Відхилення профілю метаболіту при пероральному тесті на толерантність до глюкози - порівняння між худими та ожирілими особами

Відділ клінічних наук, Мальме, клінічне ожиріння, Центр діабету Лундського університету, Університет Лунда, Швеція

Відділ клінічних наук Мальме, відділ молекулярного метаболізму, Центр діабету Лундського університету, Університет Лунда, Швеція

Відділ ендокринології, Університетська лікарня Сконе, Мальме, Швеція

Кафедра клінічних наук, Мальме, клінічне ожиріння, Центр діабету в Університеті Лунда, Університет Лунда, Швеція

Steno Diabetes Center A/S, Гентофте, Данія

Відділ ендокринології, Університетська лікарня Сконе, Мальме, Швеція

Steno Diabetes Center A/S, Гентофте, Данія

Бюджетні агентства: Це дослідження фінансували Шведська наукова рада, Фонд Ново Нордіск, Фонд Крафорда, Фонд університетської лікарні Сконе, Фонд Альберта Полсон, Фонд Лундберга, Асоціація діабету в Мальме, регіон Сконе, ALF, Фонд Магнуса Бергвалла, Фредрік та Фонд Інгрід Тарінгс, Фонд Боргстремса, Фонд Ларса Гієрти та програма діабету в Лундському університеті.

Розкриття інформації: Автори не мають конкуруючих інтересів.

Внески автора: MR та AD розробили дослідження. MR збирав дані від учасників. NG та AD провели експерименти та проаналізували дані. НГ створив таблиці та рисунки. PS, AD, HM та KF провели дослідження на худій групі, проаналізували дані та написали рукопис. NG, MR, AD написав рукопис. Усі автори затвердили остаточну версію.

Анотація

Об’єктивна

Хоча порушення толерантності до глюкози, діагностоване пероральним тестом на толерантність до глюкози (OGTT), є загальною рисою у людей із ожирінням, менше відомо про зміни рівня інших метаболітів. Метою було виявити складні зміни рівня метаболітів, спровоковані ОГТТ, та його порушення у осіб із ожирінням.

Методи

Газова хроматографія/мас-спектрометрія використовувалася для профілактики рівнів метаболітів у сироватці крові від 14 осіб із ожирінням (індекс маси тіла [ІМТ] 43,6 ± 1,5 кг м −2 [середнє значення ± СЕМ]) через 0, 30 та 120 хв протягом стандартних 2 ‐H 75 г OGTT. Для порівняння були включені метаболітні профілі від шести худорлявих особин (ІМТ 22,4 ± 2,4 кг м2), зібрані в попередньому дослідженні.

Результати

У групі ожиріння було визначено 59 профілів метаболітів. Серед них 16 відхилилися від профілів у худій групі. Відхиляючі метаболіти були розділені на три групи. (1) Відстрочене зниження рівня п’яти жирних кислот. (2) Підвищення рівня через 30 хв п’яти амінокислот, включаючи ізолейцин та лейцин. (3) Притуплене збільшення через 30 хв шести метаболітів.

Висновки

Аналіз метаболоміки виявив чіткі відмінності у зміні рівня метаболітів під час ОГТТ у осіб із ожирінням та худими. З цією метою наші дані свідчать про порушену регуляцію кетогенезу, ліполізу та протеолізу у людей із ожирінням.

Вступ

Ожиріння є результатом позитивного енергетичного балансу і часто призводить до труднощів у підтримці постабсорбційної евглікемії (1, 2). Для деяких людей із ожирінням компенсаторне збільшення вивільнення інсуліну з β-клітин підшлункової залози є достатнім для підтримки евглікемії (3). Недостатня дія інсуліну через зниження чутливості до інсуліну або недостатнє вивільнення інсуліну призводить до порушення толерантності до глюкози (IGT). Це загальна риса ожиріння (4), яка часто переходить до діабету 2 типу (T2D) (5). У клінічній практиці здатність знижувати пост-абсорбційну глюкозу в крові можна оцінити за допомогою перорального тесту на толерантність до глюкози (OGTT). Хоча як профілі глюкози, так і інсуліну, отримані з OGTT, були ретельно вивчені (6, 7), набагато менше відомо про профілі метаболітів, крім глюкози, під час тесту.

Ряд досліджень використовував метаболоміку для дослідження зв'язку між рівнями метаболітів натще і порушенням гомеостазу глюкози (8-16). Ці дослідження виявили підвищений рівень амінокислот з розгалуженим ланцюгом (ВСАА; лейцин, ізолейцин та валін) у осіб, які мають ризик розвитку діабету (14), у тих, у кого встановлений діабет (8, 15), а також у осіб із надмірною вагою/ожирінням. предмети (8, 16). Метаболоміка також проводилася на зразках крові, отриманих під час перорального навантаження глюкозою, у здорових осіб із нормальною вагою (17-21) та у осіб із надмірною вагою (21, 22). У цих дослідженнях очікуване глюкозою та інсуліном спровоковане зниження рівня вільних жирних кислот (FFA) та амінокислот було детально описано у худих суб'єктів із нормальною толерантністю до глюкози (17-19, 21). Крім того, спостерігалося притуплене зниження рівня BCAA у пацієнтів з інсулінорезистентністю (21, 22). Однак лише одне з досліджень досліджувало більше двох часових точок під час виклику глюкози (21), і лише одне включало хворих із ожирінням суб'єктів (22) .

Тут ми досліджували метаболітні профілі під час ОГТТ у хворих із ожирінням та худорлявими людьми. Зокрема, ми прагнули виявити відмінності між ожирінням та худими суб’єктами. Це може пролити світло на складну метаболічну дисрегуляцію, що лежить в основі однієї з найсерйозніших проблем зі здоров’ям сьогодні.

Методи

Навчання населення

Дослідження включало 14 учасників ожиріння без діабету із середнім індексом маси тіла (ІМТ) 43,6 ± 1,5 кг м −2 (середнє значення ± SEM) з амбулаторного відділення ожиріння відділення ендокринології Університетської лікарні Сконе, Мальме, Швеція. Зразки крові після нічного голодування відбирали у кожної людини на початковому рівні, а потім через 30 та 120 хв після перорального прийому 75 г глюкози. Глюкозу в плазмі крові вимірювали за допомогою рідкого стабільного реагенту Infinity Glucose Oxidase TM (Thermo Electron Corporation, штат Вікторія, Австралія) та інсуліну в сироватці крові за допомогою Coat-A Count Insulin RIA (DPC, Лос-Анджелес, Каліфорнія). Вимірювання глюкози та інсуліну під час ОГТТ у нежирної та здорової групи було отримано в попередньому дослідженні (17). Антропометричні та біохімічні вимірювання для тих, хто страждає ожирінням та худими, представлені в таблиці 1.

Ожирілий худий

Чоловіки/жінки	3/11	4/2
Вік (y)	36,6 ± 3,1	33,8 ± 6,9
ІМТ (кг м −2)	43,6 ± 1,5	22,4 ± 2,4
Глюкоза натще (ммоль l -1)	4,8 ± 0,2	4,9 ± 0,3
Інсулін натще (на пмоль л -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

Профілювання метаболіту

Статистичний аналіз

Результати

Жоден з учасників не страждав на цукровий діабет, але пацієнти з ожирінням були резистентними до інсуліну порівняно з худими, як оцінював HOMA-IR (таблиця 1). Група з ожирінням та худими різнилася щодо резистентності до інсуліну (HOMA-IR; P -1 при нормальній концентрації глюкози натще 4,8 ± 0,2 ммоль L -1. Обидва пости (P (17) .

Рівень глюкози та інсуліну під час перорального тесту на толерантність до глюкози. Глюкоза (A) та інсулін (B), що вимірюється через 0, 30 та 120 хв у пацієнтів із ожирінням (▪) та худими (□). Дані є середніми ± SEM; *P

Під час аналізу метаболоміки зразків із групи ожиріння було виявлено 301 передбачуваний метаболіт, з яких 59 виявлено. Чітка класифікація зразків, зібраних через 0, 30 та 120 хв, спостерігалась на графіку розкиду балів OPLS ‐ DA, отриманому на основі даних групи ожиріння (рис. 2А). Отже, рівні метаболітів систематично змінювались під час ОГТТ. Згодом зміни рівня метаболітів, що лежать в основі класифікації зразків у групі із ожирінням (Рисунок 2C), були побудовані на графіках початку-розпаду. Таким чином, профілі всіх метаболітів можна описати лише у двох вимірах. Динамічні зміни рівнів усіх метаболітів у групі ожиріння наведені в таблиці 2. На рівні семи метаболітів OGTT не впливав. Решта 52 метаболіти можна розділити на 10 різних груп залежно від їх профілю. Рівні більшої кількості метаболітів (n = 34), представлений переважно FFA та амінокислотами, зменшився між 0 і 120 хв, рівні лише декілька (n = 10) збільшено. У восьми метаболітів не спостерігалося чистого збільшення рівнів, але вони були збільшені або зменшені через 30 хв, перш ніж повернутися до вихідного рівня через 120 хв (Таблиця 2).

Жирне обличчя вказує на суттєві зміни (p (17) та 59 метаболітів, виявлених у групі із ожирінням, 32 метаболіти були спільними для обох наборів даних. Діаграма розподілу балів OPLS ‐ DA, отримана в результаті аналізу даних з худої групи (Рисунок 2B) виявив більш однорідну кластеризацію порівняно з даними із групи ожиріння (рис. 2А) .Крім того, графік початку та розкладу для худої групи виявив значні зміни в регуляції множинних метаболітів (рис. 2D). Зокрема, зміни ВЖК, ізолейцин і лейцин суттєво відрізнялися за регуляцією.

Серед метаболітів, виявлених як у групи ожиріння, так і в нежирній групі, профілі OGTT шести метаболітів не відрізнялися; рівні проліну, триптофану, валіну та треоніну тимчасово підвищувались через 30 хв, тоді як рівні 3-фосфату гліцерину та лізину не змінювались під час ОГТТ. Більшість метаболітів, які відрізнялися між худими та ожирінням (n = 16) можна розділити на три групи (таблиця 3). У першій групі рівні п'яти FFA показали уповільнене зниження ожиріння порівняно з худим; протягом перших 30 хв не спостерігалося значного зниження рівня FFA у ожирілих (Таблиця 3, верхній розділ). У другій групі рівні шести амінокислот, включаючи ізолейцин BCAA та лейцин, показали раннє збільшення (через 30 хв) ожиріння; цього не спостерігалось у худих (Таблиця 3, середній розділ). У третій групі рівні змішаної групи метаболітів були підвищені через 30 хв у худих суб'єктів, але це збільшення відсутнє у ожирілих (Таблиця 3, нижній розділ).

Пригнічення рівня вільних жирних кислот та амінокислот з розгалуженим ланцюгом під час перорального тесту на толерантність до глюкози. Зниження рівня ізолейцину та лейцину порівняно із зменшенням загального рівня вільних жирних кислот у 2-годинний момент часу перорального тесту на толерантність до глюкози в нежирному стані (n = 6) та ожирінням (n = 14) предмети. Значний (P

Обговорення

Підвищений рівень BCAA разом із дієтою з високим вмістом жиру раніше асоціювався з розвитком інсулінорезистентності, пов’язаної з ожирінням (35, 36). В даний час дискутується, чи підвищений рівень BCAA є причиною чи наслідком інсулінорезистентності при ожирінні; мало відомо про фактичний зв’язок між ліпідами та метаболітами амінокислот (37). Нещодавно, як повідомлялося, підвищений рівень BCAA та ароматичних амінокислот тирозин та фенілаланін суттєво пов’язаний із майбутнім ризиком розвитку T2D (14); рівні ізолейцину, фенілаланіну та тирозину були визначені як основні провісники майбутнього розвитку T2D (14) .

У цьому дослідженні слід визнати деякі обмеження. Через обмежений обсяг вибірки, дослідження підтвердження повинні включати більші групи. Не було збігу груп за факторами, які могли вплинути на результати аналізу, такими як вік, стать, куріння та дієта. Групи були занадто малі, щоб оцінювати внески цих факторів. З іншого боку, дані про метаболоміку худих людей показали, що вони дуже узгоджені (12, 13, 16-22, 35) .

На закінчення, ідентифікація метаболітів з відхиляючимися профілями OGTT має потенційне значення для оцінки збурення метаболічного гомеостазу при ожирінні. Профілі, що відхиляються між ожирілими та худими суб’єктами, дали глибше розуміння фенотипу ожиріння щодо ліполізу, протеолізу, кетогенезу та деградації нуклеотидів. Слід зазначити, що пригнічення рівня глюкози, спричинене глюкозою, було притуплено в групі із ожирінням, але однорідним у обох групах, тоді як зміни рівня ВСАА були дуже неоднорідними в групі із ожирінням. Отже, зміни рівнів BCAA можуть надати індивідуальну інформацію, корисну для ідентифікації підгруп в когорті ожиріння.

Подяки

Ми в значній мірі в боргу перед вивчаючими предметами за їх участь.