Департамент по клинични науки, Малмьо, Клинично затлъстяване, Център за диабет в Лунд, Университет в Лунд, Швеция

Катедра по клинични науки Малмьо, Отделение за молекулярен метаболизъм, Център за диабет в университета в Лунд, Университет в Лунд, Швеция

Катедра по клинични науки Малмьо, Отдел за молекулярен метаболизъм, Университет в Лунд Диабет център, Университет Лунд, Швеция

Катедра по ендокринология, Университетска болница Сконе, Малмьо, Швеция

Катедра по клинични науки Малмьо, Отделение за молекулярен метаболизъм, Център за диабет в университета в Лунд, Университет в Лунд, Швеция

Катедра по ендокринология, Университетска болница Сконе, Малмьо, Швеция

Департамент по клинични науки, Малмьо, Клинично затлъстяване, Център за диабет в университета в Лунд, Университет в Лунд, Швеция

Steno Diabetes Center A/S, Gentofte, Дания

Департамент по клинични науки, Малмьо, Клинично затлъстяване, Център за диабет в Лунд, Университет в Лунд, Швеция

Департамент по клинични науки, Малмьо, Клинично затлъстяване, Център за диабет в Лунд, Университет в Лунд, Швеция

Катедра по клинични науки Малмьо, Отделение за молекулярен метаболизъм, Център за диабет в университета в Лунд, Университет в Лунд, Швеция

Катедра по клинични науки Малмьо, Отделение за молекулярен метаболизъм, Център за диабет в университета в Лунд, Университет в Лунд, Швеция

Катедра по ендокринология, Университетска болница Сконе, Малмьо, Швеция

Катедра по клинични науки Малмьо, Отделение за молекулярен метаболизъм, Център за диабет в университета в Лунд, Университет в Лунд, Швеция

Катедра по ендокринология, Университетска болница Сконе, Малмьо, Швеция

Департамент по клинични науки, Малмьо, Клинично затлъстяване, Център за диабет в Лунд, Университет в Лунд, Швеция

Steno Diabetes Center A/S, Gentofte, Дания

Департамент по клинични науки, Малмьо, Клинично затлъстяване, Център за диабет в Лунд, Университет в Лунд, Швеция

Агенции за финансиране: Това проучване е финансирано от Шведския изследователски съвет, Фондация Novo Nordisk, Фондация Crafoord, Фондация Университетска болница в Сконе, Фондация Albert Påhlsson, Фондация Lundberg, Асоциация за диабет в Малмьо, Регион Skåne, ALF, Фондация Magnus Bergvall, Fredrik и фондация Ингрид Тюрингс, фондация Боргстрьомс, фондация Ларс Хиерта и програмата за диабет в университета в Лунд.

Оповестяване: Авторите нямат конкуриращи се интереси.

Принос на автора: MR и AD са проектирали проучването. MR събра данните от участниците. NG и AD извършиха експериментите и анализираха данните. NG генерира таблици и фигури. PS, AD, HM и KF извършиха проучването върху слабата група, анализираха данните и написаха ръкописа. NG, MR, AD пише ръкописа. Всички автори одобриха окончателната версия.

Резюме

Обективен

Докато нарушеният глюкозен толеранс, диагностициран чрез орален глюкозен толерантен тест (OGTT), е често срещана черта при затлъстели индивиди, по-малко се знае за промени в нивата на други метаболити. Целта беше да се разкрият сложните промени в нивата на метаболитите, провокирани от OGTT и неговото смущение при затлъстели индивиди.

Методи

Използвана е газова хроматография/масспектрометрия за профилиране на нивата на метаболитите в серума от 14 участници със затлъстяване (индекс на телесна маса [BMI] от 43,6 ± 1,5 kg m −2 [средно ± SEM]) на 0, 30 и 120 минути по време на стандартен 2 ‐H 75 g OGTT. За сравнение бяха включени метаболитни профили от шест слаби индивида (ИТМ от 22,4 ± 2,4 kg m -2), събрани от предишно проучване.

Резултати

В групата със затлъстяване бяха определени 59 метаболитни профила. Сред тях 16 се отклониха от профилите в слабата група. Отклоняващите се метаболити са категоризирани в три групи. (1) Забавено намаляване на нивата на пет мастни киселини. (2) Повишени нива след 30 минути на пет аминокиселини, включително изолевцин и левцин. (3) Притъпено увеличение при 30 минути на шест метаболита.

Заключения

Метаболомичният анализ разкрива отчетливи разлики в промените в нивата на метаболитите по време на OGTT при затлъстели и слаби субекти. За тази цел нашите данни показват нарушена регулация на кетогенезата, липолизата и протеолизата при затлъстели индивиди.

Въведение

Затлъстяването е резултат от положителен енергиен баланс и често води до затруднения при поддържането на пост-абсорбционна евгликемия (1, 2). За някои затлъстели индивиди компенсаторното увеличаване на освобождаването на инсулин от β-клетките на панкреаса е достатъчно за поддържане на евгликемия (3). Недостатъчното инсулиново действие, било поради намалена инсулинова чувствителност или недостатъчно освобождаване на инсулин, води до нарушен глюкозен толеранс (IGT). Това е често срещана черта при затлъстяването (4), която често преминава към диабет тип 2 (T2D) (5). В клиничната практика способността за намаляване на пост-абсорбиращата кръвна глюкоза може да бъде оценена чрез орален тест за толерантност към глюкоза (OGTT). Докато и глюкозните, и инсулиновите профили, получени от OGTT, са добре проучени (6, 7), много по-малко се знае за профилите на метаболити, различни от глюкоза по време на теста.

Редица проучвания използват метаболомика, за да се изследва връзката между нивата на метаболитите на гладно и нарушената глюкозна хомеостаза (8-16). Тези проучвания разкриват повишени нива на аминокиселини с разклонена верига (BCAA; левцин, изолевцин и валин) при лица, които са изложени на риск от развитие на диабет (14), при тези с установен диабет (8, 15) и при наднормено тегло/затлъстяване субекти (8, 16). Метаболомиката е извършена и върху кръвни проби, получени по време на орално натоварване с глюкоза при здрави индивиди с нормално тегло (17-21) и при лица с наднормено тегло (21, 22). В тези проучвания очакваното провокирано от глюкоза и инсулин намаление на нивата на свободна мастна киселина (FFA) и аминокиселини е подробно описано при слаби пациенти с нормален глюкозен толеранс (17-19, 21). Освен това е наблюдавано притъпено намаляване на нивата на BCAA при пациенти с инсулинова резистентност (21, 22). Само едно от проучванията обаче изследва повече от две времеви точки по време на предизвикване на глюкоза (21) и само едно включва пациенти със затлъстяване със затлъстяване (22) .

Тук изследвахме метаболитните профили по време на OGTT при болни със затлъстяване и слаби индивиди. По-конкретно, ние имахме за цел да идентифицираме разликите между затлъстелите и слабите субекти. Това може да хвърли светлина върху сложната метаболитна дисрегулация, залегнала в основата на един от най-сериозните здравословни проблеми днес.

Методи

Проучвайте популация

Проучването включва 14 участници със затлъстяване без диабет със среден индекс на телесна маса (ИТМ) от 43,6 ± 1,5 kg m -2 (средно ± SEM) от амбулаторното отделение за затлъстяване в отделението по ендокринология, Университетска болница в Сконе, Малмьо, Швеция. Кръвни проби след гладуване през нощта се събират от всеки индивид на изходно ниво и след това на 30 и 120 минути след перорален прием на 75 g глюкоза. Плазмената глюкоза се измерва с помощта на течен стабилен реактив Infinity Glucose Oxidase TM (Thermo Electron Corporation, Виктория, Австралия) и серумен инсулин, като се използва Coat-A Count Insulin RIA (DPC, Лос Анджелис, Калифорния). Измерванията на глюкозата и инсулина по време на OGTT от слаба и здрава група са получени от предишно проучване (17). Антропометричните и биохимични измервания за затлъстели и слаби участници са представени в таблица 1.

Затлъстели постно
Мъже жени 3/11 4/2
Възраст (y) 36,6 ± 3,1 33,8 ± 6,9
ИТМ (kg m -2) 43,6 ± 1,5 22,4 ± 2,4
Глюкоза на гладно (mmol l -1) 4,8 ± 0,2 4,9 ± 0,3
Инсулин на гладно (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

Профилиране на метаболит

Статистически анализ

Резултати

Никой от участниците не е бил диабетик, но затлъстелите лица са били резистентни към инсулин в сравнение със слабите, както се преценява от HOMA-IR (Таблица 1). Затлъстялата и слаба група се различава по отношение на инсулиновата резистентност (HOMA-IR; P -1 при нормална концентрация на глюкоза на гладно от 4,8 ± 0,2 mmol L -1. И двете на гладно (P (17) .

профил

Нива на глюкоза и инсулин по време на орален тест за толерантност към глюкоза. Глюкоза (A) и инсулин (Б.), измерено на 0, 30 и 120 минути при затлъстелите (▪) и слабите (□) субекти. Данните са средни ± SEM; *P

При метаболомичния анализ на проби от групата със затлъстяване са открити 301 предполагаеми метаболита, от които 59 са идентифицирани. Ясна класификация на пробите, събрани на 0, 30 и 120 минути, се наблюдава в графиката за разпръскване на резултатите от OPLS-DA, получена от данни от групата със затлъстяване (Фигура 2А). Следователно, нивата на метаболитите се променят систематично по време на OGTT. Впоследствие промените в нивата на метаболитите, които са в основата на класификацията на пробите в групата със затлъстяване (Фигура 2C), са нанесени в графики за начало-разпад. По този начин профилите на всички метаболити могат да бъдат описани само в две измерения. Динамичните промени в нивата на всички метаболити в групата със затлъстяване са показани в таблица 2. Нивата на седем метаболити не са засегнати от OGTT. Останалите 52 метаболита могат да бъдат разделени на 10 отделни групи въз основа на техния профил. Нива на по-голям брой метаболити (н = 34), представен предимно от FFAs и аминокиселини, намалява между 0 и 120 минути, нива от само няколко (н = 10) увеличен. Осем метаболити не показват нетно увеличение на нивата, но са били увеличени или намалени на 30 минути, преди да се върнат към изходното ниво на 120 минути (Таблица 2).

  • Удебеленото лице показва значителна промяна (р (17) и 59-те метаболита, идентифицирани в групата със затлъстяване, 32 метаболита са общи за двата набора от данни. Графикът за разпръскване на резултатите от OPLS ‐ DA, получен от анализ на данни от слабата група (Фигура 2B) разкри по-хомогенно групиране в сравнение с данните от групата със затлъстяване (Фигура 2А). Освен това, графикът за начало-разпад за слабата група разкри големи промени в регулацията на множество метаболити (Фигура 2D) .Забележително, промени в FFAs, изолевцин и левцин се различават значително в регулацията.

Сред метаболитите, открити както в затлъстелата, така и в слабата група, профилите на OGTT на шест метаболита не се различават; нивата на пролин, триптофан, валин и треонин бяха преходно повишени на 30 минути, докато нивата на глицерол 3-фосфат и лизин бяха непроменени по време на OGTT. По-голямата част от метаболитите, които се различават между постно и затлъстяване (н = 16) може да се раздели на три групи (Таблица 3). В първата група нивата на пет FFAs показват забавено намаляване на затлъстяването в сравнение с постното; през първите 30 минути не е имало значително намаляване на нивата на FFA при затлъстелите (Таблица 3, горен раздел). Във втората група нивата на шест аминокиселини, включително BCAA изолевцин и левцин, показват ранно нарастване (при 30 минути) при затлъстелите; това не се наблюдава при постно (Таблица 3, средна част). В третата група нивата на смесена група метаболити се повишават на 30 минути при слаби индивиди, но това увеличение липсва при затлъстелите (Таблица 3, долна част).

    Профилът на метаболита показва относителната промяна на концентрацията в три времеви точки (0, 30, 120 минути), илюстрирана с три точки и свързана с линия. Ъглов наклон между точките представлява значителен (P

Потискане на нивата на свободна мастна киселина и аминокиселини с разклонена верига по време на орален тест за толерантност към глюкоза. Намаляването на нивата на изолевцин и левцин спрямо намаляването на общото ниво на свободни мастни киселини в 2-часовия момент от теста за орален глюкозен толеранс в постно (н = 6) и затлъстелите (н = 14) субекти. Значителен (P

Дискусия

Повишените нива на BCAA заедно с диета с високо съдържание на мазнини преди са били свързани с развитие на свързана със затлъстяването инсулинова резистентност (35, 36). В момента се обсъжда дали повишените нива на BCAA са причина или ефект на инсулиновата резистентност при затлъстяване; малко е известно за действителната връзка между липидите и метаболитите на аминокиселините (37). Напоследък се съобщава, че повишените нива на BCAA и ароматните аминокиселини тирозин и фенилаланин са силно свързани с бъдещия риск от T2D (14); нивата на изолевцин, фенилаланин и тирозин са определени като основни предиктори за бъдещото развитие на T2D (14) .

В това проучване трябва да се признаят някои ограничения. Поради ограничения размер на извадката, проучванията за потвърждение трябва да включват по-големи групи. Няма съвпадение на групите по фактори, които биха могли да повлияят на резултатите от анализа, като възраст, пол, пушене и диета. Групите бяха твърде малки, за да оценят приноса на тези фактори. От друга страна, данните от метаболомиката на слаби индивиди се оказаха много последователни (12, 13, 16-22, 35) .

В заключение, идентифицирането на метаболити с отклоняващи се OGTT-профили е от потенциална стойност при оценката на смущението на метаболитната хомеостаза при затлъстяване. Отклоняващите се профили между затлъстели и слаби субекти осигуряват по-задълбочено разбиране на фенотипа със затлъстяване по отношение на липолиза, протеолиза, кетогенеза и деградация на нуклеотидите. По-специално, провокираното от глюкоза потискане на нивата на FFA е притъпено в групата със затлъстяване, но хомогенно и в двете групи, докато промените в нивата на BCAA са силно хетерогенни в групата със затлъстяване. Следователно, промените в нивата на BCAA могат да предоставят индивидуална информация, полезна за идентифициране на подгрупи в кохорта със затлъстяване.

Благодарности

Ние сме в дълг на учебните предмети за тяхното участие.