Τι προκαλεί την αντίσταση στην ινσουλίνη; Η Proteomics αποκαλύπτει βασικές οδούς στους ανθρώπινους σκελετικούς μυς

Τι προκαλεί την αντίσταση στην ινσουλίνη; Η Proteomics αποκαλύπτει βασικές οδούς στους ανθρώπινους σκελετικούς μυς

Κατανοώντας πώς οι μυϊκές πρωτεΐνες νηστείας σηματοδοτούν την αντίσταση στην ινσουλίνη, αυτή η μελέτη ανοίγει το δρόμο για εξατομικευμένες θεραπείες διαβήτη τύπου 2 που βασίζονται σε μεμονωμένα μοριακά προφίλ.

.Μελέτη:Εξατομικευμένες μοριακές υπογραφές αντίστασης στην ινσουλίνη και διαβήτη τύπου 2. Φωτογραφία: Mikrogen/Shutterstock.com

Μια μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικόκύτταροχρησιμοποίησε πρωτεομική τεχνολογία αιχμής για να χαρτογραφήσει τις μοριακές υπογραφές της αντίστασης στην ινσουλίνη σε ασθενείς με διαβήτη.

Κατανόηση της ετερογένειας στον διαβήτη τύπου 2

Ο διαβήτης τύπου 2 (T2D) είναι μια ταχέως αναπτυσσόμενη μεταβολική νόσος που χαρακτηρίζεται παγκοσμίως από αυξημένα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα κατά τη διάρκεια της νηστείας ή μετά την κατανάλωση φαγητού.

Το T2D σχετίζεται επίσης με την περιφερική αντίσταση στην ινσουλίνη, επηρεάζοντας τους σκελετικούς μύες, το ήπαρ και τον λιπώδη ιστό. Μια πρόσφατη μελέτη τεκμηρίωσε ότι πάνω από 500 εκατομμύρια άνθρωποι σε όλο τον κόσμο ζουν με T2D.

Γενετικοί και περιβαλλοντικοί παράγοντες επηρεάζουν την ετερογενή παθογένεση του T2D. Η διαστρωμάτωση υποομάδας και ο βαθύς φαινοτύπος επέτρεψαν την αναγνώριση διακριτών συστάδων T2D που σχετίζονται με διαφορετικά κλινικά αποτελέσματα.

Αυτό το εύρημα υπογραμμίζει την ανάγκη να λαμβάνεται υπόψη η συνεχής διακύμανση στη μεταβολική λειτουργία κατά τη διάγνωση και τη θεραπεία ασθενών, καθώς οι παραδοσιακές διαγνωστικές κατηγορίες (όπως η T2D ή η φυσιολογική ανοχή γλυκόζης) μπορεί να μην καταγράφουν πλήρως την υποκείμενη βιολογία.

Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι οι σκελετικοί μύες είναι ο πρωταρχικός ιστός που σχετίζεται με την διεγειρόμενη από την ινσουλίνη πρόσληψη γλυκόζης και η κύρια θέση αντίστασης στην ινσουλίνη στο T2D.

Η ακατάλληλη διεγειρόμενη από την ινσουλίνη πρόσληψη γλυκόζης μπορεί να οφείλεται σε ελάττωμα μετά τον υποδοχέα, όπως: Μειώνει την αφθονία των μορίων σηματοδότησης ή των μεταφορέων γλυκόζης υπό κανονικές συνθήκες.

Απαιτείται μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση σε όλο το σύστημα για την ανάπτυξη εξατομικευμένων θεραπειών για τον εντοπισμό μεμονωμένων διαφορών σηματοδότησης ινσουλίνης που συμβάλλουν στην ετερογένεια του T2D.

Αν και τα πρωτεομικά που βασίζονται στη φασματομετρία μάζας έχουν χρησιμοποιηθεί σημαντικά στην έρευνα για τον καρκίνο, λίγες πρωτεομικές μελέτες σε σχετικούς ιστούς που σχετίζονται με την αντίσταση στην ινσουλίνη έχουν χρησιμοποιήσει αυτή τη στρατηγική.

Ο εντοπισμός των διαφορών στα φαινοτυπικά χαρακτηριστικά, στις υπογραφές των πρωτεωμάτων και των φωσφοπρωτωμάτων και των διαφορικών αποκρίσεων στα περιβαλλοντικά ερεθίσματα θα μπορούσε να βοηθήσει στον προσδιορισμό των αλλαγών στις αιτιολογικές πρωτεΐνες και τις οδούς. Αυτές οι πληροφορίες θα μπορούσαν να επιτρέψουν την ανάπτυξη εξατομικευμένης ιατρικής για T2D.

Σχετικά με τη μελέτη

Η τρέχουσα μελέτη χρησιμοποίησε τεχνολογία πρωτεομικής και βαθιάIn vivoΦαινότυπος για χαρτογράφηση διαβητογόνων χαρακτηριστικών με βάση το πρωτεϊνικό τοπίο φυσιολογικών και διαβητικών ατόμων.

Τόσο οι άνδρες όσο και οι γυναίκες με φυσιολογική ανοχή γλυκόζης (NGT) ή T2D επιστρατεύτηκαν. Όλοι οι συμμετέχοντες ταιριάστηκαν με βάση την ηλικία, το φύλο, τον δείκτη μάζας σώματος (ΔΜΣ) και την κατάσταση καπνίσματος.

Κάθε συμμετέχων που παρουσιάζει υπέρταση (πάνω από 160/100 mm Hg), χρησιμοποιεί ενεργά νικοτίνη, έχει διαγνωστεί με καρδιαγγειακή νόσο (CVD) ή λαμβάνει θεραπεία με βαρφαρίνη, ινσουλίνη, κορτικοστεροειδή ή λίθιο.

Ελήφθησαν δείγματα βιοψίας από τοVastus lateralisΜυϊκή δομή των επιλέξιμων συμμετεχόντων πριν και κατά τη διάρκεια του υπερινσουλιναιμικού-ουγλυκαιμικού σφιγκτήρα.

Αυτή η προσέγγιση επέτρεψε την αναγνώριση πρωτεωμικών και φωσφοπρωτεωμικών μοριακών υπογραφών σε άτομα σε ταχεία κατάσταση και τη δυναμική της οξείας σηματοδότησης ινσουλίνης.

Αξίζει να σημειωθεί ότι οι περισσότερες γυναίκες στη μελέτη ήταν μετά ή περιεμμηνοπαυσιακές, γεγονός που μπορεί να επηρεάσει τις μεταβολικές συγκρίσεις.

Η κοόρτη επικύρωσης ελήφθη από μια προηγούμενη δημοσιευμένη μελέτη για να επιβεβαιωθεί η αναπαραγωγιμότητα των αποτελεσμάτων.

Σχεδιασμός μελέτης

Η κοόρτη ανακάλυψης περιελάμβανε 77 συμμετέχοντες και χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό του μοριακού τοπίου της αντίστασης στην ινσουλίνη και του διαβήτη τύπου 2 (T2D). Από αυτούς, 34 συμμετέχοντες διαγνώστηκαν με T2D και 43 άτομα είχαν NGT.

Αναπτύχθηκε μια ομάδα επικύρωσης για την επικύρωση των αποτελεσμάτων, αποτελούμενη από 34 άτομα με T2D και 12 ταιριασμένους συμμετέχοντες που πραγματοποίησαν NGT.

Όλοι οι συμμετέχοντες σε κάθε κοόρτη υποβλήθηκαν σε in vivo γλυκαιμικούς φαινοτύπους που έδειξαν αυξημένα επίπεδα γλυκόζης νηστείας, HOMA-IR και ινσουλίνης νηστείας σε άτομα με T2D. Μειωμένες τιμές Μ που προέρχονται από υπερινσουλιναιμικό-ευγλυκαιμικό σφιγκτήρα κατέδειξαν μειωμένη ευαισθησία στην ινσουλίνη ολόκληρου του σώματος.

Αποτελέσματα μελέτης

Παρατηρήθηκε σημαντική ετερογένεια στην τιμή m της ευαισθησίας στην ινσουλίνη. Είναι ενδιαφέρον ότι ορισμένοι συμμετέχοντες με T2D έδειξαν υψηλότερη ευαισθησία στην ινσουλίνη από εκείνους με φυσιολογική ανοχή γλυκόζης, αψηφώντας τις συμβατικές διαγνωστικές μεθόδους και υποστηρίζοντας μια ιατρική προσέγγιση ακριβείας.

Πειραματικά ευρήματα κατέδειξαν τη σημασία των σκελετικών μυών, ιδιαίτερα της φωσφο-σηματοδότησης, στην ευαισθησία ολόκληρου του σώματος στην ινσουλίνη.

Παρατηρήθηκε διαφοροποίηση στο πρωτεομικό τοπίο εντός των διαγνωστικών ομάδων. Οι διαστρωματοποιημένες συσχετίσεις πρωτεώματος-φαινοτύπου έδειξαν ότι η περιεκτικότητα σε μιτοχονδριακή πρωτεΐνη συσχετίστηκε σε μεγάλο βαθμό με την ευαισθησία στην ινσουλίνη ολόκληρου του σώματος. Ωστόσο, η μιτοχονδριακή αφθονία δεν ήταν ένα μοναδικό χαρακτηριστικό της διάγνωσης T2D, υποδηλώνοντας ότι αντανακλά την ευαισθησία στην ινσουλίνη παρά την κατάσταση της νόσου.

Επιπλέον, η μελέτη εμπλέκει νέα μονοπάτια αποικοδόμησης και εναλλαγής πρωτεϊνών, συμπεριλαμβανομένης της πρωτεόλυσης με τη μεσολάβηση του πρωτεοσώματος και της ουβικιτίνης, καθώς και της Wnt και της αδρενεργικής σηματοδότησης, που συσχετίζονται αρνητικά με την ευαισθησία στην ινσουλίνη. Αυτό υποδηλώνει ότι η αλλοιωμένη ανακύκλωση πρωτεΐνης μπορεί να συμβάλει στην αντίσταση στην ινσουλίνη.

Αντίθετα, η υψηλότερη αφθονία γλυκολυτικών ενζύμων συσχετίστηκε αρνητικά με την ευαισθησία στην ινσουλίνη.

Η μελέτη τόνισε επίσης ότι η αναλογία των ισομορφών της γαλακτικής αφυδρογονάσης (LDHA/LDHB) και οι συνολικές στοιχειομετρικές σχέσεις μεταξύ των πρωτεϊνών γλυκολυτικής και οξειδωτικής φωσφορυλίωσης παρείχαν πρόσθετη εικόνα για τη μεταβολική διακύμανση μέσω της αφθονίας μεμονωμένων πρωτεϊνών.

Συνολικά 118 φωσφοσίτες συσχετίστηκαν με αντίσταση στην ινσουλίνη σε κατάσταση νηστείας, σε σύγκριση με 66 φωσφοσίτες μόνο στην κατάσταση διεγερμένης από ινσουλίνη. Απροσδόκητα, η μελέτη διαπίστωσε ότι οι υπογραφές των φωσφοπρωτεωμάτων της κατάστασης νηστείας προέβλεπαν την ευαισθησία στην ινσουλίνη ακόμη πιο έντονα από εκείνες στην κατάσταση που διεγείρεται από την ινσουλίνη.

Η ανάλυση εμπλουτισμού αποκάλυψε ότι η ενεργοποίηση της C-Jun N-τερματικής κινάσης (JNK) και των κινασών της οικογένειας P38 συσχετίστηκε με αντίσταση στην ινσουλίνη. Επομένως, η οδός JNK-P38 μπορεί να είναι ο κυρίαρχος οδηγός της ανώμαλης σηματοδότησης των ανθρώπινων σκελετικών μυών στην αντίσταση στην ινσουλίνη.

Οι κυτταρικές δοκιμασίες προσδιόρισαν επίσης το ρόλο της ενεργοποιημένης από κινάση ΜΑΡ πρωτεϊνικής κινάσης 2 (MAPKAPK2) ως ανοδικού ρυθμιστή της ΑΜΡΚγ. 3 S65, το οποίο είναι ζωτικής σημασίας για τη ρύθμιση της ευαισθησίας των σκελετικών μυών στην ινσουλίνη.

Η θέση AMPKγ3-S65 βρέθηκε να είναι μοναδική στους ανθρώπους και να συσχετίζεται σε μεγάλο βαθμό με την αντίσταση στην ινσουλίνη, υποδηλώνοντας ότι μπορεί να χρησιμεύσει ως ειδικός για τον άνθρωπο δείκτης ή θεραπευτικός στόχος.

Η τρέχουσα μελέτη έδειξε την περίπλοκη φύση των απορρυθμισμένων οδών σηματοδότησης στην αντίσταση στην ινσουλίνη. Είναι σημαντικό ότι οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αν και υπήρχε βλάβη σε ορισμένες οδούς σηματοδότησης, άλλα συστατικά όπως το Akt και ορισμένα από τα κατάντη υποστρώματά του παρέμειναν λειτουργικά ακόμη και σε άτομα με υψηλή αντοχή στην ινσουλίνη, αποδεικνύοντας ότι η αντίσταση στην ινσουλίνη δεν επηρεάζει εξίσου όλους τους κόμβους σηματοδότησης.

Η μελέτη παρατήρησε διακριτές διαφορές μεταξύ των δύο φύλων στο πρωτέωμα και το φωσφοπρωτόμιο. Ωστόσο, οι μοριακές υπογραφές της αντίστασης στην ινσουλίνη παρέμειναν σε μεγάλο βαθμό παρόμοιες μεταξύ ανδρών και γυναικών.

Ενώ οι άνδρες έδειξαν υψηλότερη έκφραση πρωτεϊνών που σχετίζονται με το μεταβολισμό της γλυκόζης, οι γυναίκες έδειξαν υψηλότερη έκφραση πρωτεϊνών που σχετίζονται με το μεταβολισμό των λιπιδίων. Ωστόσο, προέκυψαν και διαφορές στη δραστηριότητα της κινάσης, όπως: Β. σηματοδότηση CAMK2 και mTOR. Αυτό υπογραμμίζει τη σημασία του φύλου ως βιολογικής μεταβλητής.

Παρά αυτές τις διαφορές, οι σηματοδοτικές υπογραφές που σχετίζονται με την αντίσταση στην ινσουλίνη διατηρήθηκαν σε μεγάλο βαθμό μεταξύ των φύλων.

περιορισμούς

Οι συγγραφείς σημειώνουν ότι ο σχεδιασμός της κλινικής έρευνας της μελέτης εντόπισε συσχετίσεις και όχι αιτιακούς μηχανισμούς. Η ετερογένεια του διαβήτη τύπου 2 προσθέτει πολυπλοκότητα και το δείγμα μπορεί, ωστόσο, να μην είναι πλήρες όλων των φαινοτύπων T2D ή της δημογραφικής ποικιλομορφίας.

Η πλειονότητα των γυναικών ήταν μετά ή περιεμμηνοπαυσιακή και οι πιθανοί συγχυτικοί παράγοντες όπως η διατροφή και τα φάρμακα δεν ελέγχονταν εκτενώς. Απαιτούνται περαιτέρω μελέτες, ιδιαίτερα σχετικά με τον λειτουργικό ρόλο της θέσης AMPKγ3 -S65.

συμπεράσματα

Η τρέχουσα μελέτη προσδιόρισε τις βασικές μοριακές οδούς που σχετίζονται με την αντίσταση στην ινσουλίνη. Η μοριακή υπογραφή των σκελετικών μυών συσχετίστηκε ισχυρά με κλινικούς δείκτες ευαισθησίας στην ινσουλίνη παρά με τον έλεγχο της γλυκόζης νηστείας.

Οι υπογραφές του πρωτεώματος και του φωσφοπρωτώματος των σκελετικών μυών νηστείας αναγνωρίστηκαν ως σημαντικοί καθοριστικοί παράγοντες της ευαισθησίας στην ινσουλίνη ολόκληρου του σώματος.

Επιλεκτικά συστατικά της σηματοδότησης της ινσουλίνης όπως τα υποστρώματα Akt παρέμειναν παρόντα ακόμη και σε ασθενείς με αντοχή στην ινσουλίνη. Αυτό υποδηλώνει ότι η αντίσταση στην ινσουλίνη δεν επηρεάζει εξίσου όλες τις οδούς σηματοδότησης.

Η μελέτη υποστηρίζει την ανάγκη να προχωρήσουμε πέρα ​​από τις κατηγορικές διαγνωστικές ομαδοποιήσεις και αντ' αυτού να επικεντρωθούμε σε εξατομικευμένες, μηχανιστικά ενημερωμένες στρατηγικές για την T2D φροντίδα.

Η μελλοντική έρευνα πρέπει να εξετάσει την ετερογένεια στην T2D μεταξύ των ασθενών και να επικεντρωθεί στην ανάπτυξη προσαρμοσμένων στρατηγικών για τη θεραπεία της T2D.

Πηγές: