Abstract

fundal

Anomaliile metabolice sunt mai asociate cu obezitatea centrală decât obezitatea periferică, dar mecanismele de bază sunt în mare parte necunoscute. Prezentul studiu a urmărit identificarea biomarkerilor metabolici serici care diferențiază persoanele cu obezitate centrală nesănătoasă din punct de vedere metabolic (MUCO) de persoanele cu obezitate periferică (MHPO) sănătoase din punct de vedere metabolic.

Metode

A fost utilizat un proiect de studiu de caz în două etape. În etapa de descoperire, au fost incluși 20 de indivizi (10 MHPO și 10 MUCO) și în următoarea etapă de validare, au fost utilizați 79 de indivizi (20 greutate normală (NW), 30 MHPO, 29 MUCO). Grupurile de studiu au fost potrivite pentru vârstă, sex, activitate fizică și aportul total de calorii dietetice, cu MHPO și MUCO potrivite suplimentar pentru IMC. Anomalia metabolică a fost definită ca: 1) HOMA-IR> 4,27 (percentila 90), 2) colesterol lipoproteic de înaltă densitate 102 cm la bărbați și> 88 cm la femei. Indivizii MUCO au prezentat toate aceste anomalii, în timp ce indivizii MHPO și NW nu au avut niciuna dintre acestea. O abordare metabolomică țintită a fost efectuată pe probe de ser de post, care pot identifica și cuantifica simultan 186 de metaboliți.

Rezultate

În etapa de descoperire, leucina serică, izoleucina, tirozina, valina, fenilalanina, acidul alfa-aminoadipic, metioninesulfoxidul și propionilcarnitina s-au dovedit a fi semnificativ mai mari în MUCO, comparativ cu grupul MHPO după ajustarea testelor multiple. Modificări semnificative ale a cinci metaboliți (leucină, izoleucină, valină, acid alfa-aminoadipic, propionilcarnitină) au fost confirmate în etapa de validare.

Concluzii

Nivelurile semnificativ mai ridicate de leucină serică, izoleucină, valină, acid alfa-aminoadipic, propionilcarnitină sunt caracteristice pacienților cu obezitate centrală nesănătoși din punct de vedere metabolic. Constatarea oferă noi perspective despre patogeneza anomaliilor metabolice ale obezității.

fundal

Metabolomica este definită ca o tehnologie „omică” caracteristică identificării și cuantificării de mare viteză a moleculei mici (

Metode

Declarație de etică

Acest studiu a primit aprobarea etică de la Health Research Ethics Authority din cadrul Facultății de Medicină a Universității Memorial, St. John’s, Newfoundland, Canada, [cu codul de identificare a proiectului # 10.33 (ultima dată de aprobare: 11 februarie 2016)]. Consimțământul informat scris a fost obținut de la toți voluntarii.

Populația de studiu

Am folosit un proiect de studiu de caz în două etape, și anume, fazele de descoperire și validare. Persoanele pentru ambele faze au fost selectate din studiul în curs de desfășurare CODIFICARE (Boli complexe în populația Newfoundland: mediu și genetică) [25-29]. Criteriile de incluziune pentru studiul CODIFICARE sunt: ​​1) cel puțin o a treia generație Newfoundlander, 2) cu vârste cuprinse între 20 și 79 de ani, 3) care nu era însărcinată în momentul studiului. Caracteristicile metabolice utilizate pentru clasificarea subiecților care sunt sănătoși sau sănătoși din punct de vedere metabolic sunt următoarele:

Obezitate centrală nesănătoasă din punct de vedere metabolic (MUCO) - 1) evaluarea modelului de homeostazie a rezistenței la insulină (HOMA-IR)> 4,27 (percentila 90) [9, 11], 2) nivel colesterol lipoproteic de înaltă densitate (HDL-C) nivel 102 cm în bărbați și> 88 cm la femei [9, 11];

Obezitate periferică sănătoasă din punct de vedere metabolic (MHPO) - 1) HOMA-IR 2). Subiecții celor două grupuri au fost potrivite pentru vârstă, IMC, aportul total de calorii dietetice și nivelul de activitate fizică.

În etapa de validare următoare, au fost selectați un grup cu greutate normală (NW, 20 subiecți) și două grupuri obeze (29 subiecți pentru grupul MUCO și 30 subiecți pentru grupul MHPO). Caracteristicile metabolice utilizate pentru a distinge cele două grupuri obeze au fost aceleași ca și în etapa de descoperire, cu excepția IMC a fost extins la peste 27,2 din cauza dificultății în identificarea probelor care îndeplinesc criteriile stricte ale grupurilor de studiu. Caracteristicile metabolice pentru grupul NW au fost aceleași cu grupul MHPO, cu excepția cazului în care 18 90% este glucoză). Procedurile de testare ale trusei, precum și nomenclatura metaboliților au fost descrise în detaliu anterior [23, 24].

Analize statistice

Datele cu caracteristicile generale ale participanților la studiu sunt prezentate ca medii ± SD. Diferențele în antropometrie, aporturi alimentare și activitate fizică au fost evaluate folosind Student’s t-Test. Raportul de sex a fost analizat de chi-pătrat teste. Pentru aceste analize a fost utilizată versiunea software SPSS 19.0 (SPSS Inc, Chicago, IL, SUA). Toate testele au fost bilaterale și a p-valoarea mai mică de 0,05 a fost considerată semnificativă statistic.

În următoarea etapă de validare, au fost analizate distribuțiile normale ale celor 8 metaboliți semnificativi statistic supraviețuiți din studiul de descoperire. Transformarea logaritmică a fost utilizată pentru variabilele care nu au prezentat distribuție normală. One-Way ANOVA urmată de Tukey testul a fost utilizat pentru a analiza diferența semnificativă între grupuri de către versiunea 19.0 a software-ului SPSS. Metoda Bonferroni a fost utilizată pentru a corecta testele multiple. A p-valoarea ≤ 0,005 a fost considerată semnificativă statistic.

Rezultate

Caracteristicile demografice și metabolice ale participanților

Douăzeci de subiecți obezi au fost incluși în etapa de descoperire. Caracteristicile generale ale subiecților în etapa de descoperire sunt prezentate în Tabelul 1. Nu au existat diferențe semnificative în ceea ce privește vârsta, IMC, raportul de sex, BF%, TF%, AF%, tensiunea arterială sistolică (SBP), tensiunea arterială diastolică (DBP) ).), aportul alimentar dietetic și activitatea fizică între cele două grupuri. Circumferința taliei, masa de grăsime viscerală, VF%, TG seric, glucoză, nivelurile de insulină și valoarea HOMA-IR în grupul MUCO au fost semnificativ mai mari decât în ​​grupul MHPOp Tabelul 1 Caracteristicile participanților la studiu în etapa de descoperire

Caracteristicile generale ale subiecților în etapa de validare sunt prezentate în Tabelul 2. Nu au existat diferențe semnificative pentru vârstă, raportul de sex, aportul alimentar dietetic și activitatea fizică între cele trei grupuri. IMC, circumferința taliei, BF%, TF%, AF%, masa de grăsime viscerală au fost semnificativ mai mici în grupul NW, comparativ cu cele două grupuri obeze (p Tabelul 2 Caracteristicile participanților la studiu în etapa de validare

Metaboliți identificați în serul participantului

Peste 95% din metaboliți (178/186) au fost determinați cu succes în fiecare probă. Acestea au inclus 40 de acilcarnitine (inclusiv carnitină liberă), 21 de aminoacizi, 12 amine biogene, 89 glicerofosfolipide (14 lissoPC, 75 PC), 15 sfingomieline și hexoză (> 90% este glucoză), după cum se arată în fișierul suplimentar 1: Tabelul S1.

Modificările profilurilor metabolomice în grupurile MHPO și MUCO în etapa de descoperire

Rezultatele PLS-DA au fost prezentate în Fig. 1. În modelul PLS-DA construit, R2X = 0,422, R2Y = 0,801 și un bun parametru de predicție Q2 (cum) = 0,571. Metaboliții cu VIP> 1 au fost considerați importanți în clasificarea celor două grupuri. Metaboliții semnificativi au fost evaluați în continuare prin testul Kruskal-Wallis cu un prag de p 1 și p FIG. 1

obezii

PLS-DA scoruri grafice ale grupurilor MUCO și MHPO. „1” reprezintă grupul obezității periferice sănătoase din punct de vedere metabolic (MHPO); „2” reprezintă grupul obezității centrale nesănătoase din punct de vedere metabolic (MUCO)

Comparativ cu grupul MHPO, 39 de metaboliți au fost identificați cu succes în grupul MUCO. 11 aminoacizi (alanină, glutamină, histidină, izoleucină, leucină, lizină, metionină, fenilalanină, prolină, tirozină, valină), 4 amine biogene (alfaAAA, Met-SO, kinurenină, sarcozină), carnitină liberă (C0) plus 13 acilcarnitine (C3, C3DC (C4OH), C4, C4: 1, C5, C5: 1, C5-DC (C6-OH), C6 (C4: 1-DC), C6: 1, C10: 1, C10: 2, C16, C16OH) și hexoză (> 90% este glucoză) au fost semnificativ mai mari și 9 glicerofosfolipide (lizoPC C28: 1, PC aa C40: 2, PC ae C34: 2/C36: 3/C36: 4/C38: 4/C38: 5/C38: 6/C42: 0) au fost semnificativ mai mici în grupul MUCO.

În timp ce, după ajustarea testelor multiple, hexoză, leucină, izoleucină, tirozină, valină, fenilalanină, alfaAAA, Met-SO și C3 erau încă semnificative statistic între cele două grupuri. Cu toate acestea, glucoza a reprezentat 90% din hexoză în abordarea metabolomică utilizată, astfel creșterea hexozei la subiecții MUCO este probabil datorită nivelului ridicat de glucoză de post. Prin urmare, toți acești metaboliți, cu excepția hexozei, au fost identificați ca metaboliți cheie care disting grupurile MUCO și MHPO și au fost examinați în continuare în etapa de validare.

Profilurile metabolomice se modifică între grupuri în etapa de validare

Diferențele semnificative ale celor 8 metaboliți au fost examinate în continuare în timpul etapei de validare. Cinci metaboliți au fost identificați ca fiind semnificativi statistic între cele trei grupuri. După cum se arată în tabelul 4, nivelurile serice de leucină, izoleucină, valină, alfaAAA, C3 au fost semnificativ mai mari în grupul MUCO comparativ cu grupurile NM sau MHPO după ajustarea testelor multiple (p Tabelul 4 Metaboliți cu diferență semnificativă între grupuri în timpul etapei de validare

Discuţie

Din câte știm, acest studiu este primul care identifică biomarkerii metabolici serici în MUCO, concentrându-se pe factorii de distribuție a grăsimilor și utilizând o tehnologie metabolomică. Am descoperit creșteri semnificative la 5 metaboliți ai serului (leucină, izoleucină, valină, alfaAAA și acilcarnitină C3) care distingeu obezul central nesănătos din punct de vedere metabolic de pacienții obezi periferici sănătoși din punct de vedere metabolic.

Obezitatea este unul dintre principalii factori de risc pentru diabet și alte afecțiuni metabolice [2]. Cu toate acestea, în mod paradoxal, o proporție semnificativă de indivizi obezi din populația generală poate prezenta un fenotip lipsit de anomalii metabolice [6, 9, 10]. În consecință, studii recente au sugerat că diferențierea stării de sănătate metabolică a persoanelor obeze se datorează parțial unei distribuții diferite a grăsimilor [38]. Acum se cunoaște că acumularea de grăsime viscerală abdominală sau obezitatea centrală sunt factorul de risc cheie care se leagă de anomaliile metabolice ale obezității [6, 10, 11]. În esență, pacienții cu obezitate centrală prezintă un risc semnificativ mai mare de una sau mai multe anomalii legate de lipide, insulină, glucoză, tensiune arterială și inflamație decât pacienții cu obezitate periferică [4, 5, 8]. Cu toate acestea, caracteristicile metabolice specifice din aval și mecanismele moleculare care disting fenotipul obez nesănătos din punct de vedere metabolic de fenotipul obez sănătos din punct de vedere metabolic rămân slab înțelese.

Acilcarnitinele se formează intracelular din carnitină în timpul metabolismului acizilor grași cu lanț lung și BCAA [62, 63]. În studiul nostru, am constatat că acilcarnitina serică C3 (propionilcarnitina) a fost semnificativ mai mare la indivizii MUCO. C3 este un produs al catabolismului mitocondrial al BCAA, în special catabolismul izoleucinei și al valinei [14]. Creșterea nivelurilor serice de C3 a fost observată și la pacienții cu obezitate sau diabet anterior [14, 64-66], iar degradarea crescută a BCAA în țesutul muscular sau hepatic asociată cu creșterea nivelurilor serice de BCAA a fost considerată ca fiind o cauză potențială [14].

Aminele biogene sunt substanțe bioactive care conțin una sau mai multe grupări de amine. Sunt compuși azotici bazici formați în principal prin decarboxilarea aminoacizilor sau prin aminarea și transaminarea aldehidelor și cetonelor. Dintre aminele biogene măsurate în studiul actual, numai acidul alfa-aminoadipic seric (alfaAAA) a fost semnificativ diferit între grupuri. AlphaAAA este un produs al degradării lizinei la mamifere [67, 68], care a fost identificat ca un biomarker pentru dezvoltarea T2DM și un potențial modulator al homeostaziei glucozei la om [69, 70]. Rapoartele privind modificările nivelurilor serice de alfaAAA în obezitate sunt rare, în timp ce un studiu din Coreea a descris niveluri serice de alfaAAA serice la copiii obezi [71]. Este bine cunoscut faptul că obezitatea, în special obezitatea centrală, este principalul factor de risc pentru dezvoltarea IR și a diabetului [6, 10-12]. Cu toate acestea, factorii care leagă obezitatea și diabetul sunt în mare parte necunoscuți. Pacienții din prezentul studiu au fost bine definiți având obezitate centrală. Descoperirea noastră sugerează cu tărie că alfaAAA este cel puțin un factor important care mediază obezitatea centrală și diabetul.

Acest studiu a avut o serie de limitări de luat în considerare. În primul rând, acesta este un studiu transversal de caz - control. Observațiile secvențiale făcute într-un mod prospectiv ar oferi informații mai utile. În al doilea rând, deși abordarea metabolomică vizată a explorat 186 de metaboliți, s-ar putea să fi ratat metaboliții importanți pe care panoul nu îi are. În cele din urmă, deși HOMA-IR este o măsură larg acceptată a IR, tehnica de clamp hiperinsulinemică euglicemică este considerată o metodă mai precisă de măsurare a IR [72].

Concluzii

Acesta este primul studiu care utilizează o abordare metabolomică direcționată și un proiect de studiu în două etape pentru a identifica diferențele metaboliților serici între obezii periferici sănătoși din punct de vedere metabolic și persoanele obeze centrale nesănătoase. Am găsit niveluri semnificativ mai ridicate de aminoacizi serici cu lanț ramificat (leucină, izoleucină, valină), propionilcarnitină (C3 acilcarnitină) și alfaAAA pentru a distinge obezitatea centrală nesănătoasă din punct de vedere metabolic de obezitatea periferică metabolică. Metaboliții identificați oferă informații noi despre caracteristica metabolică și patogeneza anomaliilor metabolice în obezitatea centrală. Studiile viitoare sunt justificate pentru a verifica în continuare relevanța acestor metaboliți noi asociați cu obezitatea centrală și pentru a elucida mecanismele biochimice de bază.