Hormon wzrostu jako model odwracalnej aktywacji zwłóknienia tkanki tłuszczowej

Wstęp i dane wstępne: Tkanka tłuszczowa to wielokomórkowa tkanka otoczona macierzą zewnątrzkomórkową, która podlega ciągłej przebudowie. Zaburzenia w procesach przebudowy mogą powodować gromadzenie się nadmiaru białka macierzy pozakomórkowej, a tym samym zwłóknienie. Zwłóknienie tkanki tłuszczowej jest uznawane za składową zespołu metabolicznego wraz z insulinoopornością, dyslipidemią i otyłością, a włóknienie prawdopodobnie odgrywa rolę przyczynową (1,2). W tym kontekście fascynujące jest to, że przedłużona ekspozycja na GH in vivo indukuje insulinooporność pomimo jednoczesnej mobilizacji i redukcji masy tłuszczowej (3). Ten efekt GH jest wyrażony u pacjentów z guzem przysadki produkującym GH (akromegalia) (4). Ponadto GH jest silnym aktywatorem obrotu kolagenu, a także promuje zwłóknienie w ludzkich ścięgnach i mięśniach szkieletowych (5-7). Zwiększone zwłóknienie AT zostało zgłoszone w modelu myszy transgenicznych GH (8) i mamy wstępne dane pokazujące zwłóknienie AT u pacjentów z aktywną akromegalią, które odwraca się po opanowaniu choroby.

Niewiele wiadomo na temat mechanizmów leżących u podstaw zwłóknienia wywołanego przez GH, ale ostatnie dowody wskazują na potencjalny udział FAPα, enzymu, który ulega silnej ekspresji w mysich komórkach AT FAP (9). Ponadto niedawno donieśliśmy, że ludzkie komórki FAP mięśni szkieletowych regulują w górę FAPα (DPP4) podczas różnicowania fibrogenicznego (19). FAPα jest podjednostką heterodimerycznego kompleksu proteinazy przyłączonej do błony komórkowej oprócz postaci rozpuszczalnej, również obecnej w krążeniu (10). Kilka białek jest rozpoznawanych jako substraty FAPα, w tym kolagen typu I (11) i III (12), a FAPα wydaje się odgrywać znaczącą rolę w przebudowie tkanki wątroby (13) i zwłóknieniu płuc (14). Niedawno odnotowaliśmy podwyższone poziomy krążącej FAPα w aktywnej akromegalii, co koreluje z odwróceniem obrotu kolagenu po opanowaniu choroby (15). Fibro-adipogenne komórki progenitorowe są mezenchymalnymi komórkami progenitorowymi z wewnętrznym potencjałem do różnicowania się w fibroblasty wytwarzające kolagen lub adipocyty. Badano je w mysich mięśniach sercowych i szkieletowych, gdzie przyczyniają się do zwłóknienia lub odkładania się tłuszczu podczas regeneracji lub degeneracji upośledzonej mięśni (16-18). Niedawno wykazaliśmy, że podzbiór komórek FAP napędza akumulację białka ECM i adipocytów w mięśniach pacjentów z cukrzycą typu 2 i prawdopodobnie przyczynia się do słabej funkcji metabolicznej i mechanicznej mięśni (19). Nie wiadomo, czy GH wpływa na proliferację i różnicowanie komórek FAP tkanki tłuszczowej, ale proliferacja komórek FAP jest regulowana przez IGF-I (16), który jest peptydem silnie zależnym od GH. Zgłaszano również, że zwiększona proliferacja FAP przyczynia się do domięśniowej tkanki tłuszczowej (IMAT) w kilku stanach i obserwowaliśmy IMAT po leczeniu akromegalii (dane niepublikowane). Ponadto mamy wstępne dane z komórek FAP tkanki tłuszczowej wyizolowanych za pomocą FACS inkubowanych z surowicą od pacjentów z akromegalią, które sugerują zależną od GH zwiększoną proliferację komórek FAP i wygląd fibrogenny. Podsumowując, odkrycia te sugerują, że GH promuje proproliferacyjny i fibrogenny fenotyp FAP kosztem różnicowania adipogennego.

Hipotezy: Hormon wzrostu: 1) Aktywuje ekspresję białka FAPα, 2) Zwiększa proliferację i różnicowanie fibrogeniczne komórek FAP oraz 3) Indukuje odwracalne zwłóknienie tkanki tłuszczowej u ludzi

Pacjenci i metody: W pojedynczym, ślepym, randomizowanym, krzyżowym projekcie z podwójnymi manekinami, 10 dorosłych osób z umiarkowaną nadwagą zostanie poddanych tygodniowej blokadzie GH i receptora GH (Pegvisomant). Pegwisomant to zmodyfikowana cząsteczka GH, która selektywnie blokuje receptor GH i jest licencjonowanym lekiem do leczenia akromegalii. Włączamy Pegvisomant jako „aktywną kontrolę” w celu stłumienia endogennych działań GH. Uczestnicy będą otrzymywać codziennie podskórne zastrzyki hormonu wzrostu, 0,6-2,0 mg w zależności od wieku przez 7 dni w interwencji GH. W ramach interwencji kontrolnej uczestnicy będą codziennie otrzymywać podskórne zastrzyki pegwisomantu lub soli fizjologicznej. Pegwisomant w dawce 30 mg podaje się dwukrotnie, na początku i na końcu interwencji kontrolnej, natomiast sól fizjologiczną podaje się w pozostałych 5 dniach kontrolnego okresu interwencji. Dwa okresy interwencji są oddzielone okresem wymywania trwającym od 1 do 4 miesięcy. Uczestnicy zostaną losowo przydzieleni do grupy rozpoczynającej od interwencji GH, a następnie poddanej interwencji kontrolnej lub rozpoczynającej od interwencji kontrolnej, a następnie poddanej interwencji GH. Uczestnicy będą codziennie spotykać się w szpitalu na zastrzyki i małą próbkę krwi. Każdy okres interwencji rozpoczyna się dniem inicjacji, w którym zostaną pobrane próbki krwi, próbki tkanki tłuszczowej i mięśni, wykonane zostaną pomiary temperatury i bioimpedancji oraz zostanie podana ciężka woda i pierwszy zastrzyk interwencji GH lub interwencji kontrolnej. W pierwszym dniu inicjacji zostanie wykonane badanie DXA w celu oceny składu ciała. Każdy okres interwencji zakończy się dniem badania, podczas którego zostaną pobrane próbki krwi, próbki tkanki tłuszczowej i mięśni, wykonane zostaną pomiary temperatury, kalorymetria pośrednia, kinetyka wskaźnika palmitynianu i bioimpedancja oraz zostanie podany ostatni zastrzyk interwencyjny GH lub kontrolny interwencja. Uczestnicy będą pościć w dniach inicjacji i nauki, a podczas okresów interwencji będą rejestrować swoje spożycie żywności i napojów.

Wyniki badań:

Pierwszorzędowe: funkcja komórek FAP, ekspresja białka FAPα i markery zwłóknienia w biopsjach AT uzyskanych przed i po interwencji. W szczególności wykonamy:

• FACS do oznaczania ilościowego i izolowania populacji komórek, w tym oznaczania ilościowego komórek FAP w tkance tłuszczowej oraz oznaczania in vitro potencjału proliferacji i różnicowania fibro-/adipogennego
• Ekspresja FAPα we krwi i tkance tłuszczowej
• Markery włóknienia w tkance tłuszczowej oceniane pod mikroskopem świetlnym i immunohistochemicznie, sekwencjonowanie RNA i obrót tkanki łącznej znakowany ciężką wodą

Drugorzędne: badanie wpływu narażenia na GH na:

• Krążące biomarkery obrotu kolagenu (PINP, PIIINP)
• Metabolizm energetyczny całego organizmu i obrót kwasami tłuszczowymi (kalorymetria pośrednia i kinetyka wskaźnika palmitynianowego)
• Obrót tkanki łącznej w tkance mięśniowej (znakowanie ciężkiej wody (D2O))
• Pomiary temperatury

Plan analizy statystycznej: Porównanie grup zostanie przeprowadzone przy użyciu standardowych metod statystycznych (test t lub równoważny test nieparametryczny). Porównanie wewnątrzgrupowe zostanie przeprowadzone przy użyciu sparowanego testu t równoważnego testu nieparametrycznego. Ponadto zostanie zastosowana ANOVA (powtórzone pomiary). Wartość p mniejsza niż 0,05 będzie uważana za istotną statystycznie.

Perspektywa i przydatność: Jest to pierwsze badanie mające na celu zbadanie wpływu GH na zwłóknienie tkanki tłuszczowej u ludzi, co ma implikacje wykraczające poza patofizjologię GH. Głębsze zrozumienie szlaków kontrolujących równowagę fibroblastów i adipocytów w tkance tłuszczowej jest niezbędnym punktem wyjścia i może odkryć nowe cele w walce z dysfunkcjami tkanki tłuszczowej i powiązanymi zaburzeniami. Jak niedawno wykazano u pacjentów z cukrzycą typu 2, te komórki progenitorowe są kluczowymi mediatorami plastyczności i funkcji tkanek u ludzi (19).