Принадлежности Университетски колеж за остеопатична медицина, Атина, Охайо 45701, Съединени американски щати, Институтът по диабет към Университета Охайо, Атина, Охайо 45701, Съединени американски щати

продължителен

Принадлежности Университетски колеж за остеопатична медицина, Атина, Охайо 45701, Съединени американски щати, Институтът по диабет към Университета Охайо, Атина, Охайо 45701, Съединени американски щати

Принадлежности Университетски колеж за остеопатична медицина, Атина, Охайо 45701, Съединени американски щати, Институтът по диабет към Университета Охайо, Атина, Охайо 45701, Съединени американски щати

Принадлежности Университетски колеж за остеопатична медицина, Атина, Охайо 45701, Съединени американски щати, Институтът по диабет към Университета Охайо, Атина, Охайо 45701, Съединени американски щати

Принадлежности Университетски колеж за остеопатична медицина, Атина, Охайо 45701, Съединени американски щати, Институтът по диабет към Университета Охайо, Атина, Охайо 45701, Съединени американски щати

Принадлежности Университетски колеж за остеопатична медицина, Атина, Охайо 45701, Съединени американски щати, Институтът по диабет към Университета Охайо, Атина, Охайо 45701, Съединени американски щати

  • Айли Гуо,
  • Найджъл А. Даниелс,
  • Жан Тума,
  • Кели Д. Маккол,
  • Рамиро Малгор,
  • Франк Л. Шварц

Фигури

Резюме

Заден план

Клиничните проучвания показват, че краткосрочното лечение с инсулин при нововъзникващ диабет тип 2 (T2DM) може да насърчи продължителен гликемичен контрол. Целта на това проучване беше да се установи животински модел за изследване на такъв „наследствен” ефект на ранната инсулинова терапия (EIT) при дългосрочен гликемичен контрол при новопоявил се T2DM. Целта на изследването беше да се изследва ролята на диетата след появата на диабет в благоприятните резултати от EIT.

Методология

Като такива, мъжките мишки C57BL6/J са били хранени с диета с високо съдържание на мазнини (HFD) в продължение на 21 седмици, за да предизвикат диабет и след това са получавали 4 седмици инсулин гларжин или фиктивни подкожни инжекции. Впоследствие мишките бяха или държани на HFD, или преминаха към диета с ниско съдържание на мазнини (LFD) в продължение на 4 допълнителни седмици.

Основни констатации

Мишките, хранени с HFD, са натрупали значителна мастна маса и са показали повишени нива на лептин, повишавайки инсулиновата резистентност (лош HOMA-IR) и по-лошо представяне на теста за глюкозен толеранс (GTT) в сравнение с мишките, хранени с LFD, както се очаква. Лекуваните с инсулин мишки с диабет, но поддържани на HFD, демонстрират още по-голямо наддаване на тегло и инсулинова резистентност в сравнение с мишки, третирани с фалшиви. Въпреки това, лекуваните с инсулин мишки, преминали към LFD, показват по-добър HOMA-IR в сравнение с тези мишки, оставени на HFD. Освен това, между лекуваните с инсулин и фиктивни контролни мишки, въпреки подобни HOMA-IR стойности, лекуваните с инсулин мишки, преминали към LFD след инсулинова терапия, демонстрират значително по-добри стойности на HOMA-B% от фиктивния контрол и HFD, лекувани с инсулин мишки.

Заключение/тълкуване

Ранното лечение с инсулин при индуциран от HFD T2DM при мишки C57BL6/J е от полза само при животни, които са преминали към LFD след лечение с инсулин, което може да обясни защо подобен наследствен ефект при хората се постига клинично само в част от изследваните случаи, подчертавайки жизненоважна роля за спазването на диетата при контрола на диабета.

Цитат: Guo A, Daniels NA, Thuma J, McCall KD, Malgor R, Schwartz FL (2015) Диетата е от решаващо значение за продължителен гликемичен контрол след краткосрочно лечение с инсулин при мъжки мишки с диабет тип 2 с високо съдържание на мазнини. PLoS ONE 10 (1): e0117556. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0117556

Редактор: Катрин Маедлер, Hochschule Бремен, ГЕРМАНИЯ

Получено: 30 юли 2014 г .; Прието: 26 декември 2014 г .; Публикувано: 29 януари 2015 г.

Наличност на данни: Всички съответни данни са включени във файловете с поддържаща информация.

Финансиране: Тази работа беше подкрепена от стартиращо финансиране за Aili Guo от колежа по остеопатична медицина на университета в Охайо Финансистите не са играли роля в дизайна на проучването, събирането и анализа на данни, решението за публикуване или подготовката на ръкописа.

Конкуриращи се интереси: Авторите са декларирали, че не съществуват конкуриращи се интереси.

Въведение

Захарният диабет тип 2 (T2DM) се характеризира с индуцирана от висцерално затлъстяване инсулинова резистентност и прогресивно влошаване на функцията на бета-клетките на панкреаса [1-3]. Повечето от микроваскуларните усложнения на диабета са свързани със степента и продължителността на излагане на хипергликемия. Данните от последващото проучване на Обединеното кралство Проспективно проучване на диабета (UKPDS) подчертават ролята на гликемичния контрол в началото на заболяването и неговата стойност при забавяне или предотвратяване на по-късни усложнения. Феноменът на продължително благоприятно въздействие върху диабетните усложнения след период на подобрен гликемичен контрол, независимо от последващите лечения и степента на гликемичен контрол, е описан като „наследствен ефект“. Подобна концепция за „наследствен ефект“ или „метаболитна памет“ може да бъде разширена и до благоприятните резултати, наблюдавани при „ремисия“ при диабет след краткосрочно ранно лечение с инсулин (EIT) при новопоявили се T2DM. Например при двугодишно проследяване след кратък курс на интензивна инсулинова терапия при новопоявил се T2DM, 42–69% от пациентите са останали свободни от хипергликемия [4, 5].

Материали и методи

Лечение на животни и инсулин

4-седмични мишки са хранени с HFD (H) или LFD (L) в продължение на 21 седмици и след това са получавали или ежедневно подкожно инжектиран инсулин Glargine (HI), или бутафоричен физиологичен разтвор, буфериран с фосфат (HS) в продължение на 4 седмици. След това мишките бяха държани на HFD (HHI или HHS) или превключени на LFD (HLI или HLS) в продължение на още 4 седмици, преди да бъдат убити. Друга група мишки, хранени с LFD по време на проучването, са получавали фалшиво третиране и са служили като контроли (LS). Схематична диаграма, илюстрираща различните групи за лечение е показана на фиг. 1.

Анализ на телесното тегло и телесния състав

Измерванията на телесното тегло се провеждаха всяка седмица в 9 часа сутринта в домашната им клетка в процедурна стая. Измерванията на телесния състав се извършват на всеки четири седмици следобед в домашната им клетка, преместена в лаборатория и с помощта на настолен анализатор на ядрено-магнитен резонанс Minispec mq (Bruker Instruments, Billerica, MA, USA), както е описано по-рано [13, 14].

Измерване на кръвната глюкоза на гладно, инсулин, С-пептид, лептин и холестероли

Глюкозата и хормоните в кръвта на гладно се измерват преди започване на лечението с инсулин и в края на експерименталния период при същите мишки, анализирани за телесен състав. Един ден след измерванията на телесния състав, мишките бяха гладувани в продължение на шест часа и кръвта беше събрана от върха на опашката в рамките на 2 часа, започваща в 14:00. Нивата на кръвната захар на гладно се определят, като се използва първата капка кръв, събрана от върха на опашката, за да се минимизират предизвиканите от стреса промени в нивата на глюкозата, като се използват тестови ленти OneTouch UltraMini и OneTouch Ultra Blue (LifeScan, Inc., Milpitas, CA, САЩ). Кръвта се центрофугира при 4 ° C, за да се изолира плазмата, която след това се съхранява при -80 ° C до бъдеща употреба. Кръвните нива на инсулин, с-пептид и лептин се определят с помощта на мултиплексен тест MILLIPLEX MAP (EMD Millipore Corporation, Billerica, MA, USA). Коефициентите за многократно определяне за измерване на инсулин, c-пептид и лептин са R 2 = 0,999, 0,999 и 0,997, съответно. Нивата на холестерола и триглицеридите в кръвта са измерени с помощта на анализатор Cholestech LDX (Alere Inc., Waltham, MA, USA); и коефициентите на вариация на интра-анализа за измерване на холестерола и триглицеридите са съответно 5% и 7%.

Анализът на оценката на модела на хомеостазата (HOMA)

HOMA, публикуван през 1985 г. [15] и допълнително модифициран през 1998 г. [16], е широко използван за оценка на β-клетъчната функция в стационарно състояние (HOMA-B) и инсулиновата резистентност (HOMA-IR) в множество проучвания върху животни, включително такива, използващи HFD -индуцирано затлъстяване и нарушена непоносимост към глюкоза [17–19]. Изчислихме HOMA-IR и HOMA-B въз основа на следните формули: HOMA-IR = (Глюкоза на гладно x инсулин на гладно) /22,5 и HOMA-B = (20 x инсулин на гладно)/(Глюкоза на гладно-3,5)%.

Тест за толерантност към глюкоза (GTT) и тест за толерантност към инсулин (ITT)

Мишките бяха гладували в чисти клетки с постелки от прясно царевично кочано в продължение на шест часа в помещението си, преди да бъдат преместени в процедурна стая за GTT, която започна в 14:00. 10% глюкоза в PBS се прилага интраперитонеално (IP) в доза от 1 mg глюкоза на грам телесно тегло. Нивата на глюкоза бяха измерени с помощта на глюкомери OneTouch UltraMini (LifeScan) на 0, 5, 15, 30, 60, 90 и 120 минути. GTT се извършват преди и след 4 седмици лечение, както и в края на експерименталния период. В края на експерименталния период се извършва ITT на всяка група животни. Непостилите мишки се претеглят и се получават измервания на изходното ниво на кръвната захар. Инсулин се прилага на всяка мишка чрез IP инжекция в доза от 0,75 единици/кг телесно тегло. След това бяха направени измервания на кръвната захар 15, 30, 60, 90 и 120 минути след приложението на инсулин.

Остров Имунохистохимия

Апоптотичен анализ на панкреатични островчета

В края на експерименталния период се оценява апоптозата на панкреатичните тъкани, като се използва терминален анализ на дезоксинуклеотидил трансфераза dUTP с никелно етикетиране (TUNEL) (комплект за колориметричен TUNEL DeadEnd, Promega, Madison, WI, USA), както е описано от производителя. Броят на TUNEL-позитивните клетки/островче са преброени под микроскоп в 10 различни полета при 20-кратно увеличение.

Статистически анализ

Данните са събрани от всички използвани животни и са изразени като Средно ± SE. Данните за многократно измерени променливи (т.е. телесно тегло, телесен състав, хормонални нива и кръвна глюкоза) бяха подложени на двупосочни ANOVA заедно с t-тестове за сравнение на избрани. Резултатите се считат за значими, ако p Таблица 1. Глюкоза в кръвта на гладно и HbA1c на мъжки мишки C56BL6/J след хранене с LFD (L) или HFD (H) в продължение на 21 седмици.

(A) и (B) Мишките, хранени с HFD, показват по-лоши GTT показатели, в сравнение с тези на мишки, хранени с LFD (*** p Фигура 4. Промени в стойностите на HOMA-IR и HOMA-B след инсулинова терапия.

Промени в стойностите на HOMA-IR и HOMA-B след инсулинова терапия. Преди лечението стойностите на HOMA-IR (A) и HOMA-B (B) бяха значително по-високи при мишки, хранени с HFD, в сравнение с тези при контролите с LFD (*** p Фигура 5. Ефект на диетите и лечението с инсулин върху броя и размера на панкреатичните островчета при мишки.

(A) до (F) В края на експерименталния период мишките, хранени с LFD, показват предимно малки по размер островчета (** p Фиг. 6. Ефект на инсулиновата терапия върху възпалението на островчетата и апоптозата.

Въпреки че не е идентифицирана апоптоза в островчета от LFD контроли (A), TUNEL-положителни клетки са открити в панкреатични тъкани от HFD мишки, хранени (B-E), но не се различават между лечебните групи (F). Трябва да се отбележи, че беше обърнато специално внимание на оценката на пери-инсулита и нито един не беше идентифициран. Мащабна лента = 10 μm.

Дискусия

Естествената история на T2DM е прогресия на β-клетъчна недостатъчност и загуба на β-клетъчна маса с течение на времето. Обръщането на дисфункцията на β-клетките и предотвратяването на загубата на β-клетки се превърнаха в основна цел на терапията. Последните клинични проучвания предполагат, че интензивният EIT при новодиагностициран T2DM е обещаващ като потенциална терапевтична възможност за модифициране на заболяването със значителна трайност [7, 21-26]. Въпреки това, механизмът (механизмите), чрез който EIT допринася за този наследствен ефект, остава да бъде изяснен. Например, след кратък курс на интензивна инсулинова терапия при новодиагностициран T2DM, някои пациенти са имали благоприятна дългосрочна ремисия, но други не. Както се предполага от неотдавнашен мета-анализ [27], делът на участниците в ремисия без лекарства след EIT е бил около 66% след 3 месеца, около 59% след 6 месеца и 46% след 12 месеца и около 42% след 24 месеца проследяване. Тъй като в клиничните проучвания често липсва информация за спазването на диетата, как контролът върху диетата влияе върху резултатите от такъв благоприятен ефект на EIT е неизвестен. Използвахме диетичен животински модел с високо съдържание на мазнини, за да имитираме обичайните човешки хранителни навици, за да проучим въздействието на диетата върху потенциалния благоприятен ефект от ранната, краткосрочна, инсулинова терапия при T2DM с ново начало.

Независимо от това, нашето проучване установи потенциален животински модел за изследване на благоприятния ефект на EIT върху контрола на глюкозата при ново начало T2DM. Четири седмици EIT в този индуциран от HFD модел на T2DM мишка демонстрира подобрена GTT ефективност и по-добър HOMA-B% след отнемане на инсулина след четири седмици, но само при мишки, преминали към LFD след лечение с инсулин. Това основно откритие, че подобрен гликемичен контрол с EIT се наблюдава и поддържа само при мишки, преминали на LFD след инсулинова терапия, може да обясни защо подобен подобен наследствен ефект се постига само в част от изследваните случаи и подчертава жизненоважната роля на спазването на диетата при контрол на диабета на всеки етап от прогресията на заболяването.