Wirkung von Pioglitazon auf TIMP-3 und TACE bei Typ-2-Diabetes (PIO-TACE)

Pioglitazon hat nachweislich eine starke entzündungshemmende und antiatherosklerotische Wirkung. Die Mechanismen, durch die Pioglitazon diese Wirkung ausübt, sind jedoch nicht klar. Wir schlagen vor, dass der Gewebeinhibitor der Metalloproteinase-3 (TIMP-3) und des TNF-alpha-Converting-Enzyms (TACE) eine wichtige Rolle bei der durch Pioglitazon vermittelten Verbesserung der Insulinsensitivität und der Endothelfunktion spielen. In Tiermodellen hemmt niedrig dosiertes Pioglitazon das Fortschreiten der Läsion und die Expression der Matrix-Metalloproteinase in fortgeschrittenen atherosklerotischen Plaques. Wir glauben, dass eine niedrigere Pioglitazon-Dosis auch entzündungshemmende Wirkungen haben wird, ohne dass es zu den möglichen Nebenwirkungen einer Gewichtszunahme kommt.

Um die Wirkung von niedrig dosiertem Pioglitazon (15 mg/Tag) auf TIMP-3 und TACE bei durch Pioglitazon vermittelten Verbesserungen der Insulinsensitivität und der Endothelfunktion zu untersuchen, schlagen wir vor, Probanden mit Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM) zu untersuchen und an folgenden Studien teilzunehmen : (i) OGTT; (ii) DXA für den Körperfettgehalt, (iii) euglykämische hyperinsulinämische Klemme, (iv) Skelettmuskelbiopsie.

In dieser Studie wird die Wirkung von Pioglitazon auf (1) die TIMP- und TACE-Substrataktivität im Skelettmuskel und ihre Beziehung zur Insulinsensitivität und den Adipozytokinen – Resistin, TNF-α und Visfatin – untersucht; (2) Marker für Entzündung und Atherosklerose – C-reaktives Protein, VCAM-1, ICAM-1, Endothelin 1, E-Selectin, P-Selectin, TNFrecI, TNFrecII, IL-6 rec. Fünfzehn Probanden erhalten ein Placebo und 15 erhalten Pioglitazon.

Studiendesign.

Doppelblindes, placebokontrolliertes Paralleldesign.

ENDPUNKTE

PRIMÄR: Verringerung der TIMP-3- und TACE-Genexpression und der TACE-Substrataktivität in Skelettmuskeln und Fettgewebe.

SEKUNDÄR: Verbesserung von: (1) der Insulinsensitivität der Skelettmuskulatur, (2) Plasma-FFA (freie Fettsäuren) und Lipidspiegeln (3) Verringerung der VCAM- und ICAM-Konzentrationen.

FORSCHUNGSPLAN – EXPERIMENTELLES PROTOKOLL Probanden – Wir planen, Probanden mit T2DM zu untersuchen (BMI 30–40 kg/m2, Alter = 18–70 Jahre, HbA1c <10 %); Davon erhält die gleiche Anzahl an Probanden in jeder Gruppe ein Placebo/Studienmedikament. Mit diesem Studiendesign werden wir in der Lage sein, die Auswirkungen von Pioglitazon auf die Aktivität und Genexpression des TIMP3- und TACE-Substrats bei Patienten mit T2DM und nicht-diabetischen Patienten mit metabolischem Syndrom zu unterscheiden. Die Probanden in beiden Studienarmen (Placebo und Studienmedikament) werden hinsichtlich Alter, BMI und HbA1c abgeglichen und die Wirkung von Pioglitazon bei diesen Probanden wird unabhängig von der blutzuckersenkenden Wirkung des Arzneimittels sein. Diabetiker, die zuvor Insulin erhalten haben oder ein Thiazolidindion einnehmen, werden ausgeschlossen. Es werden nur Diabetiker untersucht, die keine anderen schweren Organerkrankungen haben. Es werden nur Probanden untersucht, deren Körpergewicht seit mindestens drei Monaten stabil ist und die nicht an anstrengenden Übungen teilnehmen.

Vor Beginn der Pioglitazon-Therapie werden alle Probanden an folgenden Studien teilnehmen:

(i) Qualifizierungsbesuch: Es werden körperliche Untersuchung, Anamnese, EKG-Aufzeichnung, vollständiges Blutbild, SMA 24 und Lipidprofil durchgeführt. Außerdem werden die Nüchternspiegel von Gesamt-/HDL-/LDL-Cholesterin, Triglyceriden und Markern für Arteriosklerose und Entzündung (CRP: C-reaktives Protein) sowie Hyperkoagulabilität (Plasminogenaktivator-Inhibitor -1), Adiponektin, TNF-α und HbA1c im Plasma gemessen an diesem Tag gemessen.

(ii) OGTT (75 Gramm) zur Bewertung der gesamten Glukosetoleranz und Insulinsekretion. Eine Biopsie des Musculus Vastus lateralis wird 30 Minuten vor Beginn des OGTT durchgeführt.

(iii) Messung der fettfreien Körpermasse und der fettfreien Masse mit einem Dual Energy Xray Absorptiometry (DXA)-Scan.

(iv) Reaktivität der Arteria brachialis mit durch postischämischen Fluss vermittelter Vasodilatation und Reaktion auf sublinguales Nitroglycerin wird am selben Tag durchgeführt, an dem DXA durchgeführt wird.

Nach Abschluss der oben genannten Studien werden die Probanden nach dem Zufallsprinzip ausgewählt und erhalten 24 Wochen lang entweder Placebo oder Pioglitazon in einer Dosis von 15 mg täglich. Die Probanden erhalten vor Beginn der Pioglitazon-Therapie eine Ernährungsberatung und werden gebeten, während der gesamten Studie eine standardmäßige ADA-Diät zur Gewichtserhaltung zu sich zu nehmen. Die Patienten werden alle zwei Wochen zur Nachuntersuchung untersucht. Bei jedem Nachuntersuchungsbesuch werden vorläufige Anamnese, Blutdruck, Puls, Gewicht und Nüchternplasmaglukosekonzentration bestimmt. Alle 4 Wochen werden TIMP- und TACE-Substrataktivität, Adiponektin, Visfatin, C-reaktives Protein (CRP) und Marker für Entzündung und Atherosklerose (VCAM-1, ICAM-1, Endothelin 1, E-Selectin, P-Selectin) gemessen. Darüber hinaus messen wir jeden Monat HbA1c, Plasmalipide und Leberfunktionstests. Nach 24-wöchiger Pioglitazon-Behandlung wird bei allen Probanden Folgendes wiederholt: (i) Messung von Fett und fettfreier Körpermasse durch DXA, (ii) OGTT, (iii) Vastus lateralis-Biopsie.

Die Gesamtdauer der Studie ab Beginn der Pioglitazon/Placebo-Behandlung beträgt 26–30 Wochen. Die Basisstudien werden über einen Zeitraum von 1 bis 4 Wochen durchgeführt. Die Wiederholungsstudien werden während der letzten 24–30 Wochen der Pioglitazon-Therapie durchgeführt.

Methoden OGTT und perkutane Skelettmuskelbiopsie

Alle Probanden werden am Tag der Studie zwischen 6:45 und 8:00 Uhr in das General Clinical Research Center (GCRC) des South Texas Veterans Healthcare System, Audie Murphy Division, San Antonio, Texas, aufgenommen. Den Probanden ist es bis zum Abschluss der Studie nach 22:00 Uhr am Vorabend nicht mehr gestattet, etwas zu essen oder zu trinken. Gegen 7:30 Uhr nehmen die Probanden 75 Gramm Glukose auf. Plasmaproben für Glukose-, Insulin- und C-Peptid-Konzentrationen werden bei -30, -15 und 0 Minuten und danach alle 15 Minuten für zwei Stunden entnommen. 30 Minuten vor Beginn des OGTT wird eine Muskelbiopsie des Musculus Vastus lateralis durchgeführt. Nach der Injektion von Xylocain wird 10–15 cm oberhalb der Patella ein 5 mm langer Einschnitt vorgenommen und die Biopsienadel in den Muskel eingeführt. Die Nadel wird an eine Absaugung angeschlossen und es werden ca. 200 mg Muskelgewebe gewonnen. Alle Muskelbiopsien werden innerhalb von 15 Sekunden in flüssigem Stickstoff gelagert, bis sie für spezifische Tests verarbeitet werden.

Aus dem OGTT können wir eine sehr zuverlässige Schätzung der Insulinsekretion sowie der Insulinsensitivität ableiten, indem wir den „MATSUDA“-Index sowie den OGIS-Index (Oral Glucose Insulin Sensitivity) berechnen. Es wurde wiederholt gezeigt, dass diese Indizes sehr gut mit den Ergebnissen der euglykämischen Klemme korrelieren.

Drei bis sieben Tage später wird der Körperfettgehalt mittels DXA bestimmt.

EUGLYKÄMISCHE HYPERINSULINEMISCHE KLAMMER:

An einem separaten Tag werden die Probanden zwischen 6:45 und 8:00 Uhr in das General Clinical Research Center (GCRC) des South Texas Veterans Healthcare System, Audie Murphy Division, San Antonio, Texas, für eine hyperinsulinämische Euglykämie (80) aufgenommen mU (Milli-Einheit)/m2•min) Klemme. Kontinuierliche indirekte Kalorimetrie (Deltatrac, Sensormedics, Anaheim, CA) wird 30 Minuten vor Beginn der Insulin-Klemme und während des 150-180-minütigen Zeitraums der Insulin-Klemme durchgeführt, um die Geschwindigkeit der Glukose- und Lipidoxidation zu berechnen. Nach der Entnahme der Basalproben für Insulin und C-Peptid wird für die ersten 10 Minuten eine Initialdosis Insulin verabreicht, gefolgt von einer konstanten Infusion. Nach 5 Minuten wird eine variable Glukoserate infundiert, um die Plasmaglukose 180 Minuten lang auf ~100 mg/dl zu halten.

Nach Abschluss der oben genannten Studien wird bei allen Probanden (Diabetiker, nicht-diabetisches metabolisches Syndrom) mit der Behandlung mit Pioglitazon in einer Dosis von 15 mg täglich begonnen und diese 24 Wochen lang fortgesetzt. Die Probanden erhalten vor Beginn der Pioglitazon-Therapie eine Ernährungsberatung und werden gebeten, während der gesamten Studie eine standardmäßige ADA-Diät zur Gewichtserhaltung zu sich zu nehmen. Die Patienten werden alle zwei Wochen zur Nachuntersuchung untersucht. Bei jedem Nachuntersuchungsbesuch werden vorläufige Anamnese, Blutdruck, Puls, Gewicht und Nüchternplasmaglukosekonzentration bestimmt. Jeden Monat messen wir HbA1c, Plasmalipide, Leberfunktionstests, Adipozytokine und Entzündungsmarker, wie zuvor beschrieben. Nach 4 Monaten Pioglitazon-Behandlung wird bei den Probanden Folgendes wiederholt: (i) Messung von Fett und fettfreier Körpermasse durch DXA, (ii) OGTT mit Vastus lateralis-Biopsie.