Insulinfølsomhet og metabolomikk under oral administrering av glukose og gradert intravenøs infusjon

Forekomsten av fedme og fedme-assosierte metabolske forstyrrelser som insulinresistens og type 2 diabetes øker over hele verden. Til dags dato er fedmekirurgi den eneste fedmebehandlingen som resulterer i langsiktig vektreduksjon. I tillegg er det rapportert at fedmekirurgi fremmer remisjon av type 2-diabetes og er en mer effektiv behandling enn standardmedisiner for type 2-diabetes. Overraskende nok oppstår forbedring i glukosehomeostase etter noen fedmekirurgiske prosedyrer før vekttap er oppnådd. Mekanismene bak denne forbedringen er fortsatt uklare, men en fersk studie indikerer at omgåelse av jejunum kan spille en viktig rolle i glukosehomeostase. Dessuten induserer jejunum-avledede proteiner som er tilstede i serum i både mennesker og mus insulinresistens i cellekulturer av myocytter og hos mus. Dette til sammen indikerer at tarmen kan spille en viktig rolle i glukosehomeostase ved type 2 diabetes mellitus.

Metabolomics har nylig blitt sett på som en av de mest egnede teknologiene for å undersøke komplekse sykdommer som type 2 diabetes mellitus fordi den representerer et sanntids funksjonelt portrett av organismene. Tidligere studier har vist at forskjellige metabolitter og gallesyrer kan være involvert i reguleringen av glukosehomeostase. Derfor er det mulig at tarmen regulerer metabolitter som kan være involvert i nedsatt glukosetoleranse og type 2 diabetes mellitus.

De spesifikke målene for dette forskningsprosjektet er:

Mål 1: Å demonstrere at oralt inntatt glukose induserer insulinresistens og å bestemme om denne reguleringen av glukosehomeostase er forskjellig mellom personer med normal glukosetoleranse, nedsatt glukosetoleranse og personer med type 2 diabetes mellitus.

Mål 2: Å identifisere metabolitter regulert av tarmen som er assosiert med nedsatt glukosetoleranse og type 2 diabetes mellitus.

For å møte dette målet, vil forskjeller i glukosekinetikk bli studert når glukose administreres oralt (i en oral glukosetoleransetest, OGTT) sammenlignet med en gradert intravenøs glukoseinfusjon, der plasmaglukosenivåene holdes i samme område som under OGTT, hos personer med normal glukosetoleranse (n = 8), nedsatt glukosetoleranse (n = 8) og type 2 diabetes mellitus (n = 8).

Basal glukosekinetikk vil først bli vurdert ved hjelp av dobbel glukosesporingsteknikk. I den basale delen av glukosetoleransetestene vil glukosesporer nr 1 bli infundert og deretter etterfulgt av enten en fortsatt infusjon og en gradvis økende oral glukosebelastning (25 g, 75 g og 125 g med 2 timers intervall under OGTT) med glukosesporer nr 2 eller en gradert intravenøs glukosesporinfusjon hvor plasmaglukosenivåene justeres til de som oppnås under OGTT-ene.

Gasskromatografi/massespektrometri vil bli brukt for å måle isotopisk anrikning av glukosesporere. Insulin, glukagon, totalt glukagon-lignende peptid 1 (GLP-1) og C-peptid vil bli målt ved radioimmunoassays gjentatte ganger under glukosetoleransetestene. Glukosekinetikk inkludert endogen glukoseproduksjon, insulinfølsomhet og insulinsekresjon vil bli beregnet. Forskjeller i glukosekinetikk mellom oral og intravenøs administrering av glukose vil bli beregnet og sammenlignet hos personer med normal glukosetoleranse, nedsatt glukosetoleranse eller type 2 diabetes mellitus.

Analyse av metabolomikk vil bli utført i plasma samlet under OGTT og den graderte intravenøse glukoseinfusjonen. Metabolitter i plasmaprøver vil bli analysert ved hjelp av to globale profileringsanalytiske plattformer og en målrettet profileringsplattform. Todimensjonal gasskromatografi koblet til time-of-flight massespektrometri (GCxGC-TOFMS) vil bli utført for å måle små polare metabolitter. Molekylære lipider vil bli vurdert av en global plattform ved bruk av ultraytelses væskekromatografi koblet til quadrupole-TOFMS (UPLC-QTOFMS). En målrettet plattform basert på UPLC koblet til trippel-quadrupol MS (UPLC-QqQMS) vil bli utført for å kvantifisere både ukonjugerte og konjugerte former for gallesyrer.

Forskjeller i plasmametabolitter under OGTT og gradert intravenøs glukoseinfusjon vil bli studert for å vurdere informasjon om mulig regulering av tarmen, og resultatene vil bli sammenlignet hos personer med normal glukosetoleranse, nedsatt glukosetoleranse og personer med type 2 diabetes mellitus.

Betydning De forventede resultatene i denne studien vil vise at tarmen spiller en viktig rolle i glukosehomeostase og at dette systemet er dysregulert ved type 2 diabetes. Enda viktigere, nye faktorer avledet eller regulert fra tarmen som regulerer insulinresistens og glukosetoleranse vil bli identifisert som kan være mulige mål for fremtidige antidiabetiske terapier.