Co řídí inzulínovou rezistenci? Proteomika odhaluje klíčové cesty v lidském kosterním svalu

Odhalením, jak půst svalové proteiny signalizují rezistenci na inzulín, tato studie připravuje cestu pro personalizované léčby diabetes typu 2 založené na jednotlivých molekulárních profilech.

​​​​​​​​​​​​​​Studie: Personalizované molekulární podpisy inzulínové rezistence a diabetes typu 2. Obrázek kredit: mikrogen/shutterstock.com

Nedávná studie zveřejněná v časopise BuňkaVyužila nejmodernější proteomická technologie k mapování molekulárních podpisů inzulínové rezistence u pacientů s diabetem.

Pochopení heterogenity u diabetu 2. typu

Diabetes 2. typu (T2D) je rychle rostoucí metabolický stav po celém světě charakterizovaný zvýšenou hladinou glukózy v krvi během půstu nebo po spotřebě potravin.

T2D je také spojena s periferní inzulínovou rezistencí, která ovlivňuje kosterní sval, játra a tukové tkáně. Nedávná studie dokumentovala, že více než 500 milionů lidí žije s T2D po celém světě.

Heterogenní patogeneze T2D ovlivňují genetické a environmentální faktory. Stratifikace podskupiny a hluboké fenotypizace umožnily identifikaci odlišných klastrů T2D spojených s různými klinickými výsledky.

Toto zjištění zdůrazňuje potřebu zvážení nepřetržité změny metabolické funkce při diagnostice a léčbě pacientů jako konvenční diagnostické kategorie (jako je T2D nebo normální tolerance glukózy) nemusí plně zachytit základní biologii.

Předchozí studie ukázaly, že kosterní sval je primární tkáň spojená s absorpcí glukózy stimulovanou inzulinem a hlavním místem inzulínové rezistence v T2D.

Nesprávné absorpce glukózy stimulované inzulínem by mohlo být způsobeno defektem po receptoru, jako je nedostatečný nábor glukózového transportéru 4 (GLUT4) na plazmatickou membránu a posttranslační modifikace. Snižuje hojnost signálních molekul nebo transportérů glukózy v normálních podmínkách.

K vývoji personalizovaných ošetření je nutné komplexní hodnocení celého systému k identifikaci jednotlivých variací signalizace inzulínu přispívajících k heterogenitě T2D.

Ačkoli proteomika založená na hmotnostní spektrometrii byla ve výzkumu rakoviny významně využita, tuto strategii využilo jen málo studií souvisejících s proteomikou v příslušných tkáních souvisejících s inzulínovou rezistencí.

Identifikace rozdílů ve fenotypových vlastnostech, proteomových a fosfoproteových podpisech a různých reakcích na environmentální podněty by mohly pomoci určit změny v příčinných proteinech a cestách. Tyto informace by mohly umožnit rozvoj personalizované medicíny pro T2D.

O studii

Současná studie použila proteomickou technologii a hlubokou nadarmo Fenotypizace pro mapování diabetogenních rysů založených na krajině proteinu kosterního svalu normálních a diabetických jedinců.

Byli přijati muži i ženy s normální tolerancí glukózy (NGT) nebo T2D. Všichni účastníci byli spárováni na základě věku, pohlaví, indexu tělesné hmotnosti (BMI) a kouření.

Každý účastník vykazující vysoký krevní tlak (nad 160/100 mm Hg), aktivně s použitím nikotinu, diagnostikoval kardiovaskulární onemocnění (CVD) nebo byl vyloučen ošetřen warfarinem, inzulínem, kortikosteroidy nebo lithiem.

Biopsie Vzorky byly získány z obrovský lateralis Sval způsobilých účastníků před a během hyperinzulinemicky-euglykemické svorky.

Tento přístup umožnil identifikaci proteomických a fosfoproteomických molekulárních podpisů u jedinců ve stavu nalačno a dynamiku akutní signalizace inzulínu.

Je pozoruhodné, že většina žen ve studii byla post- nebo peri-menopauzální, což může ovlivnit metabolické srovnání.

Validační kohorta byla získána z dříve publikované studie, aby se potvrdila reprodukovatelnost výsledků.

Návrh studie

Kohorta objevu zahrnovala 77 účastníků a byla použita ke stanovení molekulární krajiny inzulínové rezistence a diabetu typu 2 (T2D). Z nich bylo 34 účastníků diagnostikováno s T2D a 43 jedinců mělo NGT.

Ověřování ověření byla navržena pro ověření zjištění, která se skládala z 34 jedinců s T2D a 12 účastníky s porovnáním vystavujících NGT.

Všichni účastníci každé kohorty podstoupili in vivo glykemickou fenotypizaci, která odhalila zvýšenou hladinu glukózy nalačno, homa-IR a inzulínu nalačno u jedinců s T2D. Snížená hyperinzulinemicky-euglykemická hodnota M-M-hodnoty naznačila sníženou citlivost na inzulín celého těla.

Nálezy studie

Byla pozorována významná heterogenita v hodnotě m citlivosti na inzulínu. Je zajímavé, že někteří účastníci s T2D vykazovali vyšší citlivost na inzulín než ti s normální tolerancí glukózy, proti konvenčním diagnostickým metodám a podporovali přesný medicínský přístup.

Experimentální nálezy naznačily důležitost kosterního svalu, zejména fosfo-podepisování, v citlivosti na inzulín celého těla.

Byla pozorována variace v proteomické krajině v diagnostických skupinách. Stratifikované asociace proteome-fenotypů odhalily obsah mitochondriálního proteinu silně koreloval s citlivostí na inzulín celého těla. Mitochondriální hojnost však nebyla odlišným rysem diagnózy T2D, což naznačuje, že odráží citlivost na inzulín, nikoli stav onemocnění.

Studie navíc nově implikovala degradaci proteinu a obrat, včetně proteazomu a proteolýzy zprostředkované ubikvitinem, jakož i Wnt a adrenergní signalizace, protože negativně korelovala s citlivostí na inzulín. To naznačuje, že změněný obrat proteinu může přispět k rezistenci na inzulín.

Naproti tomu vyšší hojnost glykolytických enzymů byla negativně korelována s citlivostí na inzulín.

Studie také zdůraznila, že poměr izoformy laktát dehydrogenázy (LDHA/LDHB) a celkové stechiometrické vztahy mezi glykolytickými a oxidačními fosforylačními proteiny poskytly přidané vhled do metabolické variace nad jednotlivou hojnost proteinu.

Bylo zjištěno, že celkem 118 fosfositů je spojeno s inzulínovou rezistencí ve stavu nalačno, ve srovnání s 66 fosfositu výhradně v inzulinově stimulovaném stavu. Studie neočekávaně zjistila, že fosfoproteomové podpisy nalačno byly ještě prediktivní pro citlivost na inzulín než u stavů stimulovaných inzulínem.

Analýza obohacení ukázala, že aktivace C-Jun N-terminální kinázy (JNK) a p38 rodinné kinázy byla spojena s inzulínovou rezistencí. Proto by cesta JNK-P38 mohla být převládajícím ovladačem signalizace aberantního lidského kosterního svalu v rezistenci na inzulín.

Buněčné testy také určily roli proteinové kinázy 2 aktivované MAP kinázy 2 (MapKaPK2) jako upstream regulátoru AMPKy3 S65, zásadní při regulaci citlivosti na inzulín kosterního svalu.

Místo AMPKy3 S65 bylo jedinečně nalezeno u lidí a silně korelovalo s inzulínovou rezistencí, což naznačuje, že by mohlo sloužit jako marker nebo terapeutický cíl specifický pro člověka.

Současná studie prokázala komplexní povahu dysregulovaných signálních drah v inzulínové rezistenci. Důležité je, že vědci zjistili, že ačkoli v určitých signálních drahách došlo k poškození, jiné složky, jako je Akt a některé z jeho downstream substrátů, zůstaly funkční i u vážně rezistentních jedinců rezistentních na inzulín, což ukazuje, že inzulínová rezistence neovlivňuje všechny signální uzly.

Studie pozorovala odlišné pohlavní rozdíly v proteomu a fosfoproteomu. Molekulární podpisy inzulínové rezistence však zůstaly mezi muži a ženami široce podobné.

Zatímco muži vykazovali vyšší expresi proteinů souvisejících s metabolismem glukózy, ženy vykazovaly vyšší expresi proteinů souvisejících s metabolismem lipidů. Objevily se však také rozdíly v kinázové aktivitě, jako je signalizace CAMK2 a MTOR. To zdůrazňuje význam sexu jako biologické proměnné.

Navzdory těmto rozdílům byly signalizační signalizační podpisy související s rezistencí na inzulínu do značné míry konzervovány u pohlaví.

Omezení

Autoři poznamenávají, že návrh klinického výzkumu studie identifikuje spíše asociace než příčinné mechanismy. Heterogenita diabetu 2. typu přidává složitost a vzorek, i když větší než většina, nemusí plně představovat všechny fenotypy T2D nebo demografickou rozmanitost.

Většina žen byla post- nebo peri-menopauzální a potenciální zmatky, jako je strava a léky, nebyly vyčerpánně kontrolovány. Je vyžadován další výzkum, zejména pokud jde o funkční roli místa AMPKy3 S65.

Závěry

Současná studie identifikovala klíčové molekulární dráhy spojené s inzulínovou rezistencí. Molekulární podpis kosterního svalu byl silně spojen s klinickými markery citlivosti na inzulín spíše než kontrola glukózy nalačno.

Proteom a fosfoproteomové podpisy kosterního svalu ve stavu půstu byly identifikovány jako významné determinanty citlivosti na inzulín celého těla.

Selektivní složky inzulínové signalizace, jako jsou substráty Akt, zůstaly aktivní i u účastníků rezistentních na inzulín. To naznačuje, že rezistence na inzulín neovlivňuje všechny signální dráhy stejně.

Studie podporuje potřebu překročit kategorické diagnostické seskupení a místo toho se zaměřit na individualizované, mechanicky informované strategie pro péči T2D.

Budoucí výzkum musí zvážit heterogenitu u T2D u pacientů a zaměřit se na rozvoj strategií přizpůsobených pro léčbu T2D.