BMI 22,4 ± 2,4 kg m −2) vettük fel, amelyeket egy korábbi vizsgálatból gyűjtöttünk össze.

Eredmények

Az elhízott csoportban 59 metabolitprofilt határoztak meg. Ezek közül 16 tért el a lean csoport profiljától. Az eltérõ metabolitokat három csoportba soroltuk. (1) Öt zsírsav késleltetett csökkentése. (2) Öt aminosav, köztük izoleucin és leucin 30 percnél magasabb szintje. (3) Hat metabolit tompa növekedése 30 percnél.

Következtetések

A metabolomanalízis egyértelmű különbségeket tárt fel az OGTT során a metabolit szint változásában elhízott és sovány alanyoknál. Ebből a célból adataink a ketogenezis, a lipolízis és a proteolízis zavart szabályozását javasolják elhízott egyéneknél.

Bevezetés

Az elhízás a pozitív energiamérleg eredménye, és gyakran nehézségekhez vezet az abszorpciós euglikémia fenntartásában (1, 2). Néhány elhízott egyén számára a hasnyálmirigy β-sejtjeiből származó inzulin felszabadulásának kompenzációs növekedése elegendő az euglikémia fenntartásához (3). Az inzulin elégtelen hatása, akár a csökkent inzulinérzékenység, akár az inzulinfelszabadulás miatt, csökkent glükóz toleranciát (IGT) eredményez. Ez az elhízás gyakori vonása (4), amely gyakran 2-es típusú cukorbetegséghez (T2D) vezet (5). A klinikai gyakorlatban az utóabszorpciós vércukorszint csökkentésének képességét orális glükóz tolerancia teszttel (OGTT) lehet értékelni. Míg az OGTT-kből származó glükóz- és inzulinprofilokat alaposan tanulmányozták (6, 7), a teszt során a glükózon kívüli egyéb metabolitok profiljáról sokkal kevesebbet tudni.

Számos tanulmány a metabolomikát használta a metabolitok éhomi szintje és a károsodott glükóz homeosztázis közötti összefüggés vizsgálatára (8-16). Ezek a vizsgálatok az elágazó láncú aminosavak (BCAA; leucin, izoleucin és valin) emelkedett szintjét tárták fel olyan betegeknél, akiknél fennáll a cukorbetegség kialakulásának kockázata (14), megállapított cukorbetegségben szenvedőknél (8, 15) és túlsúlyosak/elhízottak tantárgyak (8., 16.). Metabolomikát végeztek az orális glükózterhelés során vett vérmintákon is normális testsúlyú (17-21) egészséges és túlsúlyos egyéneknél (21, 22). Ezekben a vizsgálatokban a szabad zsírsav (FFA) és az aminosavszint várható glükóz- és inzulin által kiváltott csökkenését alaposan leírták sovány, normál glükóztoleranciával rendelkező alanyokban (17–19, 21). Ezenkívül a BCAA szintjének tompa csökkenését figyelték meg inzulinrezisztenciával rendelkező alanyokban (21, 22). Azonban csak a tanulmányok közül kettőnél több időpontot vizsgáltak a glükóz-provokáció során (21), és csak az egyikben szenvedtek betegesen elhízott alanyok (22) .

Itt metabolitprofilokat vizsgáltunk egy OGTT során kórosan elhízott és sovány egyéneknél. Konkrétan az elhízott és a sovány alanyok közötti különbségek azonosítására törekedtünk. Ez fényt deríthet a mai egyik legsúlyosabb egészségügyi probléma hátterében álló összetett metabolikus diszregulációra.

Mód

Vizsgálati populáció

A vizsgálatba 14 nem diabéteszes elhízott résztvevőt vontak be, akiknek átlagos testtömeg-indexe (BMI) 43,6 ± 1,5 kg m −2 (átlag ± SEM) volt az elhízás ambuláns részlegétől a svédországi Malmö Skåne Egyetemi Kórház Endokrinológiai Osztályán. Egy éjszakán át tartó éhgyomri vérmintákat gyűjtöttünk minden egyes alaphelyzetből, majd 30 és 120 perccel 75 g glükóz orális bevétele után. A plazma glükózszintet az Infinity Glucose Oxidase TM folyékony stabil reagenssel (Thermo Electron Corporation, Victoria, Ausztrália) és a szérum inzulinnal mértük a Coat-A Count Insulin RIA (DPC, Los Angeles, CA) alkalmazásával. Az OGTT során egy sovány és egészséges csoport glükóz- és inzulinmérését egy korábbi vizsgálatból nyertük (17). Az elhízott és sovány résztvevők antropometriai és biokémiai méréseit az 1. táblázat mutatja be.

Elhízott Lean

Férfi nő	3/11	4/2
Kor (y)	36,6 ± 3,1	33,8 ± 6,9
BMI (kg m −2)	43,6 ± 1,5	22,4 ± 2,4
Éhgyomri glükóz (mmol l −1)	4,8 ± 0,2	4,9 ± 0,3
Éhomi inzulin (pmol l −1) ****	59,3 ± 9,9	13,9 ± 2,0
HOMA ‐ IR ****	2,1 ± 0,3	0,5 ± 0,1
HOMA ‐ β ***	222,9 ± 61,8	39,1 ± 9,6
ISI ****	6,6 ± 0,8	22,0 ± 4,5
CIR *	0,4 ± 0,1	0,1 ± 0,0
DI	2,2 ± 0,3	2,5 ± 0,4

Metabolit profilozás

Statisztikai analízis

Eredmények

A résztvevők egyike sem volt cukorbeteg, de az elhízott alanyok inzulinrezisztensek voltak a soványhoz képest, amint azt a HOMA ‐ IR megítélte (1. táblázat). Az elhízott és a sovány csoport különbözött az inzulinrezisztencia tekintetében (HOMA ‐ IR; P −1, miközben normál éhomi glükózkoncentrációja 4,8 ± 0,2 mmol L -1. Mindkettő koplalás (P (17) .

Glükóz- és inzulinszintek orális glükóz tolerancia teszt során. Glükóz (A) és inzulin (B) 0, 30 és 120 percnél mérve az elhízott (▪) és a sovány (□) alanyoknál. Az adatok átlag ± SEM; *P

Az elhízott csoportból származó minták metabolomikai elemzésében 301 feltételezett metabolitot detektáltak, amelyek közül 59-et azonosítottak. A 0, 30 és 120 percnél gyűjtött minták egyértelmű osztályozását figyelték meg az elhízott csoport adataiból származtatott OPLS-DA score-scatter diagramban (2A. Ábra). Ezért a metabolitok szintje szisztematikusan megváltozott az OGTT során. Ezt követően az elhízott csoportba tartozó minták osztályozásának alapjául szolgáló metabolitszintek változását (2C. Ábra) ábrázoltuk a kezdet-bomlás parcelláin. Ezáltal az összes metabolit profilja csak két dimenzióban írható le. Az elhízott csoport összes metabolitjának dinamikus változását a 2. táblázat mutatja. Hét metabolit szintjét az OGTT nem befolyásolta. A fennmaradó 52 metabolit profiljuk alapján 10 külön csoportba osztható. Nagyobb számú metabolit szintje (n = 34), amelyet elsősorban FFA-k és aminosavak képviselnek, 0 és 120 perc között csökkent, csak néhány (n = 10) nőtt. Nyolc metabolit nem mutatott nettó szintnövekedést, de vagy emelkedett, vagy csökkent a 30. percben, mielőtt visszaállt volna a kiindulási értékre 120 percnél (2. táblázat).

A félkövér arc szignifikáns változást jelez (p (17) és az elhízott csoportban azonosított 59 metabolit, 32 metabolit volt közös mindkét adathalmazban. Az OPLS-DA score-scatter diagram a lean csoport adatainak elemzéséből származik (2B ábra). homogénebb csoportosulást mutatott ki az elhízott csoport adataihoz képest (2A. ábra). Ezenkívül a sovány csoport kezdeti bomlási diagramja nagy változásokat tárt fel a többféle metabolit szabályozásában (2D. ábra). Nevezetesen az FFA-k, az izoleucin változásai és a leucin jelentősen különbözött a szabályozásban.

Az elhízott és a sovány csoportban egyaránt kimutatott metabolitok közül hat metabolit OGTT profilja nem különbözött; a prolin, a triptofán, a valin és a treonin szintje átmenetileg megemelkedett 30 percnél, míg a glicerin-3-foszfát és a lizin szintje nem változott az OGTT során. A sovány és elhízott metabolitok többsége (n = 16) három csoportra oszthatók (3. táblázat). Az első csoportban öt FFA szint késleltetett csökkenést mutatott az elhízottaknál a soványhoz képest; az első 30 percben az elhízottaknál nem volt szignifikáns csökkenés az FFA-szintekben (3. táblázat, felső szakasz). A második csoportban hat aminosav, köztük a BCAA izoleucin és a leucin szintje korai növekedést mutatott (30 percnél) az elhízottakban; ezt a soványnál nem figyelték meg (3. táblázat, középső szakasz). A harmadik csoportban a metabolitok vegyes csoportjának szintje 30 percnél nőtt sovány egyéneknél, de ez az emelkedés hiányzott az elhízottaknál (3. táblázat, alsó szakasz).

A szabad zsírsav- és elágazó láncú aminosavszintek elnyomása orális glükóz tolerancia teszt során. Az izoleucin és a leucin szintjének csökkenése a teljes szabad zsírsavszint csökkenésével szemben az orális glükóz tolerancia teszt 2 órás időpontjában a sovány (n = 6) és az elhízott (n = 14) alanyok. Egy jelentős (P

Vita

A megnövekedett BCAA-szint és a magas zsírtartalmú étrend korábban összefüggésbe hozható az elhízással kapcsolatos inzulinrezisztencia kialakulásával (35, 36). Jelenleg arról vitatkoznak, hogy az elhízás esetén az emelkedett BCAA-szint okozza-e az inzulinrezisztenciát; keveset tudunk a lipidek és az aminosav metabolitok közötti tényleges összefüggésről (37). A közelmúltban a BCAA megemelkedett szintje, valamint a tirozin és a fenilalanin aromás aminosavai szorosan összefüggenek a T2D jövőbeli kockázatával (14); az izoleucin, a fenilalanin és a tirozin szintjét azonosították a T2D jövőbeli fejlődésének fő előrejelzőjeként (14) .

Ebben a tanulmányban fel kell ismerni néhány korlátozást. A korlátozott minta miatt a megerősítő vizsgálatoknak nagyobb csoportokat kell tartalmazniuk. A csoportok nem voltak olyan tényezők, amelyek befolyásolhatják az elemzés eredményeit, például életkor, nem, dohányzás és étrend. A csoportok túl kicsik voltak ahhoz, hogy értékelni tudják e tényezők hozzájárulását. Másrészt a sovány egyedek metabolomikai adatai nagyon következetesnek bizonyultak (12, 13, 16-22, 35) .

Összefoglalva, az elhajló OGTT-profilú metabolitok azonosítása potenciális értéket jelent a metabolikus homeosztázis perturbációjának értékelésében az elhízásban. Az elhízott és sovány alanyok közötti eltérõ profilok mélyebb megértést adtak az elhízott fenotípusról, a lipolízis, a proteolízis, a ketogenezis és a nukleotid lebontás tekintetében. Különösen az FFA-szintek glükóz által kiváltott szuppressziója tompult az elhízott csoportban, de mindkét csoporton belül homogén, míg az elhízott csoportban a BCAA-szint változása nagyon heterogén volt. Ennélfogva a BCAA szint változásai egyénspecifikus információkat nyújthatnak az elhízott kohorszon belül az alcsoportok azonosításához.

Köszönetnyilvánítás

Nagyon köszönettel tartozunk a vizsgálati alanyoknak a részvételükért.