Veksthormon som modell for reversibel aktivering av fettvevsfibrose

Bakgrunn og foreløpige data: Fettvev er et flercellet vev omgitt av en ekstracellulær matrise, som gjennomgår kontinuerlig remodellering. Pertubasjoner i remodelleringsprosessene kan forårsake akkumulering av overflødig ekstracellulært matriseprotein og dermed fibrose. Fettvevsfibrose er anerkjent som en komponent i det metabolske syndromet sammen med insulinresistens, dyslipidemi og overvekt, og fibrose spiller sannsynligvis en kausativ rolle (1,2). I denne sammenheng er det fascinerende at langvarig eksponering for GH in vivo induserer insulinresistens til tross for en samtidig mobilisering og reduksjon av fettmasse (3). Denne effekten av GH kommer til uttrykk hos pasienter med en GH-produserende hypofysetumor (akromegali) (4). Dessuten er GH en potent aktivator av kollagenomsetning, og det fremmer også fibrose i menneskelige sener og skjelettmuskler (5-7). Økt AT-fibrose er rapportert i en GH-transgen musemodell (8), og vi har foreløpige data som viser AT-fibrose hos pasienter med aktiv akromegali, som reverserer etter sykdomskontroll.

Lite er kjent om mekanismene bak GH-indusert fibrose, men nyere bevis peker på en potensiell involvering av FAPα, et enzym som er sterkt uttrykt i muse-AT FAP-celler (9). Dessuten har vi nylig rapportert at menneskelige skjelettmuskel-FAP-celler oppregulerer FAPα (DPP4) under fibrogen differensiering (19). FAPα er en underenhet av et heterodimert proteinasekompleks festet til cellemembranen i tillegg til en løselig form som også finnes i sirkulasjonen (10). Flere proteiner er anerkjent som FAPα-substrater, inkludert kollagen type I (11) og III (12), og FAPα ser ut til å spille en betydelig rolle ved remodellering av levervev (13) og ved lungefibrose (14). Vi har nylig registrert forhøyede sirkulerende nivåer av FAPα ved aktiv akromegali, som korrelerer med reversering av kollagenomsetning etter sykdomskontroll (15). Fibro-adipogene stamceller er mesenkymale stamceller med det iboende potensialet til å differensiere seg til enten kollagenproduserende fibroblaster eller adipocytter. De er studert i murin hjerte- og skjelettmuskulatur, hvor de bidrar til enten fibrose eller fettavsetning under muskelsvekket regenerering eller degenerasjon (16-18). Vi har nylig demonstrert at en undergruppe av FAP-celler driver akkumuleringen av ECM-protein og adipocytter i muskelen fra pasienter med type 2-diabetes og sannsynligvis bidrar til dårlig metabolsk og mekanisk muskelfunksjon (19). Hvorvidt GH påvirker fettvevs FAP-celleproliferasjon og -differensiering er ukjent, men FAP-celleproliferasjon reguleres av IGF-I (16), som er et sterkt GH-avhengig peptid. Økt FAP-proliferasjon er også rapportert å bidra til intramuskulært fettvev (IMAT) ved flere tilstander, og vi har observert IMAT etter behandling ved akromegali (upubliserte data). Videre har vi foreløpige data fra FACS-isolerte fettvev FAP-celler inkubert med serum fra akromegalipasienter, noe som tyder på GH-avhengig økt FAP-celleproliferasjon og fibrogent utseende. Samlet antyder disse funnene at GH fremmer en pro-proliferativ og fibrogen FAP-fenotype på bekostning av adipogen differensiering.

Hypoteser: Veksthormon: 1) Aktiverer FAPα-proteinekspresjon, 2) Øker proliferasjon og fibrogen differensiering av FAP-celler, og 3) Induserer reversibel fibrose i fettvev hos mennesker

Emner og metoder: I en enkelt blindet, randomisert, dobbeltdummy crossover-design, vil 10 voksne, moderat overvektige individer bli utsatt for én uke med GH- og GH-reseptorblokkering (Pegvisomant). Pegvisomant er et modifisert GH-molekyl som selektivt blokkerer GH-reseptoren og er et lisensiert legemiddel for behandling av akromegali. Vi inkluderer Pegvisomant som en "aktiv kontroll" for å undertrykke endogene GH-handlinger. Deltakerne vil få daglige subkutane injeksjoner av veksthormon, 0,6-2,0 mg avhengig av alder, i 7 dager i GH-intervensjonen. I kontrollintervensjonen vil deltakerne få daglige subkutane injeksjoner av enten Pegvisomant eller saltvann. Pegvisomant i en dose på 30 mg gis to ganger, i begynnelsen og slutten av kontrollintervensjonen, mens saltvann gis de andre 5 dagene av kontrollintervensjonen. De to intervensjonsperiodene er atskilt med en utvaskingsperiode på 1-4 måneder. Deltakerne vil bli randomisert til enten å starte med GH-intervensjonen og deretter bli utsatt for kontrollintervensjonen, eller starte med kontrollintervensjonen og deretter bli utsatt for GH-intervensjonen. Deltakerne vil møte på sykehuset daglig for injeksjoner og en liten blodprøve. Hver intervensjonsperiode initieres av en igangsettingsdag hvor det vil bli tatt blodprøver, fettvev og muskelprøver, utføres temperaturmålinger og bioimpedans, samt gis tungtvann og første injeksjon av intervensjon enten GH eller kontrollintervensjon. På den første initieringsdagen vil det bli utført en DXA-skanning for vurdering av kroppssammensetning. Hver intervensjonsperiode vil bli avsluttet med en studiedag hvor det vil bli tatt blodprøver, fettvev og muskelprøver, utføres temperaturmålinger, indirekte kalorimetri, palmitatsporer kinetikk og bioimpedans, og gis siste injeksjon av intervensjon enten GH eller kontroll. innblanding. Deltakerne skal faste under oppstarts- og studiedagene, og i intervensjonsperiodene vil de logge inntaket av mat og drikke.

Studieresultater:

Primær: FAP-cellefunksjon, FAPα-proteinekspresjon og markører for fibrose i AT-biopsier oppnådd før og etter intervensjon. Spesielt vil vi utføre:

• FACS for å kvantifisere og isolere cellepopulasjoner, inkludert kvantifisering av FAP-celler i fettvev, og in vitro bestemmelse av proliferasjon og fibro-/adipogent differensieringspotensial
• FAPα-uttrykk i blod og fettvev
• Markører for fibrose i fettvev vurdert ved lysmikroskopi og immunhistokjemisk, RNA-sekvensering og tungtvannsmerket bindevevsomsetning

Sekundært: å studere virkningen av GH-eksponering på:

• Sirkulerende biomarkører for kollagenomsetning (PINP, PIIINP)
• Hele kroppens energimetabolisme og fettsyreomsetning (indirekte kalorimetri og palmitatsporkinetikk)
• Bindevevsomsetning i muskelvev (merking av tungt vann (D2O))
• Temperaturmålinger

Statistisk analyseplan: Sammenligning mellom grupper vil bli utført ved bruk av standard statistiske metoder (t-test eller tilsvarende ikke-parametrisk test). Sammenligning innen gruppe vil bli utført ved å bruke paret t-test av ekvivalent ikke-parametrisk test. I tillegg vil ANOVA (gjentatte tiltak) bli brukt. En p-verdi mindre enn 0,05 vil bli sett på som statistisk signifikant.

Perspektiv og relevans: Dette er den første studien som undersøker GH-effekter på fettvevsfibrose hos mennesker, som har implikasjoner utover GH-patofysiologi. En dypere forståelse av veiene som kontrollerer fibroblast- og fettvevsbalansen i fettvev er viktig grunnarbeid og kan avdekke nye mål for å bekjempe fettvevsdysfunksjon og relaterte lidelser. Som nylig demonstrert hos pasienter med type 2-diabetes er disse progenitorcellene nøkkelmediatorer av vevsplastisitet og funksjon hos mennesker (19).