Wachstumshormon als Modell für reversible Aktivierung von Fettgewebsfibrose

Hintergrund und vorläufige Daten: Fettgewebe ist ein vielzelliges Gewebe, das von einer extrazellulären Matrix umgeben ist, die einem kontinuierlichen Umbau unterzogen wird. Störungen in den Remodeling-Prozessen können eine Akkumulation von überschüssigem extrazellulärem Matrixprotein und somit Fibrose verursachen. Fettgewebsfibrose wird zusammen mit Insulinresistenz, Dyslipidämie und Fettleibigkeit als eine Komponente des metabolischen Syndroms anerkannt, und Fibrose spielt wahrscheinlich eine ursächliche Rolle (1,2). In diesem Zusammenhang ist es faszinierend, dass eine verlängerte GH-Exposition in vivo trotz einer gleichzeitigen Mobilisierung und Reduktion der Fettmasse eine Insulinresistenz induziert (3). Diese Wirkung von GH zeigt sich bei Patienten mit einem GH-produzierenden Hypophysentumor (Akromegalie) (4). Darüber hinaus ist GH ein starker Aktivator des Kollagenumsatzes und fördert auch die Fibrose in menschlichen Sehnen und Skelettmuskeln (5-7). In einem GH-transgenen Mausmodell wurde über eine erhöhte AT-Fibrose berichtet (8), und wir haben vorläufige Daten, die eine AT-Fibrose bei Patienten mit aktiver Akromegalie zeigen, die sich nach der Krankheitskontrolle umkehrt.

Über die Mechanismen, die der GH-induzierten Fibrose zugrunde liegen, ist wenig bekannt, aber neuere Beweise deuten auf eine mögliche Beteiligung von FAPα hin, einem Enzym, das in Maus-AT-FAP-Zellen stark exprimiert wird (9). Darüber hinaus haben wir kürzlich berichtet, dass menschliche Skelettmuskel-FAP-Zellen FAPα (DPP4) während der fibrogenen Differenzierung hochregulieren (19). FAPα ist eine Untereinheit eines heterodimeren Proteinasekomplexes, der zusätzlich zu einer löslichen Form, die auch im Kreislauf vorhanden ist, an die Zellmembran gebunden ist (10). Mehrere Proteine ​​werden als FAPα-Substrate erkannt, einschließlich Kollagen Typ I (11) und III (12), und FAPα scheint eine bedeutende Rolle bei der Umgestaltung von Lebergewebe (13) und bei Lungenfibrose (14) zu spielen. Wir haben kürzlich erhöhte zirkulierende FAPα-Spiegel bei aktiver Akromegalie festgestellt, was mit einer Umkehrung des Kollagenumsatzes nach der Krankheitskontrolle korreliert (15). Fibro-adipogene Vorläuferzellen sind mesenchymale Vorläuferzellen mit dem intrinsischen Potenzial, sich entweder in kollagenproduzierende Fibroblasten oder Adipozyten zu differenzieren. Sie wurden in murinem Herz- und Skelettmuskel untersucht, wo sie entweder zur Fibrose oder zur Fettablagerung während der muskelbeeinträchtigten Regeneration oder Degeneration beitragen (16-18). Wir haben kürzlich gezeigt, dass eine Untergruppe von FAP-Zellen die Akkumulation von ECM-Protein und Adipozyten im Muskel von Patienten mit Typ-2-Diabetes antreibt und wahrscheinlich zu der schlechten metabolischen und mechanischen Muskelfunktion beiträgt (19). Ob GH die Proliferation und Differenzierung von Fettgewebe-FAP-Zellen beeinflusst, ist unbekannt, aber die FAP-Zellproliferation wird durch IGF-I (16) reguliert, das ein stark GH-abhängiges Peptid ist. Es wurde auch berichtet, dass eine erhöhte FAP-Proliferation bei mehreren Erkrankungen zum intramuskulären Fettgewebe (IMAT) beiträgt, und wir haben IMAT nach der Behandlung bei Akromegalie beobachtet (unveröffentlichte Daten). Darüber hinaus haben wir vorläufige Daten von FACS-isolierten Fettgewebe-FAP-Zellen, die mit Serum von Akromegalie-Patienten inkubiert wurden, was auf eine GH-abhängige erhöhte FAP-Zellproliferation und ein fibrogenes Erscheinungsbild hindeutet. Insgesamt legen diese Befunde nahe, dass GH einen proproliferativen und fibrogenen FAP-Phänotyp auf Kosten der adipogenen Differenzierung fördert.

Hypothesen: Wachstumshormon: 1) aktiviert die FAPα-Proteinexpression, 2) erhöht die Proliferation und fibrogene Differenzierung von FAP-Zellen und 3) induziert eine reversible Fibrose im Fettgewebe beim Menschen

Probanden und Methoden: In einem einfach verblindeten, randomisierten Doppel-Dummy-Crossover-Design werden 10 erwachsene, mäßig übergewichtige Personen eine Woche lang einer GH- und GH-Rezeptorblockade (Pegvisomant) unterzogen. Pegvisomant ist ein modifiziertes GH-Molekül, das selektiv den GH-Rezeptor blockiert, und ist ein zugelassenes Medikament zur Behandlung von Akromegalie. Wir schließen Pegvisomant als „aktive Kontrolle“ ein, um endogene GH-Wirkungen zu unterdrücken. Die Teilnehmer erhalten täglich subkutane Injektionen von Wachstumshormon, 0,6-2,0 mg je nach Alter für 7 Tage im GH-Eingriff. Bei der Kontrollintervention erhalten die Teilnehmer täglich subkutane Injektionen von entweder Pegvisomant oder Kochsalzlösung. Pegvisomant in einer Dosis von 30 mg wird zweimal verabreicht, am Anfang und am Ende der Kontrollintervention, während Kochsalzlösung an den anderen 5 Tagen des Kontrollinterventionszeitraums verabreicht wird. Die beiden Interventionszeiträume sind durch eine Auswaschphase von 1-4 Monaten getrennt. Die Teilnehmer werden randomisiert, um entweder mit der GH-Intervention zu beginnen und als nächstes der Kontrollintervention unterzogen zu werden, oder mit der Kontrollintervention zu beginnen und als nächstes der GH-Intervention unterzogen zu werden. Die Teilnehmer treffen sich täglich im Krankenhaus für die Injektionen und eine kleine Blutprobe. Jede Interventionsperiode wird durch einen Einführungstag eingeleitet, an dem Blutproben, Fettgewebe- und Muskelproben entnommen werden, Temperaturmessungen und Bioimpedanzmessungen durchgeführt werden und schweres Wasser und die erste Interventionsinjektion entweder GH oder Kontrollintervention verabreicht werden. Am ersten Einführungstag wird ein DXA-Scan zur Beurteilung der Körperzusammensetzung durchgeführt. Jede Interventionsperiode wird mit einem Studientag beendet, an dem Blutproben, Fettgewebe- und Muskelproben entnommen, Temperaturmessungen, indirekte Kalorimetrie, Palmitat-Tracer-Kinetik und Bioimpedanz durchgeführt werden und die letzte Interventionsinjektion entweder GH oder Kontrolle verabreicht wird Intervention. Die Teilnehmer werden an den Initiations- und Studientagen fasten und während der Interventionsperioden ihre Nahrungs- und Getränkeaufnahme protokollieren.

Studienergebnisse:

Primär: FAP-Zellfunktion, FAPα-Proteinexpression und Marker der Fibrose in AT-Biopsien, die vor und nach dem Eingriff erhalten wurden. Insbesondere führen wir durch:

• FACS zur Quantifizierung und Isolierung von Zellpopulationen, einschließlich Quantifizierung von FAP-Zellen im Fettgewebe, und in-vitro-Bestimmung des Proliferations- und fibro-/adipogenen Differenzierungspotentials
• FAPα-Expression in Blut und Fettgewebe
• Marker der Fibrose im Fettgewebe, bewertet durch Lichtmikroskopie und immunhistochemisch, RNA-Sequenzierung und Schwerwasser-markierter Bindegewebsumsatz

Sekundär: Untersuchung der Auswirkungen einer GH-Exposition auf:

• Zirkulierende Biomarker des Kollagenumsatzes (PINP, PIIINP)
• Ganzkörper-Energiestoffwechsel und Fettsäureumsatz (indirekte Kalorimetrie und Palmitat-Tracer-Kinetik)
• Bindegewebsumsatz im Muskelgewebe (Schwerwasser (D2O)-Kennzeichnung)
• Temperaturmessungen

Statistischer Analyseplan: Der Vergleich zwischen den Gruppen wird unter Verwendung statistischer Standardmethoden (t-Test oder gleichwertiger nichtparametrischer Test) durchgeführt. Der Gruppenvergleich wird unter Verwendung eines gepaarten t-Tests eines äquivalenten nichtparametrischen Tests durchgeführt. Darüber hinaus wird ANOVA (wiederholte Messungen) verwendet. Ein p-Wert von weniger als 0,05 wird als statistisch signifikant angesehen.

Perspektive und Relevanz: Dies ist die erste Studie, die die Auswirkungen von GH auf die Fibrose des Fettgewebes beim Menschen untersucht, was Auswirkungen über die GH-Pathophysiologie hinaus hat. Ein tieferes Verständnis der Wege, die das Fibroblasten- und Adipozytengleichgewicht im Fettgewebe steuern, ist eine wesentliche Grundlage und kann neue Ziele für die Bekämpfung von Fettgewebedysfunktionen und verwandten Erkrankungen aufdecken. Wie kürzlich bei Typ-2-Diabetikern gezeigt wurde, sind diese Vorläuferzellen Schlüsselvermittler der Gewebeplastizität und -funktion beim Menschen (19).