Abstract

fundal

Obezitatea este asociată cu un risc crescut de rezistență la insulină și diabet zaharat de tip 2 (T2DM). Cu toate acestea, unii indivizi obezi își mențin sensibilitatea la insulină și prezintă un risc mai mic de comorbidități asociate. Căile metabolice subiacente care diferențiază persoanele sensibile la insulină obeză (OIS) și persoanele rezistente la insulină obeză (OIR) rămân neclare.

Metode

În acest studiu, 107 subiecți au fost supuși unei metabolomici nedestinate a probelor de ser folosind platforma Metabolon. Treizeci și doi de subiecți au fost martori slabi, în timp ce 75 de subiecți au fost obezi, inclusiv 20 OIS, 41 OIR și 14 indivizi T2DM.

Rezultate

Rezultatele noastre au arătat că metaboliții fosfolipidici, inclusiv colina, glicerofosfoetanolamina și glicerofosforilcolina, au fost semnificativ modificați din OIS în comparație cu indivizii OIR și T2DM. Mai mult, datele noastre au confirmat modificări ale markerilor metabolici ai afecțiunilor hepatice, bolilor vasculare și T2DM, cum ar fi 3-hidroximiristatul, dimetilarginina și respectiv 1,5-anhidroglucitolul.

Concluzie

Aceste date pilot au identificat metaboliții fosfolipidici ca potențiali biomarkeri noi ai sensibilității la insulină asociate obezității și au confirmat asocierea metaboliților cunoscuți cu risc crescut de rezistență la insulină asociată cu obezitatea, cu posibile aplicații diagnostice și terapeutice. Studii suplimentare sunt justificate pentru a confirma aceste asociații în cohorte potențiale și pentru a investiga funcționalitatea acestora.

fundal

Obezitatea a devenit o problemă globală de îngrijire a sănătății din cauza comorbidităților asociate, inclusiv diabetul zaharat de tip 2 (T2DM), boala coronariană (CAD), boala ficatului gras non-alcoolic (NAFLD) și cancerul [1,2,3,4]. Cu toate acestea, un subgrup de indivizi obezi prezintă mai puține comorbidități decât omologii lor la fel de obezi, inclusiv menținerea sensibilității la insulină, precum și un profil lipidic mai sănătos [5]. Mecanismele de protecție care stau la baza obezității sănătoase din punct de vedere metabolic, cunoscută și sub numele de obezitate sensibilă la insulină, rămân necunoscute.

Studiile anterioare au sugerat că nivelurile mai scăzute de mediatori inflamatori joacă un rol în fenotipul protector al persoanelor sensibile la insulină obeză (OIS) comparativ cu omologii lor obezi patologic, cunoscuți și sub numele de indivizi obezi rezistenti la insulină (OIR) [6,7,8]. Alte rapoarte au sugerat că indivizii OIS prezintă mai puțini markeri de stres oxidativ [8, 9]. Acești doi mediatori (inflamația și stresul oxidativ) ar putea fi influențați de diverși factori genetici și de mediu [10]. Deși dovezile componentei genetice rămân limitate, efectul asupra mediului al anumitor poluanți și al diferitelor medicamente a fost stabilit anterior [11, 12].

Scopul acestui studiu a fost acela de a utiliza analize metabolomice nedestinate ale probelor de sânge de la indivizi slabi, OIS, OIR și obezi-T2DM pentru a investiga căile metabolice care stau la baza rezistenței la insulină asociate obezității și T2DM.

Metode

Materiale

Interleukina 6 (IL-6) și leptina ELISA provin din sisteme de cercetare și dezvoltare (Abingdon, Marea Britanie). Insulina ELISA provine de la Mercodia Diagnostics (Uppsala, Suedia). Alte substanțe chimice și reactivi au fost de la Sigma (München, Germania).

Design de studiu

Metabolomica

Analiza statistică a datelor metabolomice

Rezultate

Caracteristicile generale ale participanților

La Hamad Medical Corporation au fost recrutați 32 de persoane slabe (IMC = 22,7 ± 2,5 kg/m 2, toate femelele) și șaptezeci și cinci de persoane obeze și morbid obeze (IMC = 45 ± 6,7 kg/m 2, 45 de femei și 30 de bărbați) și, respectiv, spitalul Al Emadi. Persoanele slabe erau mai tinere și aveau niveluri semnificativ mai scăzute de raport SBP, MAP, trigliceride, trigliceride/HDL, FBG, ALP, ALT și AST decât persoanele obeze. Dintre participanții obezi, indivizii OIR au prezentat FBG mai mare decât se aștepta, sugerând o prevalență ridicată a T2DM nediagnosticat în cadrul acestui grup. Prin urmare, analizele ulterioare au considerat grupurile OIR și T2DM ca un singur grup (toate IR), deoarece ambele grupuri împart obezitatea și rezistența la insulină. Subiecții OIS au prezentat MAP și niveluri semnificativ mai scăzute de triacilgliceroli, FBG, insulină și HOMA-IR decât toți omologii lor IR (OIR + T2DM) la fel de obezi (Tabelul 1).

Metaboliți care diferențiază OIS de OIR + T2DM

semnătura

Complot de metaboliți care aparțin căii fosfolipidice îmbogățite care diferențiază grupurile OIS și OIR + T2DM. Regresia liniară a fost efectuată pentru a identifica metaboliții semnificativi care diferențiază OIS de OIR și T2DM utilizând pachetul statistic R după corectarea vârstei, sexului, IMC și componentelor principale (PC1 și PC2). Axa Y indică niveluri de metaboliți (log2). * a fost utilizat un nivel de semnificație a valorii p de 0,05

Metaboliții asociați cu progresia bolii

Complot de metaboliți care aparțin căilor îmbogățite asociate cu un risc crescut de rezistență la insulină asociată cu obezitatea și T2DM. Regresia liniară a fost efectuată pentru a identifica metaboliții semnificativi asociați cu progresia bolii folosind pachetul statistic R după corectarea vârstei, sexului, IMC și componentelor principale (PC1 și PC2). Axa Y indică niveluri de metaboliți (log2). A fost utilizat un nivel de semnificație a valorii p de 0,05

Pentru o ușurință a vizualizării a fost utilizată o analiză ortogonală de discriminare parțială minimă pătrată (OPLS-DA) care compară subiecții din lean, OIS, OIR și T2DM. Modelul a dezvăluit trei componente discriminatorii de clasă, reprezentând 48% din variația datelor datorate grupurilor de participanți (Fig. 3). Scorul grafic din Fig. 3a indică o axă x care separă grupul slab de OIS, OIR și T2DM; ultimul grup fiind destul de separat de-a lungul axei y. Graficul de încărcare corespunzător, prezentat în Fig. 3b, indică metaboliții asociați căilor îmbogățite care diferențiază semnificativ OIS și OIR + T2DM și cei asociați cu progresia bolii, conform modelelor liniare. În mod specific, sunt indicați glucoză mai mare, colină, GPC, 3-hidroximiristat și 3-hidroxilurat și 1,5-AG inferior, dimetilarginină (ADMA + SDMA), homoarginină, ornitină și 2-oxoarginină.

Modelul OPLS-DA care compară metaboliții de la indivizi slabi, OIS, OIR și T2DM. A Un grafic punctaj care prezintă componenta 1 discriminatoare de clasă (X-axa) versus componenta 2 discriminatoare de clasăy-axă). b Graficul de încărcare corespunzător care prezintă metaboliții asociați căilor îmbogățite care diferențiază grupurile OIS și OIR + T2DM sau cei asociați cu progresia bolii

Corelarea metaboliților semnificativi cu mediatori ai bolii metabolice

O analiză de corelație parțială a fost utilizată pentru a determina trăsăturile bolii cel mai bine asociate cu metaboliții care prezintă niveluri semnificativ diferite între grupurile de boală. În esență, corelația dintre fiecare dintre acești metaboliți și fiecare trăsătură a fost evaluată după corectarea efectului tuturor celorlalte trăsături rămase. Corelațiile care au rămas semnificative după o astfel de corecție sunt enumerate în Tabelul 4. Trăsătura enzimelor funcției hepatice (ALP și ALT), IMC, TAG-uri, leptină, insulină și HOMA-IR au arătat cele mai semnificative corelații cu nivelurile de metaboliți care diferențiază OIS și OIR + T2DM și cele asociate cu progresia bolii.

Discuţie

O nouă semnătură metabolică care diferențiază OIS și OIR + T2DM

Semnătura metabolică a rezistenței la insulină asociată cu obezitatea și T2DM

Corelația dintre metaboliții care diferențiază OIS și OIR + T2DM și mediatorii clasici ai bolii metabolice

Atunci când se iau în considerare corelațiile dintre metaboliții identificați și mediatori clasici ai bolilor metabolice, cum ar fi vârsta, IMC, lipide, FBG, insulină, HOMA-IR și enzime ale funcției hepatice, o analiză parțială a corelației a relevat mai multe asociații semnificative. Colina, care anterior s-a dovedit a fi mai mică în ceea ce privește afectarea hepatică [48], sa dovedit a fi corelată pozitiv cu leptina și ALT. În ciuda corelației sale pozitive cu ALT, colina sa dovedit a fi mai mare în OIS comparativ cu OIR + T2DM, indicând o relație între acest metabolit și fenotipul de protecție al indivizilor OIS care necesită investigații suplimentare. Pe de altă parte, sa constatat că glicerofosfoetanolamina este asociată cu IMC, sugerând niveluri crescute ale acestui produs de degradare a membranei cu obezitate.

Corelația metaboliților de progresie a bolii și a mediatorilor clasici ai bolii metabolice

Așa cum era de așteptat, glucoza și 1,5-AG, care anterior s-au dovedit a fi asociate cu T2DM, s-au dovedit a fi corelate semnificativ cu nivelurile de insulină și nivelurile circulante de triacilglicerol. La luarea în considerare a metaboliților care au fost asociați în mod semnificativ cu comorbiditățile legate de obezitate, a fost relevată o corelație semnificativă între nivelurile de 3-hidroxilurat și ALP. Acest lucru sugerează că 3-hidroxiluratul, un acid gras cu lanț mediu asociat cu intoleranță la postul prelungit și episoade recurente de comă hipoglicemiantă, poate constitui un marker nou al bolii hepatice grase. În mod similar, s-a constatat că 3-hidroxiocanoatul este asociat cu ALP și IMC, sugerând că poate fi, de asemenea, un marker nou al bolii hepatice grase asociate obezității. De asemenea, s-a constatat că 3-hidroxidecanoatul este asociat cu IMC, sugerând niveluri crescute ale unui alt acid gras cu lanț mediu cu rol în beta-oxidare și obezitate. Ornitina, care anterior s-a dovedit a fi asociată cu leziuni hepatice, sa dovedit a fi asociată cu leptina și ALT, oferind o dovadă suplimentară a asocierii acesteia cu obezitatea asociată cu boala hepatică grasă nealcoolică.

Limitări de studiu

Aceasta are o serie de limitări, inclusiv numărul relativ scăzut de participanți pe grup și natura transversală a studiului a limitat interpretarea rezultatelor din punct de vedere fiziopatologic. Natura observațională a constatărilor necesită validare funcțională înainte de a sugera orice cauzalitate, mai ales că unele constatări s-au bazat pe asociații slabe până la moderate. Mai mult, deoarece probele de sânge au fost colectate în mai multe locuri, s-ar putea să fi avut loc un efect de lot, dar acest lucru a fost atenuat prin protocoale standardizate pentru colectarea, prelucrarea și stocarea probelor. Este posibil ca alți factori nemăsurați să fi avut impact asupra datelor noastre, inclusiv obiceiuri alimentare, medicamente/suplimente și alți factori de mediu necunoscuți; cu toate acestea, includerea componentelor de principiu în modelul de regresie ar fi putut captura o parte din acești factori potențiali de confuzie. În cele din urmă, controalele nu au fost potrivite pentru vârstă și sex în comparație cu grupurile de studiu, adăugând o variabilă suplimentară; cu toate acestea, atât vârsta, cât și sexul au fost corectate pentru analiză, dar influența lor asupra diferențelor metabolice nu poate fi exclusă.

Concluzie

În comparația dintre indivizii la fel de obezi sensibili la insulină și rezistența la insulină, metaboliții fosfolipidici incluzând colina, glicerofosfoetanolamina și glicerofosforilcolina (GPC) au fost semnificativ modificate. În plus, mai mulți metaboliți au fost identificați și au confirmat rezistența la insulină și T2DM (cum ar fi glucoza și 1,5-AG) sau comorbiditățile acestora (cum ar fi 3-hidroxilurat, 3-hidroximiristat, homoarginină și dimetilarginină). Acest studiu pilot a identificat, de asemenea, noi markeri metabolici, cum ar fi acizii grași cu lanț mediu 3-hidroxoctanoat și 3-hidroxidecanoat și a evidențiat legătura lor potențială cu boala ficatului gras nealcoolic, un semn distinctiv al riscului crescut de rezistență la insulină asociată cu obezitatea. Sunt necesare studii suplimentare pentru a confirma aceste asociații în cohorte prospective și pentru a investiga relevanța lor funcțională.

Disponibilitatea datelor și a materialelor

Seturile de date utilizate și/sau analizate în timpul studiului actual sunt disponibile de la autorul corespunzător, la o cerere rezonabilă.