Groeihormoon als model voor omkeerbare activering van vetweefselfibrose

Achtergrond en voorlopige gegevens: Vetweefsel is een meercellig weefsel omgeven door een extracellulaire matrix, dat continu wordt hermodelleerd. Verstoringen in de hermodelleringsprocessen kunnen accumulatie van overtollig extracellulair matrixeiwit en dus fibrose veroorzaken. Vetweefselfibrose wordt erkend als een onderdeel van het metabool syndroom, samen met insulineresistentie, dyslipidemie en obesitas, en fibrose speelt waarschijnlijk een oorzakelijke rol (1,2). In deze context is het fascinerend dat langdurige blootstelling aan GH in vivo insulineresistentie induceert ondanks een gelijktijdige mobilisatie en vermindering van de vetmassa (3). Dit effect van GH komt tot uiting bij patiënten met een GH-producerende hypofysetumor (acromegalie) (4). Bovendien is GH een krachtige activator van collageenomzetting en bevordert het ook fibrose in menselijke pezen en skeletspieren (5-7). Verhoogde AT-fibrose is gemeld in een GH-transgeen muizenmodel (8) en we hebben voorlopige gegevens die AT-fibrose aantonen bij patiënten met actieve acromegalie, die omkeert na ziektecontrole.

Er is weinig bekend over de mechanismen die ten grondslag liggen aan door GH geïnduceerde fibrose, maar recent bewijs wijst op een mogelijke betrokkenheid van FAPa, een enzym dat in hoge mate tot expressie wordt gebracht in AT FAP-cellen van muizen (9). Bovendien hebben we onlangs gemeld dat FAP-cellen van menselijke skeletspieren FAPa (DPP4) opwaarts reguleren tijdens fibrogene differentiatie (19). FAPa is een subeenheid van een heterodimeer proteïnasecomplex dat aan het celmembraan is gehecht naast een oplosbare vorm die ook in de bloedsomloop aanwezig is (10). Verschillende eiwitten worden herkend als FAPa-substraten, waaronder collageen type I (11) en III (12), en FAPa lijkt een belangrijke rol te spelen bij de hermodellering van leverweefsel (13) en bij longfibrose (14). We hebben onlangs verhoogde circulerende niveaus van FAPa in actieve acromegalie geregistreerd, wat correleert met de omkering van de collageenomzet na ziektebestrijding (15). Fibro-adipogene voorlopercellen zijn mesenchymale voorlopercellen met het intrinsieke potentieel om te differentiëren tot collageenproducerende fibroblasten of adipocyten. Ze zijn onderzocht in de hart- en skeletspieren van muizen, waar ze bijdragen aan fibrose of vetafzetting tijdens spierbeschadigde regeneratie of degeneratie (16-18). We hebben onlangs aangetoond dat een subset van FAP-cellen de accumulatie van ECM-eiwit en adipocyten in de spieren van patiënten met type 2-diabetes stimuleert en waarschijnlijk bijdraagt ​​aan de slechte metabole en mechanische spierfunctie (19). Of GH de FAP-celproliferatie en -differentiatie in vetweefsel beïnvloedt, is onbekend, maar FAP-celproliferatie wordt gereguleerd door IGF-I (16), een sterk GH-afhankelijk peptide. Er is ook gemeld dat verhoogde FAP-proliferatie bijdraagt ​​aan intramusculair vetweefsel (IMAT) bij verschillende aandoeningen, en we hebben IMAT waargenomen na behandeling bij acromegalie (niet-gepubliceerde gegevens). Verder hebben we voorlopige gegevens van FACS-geïsoleerde vetweefsel-FAP-cellen die zijn geïncubeerd met serum van acromegaliepatiënten, die wijzen op GH-afhankelijke verhoogde FAP-celproliferatie en fibrogeen uiterlijk. Gezamenlijk suggereren deze bevindingen dat GH een pro-proliferatief en fibrogeen FAP-fenotype bevordert ten koste van adipogene differentiatie.

Hypothesen: Groeihormoon: 1) activeert expressie van FAPa-eiwitten, 2) verhoogt proliferatie en fibrogene differentiatie van FAP-cellen, en 3) induceert reversibele fibrose in vetweefsel bij mensen

Onderwerpen en methoden: In een enkelvoudig geblindeerd, gerandomiseerd, dubbel-dummy crossover-ontwerp zullen 10 volwassen personen met matig overgewicht worden onderworpen aan een week van GH- en GH-receptorblokkade (Pegvisomant). Pegvisomant is een gemodificeerd GH-molecuul dat selectief de GH-receptor blokkeert en is een geregistreerd geneesmiddel voor de behandeling van acromegalie. We nemen Pegvisomant op als een 'actieve controle' om endogene GH-acties te onderdrukken. De deelnemers krijgen dagelijks onderhuidse injecties met groeihormoon, 0,6-2,0 mg afhankelijk van de leeftijd, gedurende 7 dagen in de GH-interventie. Bij de controle-interventie krijgen de deelnemers dagelijks subcutane injecties van Pegvisomant of zoutoplossing. Pegvisomant in een dosis van 30 mg wordt tweemaal gegeven, aan het begin en aan het eind van de controle-interventie, terwijl zoutoplossing wordt gegeven op de andere 5 dagen van de controle-interventieperiode. De twee interventieperiodes worden gescheiden door een uitwasperiode van 1-4 maanden. De deelnemers worden gerandomiseerd om te beginnen met de GH-interventie en vervolgens te worden onderworpen aan de controle-interventie, of te beginnen met de controle-interventie en vervolgens te worden onderworpen aan de GH-interventie. De deelnemers komen dagelijks bij elkaar in het ziekenhuis voor de injecties en een klein bloedmonster. Elke interventieperiode wordt geïnitieerd door een initiatiedag waarop bloedmonsters, vetweefsel- en spiermonsters worden genomen, temperatuurmetingen en bio-impedantie worden uitgevoerd, zwaar water wordt toegediend en de eerste injectie van interventie ofwel GH of controle-interventie. Op de eerste initiatiedag wordt een DXA-scan uitgevoerd om de lichaamssamenstelling te beoordelen. Elke interventieperiode wordt afgesloten met een studiedag waarop bloedmonsters, vetweefsel- en spiermonsters worden genomen, temperatuurmetingen, indirecte calorimetrie, palmitate tracer-kinetiek en bio-impedantie worden uitgevoerd en de laatste injectie van interventie ofwel GH of controle wordt toegediend interventie. De deelnemers vasten tijdens de initiatie- en studiedagen en tijdens de interventieperiodes loggen ze hun inname van eten en drinken.

Studieresultaten:

Primair: FAP-celfunctie, FAPa-eiwitexpressie en markers van fibrose in AT-biopten verkregen voor en na interventie. We zullen met name het volgende uitvoeren:

• FACS voor het kwantificeren en isoleren van celpopulaties, inclusief kwantificering van FAP-cellen in vetweefsel, en in vitro bepaling van proliferatie en fibro-/adipogeen differentiatiepotentieel
• FAPa-expressie in bloed en vetweefsel
• Markers van fibrose in vetweefsel beoordeeld met behulp van lichtmicroscopie en immunohistochemisch, RNA-sequencing en met zwaar water gemerkte bindweefselvernieuwing

Secundair: om de impact van blootstelling aan GH te bestuderen op:

• Circulerende biomarkers van collageenomzet (PINP, PIIINP)
• Energiemetabolisme van het hele lichaam en vetzuuromzetting (indirecte calorimetrie en palmitaat tracerkinetiek)
• Bindweefselomzetting in spierweefsel (labeling met zwaar water (D2O))
• Temperatuur metingen

Statistisch analyseplan: vergelijking tussen groepen wordt uitgevoerd met behulp van standaard statistische methoden (t-test of gelijkwaardige niet-parametrische test). Vergelijking binnen de groep zal worden uitgevoerd met behulp van een gepaarde t-toets van een equivalente niet-parametrische toets. Bovendien zal er gebruik worden gemaakt van ANOVA (herhaalde maatregelen). Een p-waarde kleiner dan 0,05 wordt als statistisch significant beschouwd.

Perspectief en relevantie: dit is de eerste studie waarin GH-effecten op vetweefselfibrose bij mensen worden onderzocht, wat implicaties heeft die verder gaan dan de GH-pathofysiologie. Een beter begrip van de routes die de balans van fibroblasten en adipocyten in vetweefsel regelen, is essentieel grondwerk en kan nieuwe doelen ontrafelen voor het bestrijden van disfunctie van vetweefsel en gerelateerde aandoeningen. Zoals onlangs is aangetoond bij diabetes type 2-patiënten, zijn deze progenitorcellen belangrijke mediatoren van weefselplasticiteit en -functie bij mensen (19).