Hungarian Medical Journal Anyagcsere eltérések a 2-es típusú cukorbetegek egészséges, elsőfokú nőrokonaiban --Manuscript Draft-Manuscript Number:
HMJ-D-13-00132R1
Full Title:
Anyagcsere eltérések a 2-es típusú cukorbetegek egészséges, elsőfokú nőrokonaiban
Article Type:
Eredeti közlemény
Keywords:
prediabetes; genetikailag diabeteses; genetikailag nem diabeteses; korai anyagcsere eltérések
Corresponding Author:
Gyorgyi Kovacs HUNGARY
Corresponding Author Secondary Information: Corresponding Author's Institution: Corresponding Author's Secondary Institution: First Author:
Gyorgyi Kovacs
First Author Secondary Information: Order of Authors:
Gyorgyi Kovacs Barbara Buday, dr Attila Fék Botond Literáti-Nagy, dr József Pauer, dr Péter Pach Márta Vitai, dr Éva Péterfai, dr László Korányi, dr
Order of Authors Secondary Information: Manuscript Region of Origin:
HUNGARY
Abstract: Bevezetés: A 2-es típusú cukorbetegség ma már „világjárvány", megelőzése csak a „prediabetesz" idején eredményes, ezért olyan szűrővizsgálatokra van szükség, amelyek a cukorbetegség várományosait időben felfedik. Cékitűzés: Egészséges, negatív családi anamnézisű (genetikailag nem diabeteses) és elsőfokú cukorbeteg rokonokkal rendelkező (genetikailag diabeteses), normális szénhidrát toleranciájú és inzulinérzékenységű nők esetében diagnosztikai értékű anyagcsere eltéréseket kerestünk. Módszerek: A klemp vizsgálatok során normális inzulinérzékenységű, genetikailag nem diabéteszes (n=26) és genetikailag diabéteszes (n=18) önkéntesnek mértük klinikai adatait. Eredmények: Magasabb volt az orális cukorterhelés 120. percében mért glukóz, inzulin és a magas denzitású lipidek szintje, míg az alacsony denzitású frakcióé alacsony volt. Következtetések: Adataink szerint a genetikailag diabeteses, egészséges nőkben a kialakuló inzulin rezisztenciát megelőzi a hepatikus inzulin rezisztencia és a zsíranyagcsere zavara. Arra, hogy a cukorbetegséghez és az elhízáshoz vezető Powered by Editorial Manager® and ProduXion Manager® from Aries Systems Corporation
energiafelesleg miért okoz a genetikailag diabeteses nők esetében korán zsíranyagcsere zavart és hiperinzulinémiát és hogy az elhízás miért nem társul mindig inzulin rezisztenciával nem kaptunk választ.
Powered by Editorial Manager® and ProduXion Manager® from Aries Systems Corporation
Kézirat (WORD dokumentum) Click here to download Kézirat (WORD dokumentum): cikk_kgy_revised.doc
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
Anyagcsere eltérések a 2-es típusú cukorbetegek egészséges, elsőfokú nőrokonaiban
Kovács Györgyi1, Buday Barbara dr2, Fék Attila3, Literáti-Nagy Botond dr2, Pauer József dr2, Pach Péter 4, Vitai Márta dr2, Péterfai Éva dr2, Korányi László dr2 Biomérnök MSc hallgató -Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem VBK, Budapest1, DRC Gyógyszervizsgáló Központ Kft, Balatonfüred2, Therapiezentrum Wolkersdorf, Schwabach, Németország3, Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közhasznú Nonprofit Kft, Budapest4
2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
Bevezetés: A 2-es típusú cukorbetegség ma már „világjárvány”, megelőzése csak a „prediabetesz” idején eredményes, ezért olyan szűrővizsgálatokra van szükség, amelyek a cukorbetegség várományosait időben felfedik. Cékitűzés: Egészséges, negatív családi anamnézisű (genetikailag nem diabeteses) és elsőfokú cukorbeteg rokonokkal rendelkező (genetikailag diabeteses), normális szénhidrát toleranciájú és inzulinérzékenységű nők esetében diagnosztikai értékű anyagcsere eltéréseket kerestünk. Módszerek: A klemp vizsgálatok során normális inzulinérzékenységű, genetikailag nem diabéteszes (n=26) és genetikailag diabéteszes (n=18) önkéntesnek mértük klinikai adatait. Eredmények: Magasabb volt az orális cukorterhelés 120. percében mért glukóz, inzulin és a magas denzitású lipidek szintje, míg az alacsony denzitású frakcióé alacsony volt. Következtetések: Adataink szerint a genetikailag diabeteses, egészséges nőkben a kialakuló inzulin rezisztenciát megelőzi a hepatikus inzulin rezisztencia és a zsíranyagcsere zavara. Arra, hogy a cukorbetegséghez és az elhízáshoz vezető energiafelesleg miért okoz a genetikailag diabeteses nők esetében korán zsíranyagcsere zavart és hiperinzulinémiát és hogy az elhízás miért nem társul mindig inzulin rezisztenciával nem kaptunk választ. Kulcsszavak: prediabetes, genetikailag diabeteses, genetikailag nem diabeteses, korai anyagcsere eltérések
3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
Metabolic differences in healthy first-degree female relatives of type 2 diabetic patients Introduction: Today the prevalence of type 2 diabetes reached theepidemic level. It is known that type 2 diabetes could only be prevented before its manifestation, during the „prediabetic”state, urging the development of diagnostic tests to recognize the endangered group in time. Aims: We tried to explore metabolic alteration to distinguish healthy, normal glucose tolerant, normal insulin resistant females if they had first degree type 2 diabetic relatives or they didn’t have. Methods: Healthy, normal insulin sensitive females without (n=26) and with (n=18) diabetic relatives were investigated. Results: In healthy females with first degree diabetic relatives the low density lipoproteins lower and high density fraction-, and glucose and insulin levels were higher in the 120 min of oral glucose test than in control group. Conclusions: Our data suggest that the appearance of insulin resistance is preceded by hepatic insulin resistance and impaired lipid metabolism in the symptom-free prediabetic period of genetically suceptible females.
Keywords: diabetes mellitus type 2, prediabetic state, genetically diabetic, genetically non-diabetic, early metabolic alterations
4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
Rövidítések: 1DM= 1-es típusú cukorbetegség 2DM= 2-es típusú cukorbetegség FFA= szabad zsírsav GD = Genetikailag diabeteses (elsőfokú 2DM rokon) GI= Glukóz intoleráns (IFG + IGT) GND = Genetikailag nem diabeteses (nincs elsőfokú 2DM rokon) IFG= Impaired Fasting Glucose (magasabb éhomi vércukor) IGT= Impaired Glucose Tolerance (csökkent glukóz tolerancia) IL-6 = Interleukin-6 IR= Inzulin rezisztencia ivGTT= intravénás glukóz tolerancia teszt ME= Magas-egészséges NGT= Anyagcsere egészséges OCN= Osteocalcin OGTT= orális glukóz tolerancia teszt OPG = Osteoprotegerin TNFα= Tumor nektrózis faktor alfa usCRP = Ultra szenzitív C-reaktív Protein
5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
Bevezetés A régen felnőttkorinak tartott, nem-inzulindependens cukorbetegség, a 2-es típusú diabetes (2DM) olyan mértékben szaporodik, hogy ma már világjárványról beszélünk [1,2] és a felnőttkori elnevezés sem állja meg a helyét, mert 0-20 éves kor között is egyre gyakoribb.[3] Az Egyesült Államokban az ázsiai, az afrikai és a csendes-óceáni etnikumokban előfordulása 7,4- 15,6/100 000, már gyakoribb, mint az 1-es típusé. [4,5] Mind a felnőttek, mind a fiatalok esetében a cukorbetegség elhízással társul, és mindkét esetben nagyon magas a fel nem ismert esetek – és így kezelés nélkül maradók - száma. Ami a legnagyobb baj, hogy szinte teljesen hiányzik a korai diagnózis, a prediabeteses állapot feltárása, az inzulin rezisztens (IR), IFG-s és IGT-s betegek kiszűrése. A prediabeteses betegek felismerése és megkülönböztetése azért óriási jelentőségű, mert eddigi tudásunk szerint a prediabetes az utolsó pillanat, amikor még eredményesen tudunk beavatkozni. Életmódváltással és esetenként kiegészítő gyógyszeres kezeléssel a betegség manifesztációja még megelőzhető, eltolható, sőt a kóros anyagcsere eltérés normalizálódhat. [6, 7, 8 ,9, 10, 11] A korai diagnózis és beavatkozás hiánya pedig azt jelenti, hogy a fiatal korban elkezdődő betegség szövődményei a legaktívabb életkorban okoznak rokkantságot, rontják a mortalitási esélyeket, súlyos problémát okozva nemcsak az egyéneknek, de a társadalombiztosításnak és az egész országnak. A korai inzulin rezisztenciát kivéve a prediabetes megbízható diagnózisa jelenleg a per os cukorterheléses (OGTT) vizsgálatokon alapszik, a szűrések során mért vércukor és HbA1c adatok erre nem alkalmasak. Az OGTT pedig ára, időigénye és bonyolultsága miatt nem végezhető lakossági szűrések során, tehát rendkívül fontos lenne olyan eljárás, amelyik lehetővé teszi a prediabetesesek kiszűrését. A 2DM multifaktoriális megbetegedés, amely több gén eltérésével és azok kombinációjával, mint genetikai-, és a táplálkozással és életmóddal, mint környezeti tényezőkkel és ezek egymásra hatásával függ össze. Az örökletességet kutató, hatalmas méretű minták elemzésével foglalkozó GWAS (genom wide association study) vizsgálatok már 58 db 2DM „hajlam gén” locust azonosítottak genom szintű szignifikancia szinten (p <5×10 -8) [12], de ezek a diabetes örökletességének csak 15%-át magyarázzák, azaz az összes diabeteses eset
6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
töredékéért felelősek. Vagyis nagy hatású diabetes gént eddig nem találtak és nagy a valószínűsége annak, hogy nem is fognak. A környezeti - az adaptáció/evolúció alapját képező, a génexpresszión és nem gén szekvencián alapuló - tényezők (környezeti szövet specifikus hatások, a szomatikus sejtek mutációja, DNS metiláció, hiszton modifikáció, mikro RNS expresszió) folyamatosan változtatják a génexpressziós mintát és így a diabetes hajlamot is. Jermedy et al [13] egypetéjű ikrek vizsgálatával igazolták, hogy a 2DM manifesztációja során az örökletes genetikai tényezők szerepét felülírhatják a környezeti tényezők, tehát a genetikai háttér jobb megismerése a környezeti beavatkozás lehetőségeit fokozzák. Megismerésük vagy a molekuláris genetika módszereivel lehetséges, vagy olyan egészséges személyek klinikai vizsgálatával, akikben a különbség éppen csak a genetikai háttér. A 2DM betegek elsőfokú rokonait egy életen át veszélyezteti az IR kialakulása ezért ők a 2DM kutatás egyik genetikai modelljét képviselik. A 2DM veszély feltárására tehát lehetőséget nyújt az egészséges és az egészséges, de elsőfokú 2DM rokonnal rendelkező egyének összehasonlítása, hiszen ebben a prediabetest megelőző időszakban, az észlelt metabolikus eltérés nagy valószínűséggel az örökletesség következménye. A már diagnosztizálható prediabetes időszakában már nem zárható ki, hogy a talált eltérés, nem valamelyik romló metabolikus folyamat következménye. A kialakuló szénhidrát anyagcsere zavarának oka és kórfolyamata teljességében nem ismert, a romló inzulin elválasztás korai jegyei mellett, az inzulin hatás csökkenése, inzulin érzékenység/rezisztencia változásának szerepe sem elhanyagolható. Bár a legtöbb géneltérés a ß-sejtek működésével kapcsolatos, a tapasztalatok azt mutatják, hogy azok a beavatkozások bizonyultak hatásosnak, amelyek csökkentették az IR-t, azaz fokozták az inzulin érzékenységet, mint az életmódváltozások (sport, fizikai aktivitás, testsúly csökkenés) és a biguanidinek és thiazolidendionok. [9]
Célkitűzés Vizsgálatunk során arra kerestünk választ, hogy van e valamelyik anyagcsere paraméterben különbség a még teljesen egészséges, normális szénhidrát anyagcseréjű és inzulin érzékenységű nők között, aszerint, hogy van e elsőfokú 2DM rokonuk és ez/ezek használhatóak e 2DM kialakulás jóslására. A diabetes patogenezisében még számos
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
ismeretlen lépés van - többek között nem eldöntött, hogy a kialakuló inzulin rezisztencia oka, vagy következménye a megjelenő szénhidrát anyagcsere zavarnak – ezért olyan magas inzulinérzékenységű személyek összehasonlítására is sor került, akiknek a hiperinzulinémiásnormoglikémiás-klemp vizsgálat során mért teljes-test glukóz felhasználása a magas normális tartományban (M-1> 10 mmol/ttkg/min) volt.
Vizsgált személyek és módszerek A szénhidrát anyagcsere vizsgálatok alapján (75 g-os glukóz terhelés során - az ADA feltételeknek [14] megfelelően - anyagcsere egészségesnek tekintettük azokat, akiknek az éhomi vércukra <5,6 mmol/l és a 120 perces érték <7,77mmol/l volt) az egészséges (E) és a glukóz intoleráns (GI) nőket a családi háttér szerint csoportosítottuk. Az EGND (egészséges genetikailag nem diabeteses) csoportban voltak azok az egészségesek, akiknek nem volt első fokú 2DM rokona, míg az EGD (egészséges genetikailag diabeteses) csoportban jelen volt a 2DM genetikai rizikó. A glukóz Intoleráns (GI) csoportokban az IFG-s, IGT-s és gyógyszeres kezelést nem igénylő 2es típusú cukorbeteg nők voltak, akiket hasonlóképpen a diabetes családi háttér megléte vagy hiánya alapján csoportosítottunk (GI-GND = glukóz intoleráns, genetikailag nem diabeteses és GI-GD= glukóz intoleráns, genetikailag diabeteses). A vizsgálatot az ETT-TUKEB engedély (12988-2/2003-1018-EKU) birtokában a résztvevők előzetes felvilágosítását, írásos belegyezésük megszerzését követően kezdtük. Az összes egészségest tartalmazó E csoportban 26 anyagcsere egészséges (EGDN) és 18 anyagcsere egészséges, de elsőfokú 2DM rokonnal rendelkező (EGD) női önkéntes vett részt. Összehasonlításként 18 olyan GND és 7 olyan GD nőt is értékeltünk, - akiknek teljes-test glukóz felhasználása (M-1) 10 mmol/tskg/min felett volt („magas-egészséges” – ME). A glukóz intoleráns GND (GI-GND) csoportban 58, a glukóz intoleráns, cukorbeteg rokonnal rendelkező (GI-GD) csoportban 55 nőt vizsgáltunk. A glukóz intoleráns csoportokat csak egymással (GI-GND versus GI-GD) hasonlítottuk, az egészséges csoportokhoz a diabétesszel járó ismert és nyilvánvaló különbségek miatt nem. A vizsgálatból kizártuk azokat, akik az anyagcserét ismerten befolyásoló gyógyszert szedtek, endokrin betegségük volt, hormonpótlásban részesültek, vagy mozgáskorlátozottság miatt feltételezhető volt az inaktivitást kísérő anyagcsere eltérés.
8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
Az inzulin érzékenység (nyugalomban, éhomi állapotban az egységnyi inzulin hatására felvett, testtömegre vonatkoztatott glukóz mennyisége) mértékét a hiperinzulinémiásnormoglikémiás-klemp módszerrel mért M értékekkel (M-1 = az egész test, M-2 = az izomtömegre, M-3 = a zsírtömegre vonatkozatott glukóz felhasználás [15] jellemeztük. A klemp előtt iv glukóz terhelés (ivGTT: 0,3 g/kg glukóz iv) történt. A ß-sejtek funkcióját az ivGTT során mért, első fázis inzulin szekréciót jelző AIR (Acut Insulin Response: különbség a bazális és a 3. és az 5. percben mért inzulin szintek átlaga között) értékkel és az OGTT során megállapított Inzulogenikus Indexszel (Inzulin
30min
- Inzulin
0 min
/Glukóz
30 min
- Glukóz
0 min)
jellemeztük. [16, 17] A testösszetétel mérése DEXA (DPX- MD+, GE-Lunar, USA) készülékkel történt. A klinikai biokémiai paramétereket Cobas Mira labor automatával (Roche Diagnostics, Németország) határoztuk meg. A lipidek frakcionálása lineáris poliacrilamid gélen, elektroforézissel (Lipoprint system, Quantimetrix) történt. Az osteocalcin, leptin, rezisztin (BioVendor, Csehország), adiponektin (B-Bridge Int.USA), IL-6, TNFα (Diagnosticum, Magyarország) szinteket ELISA kittekkel mértük. A kiértékelés az R statisztikai csomaggal [18] történt. A normál eloszlású paraméterek összehasonlítását Student-féle két mintás t-próba segítségével végeztük az „össz” jelzésű csoportokban, míg a metabolikus paraméterek közötti kapcsolatot kétváltozós korrelációs analízissel vizsgáltuk. A szignifikancia határt p <0,05 alatt adtuk meg. A feature selection (Boruta algorithm) módszert használtuk azon fontos attribútumok feltárására, amelyek egymástól függetlenül kapcsolatban voltak az éhomi FFA szintekkel és az FFA AUC értékekkel (R statisztikai csomag random Forest algoritmus).[19]
Eredmények A testtömeg, a BMI és a testzsír mennyisége és a HbA1c adatok az E csoportokon belül nem különböztek, de a magas inzulinérzékenységű genetikailag érintett egészségesek csoportjában (MEGD) a személyek testsúlya szignifikánsan alacsonyabb volt az EGD csoporténál. Az OGTT során az EGD csoportban mért és az EGND csoportnál szignifikánsan magasabb 120 perces cukor és inzulin értékek az egészséges, magas inzulinérzékenységű genetikailag érintett (MEGD) csoportban is már magasabbak, de nem érik el a szignifikáns szintet. Az inzulin érzékenység vonatkozásában egyik összehasonlításban sem volt különbség
9
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
a GND és GD csoportok között, és az inzulin szekréciót jelző AIR és Inzulogenikus Index sem különbözött. (1. táblázat) Az OGTT 120. percében mért glukóz érték nem korrelált az ivGTT alatt mért vércukor adatokkal, vagy az AUC- vel (GND: r=0,1465, ns; GD: r =+0,05312, ns), jelezvén, hogy az inkretin rendszer vizsgálata érdekes adatokkal egészítené ki a genetikai háttér eltéréseit. A lipid értékek kivételével egyik mért biokémiai paraméter sem különbözött a GND-GD összehasonlítás során. Az EGD csoportban csökkent a nagy molekulasúlyú ún. bouyant (LDL1) valamint a kisebb molekulasúlyú, nagyobb sűrűségű LDL-3 mennyisége. Ebben a csoportban magasabb a nagyon alacsony denzitású, nagyméretű lipoprotein frakció, a VLDL mennyisége, de ez a magas érzékenységű MEGD személyek esetében még nem szignifikáns. (2. táblázat). A VLDL egyik testparaméterrel (BMI, testtömeg, testzsír%) sem mutatott korrelációt, de erős pozitív a kapcsolata mindkét csoportban az éhomi inzulin értékkel (EGND: r=+0,5321, p <0,01; EGD: r=+0,05511, p <0,05). A testzsír% az EGND csoportban az LDL-1 –el pozitív (r=+0,5508, p <0,05), az LDL-3-al negatív (r= -0,6648, p <0,001) kapcsolatban van, míg ezek az összefüggések az EGD csoportban határ szignifikáns szinten fordítottak. Az FFA vérszint csak az EGD csoportban volt kapcsolatban az inzulin szintekkel (EGD: r=+0,5525, p <0,01) egyébként nem korrelált sem a glukóz, sem a VLDL adatokkal. Az FFA az EGD csoportban mind az osteocalcinnal (OCN: r=+0,5193, p <0,05), mind az adiponektinnel (r=+0,5195, p <0,05) szignifikáns kapcsolatban állt. A feature selection módszer csak a BMI, (> 0,7222) testzsír% (> 0,9055) és az ivGTT során a 60. percben mért inzulin szintek esetében (> 0,9833) mutatott az EGND csoportban konfirmálható, az éhomi FFA szintet meghatározó összefüggést. Ezek a kapcsolatok az EGD csoportban hiányoztak. A leptin a GD csoportban növeli az LDL-3 szintet (r=+0,5628, p <0,05), míg a magasabb adiponektin/leptin arány „védő” hatású és a GD csoportban alacsonyabb LDL-3 szintet eredményez (r=-0,5672, p <0,05). Az OPG szintek nem különböztek a két csoportban, de a GD csoportra jellemző lipoprotein frakció eltolódás a magas denzitású, kis molekulasúlyúak irányában szoros negatív kapcsolatban van az OPG vérszintekkel.
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
Az OCN - IDL-A összefüggése a GND csoportban negatív (r=- 0,5168, p <0,05) a GD csoportban pozitív (r=+0,5866, p <0,05). Ilyen különbség a többi frakció esetében nincs (LDL-1 esetén GND: r= - 0,5168, p<0,01, GD:r=-0,5866, p<0,05; LDL-3 esetén GND:+0,3900, p<0,05, GD:r=+0,5740, p<0,05). A családi 2DM háttérrel rendelkező és azzal nem rendelkező glukóz intoleráns csoportok csak két paraméterben különböztek egymástól. A GI- GD személyekben magasabb volt a rezisztin vérszint (GI-GND: 3,91 ± 1,5 vs GI-GD: 5,60 ± 2,6 ng/ml, p <0,05) és az M-3 , a zsírszövet glukóz felhasználása (GI-GND: 3,37 ± 1,1 vs GI-GD: 3,86 ± 1,3 mg/kg/min, p <0,05).
Megbeszélés Az irodalom állásfoglalása megegyezik abban, hogy az inzulin rezisztencia (IR) és a csökkent ß-sejt funkció együttesen felelősek a prediabetes, majd a 2DM kialakulásáért. [20] Igaz, hogy a 2DM eddig igazolt génkapcsolatai döntően a ß-sejt működéssel kapcsolatosak [12], az irodalom adatai szerint, a diabetesesek egészséges elsőfokú rokonaiban (Genetikai Diabetes hajlam, GD) – még ép szénhidrát anyagcsere mutatók mellett – már kimutatható az IR és csökkent az energia ráfordítás mérlege (energy expenditure). [21] Vizsgálatunkba egészséges, ép glukóz anyagcseréjű személyeket választottunk és, hogy a korai inzulin rezisztencia esetleges hatását is kiszűrjük olyan GND/GD csoportokat is értékeltünk, akiknek a hiperinzulinémiás-normoglikémiás infuziós klemp módszerrel mért egésztest glukóz felhasználása a normális tartomány felső harmadában, 10 mmol/tskg/min felett volt. A ß - sejt funkciókat jelző adatok nem különböztek a GND és GD csoportok között, így az OGTT során a 120. percben az GD csoportban megjelenő hiperinzulinémia vagy egy ß - sejttel kapcsolatos gén eltérés okozta átmeneti funkciónövekedést tükröz, vagy a kialakuló inzulin rezisztencia következménye. A „klemp” módszer jelenleg az inzulin érzékenység mérésének legpontosabb módszere, az „arany standard” így nyugodtan állíthatjuk, hogy a vizsgált GD csoportokban a periférián sem az izom sem a zsírszövetben nem volt inzulin rezisztencia. A zsírszövet oki szerepe ellen szól, hogy a perifériás zsírdepokat nélkülöző lipodisztrofiás betegek vagy a szubkután zsírtszövetet elvesztő HAART (highly-active antiretroviral therapy) kezelésben részesülő AIDS betegek is inzulin rezisztensek. [22]
11
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
Vagyis, ha feltételezzük, hogy a szignifikánsan magasabb inzulin szint valamelyik szövet inzulin rezisztenciáját tükrözi, akkor az csak a májszövet lehet, ahol az állatkísérletes [23] és MRI /PET adatok szerint az IR indul. [24] Ha elfogadjuk azt a pathológiát, hogy mind az elhízás, mind a 2-es típusú cukorbetegség tulajdonképpen a többlet energia bevitel és következményes tárolás következménye akkor logikus feltételezés, hogy a porta rendszeren keresztül érkező chilomicron a májban az FFA szintet (FFA oxidáció/ tárolás) befolyásolja először. Arra még mindig nincs válasz, hogy az energia többlet miatti fokozott FFA kínálat miért okoz hamarabb inzulin rezisztenciát a májban a GD esetekben. Vajon a GD-re jellemző esetleges fokozott táplálék felszívódást és a nagyobb kínálat következtében kialakuló lipotoxicitást, vagy a pathológiát jellemző genetikai hibát, vagy az inkretin rendszer genetikai eltérését jelzi? A testzsír% - lipid frakciók inzulinfüggő kapcsolata lehet a kialakuló IR és magasabb inzulin szintek következménye, de a kapcsolat GND-GD összehasonlításban észlelt ellenkező iránya genetikai hátteret sejtet. A 2DM-ra az inzulinfüggő szövetek megromlott oxidatív metabolizmusa jellemző, a mitokondrium működés szerzett, vagy öröklött hibája miatt csökken az oxidativ foszforiláció és a lipidek ß-oxidációja. A testsúly és BMI alapján párosított svéd GND és GD önkéntesek gén expressziós vizsgálata a FFA metabolizmusban résztvevő mitokondriális gének csökkent expresszióját igazolta. [25] Feltételezhető, hogy a zsírsav anyagcsere zavara a primer defektus, amely a hepatikus inzulin rezisztenciát elindítja és megelőzi a perifériás inzulin rezisztencia és a ß-sejt defektus kialakulását. A még nem tisztázott ok miatt felszaporodó FFA, a kialakuló oxidatív stressz útján tovább rontja a- genetikailag érintett (?) - mitokondriumok működését. [26] Az FFA túlkínálat a májban nemhogy csökkentené a glukóz produkciót, még növeli is. A
13
C
mágneses rezonancia spektroszkópiával mért humán máj glikogén változások ugyanis azt mutatják, hogy a szabadzsírsav nemcsak jelentősen csökkenti a hiperglikémia glikogenolízist gátló hatását, de a glukoneogenezist még fokozza is. [27] Az tény, hogy a feature selection módszerrel igazolt FFA - BMI, FFA - testzsír% és az FFA ivGTT inzulin 60 min csak a GND csoportban konfirmálható, talán arra utalhat, hogy a GD
12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
csoportban a szervezet az induló inzulin rezisztencia kialakításával véd fokozott FFA kínálat BMI és testzsír gyarapító hatása ellen. A diabetesre és a fokozott kardiovaszkuláris rizikóra jellemző lipid eltérés, a nagy molekulájú kis denzitású LDL frakciók csökkenését tükröző LDL1/LDL3 hányados változása már a magasnormális inzulin érzékenységű ME-GD csoportban is szignifikáns. A változás összefüggése a testzsír adatokkal azt jelzi, hogy csak a GD személyekben okoz atherogén lipid képet az elhízás. Mindez arra utal, mintha a zsíranyagcsere változások eltérése lenne kapcsolatban a GD státusszal és ezen az úton kellene keresni a rizikó géneket. Az LDL részecskék méretének csökkenése és denzitásuk növekedése nemcsak a rizikót, de a beavatkozás lehetőségét is jelenti. Az elmúlt évek vizsgálatai egybehangzóan bizonyították, hogy a glikémiás index csökkentése a diéta szénhidrát tartalmának csökkentése nélkül is javítja a lipid képet, és a diéta fruktóz tartalma pedig jobban rontja a lipideket, mint a glukóz. [28] Az irodalom adataitól eltérően [29] a GD csoportban nem találtunk az esetleges alacsony intenzitású gyulladás jeleként magasabb IL-6, CRP vagy TNF-α szinteket, megerősítve azt a véleményt, hogy a gyulladás nem előzi meg az anyagcsere eltéréseket [30], hanem azoknak a korai következménye, hiszen az IFG, IGT betegek között már jelen vannak. [31] A zsírsejtekből származó adipocitokinek és a ß-sejtek működését fokozó osteocalcin szerepének értelmezése további vizsgálatokat igényel. A leptin a GD csoportban növelte az LDL-3 szintet, míg a magasabb adiponektin/leptin arány a GD csoportban alacsonyabb LDL-3 szintet eredményezett. A GD csoportban szignifikáns pozitív kapcsolat volt az FFA és az OCN között, felkínálva azt, a ma már klinikailag is bizonyított lehetőséget, hogy a GD csoportban a magasabb inzulin szintek az osteocalcin sziget ß - sejt működést fokozó hatásával függenek össze. [32] Az adiponektin szoros pozitív kapcsolatban van a máj zsírtartalmával [22], adása vagy a gén overexpressziója ob/ob egerekben javítja a zsírmájat, a glukóz metabolizmust, és csökkenti a zsírszövetben a gyulladást jelző makrofág sejt infiltrációt [31]. A másik vizsgált adipokin, a leptin vizsgálatunk mindkét csoportjában szoros korrelációban volt a BMI-vel és a test zsírtartalmával. A zsírsejt eredetű leptin - bár a központi idegrendszeren keresztül az étvágy és étkezési magatartás szabályozója - fokozza a monociták TNF-α és IL-6 termelését, a JAK2 (Janus kináz 2)- STAT3 (signal transducer and activator of trascription 3) út aktiválásával a
13
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
makrofágok CC-kemokin ligand (CCL3, CCL4, CCL5) termelését [33], vagyis az elhízásra és a 2DM-re jellemző alacsony intenzitású gyulladás kialakulásában van szerepe. A lipoprotein frakció eltolódással összefüggő OPG kapcsolatok a GD csoportban további vizsgálatokat igényelnek és a csont-anyacsere axisban való részleteiben még kevéssé ismert szerepét jelzik. [32]
Összefoglalva a teljesen egészséges, normális glukóz és normális inzulin érzékenységű, de elsőfokú 2DM rokonokkal rendelkező személyekben a később kialakuló inzulin rezisztenciát megelőzi a hepatikus inzulin rezisztencia kialakulása és adataink szerint a zsírsav anyagcsere zavara. Az, hogy a 2DM és az elhízás kialakulásához vezető energia felesleg miért okoz a GD nők esetében zsíranyagcsere zavart és hiperinzulinémiát és az elhízás számos esetben miért nem társul inzulin rezisztenciával és miért nem okoz cukorbetegséget, további vizsgálatokat igényel.
14
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
Irodalom 1. Shaw JE.,Sicree RA., Zimmet PZ: Global estimates of the prevalance of diabetes for 2010 and 2030. diabetes Res ClinPract.: 2010, 87, 4-14., 2. http://www.diabetesatlas.org/ 3. FazeliFarsani F.,M.P.van de Aa., M,.M.J. van der Vorst et al: Global trendsintheincidence and prevalance of type 2 diabetes inchildren and adolscents: a systematicreview and evaulation of metodologicalapproches. Diabetologia2013 ,56, 1470-1488 4. Liu LL.,Yi JP., Beyer J et al : Type 1 and Type 2 diabetes in Asian and Pacific Islander U.S. youth: the SEARCH for Diabetes in Youth Study . Diabetes Care 2009,32 (Suppl 2, S133-40. 5. Mayer-Davis, Beyer J., Bell Ra . et al: Diabetes in African American youth: prevalance, incidence, and clinical characteristics: the SEARCH for Diabetes inYouthStudy. Diabetes Care 2009,32 (Suppl 2), S112-22 6. Frank B. Hu, M.D., JoAnn E. et al: Diet, Lifestyle, and the Risk of Type 2 Diabetes Mellitus in Women. N Engl J Med 2001; 345, 790-797 7. Lindstrom Lindström J, Louheranta A, Mannelin M, et al: The Finnish Diabetes Prevention Study (DPS) Lifestyle intervention and 3-year results on diet and physical activity. Diabetes Care December 2003, 26, 3230-3236. 8. Chiasson JL, Josse RG, Gomis R, et al: A carbose for prevention of type 2 diabetes mellitus: the STOP-NIDDM randomised trial. Lancet 2002; 359, 2072–77. 9. The DREAM Trial Investigators: Effect of rosiglitazoneon the frequency of diabetes in patients with impaired glucose tolerance or impaired fasting glucose: a randomised controlled trial. Lancet 2006; 368, 1096–105. 10. Perreault L., Qing Pan, Kieren J Mather et al: Effect of regression from prediabetes to normal glucose regulation on long-term reduction in diabétesz risk: results from the Diabétesz Prevention Program Outcomes Study. Lancet.379,:2243-2251
15
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
11. Diabetes Prevention Program Research Group: Reduction in the Incidence of Type 2 Diabetes with Lifestyle Intervention or Metformin N Engl J Med 2002; 346,393403 12. Qi Q, Hu FB: Genetics of Type 2 Diabetes in European Populations.J Diabetes. 2012 Jul 10. doi: 10.1111/j.1753-0407.2012.00224.x. [Epubahead of print] 13. Jermendy G, Horváth T, Littvay L, et al: Effect of genetic and environmental influences on cardiometabolic risk factors: a twin study.Cardiovasc Diabetol. 2011, 3;10:96 14. ADA expert committee on the diagnosis and classification of diabetes mellitus. PositionStatment. Diabetes Care 2003, 26:3160-3167 15. DeFronzo RA, Abdul-Ghani M.: Assessment and treatment of cardiovascularriskinprediabetes: impairedglucosetolerance and impairedfastingglucose. Am J Cardiol2011;108 (3 suppl):3-24B 16. Ikkos D, Luft R.: On the intravenous glucose tolerance test. ActaEndocrinol (Copenh) 1957; 25: 312-334 17. Wareham NJ, Phlips DI, Byrne CD et al.: The 30 min insulin increment response in an oral glucose tolerance test as a measure of insulin secretion. Diabet. Med.1995; 12:931 18. A Programming Environment for Data Analysis and Graphics Version 2.15.0 (http://cran.hu.r.-project.org)., July 25, 2012 19. Liaw A, Wiener M.: Classification and RegressionbyrandomForest. R News. 2000; 2: 18-22 20. Kahn SE. The relative contribution of insulin resistance and beta-cell dysfunction to the pathology of type 2 diabetes Diabetologia, 2003: 46: 3-19 21. Groop L.,Forsblom C., Lehtovirta M. et al:. Metabolic consequences of family history of NIDDM (the Botnia study): Evidence for sex-specific parental effects. Diabetes 1996,45:1585-1593
16
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
22. Yki-Järvinen H, Westerbacka J.: The fatty liver and insulin resistance. Curr Mol Med. 2005, 5:287-95 23. Turner N.,Kowalski GM., Leslie SJ. et al: Distinct patterns of tissue-specific lipid accumulation during the induction of insulin resistance in mice by high-fatfeeding. Diabetologia, 2013, 56: 1638-1648 24. Chan DC, Watts GF, Ng TW et al.: Measurement of liver fat by magnetic resonance imaging: Relationships with body fat distribution, insulin sensitivity and plasma lipids in healthy men. Diabetes ObesMetab. 2006, 8:698-702 25. Elgzyri T.,ParikhH., Zhou Y. et al: First-degree relatives of Type 2 Diabetic Patients have reduced Expression of genes involved in fatty acid metabolism in skeletal muscle. J.Clin.Endocrinol. Metab. 2012, 97:, E1332-E1337 26. Fernandez-Sanchez A.,Madrigal-Santillán E., Bautista M. et al:, Inflammation, Oxidativestress and obesity. Int.J.Mol.Sci, 2011, 12:3117-3132 27. Kehlenbrink S.,Koppaka S., Martin M. et al: Elevated NEFA levels impair glucose effectiveness by increasing net hepatic gluconenolysis. Diabeteologia, 2012, 55: 3021-3028 28. Gerber PA, Berneis K.: Regulation of low-density lipoprotein subfractions by carbohydrates.CurrOpinClinNutrMetabCare. 2012 ,15:381-385 29. BloomgardenZT: Inflammation and insulin resistance. Diabetes Care 2003, 26: 1922-1926 30. Fernandez-Sanchez A.,Madrigal-Santillán E., Bautista M. et al:, Inflammation, Oxidativestress and obesity. Int.J.Mol.Sci, 2011, 12:3117-3132 31. Donath MY.,Shoelson SE.: Type 2 diabetes as an inflammatory disease. NatureReview (Immunology) 2011,11:98-107. 32. Buday B., Kulcsár E., Literáti-Nagy B. et al: The role of osteocalcinin, connection of glucose and bone metabolism in humans. (Az osteocalcin helye a humán cukor- és csontanyagcsere kapcsolatában). Orvosi Hetil.2008, 149:2453-2461
17
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
33. Ouchi N., Parker JL., LugusJJ. et al: Adipokines in inflammation and metabolic disease. NatureReviews.Immunology 2011, 11, 8-97
Korányi László dr. DRC Gyógyszervizsgáló Központ Kft. Balatonfüred, Ady E. u. 12. 8230 e-mail:
[email protected]
Táblázat
1. táblázat: Az egészséges (GND) és az egészséges, de 2DM rokonnal rendelkező személyek (GD), és ugyanilyen összehasonlításban a magas inzulin érzékenységű (MEGND, MEGD) (M1> 10 mg/kg/min) egészséges önkéntesek testösszetétel, OGTT, ivGTT és klemp adatai (átlag ± SD)
Nők
Nők
EGND
EGD
MEGND
MENGD
n
26
18
18
7
Életkor (év)
44 ± 9
45 ± 10
43 ± 9
41 ± 13
Testtömeg (kg)
70,4 ± 10
73,7 ± 18
66,8± 9,1
58,6 ± 8,6
BMI (kg/m2)
26,3 ±3,6
27,8 ± 6,4
25,2 ± 3,1
24,4 ± 3,5
Testzsír %
41,7 ± 6,4
43,5 ± 8,4
39,5 ± 6,4
34,4 ± 8,0
HbA1c %
5,99 ± 0,5
5,89 ± 0,7
5,91 ± 0,7
5,35 ± 0,6
Glukóz OGTT 0’ (mmol/l)
5,06 ± 0,4
5,08 ± 0,5
4,94 ± 0,3
4,67 ± 0,3
Glukóz OGTT 120’ (mmol/l)
5,39 ± 0,9
6,32 ± 0,6*
5,22 ± 1,0
6,06 ± 0,6
Glukóz OGTT AUC
819 ± 132
850 ± 117
796 ± 136
786 ± 93
Inzulin OGGT 0’ mE/l
11,8 ± 7,1
11,5 ± 8,1
10,9 ± 8,0
6,58 ± 2,9
Inzulin OGGT 120’ mE/l
42,2 ± 19,6
58,6 ±30,7*
34,6 ± 14
41,1 ± 24
Inzulin OGTT AUC
6310 ± 2306
8220 ± 4617 4781 ± 1771
Inzulogenikus index
17,4 ± 12,5
22,4 ± 14,8
17,3 ± 14,3
13,8 ± 4,2
AIR
60,4 ± 34,6
76,9 ± 51,1
56,4 ± 35,0
64,0 ± 28,9
4401 ± 1810
FFA (mmol/l) ivGTT 0.min
0,59 ± 0,2
0,58 ± 0,2
0,52 ± 0,2
0,52 ± 0,2
FFA (mmol/l)ivGTT 60.min
0,18 ± 0,1
0,16 ± 0,1
0,15 ± 0,1
0,16 ± 0,1
M1 (mg/tskg/min)
11,9 ± 4,1
10,7 ± 4,7
13,7 ± 3,6
15,4 ± 4,2
M2 (mg/kgizom/min)
6,87 ± 2,9
6,32 ± 3,6
8,22 ± 2,5
9,7 ± 3,7
M3 (mg/kgzsír/min)
4,80 ± 1,5
4,38 ± 1,4
5,35 ± 1,5
5,60 ± 1,4
(*= p <0,05) AIR= (acute insulin response) akut inzulin válasz, AUC= (area under curve) görbe alatti terület, FFA= (free fatty acid) szabad zsírsav, ivGTT= intravénás glukóz tolerancia teszt, M1= teljes test glukóz felhasználása (mg/tskg/min), M2=
izomtömeg glukóz felhasználása (mg/kgizom/min), M3= zsírtömeg glukóz felhasználása (mg/kgzsír/min), OGTT= orális glukóz tolerancia teszt
Táblázat
2. táblázat: Az egészséges (GND) és az egészséges, de 2DM rokonnal rendelkező személyek (GD), és ugyanilyen összehasonlításban a magas inzulin érzékenységű (MEGND, MEGD) (M1> 10 mg/kg/min) egészséges önkéntesek adatai (átlag ± SD)
Nők
Nők
EGND
EGD
MEGND
MENGD
Triglicerid (mmol/l)
1,38 ± 0,7
1,50 ± 0,9
1,18 ± 0,6
1,19 ± 0,5
Koleszterin (mmol/l)
5,24 ± 1,1
5,31 ± 1,0
5,26 ± 1,2
5,34 ± 0,8
VLDL (mmol/l)
0,94 ± 0,3
1,52 ±0,8**
0,96 ± 0,3
1,22 ± 0,6
IDL-C (mmol/l)
0,46 ± 0,2
0,43 ± 0,3
0,42 ± 0,2
0,31 ± 0,2
IDL-B (mmol/l)
0,34 ± 0,1
0,42 ± 0,2
0,34 ± 0,1
0,35 ± 0,1
IDL-A (mmol/l)
0,49 ± 0,2
0,32 ± 0,2*
0,43 ± 0,3
0,32 ± 0,2*
LDL-1 (mmol/l)
0,98 ± 0,4
0,63± 0,4**
0,90 ± 0,4
0,69 ± 0,5
LDL-2 (mmol/l)
0,41 ± 0,3
0,43 ± 0,1
0,48 ± 0,3
0,46 ± 0,2
LDL-3 (mmol/l)
0,046± 0,10
0,19 ± 0,18***
0,06 ± 0,1
0,20 ± 0,2
LDL-4 (mmol/l)
0,008± 0,02
0,072 ± 0,1**
0,01 ± 0,03
0,02 ± 0,04
LDL3/LDL1
0,49± 0,7
1,12 ± 0,07
0,30± 0,4
1,09 ± 0,04*
HDL (mmol/l)
1,54 ± 0,5
1,39 ± 0,6
1,64 ± 0,5
1,77 ± 0,6
Triglicerid/HDL
0,51 ± 0,11
0,16 ± 0,07
1,18 ± 0,6
1,19 ± 0,5
Leptin (ng/ml)
21,1 ±14,5
19,3 ± 8,6
20,1 ± 14,1
18,2 ± 5,1
Adiponektin(mg/ml)
5,55 ± 3,4
5,84 ± 2,8
5,9 ± 3,6
7,15 ± 2,9
Rezisztin (ng/ml)
5,80 ± 4,0
4,21 ± 1,7
3,65 ± 1,30
4,30 ± 2,3
Leptin/Adiponektin
5,26 ± 5,8
4,34 ± 2,4
4,57 ± 4,5
3,16 ± 2,7
usCRP (mg/dl)
1,53 ± 2,4
1,61 ± 4,5
0,63 ± 0,6
0,16 ± 0,08
IL-6 (ng/ml)
2,37 ± 2,2
1,76 ± 0,9
2,43 ± 2,2
1,54 ± 1,1
TNFα (ng/ml)
3,10 ± 4,9
1,31 ± 0,7
4,40 ± 6,6
1,91 ± 1,1
ösztradiol (pg/ml)
54,2 ± 60
8,39 ± 2,7
22,8 ± 17
18,9 ± 23
FSH (E/l)
41 ± 40
74 ± 55
41 ± 40
39 ± 58
OCN (ng/ml)
17,4 ± 7,7
21,5 ± 7,1
18,6 ± 8,3
20,1 ± 7,4
OPG pmol/l
3,81 ± 1,4
3,97 ± 1,5
4,37 ± 1,3
4,18 ± 2,0
(*= p <0,05; **=p <0,01, ***=p <0,001) FSH= folliculus-stimuláló hormon, IL-6= interleukin-6, OCN= osteocalcin, OPG= oszteoprotegerin, TNF α= tumor nekrózis faktor alfa, usCRP = Ultra szenzitív C-reaktív Protein