Co napędza insulinooporność? Proteomika odkrywa kluczowe ścieżki w ludzkich mięśniach szkieletowych

Co napędza insulinooporność? Proteomika odkrywa kluczowe ścieżki w ludzkich mięśniach szkieletowych

Dzięki zrozumieniu, w jaki sposób białka mięśni na czczo sygnalizują insulinooporność, badanie to toruje drogę do spersonalizowanych metod leczenia cukrzycy typu 2 w oparciu o indywidualne profile molekularne.

​​​​​​​​​​Badanie:Spersonalizowane sygnatury molekularne insulinooporności i cukrzycy typu 2. Źródło zdjęcia: Mikrogen/Shutterstock.com

Badanie opublikowane niedawno w czasopiśmiekomórkawykorzystali najnowocześniejszą technologię proteomiczną do mapowania molekularnych sygnatur insulinooporności u pacjentów chorych na cukrzycę.

Zrozumienie heterogeniczności w cukrzycy typu 2

Cukrzyca typu 2 (T2D) to szybko rozwijająca się choroba metaboliczna, charakteryzująca się na całym świecie podwyższonym poziomem glukozy we krwi na czczo lub po spożyciu posiłku.

T2D wiąże się również z obwodową insulinoopornością, wpływającą na mięśnie szkieletowe, wątrobę i tkankę tłuszczową. Niedawne badanie udokumentowało, że na T2D cierpi ponad 500 milionów ludzi na całym świecie.

Czynniki genetyczne i środowiskowe wpływają na heterogenną patogenezę T2D. Stratyfikacja podgrup i głębokie fenotypowanie umożliwiły identyfikację odrębnych skupisk T2D powiązanych z różnymi wynikami klinicznymi.

Odkrycie to podkreśla potrzebę uwzględnienia ciągłej zmienności funkcji metabolicznych podczas diagnozowania i leczenia pacjentów, ponieważ tradycyjne kategorie diagnostyczne (takie jak T2D lub prawidłowa tolerancja glukozy) mogą nie w pełni odzwierciedlać podstawową biologię.

Poprzednie badania wykazały, że mięśnie szkieletowe są główną tkanką związaną z stymulowanym insuliną wychwytem glukozy i główną lokalizacją insulinooporności w T2D.

Nieprawidłowy wychwyt glukozy stymulowany insuliną może być spowodowany defektem postreceptorowym, takim jak: W normalnych warunkach zmniejsza się liczebność cząsteczek sygnalizacyjnych lub transporterów glukozy.

Aby opracować spersonalizowane metody leczenia i zidentyfikować indywidualne różnice w sygnalizacji insuliny, które przyczyniają się do heterogeniczności T2D, konieczna jest wszechstronna ocena całego systemu.

Chociaż proteomika oparta na spektrometrii mas została w znacznym stopniu wykorzystana w badaniach nad nowotworami, w niewielu badaniach proteomicznych przeprowadzonych na odpowiednich tkankach związanych z insulinoopornością zastosowano tę strategię.

Identyfikacja różnic w cechach fenotypowych, sygnaturach proteomów i fosfoprotomów oraz zróżnicowanych reakcjach na bodźce środowiskowe może pomóc w określeniu zmian w białkach i szlakach sprawczych. Informacje te mogą umożliwić opracowanie medycyny spersonalizowanej w leczeniu T2D.

O badaniu

W bieżącym badaniu wykorzystano technologię proteomiczną i głębokąNa żywoFenotypowanie w celu mapowania cech diabetogennych w oparciu o krajobraz białkowy osób zdrowych i chorych na cukrzycę.

Do badania włączono zarówno mężczyzn, jak i kobiety z prawidłową tolerancją glukozy (NGT) lub T2D. Wszystkich uczestników dobrano pod względem wieku, płci, wskaźnika masy ciała (BMI) i palenia.

Każdy uczestnik z nadciśnieniem (powyżej 160/100 mm Hg), aktywnie używający nikotyny, ze zdiagnozowaną chorobą sercowo-naczyniową (CVD) lub leczony warfaryną, insuliną, kortykosteroidami lub litem.

Próbki do biopsji pobrano zSzerokie boczneMięśnie kwalifikujących się uczestników przed i podczas klamry hiperinsulinemiczno-uglikemicznej.

Podejście to umożliwiło identyfikację proteomicznych i fosfoproteomicznych sygnatur molekularnych u osób w stanie szybkim oraz dynamikę ostrej sygnalizacji insulinowej.

Warto zauważyć, że większość kobiet biorących udział w badaniu była w okresie pomenopauzalnym lub okołomenopauzalnym, co może mieć wpływ na porównania metaboliczne.

Kohortę walidacyjną uzyskano z wcześniej opublikowanego badania, aby potwierdzić powtarzalność wyników.

Projekt badania

Kohorta odkrywcza obejmowała 77 uczestników i została wykorzystana do określenia krajobrazu molekularnego insulinooporności i cukrzycy typu 2 (T2D). Spośród nich u 34 uczestników zdiagnozowano T2D, a u 43 osób NGT.

W celu potwierdzenia wyników utworzono kohortę walidacyjną, składającą się z 34 osób z T2D i 12 dopasowanych uczestników, którzy wykonali NGT.

U wszystkich uczestników w każdej kohorcie wykonano badania fenotypowe glikemii in vivo, które wykazały podwyższony poziom glukozy na czczo, HOMA-IR i insuliny na czczo u osób z T2D. Zmniejszone wartości M wynikające z klamry hiperinsulinemiczno-euglikemicznej wykazały zmniejszoną wrażliwość całego organizmu na insulinę.

Wyniki badań

Zaobserwowano znaczną niejednorodność wartości m wrażliwości na insulinę. Co ciekawe, niektórzy uczestnicy z T2D wykazali wyższą wrażliwość na insulinę niż osoby z prawidłową tolerancją glukozy, co sprzeciwiało się konwencjonalnym metodom diagnostycznym i wspierało podejście medycyny precyzyjnej.

Wyniki eksperymentów wykazały znaczenie mięśni szkieletowych, zwłaszcza sygnalizacji fosfo, dla wrażliwości całego organizmu na insulinę.

W obrębie grup diagnostycznych zaobserwowano różnice w krajobrazie proteomicznym. Stratyfikowane powiązania proteom-fenotyp wykazały, że zawartość białka mitochondrialnego była silnie skorelowana z wrażliwością całego organizmu na insulinę. Jednakże liczebność mitochondriów nie była unikalną cechą diagnozy T2D, co sugeruje, że odzwierciedla ona raczej wrażliwość na insulinę niż stan choroby.

Ponadto badanie wskazuje na nowe szlaki degradacji i obrotu białek, w tym proteolizę za pośrednictwem proteasomów i ubikwityny, a także sygnalizację Wnt i adrenergiczną, które są ujemnie skorelowane z wrażliwością na insulinę. Sugeruje to, że zmieniony obrót białek może przyczyniać się do insulinooporności.

Natomiast większa zawartość enzymów glikolitycznych była ujemnie skorelowana z wrażliwością na insulinę.

W badaniu podkreślono również, że stosunek izoform dehydrogenazy mleczanowej (LDHA/LDHB) i ogólne zależności stechiometryczne między białkami fosforylacji glikolitycznej i oksydacyjnej zapewniły dodatkowy wgląd w zmienność metaboliczną poprzez indywidualną obfitość białka.

Łącznie 118 fosfozytów powiązano z insulinoopornością na czczo, w porównaniu z 66 fosfozytami w samym stanie stymulowanym insuliną. Nieoczekiwanie badanie wykazało, że sygnatury fosfoproteomów na czczo przewidywały wrażliwość na insulinę nawet silniej niż te w stanie stymulowanym insuliną.

Analiza wzbogacenia ujawniła, że ​​aktywacja N-końcowej kinazy C-Jun (JNK) i kinaz z rodziny P38 była powiązana z insulinoopornością. Dlatego szlak JNK-P38 może być głównym czynnikiem wpływającym na nieprawidłową sygnalizację ludzkich mięśni szkieletowych w insulinooporności.

Testy komórkowe określiły także rolę kinazy białkowej 2 aktywowanej kinazą MAP (MAPKAPK2) jako wcześniejszego regulatora AMPKγ. 3S65, który ma kluczowe znaczenie dla regulacji wrażliwości mięśni szkieletowych na insulinę.

Stwierdzono, że miejsce AMPKγ3-S65 jest unikalne u ludzi i silnie skorelowane z insulinoopornością, co sugeruje, że może służyć jako specyficzny dla człowieka marker lub cel terapeutyczny.

Obecne badanie wykazało złożoną naturę rozregulowanych szlaków sygnałowych w insulinooporności. Co ważne, naukowcy odkryli, że chociaż pewne ścieżki sygnalizacyjne były upośledzone, inne składniki, takie jak Akt i niektóre jego dalsze substraty, pozostały funkcjonalne nawet u osób z dużą insulinoopornością, co pokazuje, że insulinooporność nie wpływa w równym stopniu na wszystkie węzły sygnalizacyjne.

W badaniu zaobserwowano wyraźne różnice między płciami w proteomie i fosfoprotomie. Jednakże molekularne cechy insulinooporności pozostały w dużej mierze podobne u mężczyzn i kobiet.

Podczas gdy mężczyźni wykazali wyższą ekspresję białek związanych z metabolizmem glukozy, kobiety wykazywały wyższą ekspresję białek związanych z metabolizmem lipidów. Jednakże pojawiły się również różnice w aktywności kinaz, takie jak: sygnalizacja B. CAMK2 i mTOR. To podkreśla znaczenie płci jako zmiennej biologicznej.

Pomimo tych różnic, sygnatury sygnalizacyjne związane z insulinoopornością były w dużej mierze zachowane u obu płci.

ograniczenia

Autorzy zauważają, że w ramach badania klinicznego w ramach badania zidentyfikowano powiązania, a nie mechanizmy przyczynowe. Heterogeniczność cukrzycy typu 2 zwiększa złożoność, a próbka może jednak nie obejmować wszystkich fenotypów T2D lub różnorodności demograficznej.

Większość kobiet była w okresie pomenopauzalnym lub okołomenopauzalnym, a potencjalne czynniki zakłócające, takie jak dieta i leki, nie były dokładnie kontrolowane. Konieczne są dalsze badania, szczególnie dotyczące funkcjonalnej roli miejsca AMPKγ3-S65.

Wnioski

W obecnym badaniu zidentyfikowano kluczowe szlaki molekularne powiązane z insulinoopornością. Sygnatura molekularna mięśni szkieletowych była silnie powiązana z klinicznymi markerami wrażliwości na insulinę niż z kontrolą glikemii na czczo.

Sygnatury proteomu i fosfoprotomu mięśni szkieletowych na czczo uznano za istotne wyznaczniki wrażliwości całego organizmu na insulinę.

Selektywne składniki sygnalizacji insuliny, takie jak substraty Akt, pozostały obecne nawet u pacjentów opornych na insulinę. Sugeruje to, że insulinooporność nie wpływa jednakowo na wszystkie szlaki sygnałowe.

Badanie potwierdza potrzebę wyjścia poza kategoryczne grupowania diagnostyczne i zamiast tego skupienia się na zindywidualizowanych, opartych na mechanizmach strategiach opieki nad T2D.

Przyszłe badania muszą uwzględniać heterogeniczność T2D wśród pacjentów i skupiać się na opracowaniu dostosowanych strategii leczenia T2D.

Źródła: