Beziehung zwischen Insulinresistenz und statininduziertem Typ-2-Diabetes und integratives persönliches Omics-Profiling

1. BEDEUTUNG

   Statine und das T2D-Risiko: Die Behandlung mit Statinen ist mit einem Anstieg der T2D-Inzidenz verbunden.1-4 5

   Mechanismus des Statin-induzierten T2D: Es ist unklar, ob Statine das T2D-Risiko erhöhen, indem sie die Insulinwirkung, -sekretion oder beides verringern. Es wurden mehrere Manuskripte veröffentlicht, die das Verständnis des Zusammenhangs zwischen der Einnahme von Statinen und T2D-Vorfällen erheblich verbessern. Swerdlow et al.2 kamen auf der Grundlage genetischer Analysen und randomisierter Studien zu dem Schluss, dass das erhöhte T2D-Risiko, das bei Statinen festgestellt wurde, zumindest „teilweise durch die Hemmung der HMG-Coenzym-A-Reduktase (HMGCR) erklärt wird“. Sie stellten auch einen Zusammenhang zwischen Gewichtszunahme und HMGCR-Varianten bei mit Statinen behandelten Patienten fest, was zu der Annahme führte, dass eine Abnahme der Insulinsensitivität zu Statin-induziertem Diabetes beiträgt. In diesem Zusammenhang haben Cederberg, at al.9 in einer großen prospektiven Studie (n = 8749 Männer) gezeigt, dass Teilnehmer, die mit Statinen behandelt wurden (n = 2142), einen 46 %igen Anstieg der T2D-Ereignisse hatten, verbunden mit einem 24 %igen Abfall des Insulins Empfindlichkeit und eine 12%ige Abnahme der Insulinsekretion, bewertet durch Ersatzmaße.

   Identifizierung von Personen mit erhöhtem Risiko für Statin-induziertes T2D: Studien von 3 randomisierten klinischen Studien mit Atorvastatin durch die Gruppe 1,3,4 von David Waters haben gezeigt, dass „Nüchtern-Glukose, Body-Mass-Index, Bluthochdruck und Nüchtern-Triglyceride zu Studienbeginn unabhängige Prädiktoren waren von T2D." Diese Anomalien bilden ein Cluster, das der Insulinresistenz zugeschrieben wird.10 Da Insulinresistenz ein Prädiktor für die Entwicklung von T2D ist, scheint es wahrscheinlich, dass je insulinresistenter die Personen vor der Behandlung sind, desto größer ist ihr Risiko für Statin-induzierte T2D.

   In diesem Zusammenhang wurde der Rolle, die metabolische Heterogenität bei Patienten mit erhöhten LDL-C-Konzentrationen bei Statin-induzierter T2D spielen könnte, relativ wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Insbesondere Patienten mit erhöhten LDL-C-Konzentrationen, deren Plasmatriglycerid (TG)-Konzentrationen ebenfalls erhöht sind, sind insulinresistent, hyperinsulinämisch und Glukose-intolerant im Vergleich zu Patienten mit isolierten LDL-C-Konzentrationen. Daher kann diese Untergruppe von Patienten mit erhöhten LDL-C-Konzentrationen als an einem „Wendepunkt“ angesehen werden, und jede nachteilige Wirkung von Statinen auf die Insulinwirkung und/oder -sekretion, unabhängig davon, wie vermittelt, setzt sie einem erhöhten Risiko aus Statin-induzierten Diabetes entwickeln. Tatsächlich haben wir gezeigt (Kohli et al)1, dass Patienten mit sowohl Insulinresistenz (geschätzt durch hohe TGs) als auch Prädiabetes ein besonders hohes Risiko für Statin-induziertes T2D haben.

   Wir versuchen, 2 wichtige unbeantwortete Fragen zu beantworten: Beeinflussen Statine hauptsächlich die Insulinresistenz oder die Insulinsekretion?; Gibt es Untergruppen von Personen mit dem höchsten Risiko für Statin-induziertes T2D?

2. BEGRÜNDUNG, HYPOTHESE

   Begründung:

   T2D entwickelt sich, wenn insulinresistente Personen das Ausmaß an kompensatorischer Hyperinsulinämie nicht aufrechterhalten können, das erforderlich ist, um eine normale Glukosetoleranz aufrechtzuerhalten. Allerdings bleiben erhebliche grundsätzliche Fragen offen. Was ist zum Beispiel die zelluläre/molekulare Verbindung zwischen der Behandlung mit Statinen und Veränderungen der Insulinwirkung und -sekretion?

   Dieser Vorschlag basiert auf der Prämisse, dass die Untersuchung der Wirkung von Statinen auf die Insulinwirkung und Insulinsekretion mit „Goldstandard“-Methoden dazu beitragen wird, festzustellen, ob Statine das T2D-Risiko negativ beeinflussen, indem sie die Insulinresistenz erhöhen oder die Insulinsekretion verringern. Wir verwenden den Insulinsuppressionstest (mit Anzeige der Steady-State-Plasmaglukose, SSPG) zur Bestimmung der Insulinsensitivität und den abgestuften Glukose-Infusionstest (mit Anzeige der Insulinsekretionsrate, ISR), um die Insulinsekretion vor und nachher zu bestimmen Statinbehandlung bei Nicht-Diabetikern.

   Wir gehen davon aus, dass die Behandlung mit Atorvastatin 40 mg/Tag über etwa 10 Wochen die Insulinsensitivität und/oder Insulinsekretion beeinträchtigt und dass dieser Effekt bei Patienten mit zugrunde liegender Insulinresistenz verstärkt werden kann. Daher planen wir, die Wirkung von Atorvastatin nicht nur bei allen Teilnehmern zu untersuchen, sondern auch bei Untergruppen von Personen mit Baseline-Insulinresistenz (die durch die Rekrutierung von Freiwilligen mit erhöhten Plasma-TG-Spiegeln (≥150 mg/dl) bei Baseline angereichert wird). Der Grund dafür ist, dass Plasma-TGs ein Ersatzmaß für die Insulinresistenz mit einer bescheidenen Korrelation mit dem direkten Maß der Insulinresistenz (stationäre Plasmaglukose), gemessen durch den Insulinsuppressionstest, sind. Klinisch gesehen hätten Patienten mit erhöhten TGs vor der Statinbehandlung einen erheblichen klinischen Nutzen von Statinen, und eines der sekundären Ziele der Forscher besteht darin, zu zeigen, dass eine einfache Messung der Plasma-TG-Konzentration (als Ersatz für Insulinresistenz) helfen kann, diejenigen zu identifizieren, die am stärksten sind Risiko von Statin-induzierten Störungen der glykämischen Kontrolle. Daher schlagen wir vor, nicht diabetische Freiwillige mit hohem Risiko für T2D, die frei von bekannter atherosklerotischer kardiovaskulärer Erkrankung (ASCVD) sind, keine Statine erhalten und gemäß den Richtlinien des ACC/AHA (American College for Cardiology/American Heart Association) von 2013 für eine Statintherapie in Frage kommen .11 Wir werden auch gezielte Rekrutierungsbemühungen zur Anreicherung von Probanden mit einer Plasma-TG-Konzentration ≥ 150 mg/dL anstreben, um sicherzustellen, dass wir Probanden aus dem gesamten Bereich der Insulinsensitivität rekrutieren.

   Hypothese: Wir nehmen an, dass eine hochintensive Behandlung mit Atorvastatin für etwa 10 Wochen die Insulinsensitivität und/oder Insulinsekretion beeinträchtigt und dass dieser Effekt bei Patienten mit zugrunde liegender Insulinresistenz verstärkt werden kann.

3. STUDIENDESIGN

   Probengröße

   • Unser Ziel ist es, insgesamt 75 Teilnehmer an dieser Studie zu rekrutieren und zu halten.

   Studienort

   • Clinical and Translational Research Unit (CTRU) in 800 Welch Road, Palo Alto, CA 94304.

   Dauer

   • Wir gehen davon aus, dass die gesamte Studie bis zum Ende der Datenanalyse 4 bis 5 Jahre dauern wird. Jeder geeignete Kandidat, der freiwillig der Teilnahme an der Studie zustimmt, wird vom Screening bis zum Ende seines letzten Besuchs insgesamt 5 Monate in der Studie aktiv sein.

4. STUDIENVERFAHREN

   Rekrutierung

   Zu den vorläufigen Rekrutierungsstrategien gehören:

   Freiwillige werden aus der San Francisco Bay Area durch Anzeigen in Zeitungen, ausgehängte Flyer und die Social-Networking-Site NextDoor sowie aus den präventiven Kardiologiekliniken von Stanford Health Care rekrutiert. Unser Ziel ist es, die Rekrutierung über ein breites Spektrum an Insulinsensitivität sicherzustellen. Frühere Arbeiten unserer Gruppe und anderer haben gezeigt, dass hohe Plasma-TG-Konzentrationen mit einer erhöhten Insulinresistenz verbunden sind, wie durch Referenzmessungen bewertet. Daher werden wir gezielt Anzeigen anreichern für Personen mit hohen TG-Werten (> 150 mg/dL) als Ersatz für eine erhöhte Insulinresistenz.

   Teilnehmerbesuche und Verfahren

   Potenzielle Teilnehmer werden zunächst überprüft, wenn sie als Antwort auf Stellenanzeigen oder einen Brief ihres MD anrufen oder eine E-Mail senden, in dem die Studie wie folgt beschrieben wird:

   Die Vorbesprechung erfolgt telefonisch.

   Besuch 1 Screening-Besuch.

   Besuch 2: Oraler Glukosetoleranztest (OGTT): Dieser Test dauert ungefähr 3 Stunden.

   i) Glykämischer Status: Die Teilnehmer werden als Patienten mit normaler Glukosetoleranz (NGT), isolierter beeinträchtigter Nüchternglukose (IFG), isolierter beeinträchtigter Glukosetoleranz (IGT) oder kombinierter IFG/IGT12 klassifiziert. Darüber hinaus wird die gesamte integrierte Plasmaglukoseantwort während des OGTT nach der Trapezmethode (Glukose-AUC) berechnet.

   ii) β-Zellfunktion: Berechnungen des Insulinsekretions-Sensitivitäts-Index-2 (ISSI-2) werden verwendet, um die Insulinsekretionsfunktion 13 zu quantifizieren, wenn aus irgendeinem Grund keine abgestufte Glucoseinfusionsstudie durchgeführt wird. Der ISSI-2 ist eine validierte, vom OGTT abgeleitete Methode zur Messung der β-Zellfunktion, analog zum Dispositionsindex, der aus dem intravenösen Glukosetoleranztest erhalten wird 14. Sie wird berechnet, indem die insulinsekretorische Reaktion während des OGTT (Insulin-AUC/Glukose-AUC) mit der Insulinresistenz (Matsuda-Index) multipliziert wird.

   Die Nüchtern- und 2-Stunden-Glukoseergebnisse werden mit dem Studienteilnehmer besprochen und ihm wird eine Kopie der Ergebnisse ausgehändigt.

   Besuch 3. Graduierte Glukoseinfusion, GGIT 15,16: Dieser Test dauert etwa 6 Stunden.

   Dieser Test dient zur Beurteilung der Fähigkeit der Bauchspeicheldrüse, Insulin als Reaktion auf eine abgestufte Glukoseinfusion zu produzieren. Während dieses Tests werden den Probanden zwei kleine IV-Katheter platziert, einer in jedem Arm. Eine IV wird für die Entnahme von Proben und die andere für die Infusion von Glukose verwendet. Während der GGIT werden kontinuierliche intravenöse Infusionen von Glukose mit fortschreitend ansteigenden Raten verabreicht: 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 8 kg/min in sechs Infusionsperioden von 40 Minuten Dauer. Blutproben werden für Messungen von Glukose-, Insulin- und C-Peptid-Konzentrationen beim Fasten und nach 30 Minuten und 40 Minuten in jeder Infusionsperiode entnommen. Die beiden Werte während der letzten 10 min jeder Infusionsperiode werden gemittelt. Die für diesen Test entnommene Blutmenge beträgt 47,5 ml.

   Besuch 4.Insulinsuppressionstest, IST 17,18: Dieser Test dauert ungefähr 6 Stunden.

   Dieser Test dient zur Bestimmung der Ganzkörper-Insulinsensitivität. Nach einem Fasten über Nacht wird den Probanden eine Infusion in jeden Arm gelegt. Eine zur Blutentnahme und die andere zur Infusion mit Octreotid (0,27 μg/m2/min), Insulin (32 mU/m2/min) und Glukose (267 mg/m2/min) für 180 Minuten. Während des Tests wird das körpereigene Insulin unterdrückt und alle Personen erhalten die gleiche Insulinkonzentration, basierend auf ihrer Körperoberfläche. Blut wird alle 30 Minuten für 150 Minuten und dann in 10-Minuten-Intervallen von 150 bis 180 Minuten der Infusion entnommen, um die Plasmaglukose- und Insulinkonzentrationen zu messen. Der Mittelwert der letzten vier Werte wird als Steady-State-Plasmainsulin-(SSPI)- und Glukose-(SSPG)-Konzentrationen für jede Person verwendet. Da die SSPI-Konzentrationen während der IST bei allen Probanden ähnlich sind, liefert die SSPG-Konzentration ein direktes Maß für die Fähigkeit von Insulin, die Beseitigung einer infundierten Glukoselast zu vermitteln; je höher die SSPG-Konzentration, desto insulinresistenter ist das Individuum. Laboruntersuchungen zur Überprüfung der Nieren- und Leberfunktion sowie ein Lipid-Panel und ein Urin-Schwangerschaftstest (falls zutreffend) werden bei diesem Besuch durchgeführt. Das entnommene Blut oder IST beträgt 58,5 ml und 5 ml für SHC-Labore.

   Labore für iPOP werden zu diesem Zeitpunkt gezogen und zusätzliche Proben werden für die Transkriptom-, Mikrobiom-, Metabolom- und Proteomanalyse im Blut erhalten; Nasen-, Zungen-, Hautoberflächenabstriche; Urin; und Hocker.

   Das Studienmedikament Atorvastatin 40 mg wird den Studienteilnehmern verabreicht, sobald alle Labore überprüft wurden und der Teilnehmer qualifiziert ist.

   Visite 5-7: Die Visiten finden alle 2 Wochen für insgesamt 10 Wochen unter Studienmedikation (Statin) statt. Die Teilnehmer werden auf Nebenwirkungen oder unerwünschte Ereignisse (UE) des Statins untersucht. Die Einhaltung der Studienmedikation wird bei jedem Besuch beurteilt.

   Visite 8: Gewicht, Vitalzeichen und oGTT wie oben beschrieben.

   Besuch 9: Wiederholen Sie GGIT wie oben beschrieben.

   Besuch 10: Wiederholen Sie die IST- und iPOP-Labortests und Proben wie oben beschrieben. Am Ende dieses Besuchs wird das Statin abgesetzt und der Studienteilnehmer wird für 4- und 8-wöchige Nachsorgetermine eingeplant.

   Besuch 11: Ein Monat freier Statin-Studienbesuch – Gewicht, Vitalfunktionen und iPOP-Labortests und -proben werden wie oben beschrieben durchgeführt.

   Besuch 12: Letzter Studienbesuch – Gewicht, Vitalfunktionen und iPOP-Labortests und -proben werden wie oben beschrieben durchgeführt.

   Die Teilnehmer werden gebeten, zum Zeitpunkt jedes iPOP einen Fragebogen über ihren/seinen körperlichen Aktivitätsstatus, Ernährung und Essgewohnheiten sowie Stress auszufüllen.

5. STATISTISCHE ÜBERLEGUNGEN

Basierend auf unserer früheren Arbeit19 haben wir berechnet, dass wir bei 60 Probanden in der Lage wären, eine 8 %ige Änderung der SSPG-Konzentration und eine 8 %ige Änderung des ISRAUC nach einer Atorvastatin-Therapie mit 80 % Power und einem zweiseitigen Signifikanzniveau von 5 % zu erkennen ein gepaarter Stichproben-t-Test. Daher schätzten wir, dass 75 Probanden mit einer erwarteten Abbrecherquote von 20 % eingeschrieben werden müssten.

Zusammenfassende Statistiken werden als Median (Interquartilbereich) oder Anzahl (Prozent) der Teilnehmer angegeben, sofern nicht anders angegeben. Shapiro-Wilk-Tests werden verwendet, um die Normalität von Daten zu bewerten, und Variablen, die nicht normalverteilt sind, werden logarithmisch transformiert. Prozentuale Veränderungen der Variablen werden nach folgender Formel berechnet: [(Studienendewert) - (Ausgangswert) / Ausgangswert] x 100. T-Tests mit gepaarten Stichproben werden verwendet, um die Ausgangs- und End-of-Study-Mittelwerte zu vergleichen. Ein-Stichproben-t-Tests werden verwendet, um zu bewerten, ob prozentuale Änderungen der Variablen signifikant von null verschieden sind (keine Änderung). Pearson-Korrelationskoeffizienten werden berechnet, um die Stärke der Assoziation zwischen interessierenden Variablen zu bestimmen. Es werden vorab festgelegte Untergruppenanalysen durchgeführt, indem zwischen insulinresistenten und insulinempfindlichen Probanden stratifiziert wird. Der SSPG-Konzentrationsmedian wird verwendet, um Subjekte als insulinresistent oder insulinempfindlich zu definieren. Mittelwerte der Insulin-resistenten und Insulin-sensitiven Gruppen werden durch unabhängige Stichproben-t-Tests und die Proportionen durch Chi-Quadrat-Tests oder exakte Fisher-Tests verglichen. Statistische Analysen werden mit der Statistiksoftware IBM SPSS Version 26.0 durchgeführt.