Резюме

Заден план

Аминокиселините (АА) се появяват като нов клас ефективни молекули в етиологията на затлъстяването и захарния диабет. Повечето изследвания обаче са фокусирани върху субекти със затлъстяване и/или нарушена регулация на глюкозата; възможното участие на АА в началната фаза на нарушаване на регулацията на глюкозата остава слабо разбрано. Освен това е отделено малко внимание на възможните връзки между модела/степента на отлагане на мазнини и плазмения профил на АА. Следователно нашата цел беше да определим връзката между плазмените концентрации на АА и вида/степента на затлъстяване и регулирането на глюкозата при японски възрастни с нормален глюкозен толеранс.

плазмения

Методи

Осемдесет и трима субекти с нормален глюкозен толеранс бяха класифицирани като затлъстели или неносебирани и като висцерално затлъстяване или невисцерално затлъстяване. Бяха анализирани корелациите между плазмените нива на 23 AA и соматометрични измервания, висцерална мастна област (VFA), подкожна мастна област (SFA) и резултати от теста за толерантност към глюкозен толеранс от 75 g.

Резултати

Затлъстяването или висцералното затлъстяване е свързано с по-високи нива на разклонени вериги AA (изолевцин, левцин и валин), лизин, триптофан, цистин и глутамат, но по-ниски нива на аспарагин, цитрулин, глутамин, глицин и серин (стр

Заден план

В световен мащаб нараства разпространението на захарен диабет (DM), нарушен глюкозен толеранс (IGT) и метаболитен синдром; тези нарушения се превръщат в голяма икономическа и социална тежест [1]. Инсулиновата резистентност играе централна роля в патогенезата на тези нарушения, чрез дефекти в медиираното от инсулина усвояване на глюкоза и/или освобождаването на глюкоза от черния дроб, мускулите и други периферни тъкани. Съществува добре установена епидемиологична връзка между затлъстяването и инсулиновата резистентност. Тази връзка обаче е проучена по-малко задълбочено при недиабетни пациенти с нормален метаболизъм на глюкозата, отколкото при пациенти с DM или IGT.

Целта на настоящото проучване е да изследва връзките между плазмения профил на АА и вида/степента на затлъстяване, както и регулирането на глюкозата и инсулина при възрастни японци с нормогликемия. Използвайки подробен анализ на индексите на инсулинова резистентност, чувствителност и секреция, получени от теста за орален глюкозен толеранс от 75 g (75 g OGTT), това проучване идентифицира значителни връзки между AA и развитието на аберантно регулиране на глюкозата при недиабетни японски възрастни.

Методи

Субекти

Деветдесет и четири здрави японски доброволци на възраст 20–60 години бяха наети между март 2009 г. и март 2010 г. от студенти по медицина, стажанти, служители и среден медицински персонал в университетската болница Хокайдо. Изключихме субекти с анамнеза за ДМ, хронично бъбречно заболяване или чернодробно заболяване и тези, които приемат лекарства, които биха могли да повлияят метаболизма на глюкозата, като инхибитори на ангиотензин-конвертиращия ензим, инхибитори на ангиотензин II рецептори, статини, хинолони, антимикробни агенти и всякакви лекарства което представя хормонални ефекти. И накрая, тези, които по никаква причина не могат да се подложат на ядрено-магнитен резонанс (ЯМР), бяха изключени. Това проучване беше одобрено от Етичния комитет по човешки експерименти към Медицинския факултет на университета Хокайдо (MED08-003) и бе получено писмено информирано съгласие от всички субекти.

Всички субекти са били подложени на соматометрия, вземане на кръвни проби, 75-g OGTT и ЯМР в рамките на една седмица след постъпването им, по време на които не е имало значителни промени в начина им на живот, включително хранителния прием или физическото им състояние.

Соматометрия

Височината и телесното тегло (BW) бяха измерени със стандартни методи в същия ден като вземането на кръв за плазмените AA измервания и 75-g OGTT. Обиколката на талията (WC) се измерва в изправено положение, на пъпно ниво, след издишване по време на естественото дишане. ИТМ се изчислява, като се използва следната формула: BW (kg)/(височина (m)) 2. Субектите бяха разделени на две групи въз основа на граничната стойност на ИТМ за затлъстяване, определена за японската популация (ИТМ ≥ 25 kg/m 2) [17].

75-грама OGTT

Субектите бяха тествани, използвайки стандартната 75-грама процедура OGTT [18]. Накратко, пациентите са гладували от 23:00 часа на предния ден до 9 часа сутринта, когато са получили 300 ml воден разтвор, съдържащ 75 g глюкоза за пиене в рамките на 5 минути. Кръвни проби се събират от антекубитална вена непосредствено преди поглъщане на разтвора (плазмена глюкоза на гладно [FPG]) и 30, 60, 90 и 120 минути след поглъщането. Пробите се събират в епруветки, съдържащи флуорид, и се поддържат при 4 ° С, докато се центрофугират в рамките на 2 часа, за да се измери плазмената глюкоза (PG) и плазмените нива на инсулин. Резултатите бяха интерпретирани съгласно дефинициите на Световната здравна организация: нормален глюкозен толеранс (NGT; FPG 2: групата на висцералното затлъстяване (VFA ≥ 100 cm 2) и групата на невисцералното затлъстяване (VFA 2) [17].

Анализ на данни

Всички стойности са представени като средна стойност ± SD. Групите със затлъстяване и нонебес, както и групата на висцералното затлъстяване и невисцералните групи със затлъстяване, бяха сравнени по отношение на демографските параметри, соматометричните индекси, резултатите от 75 g OGTT, SFA, VFA и плазмените концентрации на АА с помощта на хи-квадрат тестове или несдвоени т-тестове, според случая.

Плазмените концентрации на АА също са сравнени между мъже и жени, използващи несдвоени т-тест.

Асоциациите между плазмените концентрации на АА и други променливи (възраст, BW, BMI, WC, VFA, SFA, FPG, 2-h PG, HOMA-IR, OGIS, HOMA-β и II) бяха оценени чрез корелационен анализ на Pearson, а също и чрез многовариатен логистичен регресионен анализ, съобразен с възрастта и пола.

Възпроизводимостта на измерванията на SFA и VFA беше определена с помощта на произволно избрани MRI изображения от 10 субекта, измерени от двама изследователи (AY и CT), разделени с интервал от най-малко 2 седмици. Анализът на възпроизводимостта е извършен, като се използват парцели на Bland – Altman и вътрешнокласови коефициенти на корелация. Изследователите не са знаели за соматометричните данни или резултатите от кръвните тестове.

Всички статистически анализи бяха проведени с помощта на софтуера JMP версия 10 и стр стойности

Резултати

Сред 94-те възрастни доброволци, 11 субекта бяха изключени от анализа, тъй като 75-g тестът OGTT показа, че те имат DM (н = 3) или IGT (н = 8). Останалите 83 субекта, 66 мъже и 17 жени, всички с NGT, бяха разделени в две групи въз основа на техния ИТМ: затлъстяване (н = 10) или nobebese (н = 73). Тези субекти също бяха разделени на две групи въз основа на тяхната VFA: висцерално затлъстяване (н = 18) или невисцерално затлъстяване (н = 65). Двете двойки групи бяха сравнени по отношение на демографски, соматометрични, 75-g OGTT и MRI данни (Таблица 1). Групата със затлъстяване е показала значително по-високи соматометрични параметри (BW, BMI и WC), FPG, инсулинова резистентност (HOMA-IR), инсулинова секреция (II) и SFA, но по-ниска инсулинова чувствителност (OGIS) от групата без нобес (всички стр Таблица 1 Соматометрични измервания и резултатите от теста за толерантност към глюкоза през устата от 75 g и ядрено-магнитен резонанс

Таблица 2 показва, че за основните АА затлъстяването и висцералното затлъстяване са свързани и с по-високи плазмени концентрации на трите BCAA (изолевцин, левцин и валин; всички стр ≤ 0,033). Нивата на лизин са по-високи в групата със затлъстяване (стр = 0,006), а нивата на триптофан са по-високи в групата на висцералното затлъстяване (стр = 0,004). За разлика от това, анализът разкрива забележително различни въздействия на затлъстяването и висцералното затлъстяване върху несъществения профил на АА. Затлъстяването е свързано с по-високи нива на цистин и глутамат, но по-ниски нива на глицин. Висцералното затлъстяване е свързано с по-високи нива на глутамат, но по-ниски нива на аспарагин, цитрулин, глутамин, глицин и серин.

Асоциациите между AA и регулацията на глюкозата на субектите с NGT са изследвани чрез корелационен анализ на Pearson (Таблица 3, Допълнителен файл 5: Таблица S5) и чрез адаптиран към възрастта и пола анализ на логистичната регресия (Таблица 4, Допълнителен файл 6: Таблица S6 ) на плазмените концентрации на АА за всички 83 субекти и соматометричните параметри (BW, BMI и WC), зоните на телесните мазнини (VFA и SFA) и индексите, получени от 75-g OGTT (HOMA-IR, OGIS, HOMA -β и II).

По отношение на основните AA, анализът на възрастта и пола показа, че нивата на триптофан и валин корелират положително със соматометричните параметри (BW, BMI и WC), VFA и/или SFA. Нивата на левцин, триптофан и валин показват положителни корелации с инсулиновата резистентност (HOMA-IR) или инсулиновата секреция (HOMA-β и II). За отбелязване е, че нито един от 75 g-OGTT параметри не е свързан с концентрациите на останалите шест основни AA.

Плазмените концентрации на несъществени АА показват положителни или отрицателни корелации с другите параметри. Най-широко разпространените асоциации са идентифицирани за глутамат и глутамин. Плазмените нива на глутамат положително корелират с всички соматометрични параметри, BW, BMI, WC, VFA и SFA, нива на глюкоза (FPG и 2 h-PG), инсулинова резистентност (HOMA-IR) и секреция на инсулин (HOMA-β и II) но отрицателно корелира с инсулиновата чувствителност (OGIS). Интересното е, че плазмените нива на глутамин корелират отрицателно с всички соматометрични параметри и параметрите 75 g-OGTT (с изключение на FPG, 2 h-PG и OGIS). Плазмените нива на глицин отрицателно корелират със соматометричните параметри (BW, BMI и WC), VFA и SFA, но корелират положително с инсулиновата чувствителност (OGIS) и отрицателно с инсулиновата резистентност (HOMA-IR) и секрецията на инсулин (HOMA-β и II) . Нивата на цитрулин отрицателно корелират с BW, BMI, WC, VFA и SFA, инсулинова резистентност (HOMA-IR) и инсулинова секреция (HOMA-β и II). Обратно, нивата на тирозин положително корелират с BW и HOMA-IR, но отрицателно корелират с инсулиновата чувствителност (OGIS). И накрая, нивата на аланин корелират положително с WC и нивата на серин корелират отрицателно с HOMA-β.

Възпроизводимостта на измерванията на площта на мазнините, извършена от двама независими наблюдатели, е потвърдена с помощта на парцели на Bland – Altman. Открити са само малки интраобсервъри (VFA: -0,4 ± 5,9 (2SD), SFA: -0,1 ± 1,9) и интеробсервър (VFA: -1,5 ± 8,4, SFA: 0,0 ± 2,0). Коефициентите на вътрешнокласова корелация за възпроизводимост на вътрешно наблюдатели са 1.000 за VFA и SFA, а за възпроизводимостта на interobserver те са 0.9995 за VFA и 1.000 за SFA.

Дискусия

Настоящото проучване, включващо изключително възрастни японци с NGT, демонстрира, че плазмените нива на специфични АА са свързани с параметри на затлъстяване и/или индекси на инсулинова резистентност, чувствителност и секреция, получени от 75-g OGTT. Тези открития подкрепят възможни връзки на АА с вида и степента на затлъстяване и регулирането на глюкозата в азиатското население със запазен глюкозен метаболизъм.

Важен резултат от настоящото проучване беше установяването на връзка между плазмените нива на АА и вида на затлъстяването: висцерално или подкожно. Демонстрирахме, че триптофанът се свързва положително само с VFA, докато валинът, един от трите BCAA, е позитивно свързан само със SFA. Тези данни предполагат, че известните връзки между затлъстяването и някои AA могат да бъдат получени от отделна връзка с висцералната мазнина и/или подкожната мастна тъкан. Предишно проучване върху възрастни японци съобщава за подобни резултати; обаче участниците не са били подложени на 75 g OGTT и тези с DM или IGT не са изключени [26]. Обратно, цитрулин, глутамин и глицин корелират отрицателно както с VFA, така и с SFA, а глутаматът положително корелира както с VFA, така и с SFA. Тези АА могат да имат широки връзки с общото отлагане на мазнини, а не с модела на отлагане на мазнини. Важното е, че 88% от субектите се считат за ненормални (BMI 2), а 78% от тях не са имали значително висцерално затлъстяване (VFA 2). По този начин, това проучване демонстрира значителна връзка между АА в кръвта и телесните мазнини при възрастни азиатци без и без затлъстяване.

Три възможности биха могли да допринесат за обяснение на връзката между плазмените нива на АА и вида/степента на затлъстяване, идентифицирани в настоящото проучване: 1. плазмените нива на АА засягат вида/степента на затлъстяване; 2. различните видове затлъстяване влияят на плазмените нива на АА; и 3. има объркващи фактори, които влияят както на плазмените нива на АА, така и на затлъстяването.

Първата възможност е свързана с регулиращите апетита ефекти на някои АА. Глутаматът е субстрат при образуването на гама аминомаслена киселина, известен подобрител на апетита [27]. За разлика от тях, глутаминът увеличава секрецията на глюкагоноподобен пептид (GLP) -1, който е супресор на апетита [28]. Следователно положителната корелация на глутамата и отрицателните връзки на глутамин с индексите, свързани със затлъстяването, могат да бъдат свързани с регулирането на приема на храна. В допълнение, проучване върху животни показа, че глицинът намалява висцералните мазнини чрез окисляване на свободните мастни киселини в мастната тъкан [29]. Тази функция е в съответствие с отрицателната корелация между високите плазмени нива на глицин и BMI, VFA и SFA.

Втората възможност е двата вида затлъстяване да повлияят нивата на АА. Например, проучване върху плъхове и човешки образци разкрива, че BCAA, включително валин, се катаболизират във висцералната и подкожната мастна тъкан [30]. Също така, модел на затлъстяване на плъхове показва засилено разграждане на протеини и намалява катаболните активности към BCAA, което може да увеличи техните плазмени нива [31]. Въпреки това, различен катаболизъм на АА във висцералната и подкожната мастна тъкан не е ясно демонстриран, което показва необходимостта от допълнителни изследвания в подкрепа на тази спекулация.

Третата възможност е, че объркващи фактори, като хранителен прием или упражнения, могат да повлияят на нивата на АА и затлъстяването. Например, глутаматът е богат на пшеничен протеин, който е вторият най-висок хранителен въглехидрат в Япония. При някои субекти излишният прием на пшеница може да е причинил както повишаване на нивата на глутамат, така и увеличаване на ИТМ, VFA и SFA. И обратно, съобщава се, че продължителните субмаксимални упражнения намаляват плазмената концентрация на левцин и ИТМ [32]. Тази констатация може да е в съответствие със значително по-ниската концентрация на левцин в групата, страдаща от затлъстяване.

По отношение на връзката между AA и индексите за регулиране на глюкозата, настоящото проучване идентифицира положителни корелации на концентрацията на глутамат с FPG и 2-h PG при японски субекти с NGT. Тази констатация е частично подкрепена от предишни проучвания, в които нивата на плазмен глутамат, валин и тирозин са били повишени при пациенти с метаболитен синдром [6] или тип 2 DM [33, 34]. Тези данни подкрепят наличието на механистична връзка между променен профил на АА в плазмата и аберантно регулиране на глюкозата, дори при пациенти със запазен глюкозен метаболизъм. Неотдавнашно проспективно проучване върху 2422 нормогликемични индивида показа, че плазмените нива на пет AA (изолевцин, левцин, валин, тирозин и фенилаланин) прогнозират развитието на диабет по време на 12-годишно проследяване [2]. Тези и нашите резултати подкрепят възможна роля за метаболизма на АА в началото на развитието на ДМ.

Съобщава се, че глутаминът индуцира секрецията на GLP-1 при здрави и диабетици [28], което предполага, че този АА намалява нивата на PG чрез стимулиращия ефект на GLP-1 върху секрецията на инсулин. Също така, левцинът стимулира синергично секрецията на инсулин и намалява кръвната глюкоза при поглъщане с глюкоза при здрави хора [37]. В допълнение, при здрави роднини от първа степен на пациенти със ЗД тип 2 се съобщава, че пероралният глицин увеличава секрецията на инсулин, без да влияе на инсулиновата чувствителност [11]. Също така, в друго проучване при хора, еднократното перорално приложение на глицин значително стимулира секрецията на инсулин, докато, когато се дава заедно с глюкоза, то увеличава инсулиновото действие и отслабва повишаването на нивата на кръвната глюкоза [38]. Поради това са необходими допълнителни проучвания, за да се изяснят механизмите, чрез които АА влияят върху регулирането на глюкозата/инсулина.

WC е основен и широко използван соматометричен индекс на затлъстяване на висцералните мазнини. В Япония граничните нива за затлъстяване на висцералните мазнини са 85 см за мъжете и 90 см за жените, тъй като тези гранични нива корелират добре с VFA от 100 см 2 [12]. Всъщност при нашите NGT субекти WC е бил по-голям в групата на висцералното затлъстяване, отколкото в групата на невисцералното затлъстяване. Корелационният анализ показва, че WC е корелиран с плазмените нива на шест AA, което е по-голям брой, отколкото за BMI (пет AA) и VFA (пет AA). Те предполагат, че WC е не само маркер на висцералното затлъстяване, но и неинвазивен параметър, който може да се използва в бъдещи проучвания за възможни връзки между AA и затлъстяване и/или регулиране на глюкозата.

Нашето проучване имаше някои ограничения. Първо, не събирахме данни за начина на живот на субектите; по този начин не бихме могли да изключим възможността фактори, свързани с начина на живот, като хранителен прием и/или физическа активност, да повлияят на плазмените профили на АА на субектите, затлъстяването и метаболизма на глюкозата [39]. Второ, само един участник е имал ИТМ ≥ 30 kg/m 2, така че констатациите не могат да бъдат екстраполирани на популация с по-висок ИТМ. По подобен начин, поради расовите вариации във връзката между АА и инсулинова резистентност/чувствителност, резултатите трябва да се интерпретират внимателно, когато се екстраполират на други раси [40]. И накрая, наблюдателният характер на настоящото изследване не позволява директно изследване на причинно-следствените връзки между параметрите. Въпреки това, само възрастни японци със запазен метаболизъм на глюкозата са включени в проучването след внимателен подбор, използвайки 75-g OGTT. По този начин получените резултати са значими за бъдещи основни и клинични изследвания на потенциалната роля на АА в патогенезата и/или превенцията на затлъстяването и СД.

Заключения

Настоящото проучване идентифицира специфични връзки между 10 AA и вида и степента на затлъстяване или индексите за регулиране на глюкозата/инсулина при възрастни японци със запазен глюкозен метаболизъм. С нарастващата загриженост за нарастващото разпространение на затлъстяването и СД, възможните роли на тези АА като ранни маркери и/или предшественици на тези състояния налагат допълнително разследване.

Етично одобрение и съгласие за участие

Настоящото проучване беше одобрено от Етичния комитет по експерименти с хора на Медицинския факултет на университета Хокайдо (MED08-003) и бе получено писмено информирано съгласие от всички субекти.