Insulinsensitivität und Metabolomik während der oralen Verabreichung von Glukose und abgestufter intravenöser Infusion

Die Inzidenz von Adipositas und mit Adipositas assoziierten Stoffwechselstörungen wie Insulinresistenz und Typ-2-Diabetes nimmt weltweit zu. Bis heute ist die Adipositaschirurgie die einzige Adipositasbehandlung, die zu einer langfristigen Gewichtsreduktion führt. Darüber hinaus wurde berichtet, dass bariatrische Chirurgie die Remission von Typ-2-Diabetes fördert und eine wirksamere Behandlung als Standardmedikamente für Typ-2-Diabetes darstellt. Überraschenderweise tritt eine Verbesserung der Glukosehomöostase nach einigen bariatrischen Eingriffen auf, bevor ein Gewichtsverlust erreicht wird. Die Mechanismen hinter dieser Verbesserung sind noch unklar, aber eine kürzlich durchgeführte Studie zeigt, dass die Umgehung des Jejunums eine wichtige Rolle bei der Glukosehomöostase spielen könnte. Darüber hinaus induzieren vom Jejunum stammende Proteine, die im Serum sowohl von Menschen als auch von Mäusen vorhanden sind, eine Insulinresistenz in Zellkulturen von Myozyten und in Mäusen. Zusammengenommen weist dies darauf hin, dass der Darm eine wichtige Rolle bei der Glukosehomöostase bei Typ-2-Diabetes mellitus spielen könnte.

Die Metabolomik gilt in letzter Zeit als eine der am besten geeigneten Technologien zur Untersuchung komplexer Erkrankungen wie Typ-2-Diabetes mellitus, da sie ein Echtzeit-Funktionsporträt der Organismen darstellt. Frühere Studien haben gezeigt, dass verschiedene Metaboliten und Gallensäuren an der Regulation der Glukosehomöostase beteiligt sein könnten. Daher ist es möglich, dass der Darm Stoffwechselprodukte reguliert, die an der gestörten Glukosetoleranz und Typ-2-Diabetes mellitus beteiligt sein könnten.

Die konkreten Ziele dieses Forschungsvorhabens sind:

Ziel 1: Nachweis, dass oral aufgenommene Glukose eine Insulinresistenz induziert, und Bestimmung, ob sich diese Regulation der Glukosehomöostase zwischen Personen mit normaler Glukosetoleranz, eingeschränkter Glukosetoleranz und Personen mit Typ-2-Diabetes mellitus unterscheidet.

Ziel 2: Identifizierung von Metaboliten, die vom Darm reguliert werden und mit einer gestörten Glukosetoleranz und Typ-2-Diabetes mellitus in Zusammenhang stehen.

Um dieses Ziel zu erreichen, werden Unterschiede in der Glukosekinetik bei oraler Gabe von Glukose (in einem oralen Glukosetoleranztest, OGTT) im Vergleich zu einer abgestuften intravenösen Glukoseinfusion untersucht, bei der die Plasmaglukosespiegel im gleichen Bereich wie während des OGTT gehalten werden. bei Patienten mit normaler Glukosetoleranz (n = 8), eingeschränkter Glukosetoleranz (n = 8) und Typ-2-Diabetes mellitus (n = 8).

Die basale Glukosekinetik wird zuerst durch die Doppelglukose-Tracer-Technik bewertet. Im basalen Teil der Glukosetoleranztests wird Glukose-Tracer Nr. 1 infundiert, gefolgt von entweder einer fortgesetzten Infusion und einer allmählich ansteigenden oralen Glukosebelastung (25 g, 75 g und 125 g mit einem 2-stündigen Intervall während des OGTT). mit Glukose-Tracer Nr. 2 oder einer abgestuften intravenösen Glukose-Tracer-Infusion, bei der die Plasmaglukosespiegel an die während der oGTTs erhaltenen angepasst werden.

Gaschromatographie/Massenspektrometrie wird verwendet, um die Isotopenanreicherung von Glucose-Tracern zu messen. Insulin, Glukagon, Gesamtglukagon-ähnliches Peptid 1 (GLP-1) und C-Peptid werden während der Glukosetoleranztests wiederholt durch Radioimmunoassays gemessen. Die Glukosekinetik einschließlich der endogenen Glukoseproduktion, der Insulinsensitivität und der Insulinsekretion wird berechnet. Bei Probanden mit normaler Glukosetoleranz, gestörter Glukosetoleranz oder Diabetes mellitus Typ 2 werden Unterschiede in der Glukosekinetik zwischen oraler und intravenöser Glukosegabe berechnet und verglichen.

Die Analyse der Metabolomik wird in Plasma durchgeführt, das während des OGTT und der abgestuften intravenösen Glucoseinfusion gesammelt wird. Metaboliten in Plasmaproben werden mithilfe von zwei globalen Analyseplattformen für die Profilerstellung und einer gezielten Profilerstellungsplattform analysiert. Zweidimensionale Gaschromatographie gekoppelt mit Flugzeit-Massenspektrometrie (GCxGC-TOFMS) wird durchgeführt, um kleine polare Metaboliten zu messen. Molekulare Lipide werden von einer globalen Plattform unter Verwendung von Ultra-Performance-Flüssigkeitschromatographie in Verbindung mit Quadrupol-TOFMS (UPLC-QTOFMS) bewertet. Eine gezielte Plattform basierend auf UPLC gekoppelt an Triple-Quadrupol-MS (UPLC-QqQMS) wird durchgeführt, um sowohl unkonjugierte als auch konjugierte Formen von Gallensäuren zu quantifizieren.

Unterschiede in den Plasmametaboliten während oGTT und abgestufter intravenöser Glukoseinfusion werden untersucht, um Informationen über eine mögliche Regulation durch den Darm zu bewerten, und die Ergebnisse werden bei Personen mit normaler Glukosetoleranz, eingeschränkter Glukosetoleranz und Personen mit Typ-2-Diabetes mellitus verglichen.

Bedeutung Die erwarteten Ergebnisse dieser Studie werden zeigen, dass der Darm eine wichtige Rolle bei der Glukosehomöostase spielt und dass dieses System bei Typ-2-Diabetes fehlreguliert ist. Noch wichtiger ist, dass neue Faktoren, die aus dem Darm stammen oder reguliert werden und die Insulinresistenz und Glukosetoleranz regulieren, identifiziert werden, die mögliche Ziele für zukünftige antidiabetische Therapien sein könnten.