Zespół policystycznych jajników w cukrzycy typu 1

Funkcjonalny hiperandrogenizm jajnikowy oraz jego najczęstsze fenotypowe objawienie, zespół policystycznych jajników (PCOS), ma globalną częstość występowania porównywalną z innymi pandemicznymi jednostkami metabolicznymi, takimi jak cukrzyca typu 2, z wartościami wahającymi się od 6,5% kobiet w naszym środowisku przy zastosowaniu ścisłych klasycznych kryteriów do 17-21% kobiet przedmenopauzalnych z Europy i Stanów Zjednoczonych, według najnowszych i najbardziej inkluzywnych kryteriów diagnostycznych. Prawie wszystkie klasyczne i nieklasyczne czynniki ryzyka sercowo-naczyniowego kumulują się u kobiet z tym schorzeniem od wczesnego okresu życia. Stany takie jak otyłość, cukrzyca typu 2, nadciśnienie tętnicze czy dyslipidemia stawiają tę powszechną populację w wyższym ryzyku zdarzeń sercowo-naczyniowych w porównaniu z kobietami bez hiperandrogenizmu. PCOS jest złożonym zespołem o charakterze rodzinnego skupienia, w którym ochronne i ułatwiające czynniki środowiskowe uruchamiają początek fenotypu hiperandrogennego i jego metabolicznych następstw na podatnym genotypie.

ZESPÓŁ POLICYSTYCZNYCH JAJNIKÓW A CUKRZYCA TYPU 1 Jednym z metabolicznych zdarzeń właściwych dla PCOS jest upośledzone, zależne od narządu działanie insuliny, głównie w wątrobie. Działając na to centralne zaburzenie, otyłość jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do obwodowej insulinooporności u tych kobiet. Ponieważ insulina działa jako kogonadotropina na komórki tekalne poprzez stymulację różnych enzymów zaangażowanych w steroidogenezę jajnikową i nadnerczową, każdy stan kojarzony z endogennym hiperinsulinizmem, taki jak otyłość czy cukrzyca typu 2, może być związany z PCOS. Jednak nasza grupa badawcza po raz pierwszy opisała związek między PCOS a cukrzycą typu 1 (T1D) ponad 20 lat temu. W tej kluczowej publikacji te nastoletnie i młode dorosłe kobiety, które cierpiały na całkowite upośledzenie wydzielania insuliny jako pierwotny mechanizm choroby zamiast insulinooporności i kompensacyjnego hiperinsulinizmu, miały 3-krotnie zwiększoną częstość występowania klasycznego PCOS w porównaniu z niestandaryzowanymi kobietami bez hiperandrogenizmu z populacji ogólnej.

Związek ten został potwierdzony w kolejnych badaniach przeprowadzonych przez różne grupy na całym świecie. W niedawnej metaanalizie i przeglądzie systematycznym przeprowadzonym przez naszą grupę, zgłosiliśmy zwiększoną częstość występowania PCOS; w jej górnym zakresie taka częstość może sięgać 34% pacjentek z T1D, potrajając wartości obserwowane w populacji ogólnej dla klasycznego fenotypu PCOS, który jest najcięższy pod względem konsekwencji kardiometabolicznych. Z patofizjologicznego punktu widzenia i biorąc pod uwagę oczywisty brak endogennego hiperinsulinizmu w T1D, związek ten musi być koniecznie wspierany przez egzogenną podskórną podaż insuliny. U zdrowych osób insulina bezpośrednio dociera do wątroby przez krążenie wrotne po swoim wydzielaniu z trzustki. Po wywarcia swoich działań na tym poziomie, wraz z późniejszym klirensem wątrobowym, insulina przedostaje się do krążenia systemowego w znacznie niższych stężeniach niż te występujące w krążeniu wrotnym. W PCOS i innych stanach insulinooporności, oporność na insulinę jest kompensowana zwiększonym wydzielaniem insuliny przez trzustkę, co skutkuje wrotnym i systemowym hiperinsulinizmem. W przeciwieństwie do tego, u osób z T1D, insulina jest podawana podskórnie (nie-fizjologicznie) i wywiera swoje działania na różnych narządach i tkankach, w tym na gonady i korę nadnerczy, zanim dotrze do tkanki wątrobowej w stężeniach wystarczających do zahamowania glukoneogenezy; stąd, systemowe stężenia insuliny są z konieczności nadfizjologiczne z tego powodu. Z drugiej strony, poziomy insuliny w wątrobie nie są nadmierne, ponieważ spowodowałoby to hipoglikemię, i to tłumaczy stałe stwierdzanie prawidłowych poziomów globuliny wiążącej hormony płciowe (SHBG) u kobiet z T1D i PCOS. Natomiast u kobiet z PCOS bez T1D, synteza i wydzielanie SHBG jest zmniejszone w wyniku wrotnego hiperinsulinizmu (pewne adipokiny wydzielane przez trzewną tkankę tłuszczową również przyczyniają się do tej inhibicji), sytuacja, która nie występuje u kobiet z T1D przy braku wątrobowego hiperinsulinizmu.

Kilka badań zgłosiło negatywną interakcję między T1D a PCOS w zakresie powikłań mikro- lub makronaczyniowych. Niemniej jednak, możliwość, że nadmiar androgenów negatywnie wpływa na dystrybucję tkanki tłuszczowej u kobiet z T1D i PCOS, jest prawdopodobna, stawiając je w grupie ryzyka zwiększonej otyłości brzusznej i insulinooporności. Z drugiej strony, podobnie jak te kobiety z wysokim ryzykiem PCOS w populacji ogólnej - na przykład, te z otyłością, nawet skrajną otyłością, lub krewni pierwszego stopnia kobiet z PCOS - które nie rozwijają cech zespołu, nie wszystkie pacjentki z T1D, powszechnie leczone insuliną podskórną, rozwiną PCOS, wskazując, że predyspozycja do PCOS jest warunkiem koniecznym (conditio sine qua non) dla jego wystąpienia.

DEFEKTY W STEROIDOGENEZIE JAJNIKOWEJ I NADNERCZOWEJ Zarówno fakt, że PCOS nie jest powszechny u kobiet z insulinoopornością i hiperinsulinizmem, jak i to, że insulinooporność nie jest powszechna u wszystkich kobiet z PCOS, sugeruje, że istnieje pierwotny defekt, który sprzyja nadmiarowi androgenów u dotkniętych kobiet, i że jest on kluczowy dla rozwoju zespołu w odpowiedzi na insulinę lub inne czynniki wyzwalające. Eleganckie badania przeprowadzone przez grupę McAllistera 20 lat temu na Uniwersytecie Pensylwanii wykazały, że po kilku pasażach w hodowli pierwotnej, komórki tekalne od pacjentek z PCOS produkowały nadmierne wydzielanie androgenów w porównaniu z komórkami kobiet kontrolnych bez zespołu. Działo się tak z powodu wewnętrznie zwiększonej ekspresji i aktywności enzymu 17α-hydroksylazy/17,20-desmolazy (P450c17, CYP17), jakościowego enzymu regulacyjnego syntezy steroidów płciowych, który katalizuje zarówno 17α-hydroksylację pregnenolonu i progesteronu, jak i konwersję 17α-hydroksypregnenolonu do dehydroepiandrosteronu. Aktywność 17,20-desmolazy enzymu jest regulowana przez mechanizmy potranskrypcyjne, w tym fosforylację reszt serynowych/treoninowych samego enzymu. Ta sama grupa wykazała również zwiększoną ekspresję w komórkach tekalnych kobiet z PCOS enzymu P450scc, który jest ilościowym enzymem regulacyjnym steroidogenezy jajnikowej i nadnerczowej, katalizującym konwersję cholesterolu do pregnenolonu po transferze cholesterolu z zewnętrznej do wewnętrznej błony mitochondrialnej przez białko ostrej regulacji steroidogenezy (StAR). Ponieważ jakikolwiek czynnik, który mógłby wpływać na te komórki tekalne in vivo, oczywiście nie był obecny po kilku pasażach hodowli, te zmiany sytuują nadmierną produkcję androgenów jako pierwotny defekt jajnikowy w PCOS, potwierdzając kliniczne obserwacje, takie jak nadmierna odpowiedź 17-hydroksyprogesteronu na stymulację gonadotropiną lub utrzymująca się hiperandrogenemia po supresji steroidogenezy nadnerczowej.

U około jednej trzeciej kobiet z PCOS, hiperandrogenizm ma również komponent nadnerczowy. Nadmierna odpowiedź nadnerczy na stymulację kortykotropiną jest powszechna u kobiet z PCOS i hiperandrogenizmem pochodzenia nadnerczowego. Spadek obwodowej, zależnej od 11β-hydroksysteroidowej dehydrogenazy, regeneracji kortyzolu może indukować kompensacyjną hiperaktywację osi kortykotropowej, a ten defekt można znaleźć na poziomie wątrobowym w PCOS, indukowany przez sam jajnikowy hiperandrogenizm. Innym czynnikiem związanym z aktywacją nadnerczy byłaby zwiększona ekspresja i aktywność wcześniej wspomnianego enzymu 17α-hydroksylazy/17,20-desmolazy. Zwiększona fosforylacja reszt serynowych/treoninowych tego enzymu wraz z fosforylacją reszt serynowych substratu receptora insulinowego-1 (IRS-1) mogłaby stanowić wspólne zdarzenie łączące jajnikowy i nadnerczowy hiperandrogenizm oraz insulinooporność. Dodatkowo, częściowy funkcjonalny defekt w działaniu 3β-hydroksysteroidowej dehydrogenazy mógłby prowadzić do zwiększonego stosunku nadnerczowych prekursorów Δ5/Δ4 obserwowanego u niektórych kobiet z PCOS, spowodowanego albo charakterystycznym dla zespołu hiperinsulinizmem, albo wspólnymi zaburzeniami w regulacji 17α-hydroksylazy/17,20-desmolazy i 3β-hydroksysteroidowej dehydrogenazy przez szlak sygnałowy MEK/ERK.

OTYŁOŚĆ, OTYŁOŚĆ TRZEWNA I SKŁAD CIAŁA W PCOS Wkład otyłości w dysfunkcję gonad u kobiet i mężczyzn jest dobrze znany. Nadwaga zwiększa częstość występowania klasycznego PCOS nawet 4-krotnie u niestandaryzowanych kobiet w naszym środowisku, a 30%-50% kobiet ze skrajną otyłością ma cechy zgodne z rozpoznaniem PCOS. Ponadto, szacowana częstość występowania otyłości u kobiet z PCOS jest bliska 50%, chociaż jeszcze bardziej godna uwagi jest częstość występowania otyłości centralnej, wynikającej z 'zmaskulinizowanej' dystrybucji tkanki tłuszczowej, polegającej na odkładaniu trzewnym. To odkładanie trzewne może rozpocząć się w dzieciństwie i podczas dojrzewania, wzmacniając fenotyp hiperandrogenny u predysponowanych dziewcząt. W wieku dorosłym, otyłość i otyłość centralna pogarszają profil sercowo-naczyniowy kobiet z PCOS.

Sam nadmiar androgenów wpływa na ekspresję genów i proteom trzewnej tkanki tłuszczowej, i w ten sposób opisano męski wzór ekspresji adipokin w trzewnej tkance tłuszczowej. Androgeny są również silnymi inhibitorami różnicowania adipogenicznego, ograniczając liczbę adipocytów i ich zdolność magazynowania w podskórnej tkance tłuszczowej, tak że nadmiar androgenów może ograniczać zdolność adaptacyjną tkanki tłuszczowej u kobiet z PCOS, tworząc stan lipotoksyczności i dysfunkcyjnego wydzielania adipocytokin. Stres oksydacyjny i subkliniczne przewlekłe zapalenie właściwe dla PCOS również odgrywają rolę w niezdolności do fizjologicznej ekspansji tkanki tłuszczowej i jej metabolicznej dysregulacji. Ostatecznie, wzajemna zależność między PCOS a otyłością brzuszną jest wynikiem błędnego koła, w którym nadmiar androgenów sprzyja odkładaniu trzewnej tkanki tłuszczowej brzusznej, która bezpośrednio ułatwia nadmiar androgenów pochodzenia jajnikowego i nadnerczowego poprzez wydzielanie i działanie autokrynnych, parakrynnych i endokrynnych mediatorów [down-regulacja adiponektyny i up-regulacja czynnika martwicy nowotworów alfa (TNF-α), IL-6 i leptyny], lub pośrednio poprzez indukcję insulinooporności i kompensacyjnego hiperinsulinizmu.

INSULINOOPORNOŚĆ, ZAPALENIE I STRES OKSYDACYJNY W PATOFIZJOLOGII PCOS Badania z użyciem klamry euglikemicznej są zgodne z defektem połączenia ligandu z receptorem insuliny wpływającym na wewnątrzkomórkowy metaboliczny szlak sygnałowy w tkance tłuszczowej; zmiana potwierdzona wynikami badań metabolomicznych wykazujących wzrost osoczowych długołańcuchowych kwasów tłuszczowych i glicerolu, sugerujących zwiększoną lipolizę, prawdopodobnie związaną ze zmniejszoną wrażliwością na działanie insuliny w tkance tłuszczowej. Zgodnie z tym, znaczna liczba kobiet z PCOS ma zwiększoną fosforylację reszt serynowych receptora insuliny, którego funkcja jest hamowana poprzez redukcję wewnętrznej aktywności kinazowej jego reszt tyrozynowych. Taka fosforylacja jest mediowana przez TNF-α, szczególnie u tych pacjentek z otyłością brzuszną, scenariusz wypływający z hiperandrogennej stymulacji do uwalniania tej cytokiny przez komórki jednojądrzaste, zarówno po okresie postu, jak i w odpowiedzi na przyjmowanie glukozy. U innych kobiet, fosforylacja IRS-1 lub aktywacja fosfatydyloinozytolo-3-kinazy pogarsza insulinooporność. Jednakże, insulinooporność na poziomie adipocytu może być również mediowana przez inny komplementarny mechanizm, mianowicie infiltrację tej tkanki przez makrofagi. Zapalne makrofagi charakteryzowane ekspresją CD11c gromadzą się wokół adipocytów tworząc struktury koronowe (crown-like structures), których gęstość bezpośrednio koreluje ze stopniem insulinooporności. Te makrofagi będą wydzielać cytokiny takie jak TNF-α, promując lokalne środowisko zapalne. Kobiety z PCOS wykazują zwiększoną ekspresję CD11c w makrofagach i strukturach koronowych w podskórnej tkance tłuszczowej wprost proporcjonalnie do poziomów krążącego testosteronu. W tkance mięśniowej kobiet z PCOS, mitogenny szlak receptora insuliny, MAPK-ERK 1/2, jest również konstytutywnie aktywowany, wzmacniając zwiększoną fosforylację reszt serynowych IRS-1. Obecność dysfunkcji mitochondrialnej u kobiet z funkcjonalnym hiperandrogenizmem może przyczyniać się do obecności insulinooporności. Stres oksydacyjny indukowany przez tę dysfunkcję mitochondrialną jest zaangażowany w patogenezę PCOS i powikłań metabolicznych związanych z hiperandrogenizmem. Chociaż niektóre badania nie potwierdziły pierwotnego upośledzenia funkcji mitochondrialnej w PCOS, biomarkery stresu oksydacyjnego są zwiększone u tych kobiet niezależnie od obecności nadwagi. Co więcej, zmiany w funkcji mitochondrialnej hiperandrogennych kobiet z insulinoopornością przypominają te u pacjentów z cukrzycą typu 2.

PREDYSPOZYCJA GENETYCZNA PCOS jest złożonym, wielogenowym stanem, który wynika z interakcji między ochronnymi i predysponującymi wariantami genetycznymi, które mogły być selekcjonowane przez wieki w wyniku ewolucji z powodu dawnej przewagi przetrwania, przy czym czynniki środowiskowe odgrywają decydującą rolę w ekspresji fenotypu hiperandrogennego. Między innymi, warianty genomowe w genach regulujących biosyntezę androgenów, działanie insuliny i zapalenie mogą być związane z predyspozycją do PCOS. Metaanaliza szeroko zakrojonych badań asocjacyjnych całego genomu, obejmujących ponad 10 000 kobiet z PCOS i 100 000 kontrolnych, wszystkie pochodzenia europejskiego, zidentyfikowała 14 loci związanych z hiperandrogenizmem, regulacją gonadotropin i stężeniami testosteronu u dotkniętych kobiet, oraz korelacje z otyłością, insulinemią, cukrzycą typu 2, poziomami lipidów i miażdżycową chorobą wieńcową, wskazując na wspólną architekturę genetyczną między tymi zaburzeniami metabolicznymi a PCOS.

Te opisane mechanizmy patofizjologiczne u kobiet z PCOS z populacji ogólnej nie były badane u kobiet z T1D. Dlatego opisanie czynników ułatwiających i ochronnych związanych z rozwojem lub brakiem funkcjonalnego hiperandrogenizmu i PCOS u kobiet z T1D jest głównym celem niniejszego projektu badawczego.

HIPOTEZA Istnieją indywidualne czynniki, które narażają lub chronią kobiety z T1D na rozwój nadmiaru androgenów i PCOS, pomimo jatrogennego systemowego hiperinsulinizmu, którego wszystkie doświadczają w wyniku podskórnego podawania insuliny, której potrzebują do przeżycia. Nadmiar androgenów u kobiet z T1D może zwiększać ich ryzyko kardiometaboliczne.

CEL BADANIA GŁÓWNY CEL: Odkrycie patogenetycznych mechanizmów stojących za funkcjonalnym hiperandrogenizmem u kobiet z T1D z perspektywy medycyny płci.

1. Cele pierwszorzędowe: Zidentyfikowanie czynników predysponujących/ochronnych związanych z rozwojem funkcjonalnego hiperandrogenizmu u kobiet z T1D poprzez fenotypowanie tych kobiet z wykorzystaniem najnowocześniejszych technik oceny:

   1.1. Wrażliwości na insulinę.
   1.2. Składu ciała.
   1.3. Steroidogenezy jajnikowej i nadnerczowej.

2. Cele drugorzędowe: Identyfikacja istotnych molekularno-genetycznych czynników związanych z rozwojem funkcjonalnego hiperandrogenizmu u kobiet z T1D
   2.1. Zidentyfikowanie wariantów genomowych w genach/białkach związanych z sygnalizacją i działaniem insuliny, otyłością, zapaleniem, steroidogenezą i samym PCOS (Genomika).

   2.2. Opis różnicowych wzorców metylacji DNA w głębokiej podskórnej tkance tłuszczowej i tkance mięśniowej szkieletowej (Epigenomika).

   2.3. Opis różnicowych profili ekspresji genów w tkance tłuszczowej i mięśniowej (Transkryptomika).

   2.2. Opis różnicowych profili proteomicznych w tkance tłuszczowej i mięśniowej (Proteomika).

3. Cel eksploracyjny: Ocenić interakcję między T1D a PCOS na parametry kontroli metabolicznej i chorobowości związanej z samą T1D.