Какво движи инсулиновата резистентност? Протеомиката разкрива ключови пътища в човешкия скелетен мускул

Какво движи инсулиновата резистентност? Протеомиката разкрива ключови пътища в човешкия скелетен мускул

Като разбира как мускулните протеини на гладно сигнализират за инсулинова резистентност, това проучване проправя пътя за персонализирано лечение на диабет тип 2, базирано на индивидуални молекулярни профили.

​​​​​​​​​​проучване:Персонализирани молекулярни сигнатури на инсулинова резистентност и диабет тип 2. Снимка: Mikrogen/Shutterstock.com

Проучване, публикувано наскоро в списаниетоклеткаизползва най-съвременна протеомна технология за картографиране на молекулярните сигнатури на инсулиновата резистентност при пациенти с диабет.

Разбиране на хетерогенността при диабет тип 2

Диабет тип 2 (T2D) е бързо развиващо се метаболитно заболяване, характеризиращо се в световен мащаб с повишени нива на кръвната захар по време на гладуване или след консумация на храна.

T2D също се свързва с периферна инсулинова резистентност, засягаща скелетните мускули, черния дроб и мастната тъкан. Скорошно проучване документира, че над 500 милиона души по света живеят с T2D.

Генетичните фактори и факторите на околната среда влияят върху хетерогенната патогенеза на T2D. Стратификацията на подгрупите и дълбокото фенотипиране позволиха идентифицирането на отделни клъстери на T2D, свързани с различни клинични резултати.

Това откритие подчертава необходимостта от разглеждане на непрекъснати промени в метаболитната функция при диагностициране и лечение на пациенти, тъй като традиционните диагностични категории (като T2D или нормален глюкозен толеранс) може да не уловят напълно основната биология.

Предишни проучвания показват, че скелетният мускул е основната тъкан, свързана с инсулин-стимулираното усвояване на глюкоза и основното място на инсулинова резистентност при T2D.

Неправилното стимулирано от инсулин усвояване на глюкоза може да се дължи на пострецепторен дефект, като например: Намалява изобилието от сигнални молекули или глюкозни транспортери при нормални условия.

Необходима е цялостна оценка на цялата система, за да се разработят персонализирани лечения за идентифициране на индивидуалните разлики в инсулиновото сигнализиране, които допринасят за хетерогенността на T2D.

Въпреки че протеомиката, базирана на масспектрометрия, е била значително използвана в изследванията на рака, малко протеомни изследвания в съответните тъкани, свързани с инсулиновата резистентност, са използвали тази стратегия.

Идентифицирането на разликите във фенотипните черти, сигнатурите на протеомите и фосфопротомите и диференциалните реакции към стимули от околната среда може да помогне за определяне на промените в причинните протеини и пътища. Тази информация може да позволи разработването на персонализирана медицина за T2D.

Относно изследването

Настоящото проучване използва протеомична технология и дълбокоIn vivoФенотипизиране за картографиране на диабетогенни черти въз основа на протеиновия пейзаж на нормални и диабетни индивиди.

Бяха наети както мъже, така и жени с нормален глюкозен толеранс (NGT) или T2D. Всички участници бяха съпоставени въз основа на възраст, пол, индекс на телесна маса (ИТМ) и статус на тютюнопушене.

Всеки участник с хипертония (над 160/100 mm Hg), активно използващ никотин, диагностициран със сърдечно-съдово заболяване (CVD) или лекуван с варфарин, инсулин, кортикостероиди или литий.

Бяха взети биопсични проби отVastus lateralisМускулатура на отговарящи на условията участници преди и по време на хиперинсулинемично-угликемичната скоба.

Този подход позволи идентифицирането на протеомични и фосфопротеомични молекулярни сигнатури в рамките на индивиди в бързо състояние и динамиката на острата инсулинова сигнализация.

Трябва да се отбележи, че повечето жени в проучването са били в пост- или перименопауза, което може да повлияе на метаболитните сравнения.

Кохортата за валидиране е получена от предишно публикувано проучване, за да се потвърди възпроизводимостта на резултатите.

Дизайн на проучването

Кохортата на откритието включва 77 участници и е използвана за определяне на молекулярния пейзаж на инсулиновата резистентност и диабет тип 2 (T2D). От тях 34 участници са били диагностицирани с T2D и 43 лица са имали NGT.

Беше разработена кохорта за валидиране за валидиране на резултатите, състояща се от 34 индивида с T2D и 12 съответстващи участници, които извършиха NGT.

Всички участници във всяка кохорта са подложени на in vivo гликемични фенотипове, които демонстрират повишена глюкоза на гладно, HOMA-IR и нива на инсулин на гладно при индивиди с T2D. Намалените хиперинсулинемично-еугликемични M стойности, получени от клемпа, показват намалена инсулинова чувствителност на цялото тяло.

Резултати от изследването

Наблюдава се значителна хетерогенност в m-стойността на инсулиновата чувствителност. Интересното е, че някои участници с T2D показват по-висока инсулинова чувствителност от тези с нормален глюкозен толеранс, противопоставяйки се на конвенционалните диагностични методи и подкрепяйки прецизния медицински подход.

Експерименталните открития демонстрират важността на скелетните мускули, особено на фосфо-сигнализиране, за инсулиновата чувствителност на цялото тяло.

Наблюдава се вариация в протеомния пейзаж в рамките на диагностичните групи. Стратифицирани асоциации на протеом-фенотип показват, че съдържанието на митохондриален протеин е силно свързано с инсулиновата чувствителност на цялото тяло. Въпреки това, митохондриалното изобилие не е уникална характеристика на диагнозата T2D, което предполага, че отразява инсулиновата чувствителност, а не състоянието на заболяването.

В допълнение, проучването предполага нови пътища за разграждане и оборот на протеини, включително протеазомна и убиквитин-медиирана протеолиза, както и Wnt и адренергично сигнализиране, които са отрицателно свързани с инсулиновата чувствителност. Това предполага, че промененият протеинов обмен може да допринесе за инсулинова резистентност.

Обратно, по-голямото изобилие от гликолитични ензими е отрицателно свързано с инсулиновата чувствителност.

Проучването също така подчертава, че съотношението на изоформите на лактат дехидрогеназата (LDHA/LDHB) и цялостните стехиометрични връзки между гликолитични и окислителни фосфорилиращи протеини осигуряват допълнителна представа за метаболитните вариации чрез индивидуалното изобилие на протеини.

Общо 118 фосфозита са свързани с инсулинова резистентност на гладно, в сравнение с 66 фосфозита само в инсулин-стимулирано състояние. Неочаквано проучването установи, че фосфопротеомните сигнатури на гладно състояние предсказват инсулиновата чувствителност дори по-силно от тези в инсулин-стимулирано състояние.

Анализът на обогатяване разкрива, че активирането на C-Jun N-терминална киназа (JNK) и P38 семейство кинази е свързано с инсулинова резистентност. Следователно, пътят на JNK-P38 може да бъде преобладаващ двигател на анормално сигнализиране на човешки скелетни мускули при инсулинова резистентност.

Клетъчните анализи също определят ролята на активираната от MAP киназа протеин киназа 2 (MAPKAPK2) като регулатор нагоре по веригата на AMPKy. 3 S65, който е от решаващо значение за регулиране на инсулиновата чувствителност на скелетните мускули.

Установено е, че мястото AMPKγ3-S65 е уникално при хората и силно корелира с инсулиновата резистентност, което предполага, че може да служи като специфичен за човека маркер или терапевтична цел.

Настоящото проучване демонстрира сложния характер на нерегулираните сигнални пътища при инсулинова резистентност. Важно е, че изследователите откриха, че въпреки че има увреждане на определени сигнални пътища, други компоненти като Akt и някои от неговите субстрати надолу по веригата остават функционални дори при силно инсулинорезистентни индивиди, което показва, че инсулиновата резистентност не засяга еднакво всички сигнални възли.

Проучването наблюдава различни полови различия в протеома и фосфопротома. Въпреки това, молекулярните сигнатури на инсулиновата резистентност остават до голяма степен сходни между мъжете и жените.

Докато мъжете показват по-висока експресия на протеини, свързани с метаболизма на глюкозата, жените показват по-висока експресия на протеини, свързани с липидния метаболизъм. Обаче се появяват и разлики в киназната активност, като: B. CAMK2 и mTOR сигнализиране. Това подчертава значението на пола като биологична променлива.

Въпреки тези разлики, сигналните сигнатури, свързани с инсулиновата резистентност, са до голяма степен запазени между половете.

ограничения

Авторите отбелязват, че клиничният дизайн на изследването идентифицира асоциации, а не причинно-следствени механизми. Хетерогенността на диабет тип 2 добавя сложност и пробата може да не е пълна с всички фенотипове на T2D или демографско разнообразие.

По-голямата част от жените са били в пост- или перименопауза и потенциалните объркващи фактори като диета и лекарства не са били широко контролирани. Необходими са допълнителни проучвания, особено по отношение на функционалната роля на сайта AMPKγ3 -S65.

Изводи

Настоящото проучване идентифицира ключовите молекулярни пътища, свързани с инсулиновата резистентност. Молекулярният подпис на скелетните мускули е силно свързан с клиничните маркери на инсулиновата чувствителност, отколкото с контрола на глюкозата на гладно.

Сигнатурите на протеома и фосфопротома на скелетния мускул на гладно бяха идентифицирани като значими детерминанти на инсулиновата чувствителност на цялото тяло.

Селективни компоненти на инсулиновата сигнализация, като субстрати на Akt, остават присъстващи дори при пациенти с инсулинова резистентност. Това предполага, че инсулиновата резистентност не засяга еднакво всички сигнални пътища.

Проучването подкрепя необходимостта да се премине отвъд категоричните диагностични групи и вместо това да се съсредоточи върху индивидуализирани, механично информирани стратегии за грижа за T2D.

Бъдещите изследвания трябва да вземат предвид хетерогенността на T2D сред пациентите и да се съсредоточат върху разработването на персонализирани стратегии за лечение на T2D.

източници: