1型糖尿病における多嚢胞性卵巣症候群

機能性卵巣性アンドロゲン過剰症、およびその最も頻繁な表現型である多嚢胞性卵巣症候群（PCOS）は、2型糖尿病などの他のパンデミック代謝疾患と同様の世界的な有病率を有しており、厳格な古典的基準を用いた我々の環境における女性の6.5％から、最新かつ包括的な診断基準によれば、欧州および米国における閉経前女性の17-21％に及ぶ数値が報告されています。 ほとんどすべての古典的および非古典的心血管危険因子は、この状態の女性において、早期の生涯から集積します。 肥満、2型糖尿病、高血圧、または脂質異常症などの状態は、この有病集団を非アンドロゲン過剰女性と比較して、心血管イベントのより高いリスクに置きます。 PCOSは家族性集積を有する複雑な症候群であり、保護的および促進的環境要因が、素因のある遺伝子型において、アンドロゲン過剰表現型の発症およびその代謝的影響を引き起こします。

多嚢胞性卵巣症候群と1型糖尿病 PCOSに固有の代謝イベントの一つは、主に肝臓における臓器依存的なインスリン作用の欠損です。 この中心的な欠損に作用して、肥満はこれらの女性における末梢インスリン抵抗性の主要な寄与因子です。 インスリンは、卵巣および副腎ステロイド生成に関与する様々な酵素を刺激することにより、莢膜細胞において共性腺刺激ホルモンとして作用するため、肥満や2型糖尿病などの内因性高インスリン血症を伴う状態は、PCOSと関連する可能性があります。 しかしながら、我々の研究グループは20年以上前に、PCOSと1型糖尿病（T1D）との関連を初めて記載しました。 その画期的な論文において、インスリン抵抗性および代償性高インスリン血症ではなく、インスリン分泌の完全な障害を疾患の主要なメカニズムとして有するこれらの思春期および若年成人女性は、一般集団から無作為に選ばれた非アンドロゲン過剰女性と比較して、古典的PCOSの有病率が3倍増加していました。

この関連は、世界中の異なるグループによって実施されたその後の研究で確認されています。 我々のグループによる最近のメタアナリシスおよびシステマティックレビューでは、PCOSの有病率の増加を報告しました；その上限範囲では、その有病率はT1D患者の34％に達する可能性があり、心代謝的帰結の観点で最も重症である古典的PCOS表現型について一般集団で観察される数値を3倍に上回ります。 病態生理学的観点から、またT1Dにおける内因性高インスリン血症の明らかな欠如を考慮すると、この関係は必然的に外因性皮下インスリン投与によって支持されなければなりません。 健常者では、インスリンは膵臓分泌後、門脈循環を介して直接肝臓に到達します。 このレベルでその作用を発揮した後、その後の肝クリアランスを経て、インスリンは門脈循環で見られる濃度よりもはるかに低い濃度で体循環に入ります。 PCOSおよび他のインスリン抵抗性状態では、インスリン抵抗性は膵臓インスリン分泌の増加によって補償され、門脈および全身性高インスリン血症を引き起こします。 対照的に、T1D患者では、インスリンは皮下投与され（非生理学的に）、肝組織にグルコ新生を抑制するのに十分な濃度で到達する前に、性腺や副腎皮質を含む様々な臓器や組織に作用します；したがって、全身性インスリン濃度はこの理由で必然的に超生理学的です。 対照的に、肝臓インスリンレベルは過剰ではありません、なぜならこれは低血糖を誘発するであろうからであり、これはT1DおよびPCOSの女性において性ホルモン結合グロブリン（SHBG）の正常レベルが常に見られることを説明します。 対照的に、T1Dを伴わないPCOS女性では、SHBGの合成と分泌は門脈高インスリン血症の結果として減少します（内臓脂肪組織によって分泌される特定のアディポカインもこの抑制に寄与します）、これは肝臓高インスリン血症のないT1D女性では起こらない状況です。

いくつかの研究は、微小血管または大血管合併症の観点から、T1DとPCOSの間の負の相互作用を報告しています。 それにもかかわらず、アンドロゲン過剰がT1DおよびPCOSの女性における脂肪組織分布に悪影響を及ぼす可能性はもっともらしく、それらを腹部脂肪増加およびインスリン抵抗性のリスクに置きます。 一方で、一般集団におけるPCOSの高リスク女性と同様に－例えば、肥満、極度の肥満、またはPCOS女性の第一度近親者など－症候群の特徴を発症しない女性がいるように、皮下インスリンで普遍的に治療されるすべてのT1D患者がPCOSを発症するわけではなく、PCOSへの素因がその発生の必要条件であることを示しています。

卵巣および副腎ステロイド生成の欠陥 PCOSがインスリン抵抗性および高インスリン血症の女性に普遍的に存在しないという事実、およびインスリン抵抗性がすべてのPCOS女性に普遍的に存在しないという事実の両方は、影響を受ける女性においてアンドロゲン過剰を促進する一次欠陥が存在し、これがインスリンまたは他のトリガーに応答した症候群の発症に不可欠であることを示唆しています。 20年前にペンシルベニア大学でMcAllisterのグループによって実施された優雅な研究は、初代培養における数回の継代後、PCOS患者の莢膜細胞が、症候群のない対照女性のそれらと比較して過剰なアンドロゲン分泌を産生することを実証しました。 これは、性ステロイド合成の質的調節酵素である17α-ヒドロキシラーゼ／17,20-デスモラーゼ（P450c17, CYP17）酵素の本質的に増加した発現および活性のためであり、この酵素はプレグネノロンとプロゲステロンの17α-ヒドロキシル化、および17α-ヒドロキシブレグネノロンからデヒドロエピアンドロステロンへの変換の両方を触媒します。 この酵素の17,20-デスモラーゼ活性は、酵素自体のセリン／スレオニン残基のリン酸化を含む転写後機構によって調節されます。 同じグループはまた、PCOS女性の莢膜細胞におけるP450scc酵素の発現増加を実証しました、これは卵巣および副腎ステロイド生成の量的調節酵素であり、ステロイド生成急性調節タンパク質（StAR）によるコレステロールの外側から内側ミトコンドリア膜への転移後のコレステロールからプレグネノロンへの変換を触媒します。 明らかに、in vivoでこれらの莢膜細胞に影響を与える可能性のあるあらゆる因子は、数回の培養継代後には存在しなかったため、これらの変化は過剰なアンドロゲン産生をPCOSにおける一次卵巣欠陥として位置づけ、性腺刺激ホルモン刺激に対する17-ヒドロキシプロゲステロンの過剰反応や副腎ステロイド生成抑制後の持続性高アンドロゲン血症などの臨床所見を裏付けています。

PCOS女性の約3分の1では、アンドロゲン過剰症には副腎成分もあります。 副腎起源のアンドロゲン過剰症を有するPCOS女性では、副腎皮質刺激ホルモン刺激に対する副腎過剰反応が一般的です。 末梢の11β-ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼ依存性コルチゾール再生の減少は、副腎皮質刺激軸の代償的過剰活性化を誘導する可能性があり、この欠陥は、卵巣性アンドロゲン過剰症自体によって誘導されたPCOSの肝臓レベルで見つかることがあります。 副腎活性化に関連するもう一つの因子は、前述の17α-ヒドロキシラーゼ／17,20-デスモラーゼ酵素の発現および活性の増加であろう。 この酵素のセリン／スレオニン残基のリン酸化の増加と、インスリン受容体基質-1（IRS-1）のセリン残基のそれとの組み合わせは、卵巣および副腎アンドロゲン過剰症とインスリン抵抗性を結びつける共通のイベントを構成する可能性があります。 さらに、3β-ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼ作用の部分的な機能欠陥は、一部のPCOS女性で観察される増加したΔ5／Δ4副腎前駆体比につながる可能性があり、これは症候群に特徴的な高インスリン血症によって、またはMEK／ERKシグナル伝達経路による17α-ヒドロキシラーゼ／17,20-デスモラーゼおよび3β-ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼの調節における共通の変化によって引き起こされます。

PCOSにおける脂肪過剰、内臓脂肪過剰および体組成 女性および男性における性腺機能障害への肥満の寄与はよく知られています。 過体重は、我々の環境における無作為の女性において古典的PCOSの有病率を最大4倍まで増加させ、極度の肥満の女性の30％-50％はPCOSの診断と一致する特徴を有しています。 さらに、PCOS女性における肥満の推定有病率は約50％に近いですが、さらに注目すべきは、内臓沈着からなる脂肪組織の「男性化」分布に由来する中心性脂肪過剰の有病率です。 この内臓沈着は、小児期および思春期に始まり、素因のある女児においてアンドロゲン過剰表現型を強化する可能性があります。 成人期には、肥満および中心性脂肪過剰はPCOS女性の心血管プロファイルを悪化させます。

アンドロゲン過剰自体が内臓脂肪組織の遺伝子発現およびプロテオームに影響を与え、したがって内臓脂肪組織における男性様のアディポカイン発現パターンが記載されています。 アンドロゲンはまた、脂肪形成分化の強力な阻害剤であり、脂肪細胞の数とその皮下脂肪組織における貯蔵能力を制限するため、アンドロゲン過剰は、リポ毒性および機能不全アディポサイトカイン分泌の状態を作り出すことにより、PCOS女性における脂肪組織の適応能力を制限する可能性があります。 PCOSに固有の酸化ストレスおよび潜在性慢性炎症も、脂肪組織の生理的拡大とその代謝調節不全の不能に役割を果たします。 結局、PCOSと腹部肥満の相互関係は、アンドロゲン過剰が腹部内臓脂肪の沈着を促進し、それが直接、自己分泌、傍分泌、および内分泌メディエーターの分泌および効果を介して（アディポネクチンのダウンレギュレーションおよび腫瘍壊死因子-α（TNF-α）、IL-6、レプチンのアップレギュレーション）、または間接的にインスリン抵抗性および代償性高インスリン血症の誘導を介して、卵巣および副腎起源のアンドロゲン過剰を促進する悪循環の結果です。

PCOS病態生理学におけるインスリン抵抗性、炎症および酸化ストレス 正常血糖クランプ研究は、脂肪組織における細胞内代謝シグナル伝達経路に影響を与えるインスリン受容体のリガンド結合後欠陥と一致しています；血漿長鎖脂肪酸およびグリセロールの増加を示し、脂肪分解の増加を示唆するメタボロミクス研究の所見によって支持される変化であり、おそらく脂肪組織におけるインスリン作用への感受性の低下に関連しています。 これと一致して、相当数のPCOS女性は、インスリン受容体のセリン残基のリン酸化が増加しており、その機能はそのチロシン残基の本質的キナーゼ活性を減少させることによって阻害されます。 そのようなリン酸化はTNF-αによって媒介され、特に腹部肥満を有する患者において、これは絶食後およびグルコース摂取に応答した両方で、単核細胞によるこのサイトカインの放出へのアンドロゲン過剰刺激に由来するシナリオです。 他の女性では、IRS-1のリン酸化またはホスファチジルイノシトール-3-キナーゼの活性化がインスリン抵抗性を悪化させます。 しかしながら、脂肪細胞レベルでのインスリン抵抗性は、別の相補的メカニズム、すなわち、この組織へのマクロファージの浸潤によっても媒介される可能性があります。 CD11c発現によって特徴づけられる炎症性マクロファージは、脂肪細胞の周りにクラウン様構造を形成して集積し、その密度はインスリン抵抗性の程度に直接相関します。 これらのマクロファージは、TNF-αなどのサイトカインを分泌し、局所的な炎症環境を促進します。 PCOS女性は、循環テストステロンレベルに正比例して、皮下脂肪組織におけるマクロファージおよびクラウン様構造のCD11c発現の増加を示します。 PCOS女性の筋組織では、インスリン受容体の増殖経路であるMAPK-ERK 1/2も、IRS-1セリン残基のリン酸化増加を増強するように構成的に活性化されています。 機能性アンドロゲン過剰症女性におけるミトコンドリア機能不全の存在は、インスリン抵抗性の存在に寄与する可能性があります。 このミトコンドリア機能不全によって誘導される酸化ストレスは、PCOSの病因およびアンドロゲン過剰に関連する代謝合併症に関与しています。 いくつかの研究はPCOSにおけるミトコンドリア機能の一次障害を確認できなかったものの、酸化ストレスのバイオマーカーは、体重過剰の有無にかかわらず、これらの女性で増加しています。 さらに、インスリン抵抗性を有するアンドロゲン過剰女性のミトコンドリア機能の変化は、2型糖尿病患者のそれに類似しています。

遺伝的素因 PCOSは、保護的および素因的遺伝的変異体の間の相互作用から生じる複雑な多遺伝子状態であり、これらの変異体は、祖先の生存優位性のために進化によって時代を超えて選択された可能性があり、環境要因がアンドロゲン過剰表現型の発現において決定的な役割を果たします。 他のものの中でも、アンドロゲン生合成、インスリン作用、および炎症を調節する遺伝子のゲノム変異体は、PCOSへの素因と関連する可能性があります。 10,000人以上のPCOS女性および100,000人の対照者（すべてヨーロッパ系）を含む大規模ゲノムワイド関連研究のメタアナリシスは、影響を受ける女性におけるアンドロゲン過剰症、性腺刺激ホルモン調節、およびテストステロン濃度に関連する14の遺伝子座を同定し、肥満、インスリン血症、2型糖尿病、脂質レベル、および冠動脈アテローム性動脈疾患との相関を示し、これらの代謝変化とPCOSの間の共有遺伝的構造を示しています。

一般集団のPCOS女性で記載されたこれらの病態生理学的メカニズムは、T1D女性では研究されていません。 したがって、T1D女性における機能性アンドロゲン過剰症およびPCOSの発症または不在に関連する促進的および保護的要因の記載は、本研究プロジェクトの主要な目的です。

仮説 生存に必要なインスリンの皮下投与の結果として彼女たち全員が経験する医原性全身性高インスリン血症にもかかわらず、T1D女性をアンドロゲン過剰およびPCOSの発症に曝露または保護する個別の因子が存在します。 T1D女性におけるアンドロゲン過剰は、彼女たちの心代謝リスクを増加させる可能性があります。

研究目的 主目的：性医学の観点から、T1D女性における機能性アンドロゲン過剰症の背後にある病因メカニズムを明らかにすること。

1. 一次目的：以下の評価のための最先端技術を用いてこれらの女性を表現型解析することにより、T1D女性における機能性アンドロゲン過剰症の発症に関連する素因的／保護的要因を同定する：

   1.1. インスリン感受性。 1.2. 体組成。 1.3. 卵巣および副腎ステロイド生成。

2. 二次目的：T1D女性における機能性アンドロゲン過剰症の発症に関連する関連分子遺伝学的要因の同定 2.1. インスリンシグナル伝達および作用、脂肪過剰、炎症、ステロイド生成、およびPCOS自体に関連する遺伝子／タンパク質におけるゲノム変異体を同定する（ゲノミクス）。

   2.2. 深部皮下脂肪および骨格筋組織における差異的DNAメチル化パターンの記載（エピゲノミクス）。

   2.3. 脂肪および筋組織における差異的遺伝子発現プロファイルの記載（トランスクリプトミクス）。

   2.2. 脂肪および筋組織における差異的プロテオミクスプロファイルの記載（プロテオミクス）。

3. 探索的目的：T1DとPCOSの相互作用を、代謝コントロールのパラメータおよびT1D自体に関連する罹患率に関して評価する。