MD, Matthias Blüher

efectele

Universitatea din Leipzig, Departamentul de Medicină

DE - 04103 Leipzig (Germania)

Articole similare pentru „”

  • Facebook
  • Stare de nervozitate
  • LinkedIn
  • E-mail

Abstract

Introducere

Stresul oxidativ crescut, o stare de producție temporară sau cronică de specii reactive de oxigen (ROS), aparține principalelor manifestări ale obezității și ale diabetului de tip 2 (T2D) [1, 2]. Producția crescută de ROS poate afecta metabolismul celular și poate deteriora componentele celulare [3]. Prin urmare, în celulele sănătoase, există mecanisme de apărare antioxidantă pentru a detoxifica aceste molecule foarte reactive și pentru a menține un grad scăzut de stres oxidativ [2, 4]. Enzimele antioxidante, cum ar fi superoxidul dismutază, catalaza și glutation peroxidaza (GPx), precum și metaboliții endogeni sunt responsabili de eliminarea și descompunerea ROS în produse mai puțin sau nereactive [2, 4]. Au fost identificate cel puțin șapte izoforme ale proteinelor GPx, dintre care glutation peroxidaza 3 (GPX3) reprezintă activitatea anti-oxidativă majoră în circulație [5, 6].

GPX3 este exprimat abundent în rinichi și plămâni și într-o cantitate mai mică în țesutul adipos (AT) [6, 7]. Exprimarea GPX3 este reglată de hipermetilare și mecanisme mediate de receptorul glucocorticoidului [8]. în plus, GPX3 este o genă țintă alfa a receptorului de estrogen direct în AT alb [9]. GPX3 acționează ca un modulator al semnalizării redox, are funcție imunomodulatoare, catalizează detoxifierea ROS și a fost identificat ca un supresor tumoral în diferite tipuri de cancer [6, 8]. Stresul oxidativ contribuie la disfuncția AT în obezitate [10, 11], prin urmare GPX3 poate juca un rol crucial ca mecanism local de apărare, în special în obezitate [5, 12].

Într-adevăr, s-a demonstrat că concentrațiile serice GPX3 și expresia AT sunt disregulate în obezitatea umană și tulburările metabolice [5, 12, 13], precum și în modelele animale de obezitate și diabet [5]. În contextul proiectului de anatomie a genomului diabetului, GPX3 a fost identificată ca una dintre cele mai puternice gene asociate pentru trăsăturile sensibilității la insulină, adipogeneză și T2D [14]. Am descoperit recent că GPX3 circulant aparține unui grup de adipokine care este strâns legat de sensibilitatea la insulină, hiperglicemie și metabolismul lipidelor [15]. Mai mult, GPX3 Sa demonstrat că varianta genică rs8177409 este asociată cu risc cardiovascular la o populație mexicană [13]. Cu toate acestea, modificările concentrațiilor serice GPX3 găsite în asociere cu obezitatea sunt eterogene și variază de la concentrațiile serice GPX3 crescute la pacienții cu obezitate din Mexicul Central [12, 13] până la scăderea semnificativă a GPX3 plasmatic într-o cohortă din Coreea [5].

În mod colectiv, datele despre oameni și rozătoare indică un rol al GPX3 în menținerea funcției AT și apărarea sistemică împotriva creșterii producției de ROS și sugerează că dereglarea GPX3 contribuie la legătura dintre masa AT crescută și bolile metabolice și cardiovasculare legate de obezitate. Aici, am căutat să determinăm asocierile potențiale dintre GPX3 circulant, expresia AT GPX3, obezitatea și T2D într-o cohortă caucaziană cu o gamă largă de IMC, distribuția grăsimilor și parametrii metabolismului glucozei. Am testat în continuare ipoteza că intervențiile de scădere în greutate determină modificări ale concentrațiilor serice GPX3 și ale expresiei AT.

Material si metode

Subiecte

Am inclus șase cohorte diferite cu un număr total de 630 de indivizi în studiul nostru privind concentrația serică GPX3 și expresia AT mARN. În prima cohortă (n = 213), am investigat concentrațiile serice de GPX3 în raport cu măsurile obezității și metabolismului glucozei într-un studiu transversal (Cohorta 1) (Tabelul 1). Într-un alt studiu transversal (cohorta 2), am investigat expresia mARN-ului GPX3 în probe AT omerale viscere (viz) și subcutanate (SC) asociate în plus față de concentrațiile serice de GPX3n = 233) (Tabelul 2). În plus, 60 de bărbați și femei cu obezitate morbidă cu un IMC de 45 ± 1,3 kg/m 2 programat pentru colecistectomie electivă, laparotomie explorativă sau rezecție gastrică a manșonului au fost selectați și distribuiți în două grupuri experimentale de insulină sensibilă (IS) și insulină. obezitate rezistentă (IR) cu câte 30 de subiecți, după cum sa descris anterior (cohorta 3) [16].

tabelul 1.

Studiul concentrației serice GPX3

masa 2.

Caracteristicile participanților la studiul țesutului adipos GPX3 expresie ARNm (n = 233, cohorta 2)

În studiile intervenționale, am măsurat GPX3 circulant înainte și la 6 luni după un exercițiu combinat și un studiu de dietă cu restricție calorică (Cohorta 4, n = 20), înainte și 6 luni după intervenția chirurgicală bariatrică (cohorta 5, n = 80) (Tabelul 3) și înainte și la 12 ± 2 luni după intervenția chirurgicală bariatrică în contextul unei abordări chirurgicale în doi pași (Cohorta 6, n = 24). Am inclus ultima intervenție pentru a măsura expresia AT GPX3 înainte și după pierderea semnificativă în greutate atât în ​​depozitele de grăsime viscerală, cât și în SC.

Tabelul 3.

Caracteristicile participanților la intervenția chirurgicală bariatrică (cohorta 5) și exerciții combinate și intervenție dietetică (cohorta 4)

Am definit următoarele criterii de excludere: i) Disfuncție tiroidiană, ii) abuz de alcool sau droguri, iii) sarcină, iv) tratament cu tiazolidindione. Toate studiile au fost aprobate de comitetul de etică al Universității din Leipzig (numere de aprobare: 159–12–21052012 și 017–12–23012012) și toți subiecții au dat consimțământul scris în scris înainte de a participa la studiu.

Cohortele aveau următoarele caracteristici specifice:

Cohorta 1

213 bărbați caucazieni (n = 110) și femein = 103) au fost recrutați consecutiv în contextul unui studiu privind rezistența la insulină la Departamentul de Medicină, Universitatea din Leipzig, pentru a reprezenta o gamă largă de obezitate, sensibilitate la insulină și toleranță la glucoză. Vârsta a variat de la 19 la 80 de ani, iar IMC de la 17,1 la 79,1 kg/m 2. Studiul a inclus 100 de pacienți cu T2D și 113 controale normale tolerante la glucoză (Tabelul 1).

Cohorta 2

Expresia mARN-ului GPX3 AT a fost investigată la 233 de donatori de probe de perechi și SC AT, care au suferit o intervenție chirurgicală abdominală pentru colecistectomie, intervenție chirurgicală de reducere a greutății, leziuni abdominale sau laparotomie explorativă (Tabelul 2). De la acești indivizi, 78 au avut T2D. Toți subiecții au avut o greutate stabilă, definită ca absența fluctuațiilor de> 2% din greutatea corporală timp de cel puțin 3 luni înainte de operație. AT a fost imediat înghețat în azot lichid după explicații. Analizele histologice și măsurarea numărului de macrofage în AT au fost efectuate așa cum s-a descris anterior [16, 17]. Pentru a determina mărimea adipocitelor, într-un subgrup de 122 de donatori AT reprezentativi, 200 pl alicote de adipocite atât din SC cât și din AT visceral au fost fixate cu acid osmic, incubate timp de 48 de ore la 37 ° C și numărate într-un contor Coulter (Multisizer III; Beckman Coulter, Krefeld, Germania).

Cohorta 3

Studiu de obezitate sensibil la insulină (IS) și rezistent la insulină (IR). Pe baza ratei de perfuzie a glucozei (GIR) în clema hiperinsulinemică euglicemică, pacienții au fost definiți fie ca IS (GIR> 70 µmol/kg/min), fie ca IR (GIR 2, iar IMC la 12 ± 2 luni după intervenția chirurgicală bariatrică a fost de 47,1 ± 8,5 kg/m 2 .

Măsurarea conținutului de grăsime corporală, metabolismul glucozei, sensibilitatea la insulină

IMC a fost calculat ca greutate împărțit la înălțimea pătrată. Circumferința șoldului a fost măsurată peste fese; circumferința taliei a fost măsurată la punctul mediu dintre coastele inferioare și creasta iliacă. Procentul de grăsime corporală a fost măsurat prin absorptiometrie cu raze X duale (DEXA) sau BIA. În cohortele 2 și 3, zonele de grăsime viscerală abdominală și SC au fost calculate utilizând scanări tomografice computerizate (CT) la nivelul L4 - L5n = 87). Sensibilitatea la insulină a fost evaluată utilizând indicele HOMA-IR sau cu metoda de prindere euglicemică-hiperinsulinemică așa cum a fost descris anterior [19].

Analize ale probelor de sânge

Toate probele de sânge inițiale au fost colectate între 8 și 10 a.m. după un post peste noapte. Serul GPX3 a fost măsurat cu un ELISA (Adipogen, Seul, Coreea de Sud). Insulina plasmatică a fost măsurată cu un test imunometric enzimatic pentru analizorul automat IMMULITE (Diagnostic Products Corporation, Los Angeles, CA, SUA). Proteinele C reactive serice, sensibile, adiponectina, IL-6 și leptina au fost măsurate așa cum s-a descris anterior [16].

Studii de expresie a ARNm GPX3

Expresia mARN-ului GPX3 uman a fost măsurată prin reacție în lanț cantitativă în timp real a polimerazei (RT-PCR) într-un cicler de temperatură fluorescentă utilizând testul TaqMan și fluorescența a fost detectată pe un detector de secvență ABI PRISM 7000 (Applied Biosystems, Darmstadt, Germania). AT a fost imediat înghețat în azot lichid și depozitat la –80 ° C. ARN-ul a fost extras din țesutul adipos utilizând Mini Kit pentru țesut lipidic RNeasy (Qiagen, Hilden, Germania). Cantitatea și integritatea ARN-ului au fost monitorizate cu un spectrofotometru NanoVue plus (GE Healthcare, Freiburg i.Br., Germania). 1 μg ARN total din SC și vis AT (305 ng ARN din adipocite și fracția vasculară stromală) au fost transcrise invers cu reactivi standard (Life technologies, Darmstadt, Germania). ADNc a fost apoi prelucrat pentru RT-PCR cantitativă bazată pe sondă TaqMan (qPCR) utilizând sistemul de PCR în timp real QuantStudio 6 Flex (tehnologii Life). Expresia GPX3 umană a fost măsurată prin qPCR folosind uman GPX3 sondă (Hs00173566_m1). Emisiile de fluorescență au fost monitorizate după fiecare ciclu. Expresia mARN-ului GPX3 uman a fost calculată în raport cu expresia mARN a hipoxantinei guanină fosforibosiltransferazei 1 (HPRT1) (Hs01003267_m1).

Analize statistice

FIG. 2.

Am găsit corelații semnificative ale expresiei ARNm SC GPX3 cu vârsta, IMC, SC și zonele de grăsime viscerală, dimensiunea medie a adipocitelor SC, insulina plasmatică în repaus alimentar și HOMA-IR (Tabelul 4). Expresia mARN-ului GPX3 Vis se corelează de asemenea cu vârsta, IMC, dimensiunea medie a adipocitelor viscerale, SC și zonele de grăsime viscerală (Tabelul 4). Cu toate acestea, niciuna dintre aceste corelații nu a rămas semnificativă după ajustarea în funcție de vârstă, sex și IMC (Tabelul 4).

Tabelul 4.

Analize de corelație a GPX3 Expresia ARNm în țesutul adipos visceral și subcutanat cu parametrii obezității, distribuția grăsimilor și sensibilitatea la insulină în cohorta 2 (n = 233)

Discuţie

Pentru a elucida în continuare asociațiile eterogene dintre GPX3 circulant și obezitate observate în diferite cohorte, am analizat concentrațiile serice de GPX3 în două intervenții independente de slăbire. Am găsit concentrații serice de GPX3 reduse semnificativ la pacienții cu obezitate morbidă la 6 luni după intervenția chirurgicală bariatrică. Reducerea concentrațiilor serice GPX3 corespunde îndeaproape cu scăderea cu aproximativ 26% a greutății corporale. În schimb, IMC cu aproximativ 9% mai mic la 6 luni după o dietă hipocalorică combinată și un program de exerciții fizice nu a provocat modificări ale concentrațiilor serice de GPX3, sugerând că gradul de scădere în greutate poate determina modificări ale GPX3 circulant. Nu am putut confirma creșterea semnificativă a concentrațiilor serice GPX3 observate în intervențiile anterioare de dietă și exerciții la pacienții cu un IMC între 31-35 kg/m 2 [33] sau 2 [34]. Deoarece majoritatea indivizilor incluși în intervenția noastră de scădere în greutate au avut un IMC> 40 kg/m2, sugerăm că persoanele cu un IMC mai mic și, probabil, un stadiu mai precoce de obezitate cu mai puțină inflamație AT care suprimă GPX3 sunt încă capabili să activeze GPX3 la dietă și intervenții de exerciții.

Datele noastre privind concentrațiile serice de GPX3 reduse la pierderea în greutate indusă de chirurgia bariatrică pot susține datele din studiul din Mexicul Central, care a găsit GPX3 circulant semnificativ mai mare la pacienții supraponderali și obezi. Corelațiile discrepanțe între greutatea corporală și GPX3 circulant se pot datora diferențelor în reglarea GPX3 expresie în diferite țesuturi. Rinichiul și plămânul au fost considerate principala sursă pentru GPX3 circulant [6, 7]. Această viziune a fost contestată de datele care demonstrează că AT redusă, dar nu expresia GPX3 pulmonară și renală se traduce prin activitate plasmatică GPX3 redusă [5]. Prin urmare, am studiat sistematic expresia mARN-ului visceral abdominal și SC AT GPX3 în paralel cu concentrațiile serice GPX3 într-o cohortă mare de indivizi cu o gamă largă de obezitate, distribuție a grăsimilor și parametrii metabolismului glucozei/sensibilității la insulină. În plus, am inclus analize ale subfenotipurilor de obezitate extremă cu IS comparativ cu obezitatea IR [16] și o abordare chirurgicală bariatrică în doi pași care permite investigarea modificărilor în expresia GPX3 AT (atât SC, cât și depozitele viscerale) longitudinal [18, 35].

Într-adevăr, am confirmat expresia GPX3 redusă raportată anterior în AT la obezitate [5] și T2D. Interesant este că mARN-ul GPX3 a fost semnificativ mai mare atât în ​​depozitele de grăsime viscerală, cât și în cele depozitate de grăsime SC la persoanele cu metabolism normal al glucozei în comparație cu pacienții cu T2D, în timp ce comparația expresiei AT GPX3 în diferite categorii de IMC a relevat doar o expresie GPX3 semnificativ mai scăzută în SC, dar nu și în viz LA. pentru că GPX3 este o genă țintă alfa a receptorului de estrogen în AT [9], ne așteptam la diferențe de gen în AT GPX3 expresie. Interesant este că nu am găsit nici diferențe între bărbați și femei, nici între femeile pre- și postmenopauzale, atât în ​​VIS, cât și în SC AT GPX3 expresie. Acest lucru sugerează că alți factori decât estrogenul se pot modula în mod predominant GPX3 expresia genei la AT uman. Factorii legați de stres, inclusiv ROS pot reprezenta modulatori mai importanți ai GPX3 expresie în AT [5, 12]. În condiții stresante, cum ar fi inflamația și hipoxia [36], AT local GPX3 expresia este suprimată. Cu toate acestea, nu am măsurat stresul oxidativ în AT, așa cum au făcut-o studiile anterioare [5] și, prin urmare, nu putem trage nicio concluzie din propriile noastre date că nereglementarea GPX3 poate contribui la disfuncția adipocitelor și AT.

Folosind o intervenție chirurgicală bariatrică în doi pași cu gastrectomie de mânecă ca primă și, aproximativ 12 luni mai târziu, chirurgia de by-pass gastric Roux-en-Y ca a doua etapă, am putut evalua longitudinal GPX3 modificări ale expresiei atât în ​​viscerul abdominal, cât și în SC AT. Foarte important, pacienții din grupul de chirurgie bariatrică în doi pași nu se aflau într-un echilibru energetic negativ în momentul celei de-a doua intervenții chirurgicale, deoarece o greutate corporală stabilă pe o perioadă de cel puțin 3 luni era o condiție prealabilă și o indicație pentru a doua procedură chirurgicală. Am constatat că la pierderea semnificativă în greutate, GPX3 expresia a crescut semnificativ doar în SC AT. Aceste date sugerează că SC AT GPX3 este mai receptiv la modificările asociate scăderii în greutate ale AT decât visceral GPX3 expresie Aceste date susțin în continuare noțiunea că AT GPX3 expresia este reglată într-un model specific depozitului de grăsimi.

Interesant este că nu am găsit asociații semnificative între aceste diferențe sau modificări în SC AT GPX3 expresia și concentrațiile serice de GPX3. Paradoxal și spre deosebire de așteptările studiilor anterioare [5], a crescut SC AT GPX3 expresia a fost asociată cu concentrații serice mai mici de GPX3 după pierderea în greutate indusă de chirurgia bariatrică. În analizele transversale, nu am găsit corelații între AT GPX3 expresie (ambele depozite de grăsime) și GPX3 circulant. Chiar și în modelul obezității IS versus IR, o creștere a SC AT cu aproximativ 40% GPX3 expresia nu a fost legată de diferențele dintre concentrațiile serice GPX3 între aceste subfenotipuri obeze.

S-a raportat că eliberarea GPX3 din AT depinde de masa totală AT, iar secreția GPX3 in vitro pe kilogram de AT scade odată cu creșterea masei totale de grăsime corporală [37]. Cu toate acestea, rămâne neclar dacă și cum diferențele în masa totală a grăsimii corporale afectează eliberarea GPX3 in vivo de AT la om. Mai mult, concentrațiile serice de GPX3 reflectă eliberarea netă (și combinată) din rinichi, plămâni, AT și alte organe. Absența relației dintre AT GPX3 expresia și circulația GPX3 sugerează că cel puțin în cohorta noastră, țesuturile, altele decât AT, pot determina concentrațiile serice ale GPX3. La șobolanii obezi Otsuka-Long-Evans-Tokushima Fatty (OLETF), creșterea GPX serică s-a datorat secreției crescute de GPX din rinichi, dar nu din AT [30]. În schimb, la modelele de șoarece pentru obezitate și diabet, activitatea scăzută a serului GPX3 a fost cauzată în principal de reducerea AT GPX3 expresie, în timp ce rinichi GPX3 expresia nu a fost legată de obezitate [5].

În contextul studiilor la om, este dificil să se analizeze în mod sistematic contribuția diferitelor organe la GPX3 circulant. Prin urmare, rămâne o întrebare deschisă care țesuturile stau la baza asociațiilor raportate de GPX3 circulant cu obezitate [5, 12, 13], pierderea în greutate (date proprii), boli cardiovasculare [13, 31], T2D [29], sensibilitate la insulină, hiperglicemie, metabolismul lipidelor [15] și anumite tipuri de cancer [27, 38, 39].

În rezumat, am măsurat constatările anterioare că obezitatea este asociată cu scăderea AT GPX3 exprimarea prin demonstrarea că pierderea semnificativă în greutate după intervenția chirurgicală bariatrică poate crește semnificativ SC AT GPX3 expresie. Mai mult, datele noastre de la pacienții cu obezitate SI sugerează că GPX3 expresia în AT este reglementată de alți factori decât creșterea masei grase. Studiile noastre la om susțin date dintr-un model de obezitate de șobolan pe care AT GPX3 expresia nu contribuie semnificativ la modificarea concentrațiilor GPX3 circulante.

Colectiv, datele noastre sugerează că dereglarea GPX3 este asociată cu obezitatea și distribuția grăsimilor și este legată de rezistența la insulină a întregului corp. Cu toate acestea, datele noastre nu permit să tragem concluzii dacă AT GPX3 expresia poate reflecta sau contribui la disfuncția AT în stările de obezitate și IR.

Mulțumiri

Autorii vor să mulțumească tuturor participanților la studiu, Daniela Kern și Susan Berthold pentru asistență tehnică.

Finanțarea

Această lucrare a fost finanțată de Deutsche Forschungsgemeinschaft: Collaborative Research Center SFB1052, proiect B1 (către MB) și susținută de Kompetenznetz Adipositas (Rețea de competență pentru obezitate) finanțată de Ministerul Federal al Educației și Cercetării (FKZ 01GI0829), Helmholtz Alliance ICEMED - Imagistica și vindecarea bolilor metabolice de mediu, prin fondul de inițiativă și de rețea al Asociației Helmholtz și Centrul german pentru cercetarea diabetului (DZD), (subvenție: 82DZD00601). Această lucrare a primit sprijin din partea întreprinderii comune Inițiativa UE/EFPIA pentru medicamente inovatoare (subvenția EMIF nr. 115372).

Declarație de divulgare

Autorii nu au niciun conflict de interese legat de acest manuscris. Dezvăluim orice conflict financiar de interese.