Kas izraisa insulīna rezistenci? Proteomika atklāj galvenos ceļus cilvēka skeleta muskuļos

Kas izraisa insulīna rezistenci? Proteomika atklāj galvenos ceļus cilvēka skeleta muskuļos

Izprotot, kā tukšā dūšā esošie muskuļu proteīni signalizē par rezistenci pret insulīnu, šis pētījums paver ceļu personalizētai 2. tipa diabēta ārstēšanai, pamatojoties uz individuāliem molekulārajiem profiliem.

​​​​​​​Pētījums:Personalizēti insulīna rezistences un 2. tipa diabēta molekulārie paraksti. Fotoattēlu kredīts: Mikrogen/Shutterstock.com

Nesen žurnālā publicēts pētījumsšūnaizmantoja vismodernākās proteomiskās tehnoloģijas, lai kartētu insulīna rezistences molekulāros parakstus pacientiem ar cukura diabētu.

Izpratne par 2. tipa diabēta neviendabīgumu

2. tipa diabēts (T2D) ir strauji augoša vielmaiņas slimība, ko visā pasaulē raksturo paaugstināts glikozes līmenis asinīs badošanās laikā vai pēc ēšanas.

T2D ir saistīta arī ar perifēro insulīna rezistenci, kas ietekmē skeleta muskuļus, aknas un taukaudus. Nesen veiktais pētījums dokumentēja, ka vairāk nekā 500 miljoni cilvēku visā pasaulē dzīvo ar T2D.

Ģenētiskie un vides faktori ietekmē T2D neviendabīgo patoģenēzi. Apakšgrupu stratifikācija un dziļa fenotipēšana ļāva identificēt atšķirīgas T2D kopas, kas saistītas ar dažādiem klīniskiem rezultātiem.

Šis atklājums uzsver nepieciešamību ņemt vērā nepārtrauktas vielmaiņas funkcijas izmaiņas, diagnosticējot un ārstējot pacientus, jo tradicionālās diagnostikas kategorijas (piemēram, T2D vai normāla glikozes tolerance) var pilnībā neaptvert pamatā esošo bioloģiju.

Iepriekšējie pētījumi ir parādījuši, ka skeleta muskuļi ir primārie audi, kas saistīti ar insulīna stimulētu glikozes uzņemšanu, un galvenā insulīna rezistences vieta T2D gadījumā.

Nepareiza insulīna stimulēta glikozes uzņemšana var būt saistīta ar postreceptoru defektu, piemēram: Tas samazina signalizācijas molekulu vai glikozes transportētāju daudzumu normālos apstākļos.

Ir nepieciešams visaptverošs visas sistēmas novērtējums, lai izstrādātu personalizētas ārstēšanas metodes, lai noteiktu atsevišķas insulīna signālu atšķirības, kas veicina T2D neviendabīgumu.

Lai gan vēža pētījumos ir ievērojami izmantota proteomika, kuras pamatā ir masas spektrometrija, šī stratēģija ir izmantota dažos proteomiskos pētījumos attiecīgajos audos, kas saistīti ar insulīna rezistenci.

Atšķirību identificēšana fenotipiskajās pazīmēs, proteomu un fosfoprotomu parakstos un atšķirīgās reakcijās uz vides stimuliem varētu palīdzēt noteikt izmaiņas izraisošajos proteīnos un ceļos. Šī informācija varētu ļaut izstrādāt personalizētu medicīnu T2D.

Par pētījumu

Pašreizējā pētījumā tika izmantota proteomikas tehnoloģija un dziļaIn vivoFenotipēšana, lai kartētu diabetogēnās iezīmes, pamatojoties uz normālu un diabēta slimnieku olbaltumvielu ainavu.

Tika pieņemti darbā gan vīrieši, gan sievietes ar normālu glikozes toleranci (NGT) vai T2D. Visi dalībnieki tika saskaņoti, pamatojoties uz vecumu, dzimumu, ķermeņa masas indeksu (ĶMI) un smēķēšanas statusu.

Jebkurš dalībnieks, kuram ir hipertensija (virs 160/100 mm Hg), aktīvi lieto nikotīnu, diagnosticēta sirds un asinsvadu slimība (CVD) vai tiek ārstēts ar varfarīnu, insulīnu, kortikosteroīdiem vai litiju.

Biopsijas paraugi tika iegūti noVastus lateralisAtbilstīgo dalībnieku muskulatūra pirms hiperinsulinēmijas-uglikēmiskās skavas un tās laikā.

Šī pieeja ļāva identificēt proteomiskos un fosfoproteomiskos molekulāros parakstus indivīdos ātrā stāvoklī un akūtu insulīna signālu dinamiku.

Jāatzīmē, ka lielākā daļa sieviešu pētījumā bija pēc vai perimenopauzes, kas var ietekmēt vielmaiņas salīdzinājumus.

Validācijas kohorta tika iegūta no iepriekš publicēta pētījuma, lai apstiprinātu rezultātu reproducējamību.

Studiju dizains

Atklājumu grupā bija 77 dalībnieki, un tā tika izmantota, lai noteiktu insulīna rezistences un 2. tipa diabēta (T2D) molekulāro ainavu. No tiem 34 dalībniekiem tika diagnosticēts T2D, un 43 personām bija NGT.

Lai apstiprinātu rezultātus, tika izstrādāta validācijas grupa, kas sastāvēja no 34 personām ar T2D un 12 saskaņotiem dalībniekiem, kuri veica NGT.

Visiem katras kohortas dalībniekiem tika veikti in vivo glikēmiskie fenotipi, kas parādīja paaugstinātu glikozes līmeni tukšā dūšā, HOMA-IR un insulīna līmeni tukšā dūšā indivīdiem ar T2D. Samazinātas hiperinsulīnēmiskās-euglikēmiskās skavas M vērtības parādīja samazinātu visa ķermeņa jutību pret insulīnu.

Studiju rezultāti

Tika novērota būtiska insulīna jutības m vērtības neviendabība. Interesanti, ka dažiem dalībniekiem ar T2D bija augstāka jutība pret insulīnu nekā tiem, kuriem bija normāla glikozes tolerance, neievērojot tradicionālās diagnostikas metodes un atbalstot precīzās medicīnas pieeju.

Eksperimentālie atklājumi parādīja skeleta muskuļu, īpaši fosfosignalizācijas, nozīmi visa ķermeņa jutībā pret insulīnu.

Diagnostikas grupās tika novērotas proteomiskās ainavas izmaiņas. Stratificētas proteomu-fenotipu asociācijas parādīja, ka mitohondriju olbaltumvielu saturs bija ļoti korelēts ar visa ķermeņa jutību pret insulīnu. Tomēr mitohondriju pārpilnība nebija unikāla T2D diagnozes iezīme, kas liecina, ka tas atspoguļo jutību pret insulīnu, nevis slimības statusu.

Turklāt pētījums ietver jaunus proteīnu noārdīšanās un aprites ceļus, tostarp proteasomu un ubikvitīna mediēto proteolīzi, kā arī Wnt un adrenerģiskos signālus, kas negatīvi korelē ar insulīna jutību. Tas liek domāt, ka olbaltumvielu maiņa var veicināt insulīna rezistenci.

Turpretī lielāks glikolītisko enzīmu daudzums bija negatīvi korelēts ar insulīna jutību.

Pētījumā arī tika uzsvērts, ka laktāta dehidrogenāzes izoformu (LDHA / LDHB) attiecība un vispārējās stehiometriskās attiecības starp glikolītiskajiem un oksidatīvās fosforilācijas proteīniem sniedza papildu ieskatu vielmaiņas variācijās, izmantojot individuālo olbaltumvielu pārpilnību.

Kopā 118 fosfosīti bija saistīti ar insulīna rezistenci tukšā dūšā, salīdzinot ar 66 fosfosītiem tikai insulīna stimulētā stāvoklī. Negaidīti pētījumā atklājās, ka tukšā dūšā fosfoproteomu paraksti paredzēja jutību pret insulīnu vēl spēcīgāk nekā insulīna stimulētā stāvoklī.

Bagātināšanas analīze atklāja, ka C-Jun N-termināla kināzes (JNK) un P38 ģimenes kināžu aktivācija bija saistīta ar insulīna rezistenci. Tāpēc JNK-P38 ceļš var būt galvenais cilvēka skeleta muskuļu signālu novirzes virzītājspēks insulīna rezistencē.

Šūnu testi arī noteica MAP kināzes aktivētās proteīnkināzes 2 (MAPKAPK2) lomu kā AMPKγ augšpuses regulatoru. 3 S65, kas ir ļoti svarīgs skeleta muskuļu insulīna jutības regulēšanai.

Tika konstatēts, ka AMPKγ3-S65 vieta ir unikāla cilvēkiem un ļoti korelē ar insulīna rezistenci, kas liecina, ka tā var kalpot kā cilvēkam specifisks marķieris vai terapeitiskais mērķis.

Pašreizējais pētījums parādīja insulīna rezistences disregulēto signalizācijas ceļu sarežģīto raksturu. Svarīgi ir tas, ka pētnieki atklāja, ka, lai gan dažos signalizācijas ceļos bija traucējumi, citi komponenti, piemēram, Akt un daži tā pakārtotie substrāti, palika funkcionāli pat cilvēkiem ar augstu insulīna rezistenci, parādot, ka insulīna rezistence neietekmē visus signalizācijas mezglus.

Pētījumā tika novērotas atšķirīgas dzimumu atšķirības proteomā un fosfoprotomā. Tomēr insulīna rezistences molekulārie paraksti vīriešiem un sievietēm lielākoties bija līdzīgi.

Kamēr vīriešiem bija augstāka olbaltumvielu ekspresija, kas saistīta ar glikozes metabolismu, sievietēm bija augstāka olbaltumvielu ekspresija, kas saistīta ar lipīdu metabolismu. Tomēr parādījās arī atšķirības kināzes aktivitātē, piemēram: B. CAMK2 un mTOR signalizācija. Tas izceļ dzimuma kā bioloģiskā mainīgā nozīmi.

Neskatoties uz šīm atšķirībām, signalizācijas paraksti, kas saistīti ar insulīna rezistenci, lielākoties tika saglabāti starp dzimumiem.

ierobežojumiem

Autori atzīmē, ka pētījuma klīniskā pētījuma dizains identificēja asociācijas, nevis cēloņsakarības mehānismus. 2. tipa diabēta neviendabīgums palielina sarežģītību, un paraugs tomēr var nebūt pilnīgs ar visiem T2D fenotipiem vai demogrāfisko daudzveidību.

Lielākajai daļai sieviešu bija pēcmenopauzes vai perimenopauzes periods, un iespējamie traucējošie faktori, piemēram, diēta un medikamenti, netika plaši kontrolēti. Ir nepieciešami turpmāki pētījumi, jo īpaši attiecībā uz AMPKγ3 -S65 vietas funkcionālo lomu.

Secinājumi

Pašreizējais pētījums identificēja galvenos molekulāros ceļus, kas saistīti ar insulīna rezistenci. Skeleta muskuļu molekulārais paraksts bija cieši saistīts ar insulīna jutības klīniskajiem marķieriem, nevis ar glikozes kontroli tukšā dūšā.

Skeleta muskuļu tukšā dūšā proteomu un fosfoprotomu paraksti tika identificēti kā nozīmīgi visa ķermeņa insulīna jutības noteicēji.

Selektīvie insulīna signālu komponenti, piemēram, Akt substrāti, saglabājās pat insulīna rezistentiem pacientiem. Tas liecina, ka insulīna rezistence neietekmē visus signalizācijas ceļus vienādi.

Pētījums atbalsta nepieciešamību pāriet no kategoriskām diagnostikas grupām un tā vietā koncentrēties uz individualizētām, mehāniski informētām T2D aprūpes stratēģijām.

Turpmākajos pētījumos jāņem vērā T2D neviendabīgums pacientu vidū un jākoncentrējas uz pielāgotu stratēģiju izstrādi T2D ārstēšanai.

Avoti: