Kaj poganja insulinsko rezistenco? Proteomika razkriva ključne poti v človeških skeletnih mišicah

Kaj poganja insulinsko rezistenco? Proteomika razkriva ključne poti v človeških skeletnih mišicah

Z razumevanjem, kako mišične beljakovine na tešče signalizirajo insulinsko rezistenco, ta študija utira pot prilagojenemu zdravljenju sladkorne bolezni tipa 2, ki temelji na posameznih molekularnih profilih.

​​​​​​​​​​​študija:Personalizirani molekularni podpisi inzulinske rezistence in sladkorne bolezni tipa 2. Avtor fotografije: Mikrogen/Shutterstock.com

Študija, nedavno objavljena v revijicelicauporabil najsodobnejšo proteomsko tehnologijo za preslikavo molekularnih podpisov insulinske rezistence pri bolnikih s sladkorno boleznijo.

Razumevanje heterogenosti pri sladkorni bolezni tipa 2

Sladkorna bolezen tipa 2 (T2D) je hitro rastoča presnovna bolezen, za katero je po vsem svetu značilna povišana raven glukoze v krvi med postom ali po zaužitju hrane.

T2D je povezan tudi s periferno insulinsko rezistenco, ki vpliva na skeletne mišice, jetra in maščobno tkivo. Nedavna študija je dokumentirala, da več kot 500 milijonov ljudi po vsem svetu živi s T2D.

Genetski in okoljski dejavniki vplivajo na heterogeno patogenezo T2D. Stratifikacija podskupin in globoka fenotipizacija sta omogočili identifikacijo različnih skupin T2D, povezanih z različnimi kliničnimi rezultati.

Ta ugotovitev poudarja potrebo po upoštevanju stalnih variacij presnovne funkcije pri diagnosticiranju in zdravljenju bolnikov, saj tradicionalne diagnostične kategorije (kot je T2D ali normalna toleranca za glukozo) morda ne bodo v celoti zajele osnovne biologije.

Prejšnje študije so pokazale, da so skeletne mišice primarno tkivo, povezano z insulinom stimuliranim privzemom glukoze, in glavno mesto insulinske rezistence pri T2D.

Nepravilen privzem glukoze, ki ga spodbuja insulin, je lahko posledica postreceptorske okvare, kot je: Zmanjša številčnost signalnih molekul ali prenašalcev glukoze v normalnih pogojih.

Potrebna je celovita sistemska ocena za razvoj prilagojenih zdravljenj za identifikacijo posameznih razlik v signalizaciji insulina, ki prispevajo k heterogenosti T2D.

Čeprav je bila proteomika, ki temelji na masni spektrometriji, v veliki meri uporabljena pri raziskavah raka, je le malo proteomskih študij v ustreznih tkivih, povezanih z insulinsko rezistenco, uporabilo to strategijo.

Prepoznavanje razlik v fenotipskih lastnostih, podpisih proteoma in fosfoprotoma ter diferencialnih odzivih na okoljske dražljaje bi lahko pomagalo določiti spremembe v vzročnih proteinih in poteh. Te informacije bi lahko omogočile razvoj prilagojene medicine za T2D.

O študiju

Trenutna študija je uporabila tehnologijo proteomike in globokoIn vivoFenotipizacija za preslikavo diabetogenih lastnosti na podlagi beljakovinske pokrajine normalnih in diabetičnih posameznikov.

Zaposleni so bili moški in ženske z normalno toleranco za glukozo (NGT) ali T2D. Vsi udeleženci so bili usklajeni glede na starost, spol, indeks telesne mase (ITM) in status kajenja.

Vsak udeleženec, ki ima hipertenzijo (nad 160/100 mm Hg), aktivno uporablja nikotin, ima diagnosticirano srčno-žilno bolezen (KVB) ali se zdravi z varfarinom, insulinom, kortikosteroidi ali litijem.

Vzorci biopsije so bili pridobljeni izVastus lateralisMišičje upravičenih udeležencev pred in med hiperinzulinemično-glikemično spono.

Ta pristop je omogočil identifikacijo proteomskih in fosfoproteomskih molekularnih podpisov pri posameznikih v hitrem stanju in dinamiko akutnega inzulinskega signaliziranja.

Omeniti velja, da je bila večina žensk v študiji v post- ali perimenopavzi, kar lahko vpliva na presnovne primerjave.

Validacijsko kohorto so pridobili iz predhodno objavljene študije, da bi potrdili ponovljivost rezultatov.

Oblikovanje študija

Kohorta odkritja je vključevala 77 udeležencev in je bila uporabljena za določitev molekularne pokrajine inzulinske rezistence in sladkorne bolezni tipa 2 (T2D). Od teh je bilo 34 udeležencem diagnosticiran T2D in 43 posameznikov je imelo NGT.

Za validacijo rezultatov je bila razvita validacijska kohorta, sestavljena iz 34 posameznikov s T2D in 12 ustreznih udeležencev, ki so opravili NGT.

Vsi udeleženci v vsaki kohorti so bili podvrženi in vivo glikemičnim fenotipom, ki so pokazali povišano raven glukoze na tešče, HOMA-IR in ravni insulina na tešče pri posameznikih s T2D. Zmanjšane hiperinzulinemično-evglikemične vrednosti M, pridobljene s sponkami, so pokazale zmanjšano občutljivost celega telesa za insulin.

Rezultati študije

Opazili so pomembno heterogenost m-vrednosti občutljivosti na insulin. Zanimivo je, da so nekateri udeleženci s T2D pokazali večjo občutljivost na inzulin kot tisti z normalno toleranco za glukozo, kar je nasprotovalo običajnim diagnostičnim metodam in podpiralo pristop natančne medicine.

Eksperimentalne ugotovitve so pokazale pomen skeletnih mišic, zlasti fosfo-signalizacije, pri občutljivosti celega telesa na insulin.

V diagnostičnih skupinah so opazili razlike v proteomski pokrajini. Stratificirana združenja proteoma in fenotipa so pokazala, da je bila vsebnost mitohondrijskih beljakovin močno povezana z občutljivostjo celega telesa na insulin. Vendar pa številčnost mitohondrijev ni bila edinstvena značilnost diagnoze T2D, kar kaže, da odraža občutljivost na inzulin in ne stanje bolezni.

Poleg tega študija implicira nove poti razgradnje in presnove beljakovin, vključno s proteolizo, ki jo posreduje proteasom in ubikvitin, kot tudi Wnt in adrenergično signalizacijo, ki sta v negativni korelaciji z občutljivostjo na insulin. To nakazuje, da lahko spremenjeni promet beljakovin prispeva k insulinski rezistenci.

Nasprotno pa je bila višja številčnost glikolitičnih encimov negativno povezana z občutljivostjo na insulin.

Študija je tudi poudarila, da razmerje izooblik laktat dehidrogenaze (LDHA/LDHB) in splošna stehiometrična razmerja med glikolitičnimi in oksidativnimi fosforilacijskimi proteini zagotavljajo dodaten vpogled v presnovne variacije prek številčnosti posameznih beljakovin.

Skupaj 118 fosfozitov je bilo povezanih z insulinsko rezistenco v stanju na tešče, v primerjavi s 66 fosfoziti samo v stanju, stimuliranem z insulinom. Študija je nepričakovano ugotovila, da fosfoproteomski podpisi v stanju na tešče še močneje napovedujejo občutljivost za insulin kot tisti v stanju, stimuliranem z insulinom.

Obogatitvena analiza je pokazala, da je bila aktivacija C-Jun N-terminalne kinaze (JNK) in družine kinaz P38 povezana z insulinsko rezistenco. Zato je lahko pot JNK-P38 prevladujoče gonilo nenormalnega signaliziranja človeških skeletnih mišic pri insulinski rezistenci.

Celični testi so prav tako določili vlogo protein kinaze 2 (MAPKAPK2), aktivirane s kinazo MAP, kot regulatorja AMPKγ navzgor. 3 S65, ki je ključen za uravnavanje občutljivosti skeletnih mišic na insulin.

Ugotovljeno je bilo, da je mesto AMPKγ3-S65 edinstveno pri ljudeh in močno povezano z insulinsko rezistenco, kar nakazuje, da lahko služi kot človeško specifičen marker ali terapevtski cilj.

Trenutna študija je pokazala kompleksno naravo nereguliranih signalnih poti pri insulinski rezistenci. Pomembno je, da so raziskovalci ugotovili, da čeprav je prišlo do okvare v določenih signalnih poteh, so druge komponente, kot je Akt in nekateri njeni spodnji substrati, ostale delujoče tudi pri posameznikih, ki so zelo odporni na inzulin, kar dokazuje, da insulinska rezistenca ne vpliva enako na vsa signalna vozlišča.

Študija je opazila izrazite razlike med spoloma v proteomu in fosfoprotomu. Vendar pa so molekularni znaki inzulinske rezistence ostali v veliki meri podobni pri moških in ženskah.

Medtem ko so moški pokazali večjo ekspresijo beljakovin, povezanih s presnovo glukoze, so ženske pokazale večjo ekspresijo beljakovin, povezanih s presnovo lipidov. Pojavile pa so se tudi razlike v aktivnosti kinaze, kot so: B. CAMK2 in signalizacija mTOR. To poudarja pomen spola kot biološke spremenljivke.

Kljub tem razlikam so bili signalni znaki, povezani z insulinsko rezistenco, večinoma ohranjeni med spoloma.

omejitve

Avtorji ugotavljajo, da je zasnova klinične raziskave študije identificirala povezave in ne vzročne mehanizme. Heterogenost sladkorne bolezni tipa 2 dodatno zaplete in vzorec morda ne vsebuje vseh fenotipov T2D ali demografske raznolikosti.

Večina žensk je bila v obdobju po ali pred menopavzo, potencialni moteči dejavniki, kot so prehrana in zdravila, pa niso bili obsežno nadzorovani. Potrebne so nadaljnje študije, zlasti glede funkcionalne vloge mesta AMPKγ3 -S65.

Sklepi

Sedanja študija je identificirala ključne molekularne poti, povezane z insulinsko rezistenco. Molekularni podpis skeletnih mišic je bil močno povezan s kliničnimi markerji občutljivosti na inzulin kot z nadzorom glukoze na tešče.

Značilnosti proteoma in fosfoprotoma skeletnih mišic na tešče so bile opredeljene kot pomembne determinante inzulinske občutljivosti celega telesa.

Selektivne komponente insulinske signalizacije, kot so substrati Akt, so ostale prisotne tudi pri bolnikih, odpornih na insulin. To nakazuje, da insulinska rezistenca ne vpliva enako na vse signalne poti.

Študija podpira potrebo po preseganju kategoričnih diagnostičnih skupin in namesto tega osredotočanju na individualizirane, mehanično informirane strategije za oskrbo T2D.

Prihodnje raziskave morajo upoštevati heterogenost T2D med bolniki in se osredotočiti na razvoj prilagojenih strategij za zdravljenje T2D.

Viri: