Syndrom polycystických ovarií u diabetu 1. typu

Funkční ovariální hyperandrogenismus a jeho nejčastější fenotypový projev, syndrom polycystických ovarií (PCOS), má celosvětovou prevalenci podobnou jako jiné pandemické metabolické entity, jako je diabetes 2. typu, s čísly pohybujícími se od 6,5 % žen v našem prostředí při použití přísných klasických kritérií až po 17–21 % premenopauzálních žen z Evropy a Spojených států podle nejnovějších a inkluzivních diagnostických kritérií. Téměř všechny klasické i neklasické kardiovaskulární rizikové faktory se shlukují u žen s touto poruchou již od raného věku. Stavy jako obezita, diabetes 2. typu, hypertenze nebo dyslipidémie kladou tuto prevalenci populace do vyššího rizika kardiovaskulárních příhod ve srovnání s nehyperandrogenními ženami. PCOS je komplexní syndrom s familiární agregací, ve kterém ochranné a usnadňující environmentální faktory spouštějí nástup hyperandrogenního fenotypu a jeho metabolické důsledky na predisponující genotyp.

SYNDROM POLYCYSTICKÝCH OVARIÍ A DIABETES MELLITUS 1. TYPU Jednou z metabolických událostí vlastních PCOS je nedostatečná orgánově závislá inzulinová akce primárně v játrech. Působením na tuto centrální poruchu je obezita hlavním přispěvatelem k periferní inzulinové rezistenci u těchto žen. Protože inzulin působí jako kogonadotropin na buňky theca stimulací různých enzymů zapojených do ovariální a adrenální steroidogeneze, může být jakýkoli stav spojující endogenní hyperinzulinismus, jako je obezita nebo diabetes 2. typu, asociován s PCOS. Nicméně, naše výzkumná skupina poprvé popsala asociaci mezi PCOS a DM1 před více než 20 lety. V této klíčové publikaci měly tyto dospívající a mladé dospělé ženy, které trpěly úplným poškozením sekrece inzulinu jako primárním mechanismem onemocnění namísto inzulinové rezistence a kompenzačního hyperinzulinismu, 3násobné zvýšení prevalence klasického PCOS ve srovnání s neselektovanými nehyperandrogenními ženami z obecné populace.

Tato asociace byla potvrzena v následných studiích provedených různými skupinami po celém světě. V nedávné metaanalýze a systematickém přehledu naší skupiny jsme hlásili zvýšenou prevalenci PCOS; v jejím horním rozsahu by taková prevalence mohla dosáhnout 34 % pacientů s DM1, což ztrojnásobuje čísla pozorovaná v obecné populaci pro klasický fenotyp PCOS, který je nejzávažnější z hlediska kardiometabolických důsledků. Z patofyziologického hlediska a vzhledem k zjevné absenci endogenního hyperinzulinismu u DM1 musí být tento vztah nutně podpořen exogenním podkožním podáváním inzulinu. U zdravých jedinců inzulin přímo dosáhne jater portální cirkulací po své pankreatické sekreci. Po vykonání svých akcí na této úrovni, s následnou jaterní clearance, přechází inzulin do systémové cirkulace v mnohem nižších koncentracích než těch nalezených v portální cirkulaci. U PCOS a jiných inzulinorezistentních stavů je inzulinová rezistence kompenzována zvýšenou pankreatickou sekrecí inzulinu, což vede k portálnímu a systémovému hyperinzulinismu. Naopak, u jedinců s DM1 je inzulin podáván subkutánně (nefyziologicky) a vykonává své účinky na různých orgánech a tkáních, včetně gonád a kůry nadledvin, než dosáhne jaterní tkáně v koncentracích dostatečných k potlačení glukoneogeneze; proto jsou systémové koncentrace inzulinu z tohoto důvodu nutně suprafyziologické. Naopak, jaterní hladiny inzulinu nejsou nadměrné, protože by to vyvolalo hypoglykemii, a to vysvětluje konstantní nález normálních hladin globulinu vázajícího pohlavní hormony (SHBG) u žen s DM1 a PCOS. Naopak, u žen s PCOS bez DM1 je syntéza a sekrece SHBG snížena v důsledku portálního hyperinzulinismu (k této inhibici přispívají také určité adipokiny vylučované viscerální tukovou tkání), situace, která nenastává u žen s DM1 v nepřítomnosti jaterního hyperinzulinismu.

Několik studií hlásilo negativní interakci mezi DM1 a PCOS z hlediska mikro- nebo makrovaskulárních komplikací. Přesto je pravděpodobné, že nadbytek androgenů negativně ovlivňuje distribuci tukové tkáně u žen s DM1 a PCOS, což je vystavuje riziku zvýšené abdominální adipozity a inzulinové rezistence. Na druhou stranu, podobně jako u těch žen s vysokým rizikem PCOS v obecné populaci – například těch s obezitou, dokonce extrémní obezitou, nebo příbuzných prvního stupně žen s PCOS – které nevyvíjejí charakteristiky syndromu, ne všichni pacienti s DM1, univerzálně léčeni subkutánním inzulinem, vyvinou PCOS, což naznačuje, že predispozice k PCOS je conditio sine qua non pro jeho výskyt.

DEFEKTY V OVARIÁLNÍ A ADRENÁLNÍ STEROIDOGENEZI Jak skutečnost, že PCOS není univerzální u žen s inzulinovou rezistencí a hyperinzulinismem, tak skutečnost, že inzulinová rezistence není univerzální u všech žen s PCOS, naznačují, že existuje primární defekt, který podporuje nadbytek androgenů u postižených žen, a že je to zásadní pro rozvoj syndromu v reakci na inzulin nebo jiné spouštěče. Elegantní studie provedené skupinou McAllistera před 20 lety na University of Pennsylvania demonstrovaly, že po několika pasážích v primární kultuře produkovaly buňky theca od pacientů s PCOS nadměrnou sekreci androgenů ve srovnání s těmi kontrolních žen bez syndromu. K tomu došlo kvůli vnitřně zvýšené expresi a aktivitě enzymu 17α-hydroxylázy/17,20-desmolázy (P450c17, CYP17), kvalitativního regulačního enzymu syntézy pohlavních steroidů, který katalyzuje jak 17α-hydroxylaci pregnenolonu a progesteronu, tak konverzi 17α-hydroxypregnenolonu na dehydroepiandrosteron. 17,20-desmolázová aktivita enzymu je regulována posttranskripčními mechanismy, včetně fosforylace serinových/threoninových zbytků samotného enzymu. Stejná skupina také demonstrovala zvýšenou expresi enzymu P450scc v buňkách theca žen s PCOS, což je kvantitativní regulační enzym ovariální a adrenální steroidogeneze, který katalyzuje konverzi cholesterolu na pregnenolon po přenosu cholesterolu z vnější na vnitřní mitochondriální membránu proteinem akutní regulace steroidogeneze (StAR). Protože jakýkoli faktor, který by mohl ovlivnit tyto buňky theca in vivo, samozřejmě nebyl přítomen po několika kulturálních pasážích, tyto alterace staví nadměrnou produkci androgenů jako primární ovariální defekt v PCOS, což potvrzuje klinické nálezy jako hyperreaktivita 17-hydroxyprogesteronu na gonadotropinovou stimulaci nebo perzistentní hyperandrogenemie po supresi adrenální steroidogeneze.

U asi jedné třetiny žen s PCOS má hyperandrogenismus také adrenální složku. Adrenální hyperreaktivita na kortikotropinovou stimulaci je běžná u žen s PCOS a hyperandrogenismem adrenálního původu. Pokles periferní regenerace kortizolu závislé na 11β-hydroxysteroid dehydrogenáze může vyvolat kompenzační hyperaktivaci kortikotropní osy, a tento defekt lze nalézt na jaterní úrovni u PCOS, indukovaný samotným ovariálním hyperandrogenismem. Dalším faktorem souvisejícím s adrenální aktivací by byla zvýšená exprese a aktivita dříve zmíněného enzymu 17α-hydroxylázy/17,20-desmolázy. Zvýšená fosforylace serinových/threoninových zbytků tohoto enzymu spolu s fosforylací serinových zbytků substrátu inzulinového receptoru-1 (IRS-1) by mohla představovat společnou událost spojující ovariální a adrenální hyperandrogenismus a inzulinovou rezistenci. Navíc, částečný funkční defekt v akci 3β-hydroxysteroid dehydrogenázy by mohl vést ke zvýšenému poměru adrenálních prekurzorů Δ5/Δ4 pozorovanému u některých žen s PCOS, buď způsobenému hyperinzulinismem charakteristickým pro syndrom, nebo společným alteracím v regulaci 17α-hydroxylázy/17,20-desmolázy a 3β-hydroxysteroid dehydrogenázy signální drahou MEK/ERK.

ADIPOZITA, VISCERÁLNÍ ADIPOZITA A TĚLESNÉ SLOŽENÍ U PCOS Příspěvek obezity k gonadální dysfunkci u žen a mužů je dobře známý. Nadváha zvyšuje prevalenci klasického PCOS až 4krát u neselektovaných žen v našem prostředí a 30 %–50 % žen s extrémní obezitou má rysy konzistentní s diagnózou PCOS. Navíc, odhadovaná prevalence obezity u žen s PCOS je blízká 50 %, ačkoli ještě pozoruhodnější je prevalence centrální adipozity, odvozená z 'maskulinizované' distribuce tukové tkáně, sestávající z viscerální depozice. Tato viscerální depozice může začít v dětství a během puberty, posilujíc hyperandrogenní fenotyp u predisponovaných dívek. Během dospělosti obezita a centrální adipozita zhoršují kardiovaskulární profil žen s PCOS.

Samotný nadbytek androgenů ovlivňuje genovou expresi a proteom viscerální tukové tkáně, a tak byl popsán mužský vzor exprese adipokinů v viscerální tukové tkáni. Androgeny jsou také silnými inhibitory adipogenní diferenciace, omezují počet adipocytů a jejich skladovací kapacitu v subkutánní tukové tkáni, takže nadbytek androgenů může omezit adaptivní kapacitu tukové tkáně u žen s PCOS vytvořením stavu lipotoxicity a dysfunkční sekrece adipocytokinů. Oxidační stres a subklinický chronický zánět vlastní PCOS také hrají roli v neschopnosti fyziologické expanze tukové tkáně a její metabolické dysregulace. Nakonec, vzájemný vztah mezi PCOS a abdominální obezitou je výsledkem bludného kruhu, ve kterém nadbytek androgenů podporuje depozici abdominálního viscerálního tuku, který přímo usnadňuje nadbytek androgenů ovariálního a adrenálního původu prostřednictvím sekrece a účinku autokrinních, parakrinních a endokrinních mediátorů [down-regulace adiponektinu a up-regulace tumor nekrotizujícího faktoru-alfa (TNF-α), IL-6 a leptinu], nebo nepřímo prostřednictvím indukce inzulinové rezistence a kompenzačního hyperinzulinismu.

INZULINOVÁ REZISTENCE, ZÁNĚT A OXIDAČNÍ STRES V PATOFYZIOLOGII PCOS Studie euglykemického klamu jsou konzistentní s postligandovou vazebnou poruchou inzulinového receptoru ovlivňující intracelulární metabolickou signální dráhu v tukové tkáni; alterace podporovaná nálezy z metabolomických studií ukazujících zvýšení plazmatických mastných kyselin s dlouhým řetězcem a glycerolu, což naznačuje zvýšenou lipolýzu, pravděpodobně související se sníženou senzitivitou k akci inzulinu v tukové tkáni. V souladu s tím má značný počet žen s PCOS zvýšenou fosforylaci serinových zbytků inzulinového receptoru, jehož funkce je inhibována snížením vnitřní kinázové aktivity jeho tyrosinových zbytků. Taková fosforylace je zprostředkována TNF-α, zejména u těch pacientů s abdominální obezitou, scénář odvozený z hyperandrogenního stimulu k uvolnění tohoto cytokinu mononukleárními buňkami, jak po lačnění, tak v reakci na příjem glukózy. U jiných žen fosforylace IRS-1 nebo aktivace fosfatidylinositol-3-kinázy zhoršuje inzulinovou rezistenci. Nicméně, inzulinová rezistence na úrovni adipocytu může být také zprostředkována jiným komplementárním mechanismem, konkrétně infiltrací této tkáně makrofágy. Zánětlivé makrofágy charakterizované expresí CD11c se shlukují kolem adipocytů tvořících korunovité struktury, jejichž hustota přímo koreluje se stupněm inzulinové rezistence. Tyto makrofágy budou vylučovat cytokiny jako TNF-α, podporující lokální zánětlivé prostředí. Ženy s PCOS vykazují zvýšenou expresi CD11c v makrofázích a korunovitých strukturách v subkutánní tukové tkáni přímo úměrně cirkulujícím hladinám testosteronu. Ve svalové tkáni žen s PCOS je také konstitutivně aktivována mitogenní dráha inzulinového receptoru, MAPK-ERK 1/2, zvyšující zvýšenou fosforylaci serinových zbytků IRS-1. Přítomnost mitochondriální dysfunkce u žen s funkčním hyperandrogenismem může přispívat k přítomnosti inzulinové rezistence. Oxidační stres indukovaný touto mitochondriální dysfunkcí je zapojen do patogeneze PCOS a metabolických komplikací souvisejících s hyperandrogenismem. Ačkoli některé studie nepotvrdily primární poškození mitochondriální funkce u PCOS, biomarkery oxidačního stresu jsou u těchto žen zvýšeny bez ohledu na přítomnost nadváhy. Navíc, alterace mitochondriální funkce hyperandrogenních žen s inzulinovou rezistencí připomínají ty u pacientů s diabetem 2. typu.

GENETICKÁ PREDISPOZICE PCOS je komplexní multigenní stav, který vzniká z interakce mezi ochrannými a predisponujícími genetickými variantami, které mohly být vybrány během věků evolucí kvůli ancestrální výhodě přežití, s environmentálními faktory hrajícími určující roli v expresi hyperandrogenního fenotypu. Mezi jinými, genomické varianty v genech regulujících androgenní biosyntézu, inzulinovou akci a zánět mohou být asociovány s predispozicí k PCOS. Metaanalýza rozsáhlých genomových asociačních studií, zahrnujících více než 10 000 žen s PCOS a 100 000 kontrol, všech evropského původu, identifikovala 14 lokusů asociovaných s hyperandrogenismem, regulací gonadotropinů a koncentracemi testosteronu u postižených žen, a korelace s obezitou, insulinemií, diabetem 2. typu, lipidovými hladinami a koronární aterosklerotickou chorobou, což naznačuje sdílenou genetickou architekturu mezi těmito metabolickými alteracemi a PCOS.

Tyto patofyziologické mechanismy popsané u žen s PCOS z obecné populace nebyly studovány u žen s DM1. Proto je popis usnadňujících a ochranných faktorů asociovaných s vývojem nebo absencí funkčního hyperandrogenismu a PCOS u žen s DM1 hlavním cílem tohoto výzkumného projektu.

HYPOTÉZA Existují individuální faktory, které vystavují nebo chrání ženy s DM1 před vývojem nadbytku androgenů a PCOS, navzdory iatrogennímu systémovému hyperinzulinismu, který všechny zažívají v důsledku subkutánního podávání inzulinu, který potřebují k přežití. Nadbytek androgenů u žen s DM1 může zvýšit jejich kardiometabolické riziko.

CÍLE STUDIE HLAVNÍ CÍL: Odhalení patogenních mechanismů za funkčním hyperandrogenismem u žen s DM1 z perspektivy sexuální medicíny.

1. Primární cíle: Identifikovat predisponující/ochranné faktory asociované s vývojem funkčního hyperandrogenismu u žen s DM1 fenotypováním těchto žen pomocí špičkových technik pro hodnocení:

   1.1. Inzulinové senzitivity. 1.2. Tělesného složení. 1.3. Ovariální a adrenální steroidogeneze.

2. Sekundární cíle: Identifikace relevantních molekulárně-genetických faktorů asociovaných s vývojem funkčního hyperandrogenismu u žen s DM1 2.1. Identifikace genomových variant v genech/proteinech souvisejících s inzulinovou signalizací a akcí, adipozitou, zánětem, steroidogenezí a samotným PCOS (Genomika).

   2.2. Popis diferenciálních vzorců metylace DNA v hluboké subkutánní tukové a kosterní svalové tkáni (Epigenomika).

   2.3. Popis diferenciálních profilů genové exprese v tukové a svalové tkáni (Transkriptomika).

   2.2. Popis diferenciálních proteomických profilů v tukové a svalové tkáni (Proteomika).

3. Explorační cíl: Vyhodnotit interakci mezi DM1 a PCOS na parametrech metabolické kontroly a morbidit asociovaných s DM1 samotným.