Polykystinen ovaario-oireyhtymä tyypin 1 diabeteksessa

Toiminnallinen munasarjojen hyperandrogenismi ja sen yleisin fenotyyppinen ilmenemismuoto, polykystinen munasarjojen oireyhtymä (PCOS), on maailmanlaajuisesti yhtä yleinen kuin muut pandeemiset metaboliset entiteetit kuten tyypin 2 diabetes, esiintyvyyden vaihdellessa 6,5 %:sta naisistamme tiukkojen klassisten kriteerien mukaan 17–21 %:iin esimeneopausiaalisista naisista Euroopasta ja Yhdysvalloista uusimpien ja kattavimpien diagnostisten kriteerien mukaan. Lähes kaikki klassiset ja ei-klassiset sydän- ja verisuonitautien riskitekijät kerääntyvät tämän tilan omaavissa naisissa jo heidän varhaisesta elämänvaiheesta lähtien. Tilat kuten lihavuus, tyypin 2 diabetes, hypertonia tai dyslipidemia asettavat tämän yleisen väestön kohonneeseen riskiin sydän- ja verisuonitapahtumiin verrattuna ei-hyperandrogenisiin naisiin. PCOS on monimutkainen oireyhtymä, jossa on perinnöllistä kertymistä, ja jossa suojavat ja edistävät ympäristötekijät laukaisevat hyperandrogenisen fenotyypin ja sen metaboliset seuraukset alttiissa genotyypissä.

POLYKYSTINEN MUNASARJOJEN OIREYHTYMÄ JA TYYPIN 1 DIABETES MELLITUS Yksi PCOS:lle ominaisista metabolisista tapahtumista on puutteellinen elimikohtainen insuliinin vaikutus pääasiassa maksassa. Vaikuttaen tähän keskeiseen vikaan, lihavuus on tärkein tekijä näiden naisten perifeerisessä insuliiniresistenssissä. Koska insuliini toimii kogonaadotropiinina tekasoluissa stimuloimalla erilaisia munasarjojen ja lisämunuaisten steroidogeneesiin osallistuvia entsyymejä, mikä tahansa endogeenista hyperinsulinismia liittävä tila, kuten lihavuus tai tyypin 2 diabetes, voi liittyä PCOS:iin. Tutkimusryhmämme kuitenkin kuvasi ensimmäisenä PCOS:n ja T1D:n välisen yhteyden yli 20 vuotta sitten. Tässä keskeisessä julkaisussa näillä teini-ikäisillä ja nuorilla aikuisilla naisilla, joilla oli täydellinen insuliinin erityksen häiriö sairauden ensisijaisena mekanismina insuliiniresistenssin ja kompensatorisen hyperinsulinismin sijaan, klassisen PCOS:n esiintyvyys oli kolminkertainen verrattuna yleisväestöstä satunnaisesti valittuihin ei-hyperandrogenisiin naisiin.

Tämä yhteys on vahvistettu myöhemmissä eri ryhmien maailmanlaajuisissa tutkimuksissa. Ryhmämme viimeisimmässä meta-analyysissä ja systemaattisessa katsauksessa raportoimme PCOS:n lisääntyneen esiintyvyyden; sen ylärajalla tämä esiintyvyys voi saavuttaa 34 % T1D-potilaista, kolminkertaistaen yleisväestössä havaittuja lukemia klassisen PCOS-fenotyypin osalta, joka on kardiometabolisten seurausten kannalta vakavin. Patofysiologisesta näkökulmasta ja ottaen huomioon endogeenisen hyperinsulinismin ilmeisen puuttumisen T1D:ssä, tämä suhde on välttämättä tuettava eksogeenisella ihonalaisella insuliinin annostelulla. Terveillä henkilöillä insuliini saavuttaa maksan suoraan portaaliverenkierron kautta haiman erityksen jälkeen. Käytyään toiminnoissaan tällä tasolla ja sen jälkeen kun se on poistunut maksasta, insuliini siirtyy systemaiseen verenkiertoon paljon alhaisemmissa pitoisuuksissa kuin portaaliverenkierrossa. PCOS:ssa ja muissa insuliiniresistenssin tiloissa insuliiniresistenssiä kompensoidaan lisääntyneellä haiman insuliinin erityksellä, mikä johtaa portaaliseen ja systemaiseen hyperinsulinismiin. Sitä vastoin T1D-potilailla insuliini annostellaan ihonalaisesti (ei-fysiologisesti) ja se vaikuttaa eri elimiin ja kudoksiin, mukaan lukien sukupuolirauhasiin ja lisämunuaisen kuoreen, ennen kuin se saavuttaa maksakudoksen riittävissä pitoisuuksissa glukoneogeneesin estämiseksi; tästä syystä systemaisten insuliinipitoisuuksien on välttämättä oltava suprafysiologisia. Sitä vastoin maksan insuliinitasot eivät ole liian korkeita, koska tämä aiheuttaisi hypoglykemiaa, ja tämä selittää jatkuvan löydöksen normaaleista sukupuolihormonia sitovasta globuliinista (SHBG) T1D- ja PCOS-naisilla. Sitä vastoin PCOS-naisilla ilman T1D:tä SHBG:n synteesi ja eritys vähenee portaalisen hyperinsulinismin seurauksena (tähän estoon vaikuttavat myös viskeraalisen rasvakudoksen erittämät tietyt adipokiinit), tilanne, joka ei esiinny T1D-naisilla maksan hyperinsulinismin puuttuessa.

Muutamat tutkimukset ovat raportoineet negatiivisesta vuorovaikutuksesta T1D:n ja PCOS:n välillä mikro- tai makrovaskulaaristen komplikaatioiden osalta. Siitä huolimatta on todennäköistä, että androgenien ylimäärä vaikuttaa negatiivisesti rasvakudoksen jakautumiseen T1D- ja PCOS-naisilla, altistaen heidät lisääntyneelle vatsaontelon rasvoittumiselle ja insuliiniresistenssille. Toisaalta, samoin kuin niillä naisilla, joilla on korkea riski saada PCOS yleisväestössä – esimerkiksi lihavilla, jopa äärimmäisen lihavilla, tai PCOS-naisten ensimmäisen asteen sukulaisilla – jotka eivät kehitä oireyhtymän piirteitä, eivät kaikki T1D-potilaat, joita yleisesti hoidetaan ihonalaisella insuliinilla, kehitä PCOS:ia, mikä osoittaa, että alttius PCOS:lle on conditio sine qua non sen ilmenemiselle.

MUNASARJOJEN JA LISÄMUNAISAISTEN STEROIDOGENEESIN VIAT Sekä se tosiasia, että PCOS ei ole universaali insuliiniresistenssin ja hyperinsulinismin omaavilla naisilla, että insuliiniresistenssi ei ole universaali kaikilla PCOS-naisilla, viittaa siihen, että on olemassa ensisijainen vika, joka edistää androgenien ylimäärää sairastuneilla naisilla, ja että tämä on olennainen oireyhtymän kehittymiselle insuliinin tai muiden laukaisevien tekijöiden vastauksena. McAllisterin ryhmän Pennsylvania-yliopistossa 20 vuotta sitten suoritetut elegantit tutkimukset osoittivat, että useiden siirtojen jälkeen primaarikulttuurissa PCOS-potilaiden tekasolut tuottivat ylimääräistä androgenien eritystä verrattuna kontrollinaisten ilman oireyhtymää. Tämä tapahtui, koska entsyymin 17α-hydroksylaasi/17,20-desmolaasi (P450c17, CYP17) ilmentyminen ja aktiivisuus oli luontaisesti lisääntynyt; tämä on sukupuolisteroidien synteesin laadullinen säätelyentsyymi, joka katalysoi sekä pregnenoloniin ja progesteronin 17α-hydroksylaatiota että 17α-hydroksipregnenoloonin muuntumista dehydroepiandrosteroniksi. Entsyymin 17,20-desmolaasiaktiivisuutta säätelevät transkription jälkeiset mekanismit, mukaan lukien entsyymin itse seriini-/treoniinijäämien fosforylaatio. Sama ryhmä osoitti myös lisääntyneen P450scc-entsyymin ilmentymisen PCOS-naisten tekasoluissa; tämä on munasarjojen ja lisämunuaisten steroidogeneesin määrällinen säätelyentsyymi, joka katalysoi kolesterolin muuntumista pregnenoloniiksi kolesterolinsiirron jälkeen ulommasta sisempään mitokondrion kalvoon steroidogeneesiä säätelevän akuutin proteiinin (StAR) avulla. Koska mitkään tekijät, jotka voisivat vaikuttaa näihin tekasoluihin in vivo, eivät tietenkään olleet läsnä useiden siirtojen jälkeen, nämä muutokset asettavat ylimääräisen androgenien tuotannon PCOS:n ensisijaiseksi munasarjavaksi, vahvistaen kliiniset löydökset kuten 17-hydroksiprogesteronin hypervasteisuuden gonadotropiinistimulaatioon tai pysyvän hyperandrogenemian lisämunuaisten steroidogeneesin tukahduttamisen jälkeen.

Noin kolmanneksella PCOS-naisista hyperandrogenismilla on myös lisämunuaiskomponentti. Lisämunuaisten hypervasteisuus kortikotropiinistimulaatioon on yleistä PCOS-naisilla, joilla on lisämunuaisperäinen hyperandrogenismi. Perifeerisen 11β-hydroksisteroidi-dehydrogenaasista riippuvan kortisolin uusiutumisen väheneminen voi aiheuttaa kortikotropiiniakselin kompensatorisen hyperaktivaation, ja tätä vikaa voidaan löytää maksan tasolta PCOS:ssa, munasarjojen hyperandrogenismin itsensä aiheuttamana. Toinen lisämunuaisaktivaatioon liittyvä tekijä olisi aiemmin mainitun 17α-hydroksylaasi/17,20-desmolaasi-entsyymin lisääntynyt ilmentyminen ja aktiivisuus. Tämän entsyymin seriini-/treoniinijäämien lisääntynyt fosforylaatio yhdessä insuliinireseptorin substraatti-1:n (IRS-1) seriinijäämien fosforylaation kanssa voisi muodostaa yhteisen tapahtuman, joka yhdistää munasarjojen ja lisämunuaisten hyperandrogenismin ja insuliiniresistenssin. Lisäksi 3β-hydroksisteroidi-dehydrogenaasin toiminnallinen osittainen vika voisi johtaa lisääntyneeseen Δ5/Δ4 lisämunuaisen esiasteiden suhteeseen, joka havaittu joillakin PCOS-naisilla, joko syndrooman ominaisen hyperinsulinismin aiheuttamana tai yhteisten muutosten vuoksi 17α-hydroksylaasi/17,20-desmolaasin ja 3β-hydroksisteroidi-dehydrogenaasin säätelyssä MEK/ERK-signalointireittiä pitkin.

LIHALLISUUS, VISKERAALINEN LIHALLISUUS JA KEHOJAKO PCOS:SSA Lihavuuden vaikutus sukupuolirauhasten toimintahäiriöihin naisilla ja miehillä on hyvin tunnettu. Ylipaino lisää klassisen PCOS:n esiintyvyyttä jopa 4-kertaiseksi satunnaisesti valituilla naisillamme, ja 30–50 % äärimmäisen lihavista naisista on piirteitä, jotka ovat yhdenmukaisia PCOS-diagnoosin kanssa. Lisäksi arvioitu lihavuuden esiintyvyys PCOS-naisilla on lähes 50 %, vaikka vielä merkittävämpi on keskivartalon lihallisuuden esiintyvyys, joka johtuu rasvakudoksen 'maskulinisoituneesta' jakautumisesta, joka koostuu viskeraalisesta kertymisestä. Tämä viskeraalinen kertymä voi alkaa jo lapsuudessa ja murrosiässä, vahvistaen hyperandrogenista fenotyyppiä alttiilla tytöillä. Aikuisiässä lihavuus ja keskivartalon lihallisuus heikentävät PCOS-naisten sydän- ja verisuoniprofiilia.

Androgenien ylimäärä itse vaikuttaa viskeraalisen rasvakudoksen geenien ilmentymiseen ja proteomiin, ja siten on kuvattu maskuliininen adipokiinien ilmentymismalli viskeraalisessa rasvakudoksessa. Androgenit ovat myös voimakkaita adipogeneettisen erilaistumisen estäjiä, rajoittaen adiposyyttien määrää ja niiden varastointikykyä ihonalaisessa rasvakudoksessa, joten androgenien ylimäärä voi rajoittaa rasvakudoksen sopeutumiskykyä PCOS-naisilla luomalla lipotoksisuuden ja dysfunktionaalisen adiposytokiinien erityksen tilan. PCOS:lle ominaiset oksidatiivinen stressi ja subkliininen krooninen tulehdus vaikuttavat myös rasvakudoksen fysiologisen laajenemisen kyvyttömyyteen ja sen metaboliseen dysregulaatioon. Lopulta PCOS:n ja vatsaontelon lihavuuden välinen vuorovaikutus on noidankehän tulos, jossa androgenien ylimäärä edistää vatsaontelon viskeraalisen rasvan kertymistä, mikä suoraan helpottaa munasarjojen ja lisämunuaisten peräistä androgenien ylimäärää autokriinisten, parakriinisten ja endokriinisten välittäjäaineiden erityksen ja vaikutuksen kautta [adiponektiinin alentunut säätely ja kasvainnekroosifaktorin alfa (TNF-α), IL-6:n ja leptiinin ylösääntely], tai epäsuorasti insuliiniresistenssin ja kompensatorisen hyperinsulinismin aiheuttamana.

INSULIINIRESISTENSSI, TULEHDUS JA OKSIDATIIVINEN STRESSI PCOS:N PATOFYSIOLOGIASSA Euglykeemiset puristustutkimukset ovat yhdenmukaisia insuliinireseptorin ligandin sitoutumisen jälkeisen vian kanssa, joka vaikuttaa rasvakudoksen solunsisäiseen metaboliseen signalointireittiin; muutos, jota tukevat metabolomiikkatutkimusten löydökset, jotka osoittavat plasman pitkäketjuisten rasvahappojen ja glyserolin lisääntymisen, mikä viittaa lisääntyneeseen lipolyysiin, todennäköisesti liittyen alentuneeseen herkkyyteen insuliinin vaikutukselle rasvakudoksessa. Tämän mukaisesti merkittävä osa PCOS-naisista on lisääntynyt insuliinireseptorin seriinijäämien fosforylaatio, jonka toimintaa estetään vähentämällä sen tyrosiinijäämien luontaista kinaasiaktiivisuutta. Tällainen fosforylaatio välittyy TNF-α:n kautta, erityisesti niillä potilailla, joilla on vatsaontelon lihavuus, skenaario, joka johtuu hyperandrogenisesta ärsykkeestä tämän sytokiinin vapautumiseen monosyyttisoluista sekä paastossa että glukoosin saannin jälkeen. Toisilla naisilla IRS-1:n fosforylaatio tai fosfatidyylinositoli-3-kinaasin aktivaatio pahentaa insuliiniresistenssiä. Kuitenkin insuliiniresistenssi adiposyyttitasolla voi myös välittyä toisen täydentävän mekanismin kautta, nimittäin tämän kudoksen makrofagien tunkeutumisen kautta. CD11c-ilmentymällä karakterisoidut tulehdukselliset makrofagit kerääntyvät adiposyyttien ympärille muodostaen kruunumaisia rakenteita, joiden tiheys korreloi suoraan insuliiniresistenssin asteen kanssa. Nämä makrofagit erittävät sytokiineja kuten TNF-α:ta, edistäen paikallista tulehdusympäristöä. PCOS-naisilla on lisääntynyt CD11c-ilmentyminen makrofageissa ja kruunumaisissa rakenteissa ihonalaisessa rasvakudoksessa suoraan verenkiertoon kiertävien testosteronitasojen suhteessa. PCOS-naisten lihaskudoksessa insuliinireseptorin mitogeeninen reitti, MAPK-ERK 1/2, on myös perustasolla aktivoitunut lisäten IRS-1:n seriinijäämien fosforylaatiota. Mitokondriotoimintahäiriön läsnäolo toiminnallisen hyperandrogenismin omaavilla naisilla voi edesauttaa insuliiniresistenssin esiintymistä. Tämän mitokondriotoimintahäiriön aiheuttama oksidatiivinen stressi on osallisena PCOS:n patogeneesissä ja hyperandrogenismiin liittyvissä metabolisissa komplikaatioissa. Vaikka jotkut tutkimukset eivät ole vahvistaneet PCOS:n ensisijaista mitokondriotoiminnan heikkenemistä, oksidatiivisen stressin biomarkkerit ovat lisääntyneet näillä naisilla riippumatta ylipainon esiintymisestä. Lisäksi hyperandrogenisten naisten, joilla on insuliiniresistenssi, mitokondriotoiminnan muutokset muistuttavat tyypin 2 diabetesta sairastavien potilaiden muutoksia.

GEENINEN ALTIIUS PCOS on monimutkainen monigeeninen tila, joka syntyy suojavien ja alttiuden aiheuttavien geneettisten varianttien välisestä vuorovaikutuksesta, jotka ovat saattaneet valikoitua evoluution myötä ikien kuluessa esi-isien selviytymisedun vuoksi, ja ympäristötekijöillä on ratkaiseva rooli hyperandrogenisen fenotyypin ilmentymisessä. Muun muassa androgeenisynteesiä, insuliinin vaikutusta ja tulehdusta säätelevien geenien genomiset variantit voivat liittyä altiuteen PCOS:lle. Laajojen genomi-laajaisten assosiaatiotutkimusten meta-analyysi, joka sisälsi yli 10 000 PCOS-naista ja 100 000 kontrollia, kaikki eurooppalaista alkuperää, tunnisti 14 lokusta, jotka liittyvät hyperandrogenismiin, gonadotropiinien säätelyyn ja testosteronipitoisuuksiin sairastuneilla naisilla, sekä korrelaatiot lihavuuden, insuliinimäärän, tyypin 2 diabeteksen, lipiditasojen ja sepelvaltimon ateroskleroottisen taudin kanssa, mikä osoittaa jaetun geneettisen arkkitehtuurin näiden metabolisten muutosten ja PCOS:n välillä.

Näitä yleisväestön PCOS-naisissa kuvattuja patofysiologisia mekanismeja ei ole tutkittu T1D-naisilla. Siksi edistävien ja suojaavien tekijöiden kuvaus, jotka liittyvät toiminnallisen hyperandrogenismin ja PCOS:n kehittymiseen tai puuttumiseen T1D-naisilla, on tämän tutkimushankkeen päätavoite.

HYPOTEESI On yksilöllisiä tekijöitä, jotka altistavat tai suojaavat T1D-naisia androgenien ylimäärän ja PCOS:n kehittymiselle, huolimatta iatrogeneettisesta systemaattisesta hyperinsulinismista, jota he kaikki kokevat hengissä pysymiseen tarvittavan ihonalaisen insuliinin annostelun seurauksena. Androgenien ylimäärä T1D-naisilla voi lisätä heidän kardiometabolista riskiään.

TUTKIMUSTAVOITTEET PÄÄTARKOITUS: Paljastaa toiminnallisen hyperandrogenismin taustalla olevat patogeeniset mekanismit T1D-naisilla sukupuolilääketieteen näkökulmasta.

1. Ensisijaiset tavoitteet: Tunnistaa alttiuden aiheuttavat/suojaavat tekijät, jotka liittyvät toiminnallisen hyperandrogenismin kehittymiseen T1D-naisilla fenotyypittämällä nämä naiset käyttäen huipputekniikoita arviointiin:

   1.1. Insuliinin herkkyys. 1.2. Kehon koostumus. 1.3. Munasarjojen ja lisämunuaisten steroidogeneesi.

2. Toissijaiset tavoitteet: Merkittävien molekyyligeenisten tekijöiden tunnistaminen, jotka liittyvät toiminnallisen hyperandrogenismin kehittymiseen T1D-naisilla 2.1. Tunnista genomiset variantit insuliinisignaloinnin ja -vaikutuksen, lihallisuuden, tulehduksen, steroidogeneesin ja PCOS:n itsensä (genomiikka) liittyvissä geeneissä/proteiineissa.

   2.2. Differoivien DNA-metylaatiokuvioiden kuvaus syvässä ihonalaisessa rasva- ja luurankolihaskudoksessa (epigenomiikka).

   2.3. Differoivien geenien ilmentymisprofiilien kuvaus rasva- ja lihaskudoksessa (transkriptomiikka).

   2.2. Differoivien proteomisten profiilien kuvaus rasva- ja lihaskudoksessa (proteomiikka).

3. Eksploratiivinen tavoite: Arvioida T1D:n ja PCOS:n välistä vuorovaikutusta T1D:hen itsessään liittyvien metabolisen hallinnan ja sairauksien parametreissa.