Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 2467; doi:10.3390/ijms20102467
Metabolomics of Type 1 and Type 2 Diabetes
Borros Arneth, Rebekka Arneth, Mohamed Shams
Метаболомика диабета 1 и 2 типа
Аннотация
Сахарный диабет (СД) 1-го и 2-го типов – это хронические заболевания, которые наблюдаются почти у 425 миллионов человек во всем мире, негативно влияя на их здоровья и приводя к высоким затратам на медицинское обслуживание. Высокопроизводительный скрининг метаболомической активности может дать важное представление о патофизиологических путях развития СД и помочь в управлении его последствиями.
В предыдущих исследованиях была проанализирована взаимосвязь между различными метаболитами и СД1, и СД2; в большинстве случаев масс-спектрометрия вместе с газо- или жидкофазной хроматографии и протонной (1Н) спектроскопии ядерного магнитного резонанса использовались для оценки корреляции между метаболитами, риском и симптомами СД2. В целом, расширение имеющейся литературы, знание патофизиологических путей СД2 и идентификация новых и надежных биомаркеров могут заметно улучшить выявление и лечение СД2.
Это исследование должно внести свой вклад в понимание и лечение обоих типов диабета, предоставляя надежные научные данные о взаимосвязи между метаболитами и обоими типами СД (СД1 и СД2). В частности в этом обзоре оцениваются доступные исследования связи между конкретными метаболитами, такими как аминокислоты, и СД1 и/или СД2 с последующим анализом исследований на людях, оценивающих биомаркеры метаболитов, таких как глутамин, глицин и ароматические аминокислоты, при СД1 и/или пациентов с СД2.
Основной целью этого исследования было внести вклад в понимание и лечение СД путем предоставления надежных доказательств взаимосвязи между метаболитами и диабетом 1-го типа и метаболитами, и диабетом 2-го типа.
Информация для исследования была получена из баз данных PubMed, MEDLINE и EMBASE и дополнительных статей, которые были взяты из списков литературы рассмотренных исследований. Результаты отобранных исследований были использованы для оценки взаимосвязи между диабетом (СД1 и/или СД2) и маркерами метаболитов (такими как глютамин, глицин и гемоциклические аминокислоты) у пациентов.
Семьдесят исследований были отобраны из трех баз данных и из списков литературы в извлеченных записях. Во всех исследованиях изучались ассоциации между различными метаболитами СД1 или СД2. Этот обзор выявил несколько метаболитов плазмы, связанных с состоянием предиабета СД2 и/или СД1 и/или СД2. Данные показывают, что метаболиты, такие как глюкоза, фруктоза, аминокислоты и липиды, обычно изменяются у людей с СД1 и СД2. Эти метаболиты демонстрируют значимые прогностические ассоциации с предиабетом СД2, СД1 и/или СД2.
Инсулиновый сигнальный путь
Инсулин связывается с рецептором инсулина и активирует PI3K (фермент фосфоинозитид-3-киназа), а затем и AKT (протеинкиназа группы В). Затем AKT ингибирует GSK-3β (внутриклеточная серин/треониновая киназа).
Будучи одной из первых киназ, способных фосфорилировать гликогенсинтазу (GS), GSK-3β является одной из немногих протеинкиназ, инактивируемых фосфорилированием. Высокая экспрессия GSK-3β коррелировала со снижением чувствительности к инсулину, а GSK-3β участвовала в регуляции уровня глюкозы в крови, дефиците инсулина и резистентности к инсулину. В связи с этими результатами все больше внимания уделяется изучению взаимосвязи между GSK-3β и возникновением СД. Инсулиновая регуляция является основным путем регуляции уровня глюкозы в крови, в котором ключевую роль играет сигнальный путь, опосредованный рецептором инсулина. Когда возникает дисфункция сигнала инсулина, организм увеличивает активность GSK-3β, что в конечном итоге приводит к повышению уровня глюкозы в крови как путем фосфорилирования сайта Tyr216 GSK-3β для ингибирования активности PI3K/AKT, так и путем блокирования сигнальных путей для негативной регуляции GSK-3β через PI3K/AKT-зависимые механизмы.
Метаболиты и диабет 1-го типа
Одними из типов метаболитов, который изучался в отношении риска и возникновения СД1, являются аминокислоты. В частности, предыдущие исследования связывали ароматические аминокислоты фенилаланин и тирозин с повышенным риском развития СД1.
Дополнительные исследования показали, что аминокислоты с разветвленной цепью способствуют действию инсулина и процессам передачи сигналов, тогда как другие продемонстрировали, что они ухудшают резистентность к инсулину у пациентов с СД1. Такие противоречивые результаты показывают, что этиология СД1 и его связь с аминокислотами с разветвленной цепью сложны и до конца не изучены.
Другие исследования связывают аутоиммунное развитие СД1 с липидомными изменениями. В частности, были рассмотрены изменения в метаболических профилях различных классов липидов, таких как фосфолипиды плазмы, триглицериды, эфиры холестерина, сфинголипиды и глицерофосфолипиды, в контексте СД1. Уровни классов насыщенных липидов с низким содержанием углерода, таких как пальмитиновая, миристиновая и стеариновая кислоты, как правило, выше у людей с СД1, чем у людей без диабета.
Метаболиты и диабет 2-го типа
У пациентов с СД2 концентрации аминокислот с разветвленной цепью могут быть в 1,5 и даже в 2 раза выше, чем у здоровых людей, со средним изменением менее 1,5 раз (от 1,2 до 1,3). Эти результаты воспроизводимы и статистически значимы.
Есть исследования, которые продемонстрировали взаимосвязь между аминокислотами с разветвленной цепью и СД2, уделяя особое внимание общей концентрации всех трех аминокислот с разветвленной цепью, то есть лейцина, изолейцина и валина, у детей с избыточным весом. Исследовательская популяция из 69 субъектов была включена в их поперечное когортное исследование, при этом исследователи определили, что высокие концентрации аминокислот с разветвленной цепью связаны с резистентностью к инсулину среди субъектов исследования.
Основываясь на результатах, исследователи пришли к выводу, что повышенная концентрация аминокислот с разветвленной цепью является надежным предиктором будущей резистентности к инсулину у пациентов с СД2. Метаболиты сахара и органические кислоты также были профилированы и изучены, чтобы способствовать пониманию и лечению СД2. Например, в небольшом количестве исследований сообщалось о положительной связи метаболитов сахаров, таких как глюкоза, дигексоза, глюкоза, манноза, арабиноза и фруктоза, с сахарным диабетом 2-го типа.
Текущий обзор предполагает, что изменения в метаболитах плазмы могут быть идентифицированы с помощью метаболомных методов и использованы для идентификации и анализа биомаркеров СД1 и СД2. Результаты таких исследований могут быть использованы с целью разработки эффективных вмешательств для лечения этих заболеваний.
pubmed.ncbi.nlm.nih.gov
Перевод на русский язык научной статьи осуществлен в соответствии с условиями открытой лицензии Creative Commons Attributions (CC BY) (
Creative Commons — Attribution 4.0 International — CC BY 4.0)
