A. Fritsche

Fragestellung: Statine senken effektiv das LDL-Cholesterin und damit das Risiko für kardiovaskuläre Ereignisse. Jedoch zeigten Studien, dass niedrige LDL-Cholesterinspiegel und/oder die Einnahme von Statinen das Risiko für die Entwicklung eines Diabetes mellitus Typ 2 erhöht. Ziel dieser Studie war es, einen möglichen Zusammenhang zwischen LDL-Cholesterinkonzentrationen und der Insulinsensitivität bzw. -sekretion zu untersuchen, welcher die Manifestation eines Diabetes mellitus nach Gabe von Statinen mit erklären könnte. Methodik: Bei 2945 Probanden (1935 Frauen/1010 Männer, 42 ± 14 Jahre, BMI = 30,0 ± 9,3 kg/m²) ohne Statintherapie wurde die Plasma-LDL-Cholesterinkonzentration bestimmt und ein 5-Punkt oraler Glukosetoleranztest zur Ermittlung der Insulinsensitivität (ISI Matsuda) sowie der Insulinsekretion (AUC-C-Pep _{0 – 30 Minuten}/AUC-Glukose _{0 – 30 Minuten} bzw. AUC-C-Pep _{0 – 120 Minuten}/AUC-Glukose _{0 – 120 Minuten}) durchgeführt. Von den 2945 untersuchten Probanden zeigten 1772 eine normale Glukoseregulation (NGR), 1025 hatten einen Prädiabetes und 148 Untersuchte einen Diabetes mellitus Typ 2. Ergebnisse: Hohe LDL-Cholesterinkonzentrationen waren mit einer verminderten Insulinsensitivität (p = 0,0014, adjustiert für Geschlecht, Alter und BMI), und mit einer höheren Insulinsekretion assoziiert (p < 0,0001 für AUC-C-Pep _{0 – 120 Minuten}/AUC-Glukose _{0 – 120 Minuten} bzw. p = 0,001 für AUC-C-Pep _{0 – 30 Minuten}/AUC-Glukose _{0 – 30 Minuten}, jeweils adjustiert für Alter, Geschlecht, BMI und ISI). Der Glukosetoleranzstatus hatte keinen Einfluss auf diese Zusammenhänge. Schlussfolgerungen: Erhöhte LDL-Cholesterinkonzentrationen sind mit einer verminderten Insulinsensitivität jedoch mit einer gesteigerten Insulinsekretion assoziiert. Eine Senkung des LDL-Cholesterins durch Statine könnte entsprechend mit einer Reduktion der Insulinsekretion einhergehen und damit zum erhöhten Risiko für Diabetes mellitus nach Statingabe beitragen.

Fragestellung: Epidemiologische Studien zeigen, dass bei Männern niedrige Testosteronspiegel und bei Frauen hohe Testosteronspiegel mit einem erhöhten Risiko für Typ 2 Diabetes assoziiert sind. Die wichtigsten pathogenetischen Faktoren für Typ 2 Diabetes sind Störungen von Insulinsensitivität zusammen mit unzureichender Insulinsekretion. Der geschlechtsspezifische Einfluss von Testosteron auf diese beiden Faktoren wurde bisher noch nicht systematisch untersucht. Methodik: 421 Frauen und 202 Männer wurden in die Studie eingeschlossen. Insulinsensitivität und Insulinsekretion wurden mittels eines 75 g oralen Glucosetoleranztests bestimmt. Bei den Frauen wurde die Einnahme eines oralen Kontrazeptivums erfasst. Aus Testosteron (ADVIA Centaur) und SHBG (Immulite) und Albumin wurde bei 126 Frauen auch das freie Testosteron nach Vermeulen et al., JCEM 1999 berechnet. Der Körperfettanteil wurde mittels Bioimpedanzanalyse bestimmt. Ergebnisse: Bei Männern nahm Testosteron mit zunehmendem Körperfettanteil ab (p < 0,0001, β=-0,40), bei Frauen hingegen nahm es zu (p < 0,0001, β= 0,31). Nach Adjustierung auf Alter und Körperfettanteil war hohes Testosteron bei Männern mit erhöhter Insulinsensitivität assoziiert (p = 0,003, β= 0,18). Im Gegensatz dazu ging hohes Testosteron bei Frauen ohne orale kontrazeptive Therapie mit einer Insulinresistenz einher (Gesamttestosteron p = 0,011, β=-0,11, freies Testosteron p = 0,0002, β=-0,33). Diese Korrelation ist bei Frauen mit oraler Kontrazeption nicht nachweisbar (p ≥0,14). Weder bei Männern noch bei Frauen ist Testosteron mit der Insulinsekretion assoziiert. Schlussfolgerungen: Die geschlechtsabhängige Assoziation von Testosteron mit dem Diabetesrisiko wird hauptsächlich über die Insulinsensitivität vermittelt. Dabei deutet der Unterschied von Frauen mit und ohne orale Kontrazeption auf eine kausale Rolle der Sexualhormone hin. Die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen müssen in zukünftigen Studien untersucht werden.

Fragestellung: Bisher wird angenommen, dass im Nüchternzustand Energiegewinnung vor allem durch ß-Oxidation von Fettsäuren stattfindet. Wir wollten nun untersuchen, ob die Verschlechterung der Glukosetoleranz auf dem Weg zum Diabetes, die Substratoxidation beeinflusst. Methodik: Wir haben 27 Studienteilnehmer mit einem erhöhten Risiko für Typ 2 Diabetes ausführlich metabolisch untersucht (15 Männer und 12 Frauen im Alter von 62,9 ± 6,5 Jahren, mit einem durchschnittlichen BMI von 30,4 ± 5,2 kg/m²). Nach einer 10-stündigen Fastenperiode wurde der respiratorische Quotient (RQ) mittels einer indirekten Kalorimetrie gemessen. Ein RQ von 1 zeigt dabei eine Glukoseverstoffwechselung, ein RQ von 0,7 eine Lipidoxidation an. Ergebnisse: Der RQ war nicht mit der Glukosetoleranz assoziiert (p = 0,9). Auffällig war allerdings, dass anders als erwartet, der RQ nicht bei allen nüchternen Probanden um 0,7 lag, sondern Werte zwischen 0,74 und 0,96 gemessen wurden. Wir haben deswegen untersucht, ob die Konzentrationen der beiden wichtigsten Substrate Glukose und freie Fettsäuren (FFA) den RQ determinieren könnten. Es zeigte sich eine signifikante Interaktion zwischen Glukose und FFA auf den RQ (p = 0,0498). Bei einer hohen Konzentration an FFA und normalen Blutzuckerwerten zeigte sich eine bevorzugte Glukoseoxidation. Im Unterschied dazu wurde bei hohen Blutzuckerwerten und hohen FFA die Lipidoxidation präferiert. Schlussfolgerungen: Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Substratoxidation im Nüchternzustand durch eine komplexe Interaktion der beiden wichtigen Substrate Glukose und FFA beeinflusst wird. Zugrundeliegende Mechanismen und deren Bedeutung für den Stoffwechsel müssen in weiteren Studien näher untersucht werden.

Fragestellung: Tierexperimentelle Arbeiten und erste korrelative Analysen beim Menschen deuten darauf hin, dass Insulinwirkung im Gehirn die pankreatische Insulinsekretion beeinflussen könnte. Eine wichtige Hirnregion scheint hierbei der Hypothalamus zu sein, der wie andere Gehirnareale auch eine Insulinresistenz entwickeln kann. Die vorliegende Studie untersucht, ob eine Stimulation der zentralen Insulinwirkung mittels Insulin Nasenspray die Insulinsekretion beeinflusst. Methodik: 15 junge, gesunde Männer (27 ± 2,3 Jahre) mit einem großen BMI Spektrum (21 – 28 kg/m²) durchliefen zwei hyperglykämische Clamps (Zielblutzucker: 10 mmol/L). In dieser doppelblinden Studie erhielten die Probanden in randomisierter Reihenfolge an einem Tag 160 Einheiten Insulin als Nasenspray, am anderen Tag Placebo. An einem weiteren Tag wurde die Insulinsensitivität des Hypothalamus mittels funktioneller Kernspintomografie bestimmt. Ergebnisse: Die Glukosespiegel waren an beiden Tagen vergleichbar. In der Gesamtgruppe waren die C-Peptid Spiegel nicht signifikant unterschiedlich. Es gab eine signifikante Interaktion zwischen Insulinsensitivität des Hypothalamus × Nasenspray × Zeit auf die C-Peptid Spiegel (p = 4 × 10^-05). Die Gruppe wurde daher anhand der medianen hypothalamischen Insulinsensitivität geteilt. Bei der Gruppe mit hoher Insulinwirkung im Gehirn lagen die C-Peptid Spiegel nach Insulin Nasenspray höher als nach Placebo Nasenspray (p_{(Nasenspray × Zeit)} = 0,004). Dieser Effekt zeigte sich vor allem ab Minute 10 des hyperglykämischen Clamps. In der anderen Gruppe beeinflusste das Nasenspray die C-Peptid Spiegel nicht (p_{(Nasenspray × Zeit)}= 0,4). Schlussfolgerungen: Bei Menschen mit insulinsensitivem Hypothalamus verstärkt Insulinwirkung im Gehirn die Insulinsekretion aus pankreatischen Beta-Zellen. Diese Reaktion könnte zum Beispiel dazu beitragen, dass im postprandialen Zustand die hepatische Glukoseproduktion durch portal-venöses Insulin ausreichend supprimiert wird.

Einführung: Genetische Polymorphismen im Diabetesrisikogen TCF7L2 stellen die stärksten häufigen Risikovarianten für die Entwicklung eines Typ 2 Diabetes dar. Wir und andere haben gezeigt, dass genetische Variation in TCF7L2 die Inkretin-stimulierte Insulinsekretion beeinflusst. Außerdem haben wir bereits SNPxSNP Interaktionen zwischen TCF7L2 und NR4A3 beschrieben, die sich auf die Insulinsekretion auswirken. Eine aktuelle genomweite Assoziationsstudie beschrieb neue Einzelnukleotidpolymorphismen (single nucleotid polymorphism, SNP), die mit GIP und GLP-1 Spiegeln assoziiert sind. Wir testeten, ob diese SNPs mit der TCF7L2 Variante rs7903146 interagieren und somit über eine Veränderung des Inkretineffekts die Insulinsekretion beeinflussen. Methoden: Bei 2929 Probanden der Querschnittskohorte TUEF wurde die Insulinsekretion mittels etablierter Indices aus einem 75 g OGTT erfasst. Außerdem ermittelten wir die Insulinsekretion aus modifizierten hyperglykämischen Clamps bei 10 mmol/l, bei denen ab Minute 120 des Clamps zusätzlich GLP-1 infundiert wurde (n = 76). Neben dem SNP rs7903146 in TCF7L2, genotypisierten wir rs17681684 in GLP2R, rs1800437 in GIPR, rs17683011 in SLC5A1 und drei weitere beschriebene Varianten, die mit GIP Spiegeln) assoziieren. Ergebnisse: 4 von 6 Inkretin-assoziierten SNPs zeigten signifikante SNPxSNP Interaktionen mit dem SNP rs7903146 des TCF7L2 Lokus auf die Insulinsekretion im OGTT. Im hyperglykämischen Clamp interagierte während der GLP-1 Stimulationsphase der SNP rs7903146 des TCF7L2 mit rs1800437 (GIPR) auf AUC Insulin und AUC C-Peptid sowie mit dem SNP rs17681684 (GLP2R) auf AUC C-Peptid (alle p < 0,05). Diskussion: Die Ergebnisse bekräftigen, dass die TCF7L2 Risikovariante rs7903146 das Diabetesrisiko durch eine verringerte Inkretinsensitivität der Betazelle bedingt. Außerdem unterstreichen unsere Befunde den Beitrag von SNPxSNP Interaktionen für die genetische Architektur des Typ 2 Diabetes.

Objective: Increased pancreatic fat content (PFC) is associated with impaired beta cell function in patients with prediabetes. Recent data suggest that pancreatic fat together with factors such as hepatokines and high levels of free fatty acids affects insulin secretion. We investigated possible circulating markers of pancreatic fat by applying a broad metabolomic approach. Methods: 361 participants of the Tübingen Family Study (TUEF) who are at increased risk of type 2 diabetes were included. All participants underwent a 75 g OGTT to assess glucose tolerance. Insulin secretion was estimated with AUC_{C-Peptide 0 – 120}/AUC_{Glucose 0 – 120}. Magnetic resonance imaging was performed to quantify PFC. From the subgroup of 152 subjects with prediabetes (IFG and/or IGT), individuals with extremes of high and low PFC (20 each) were selected. Groups were matched for anthropometric parameters, visceral fat content, liver fat content and insulin sensitivity. Plasma metabolites were analyzed using the AbsoluteIDQ® p400 HR Kit by Biocrates®. Results: PFC of all 152 subjects with prediabetes correlated negatively with insulin secretion, adjusted for insulin sensitivity (beta -0.16, p < 0.05). Applying an ANOVA with false discovery rate approach levels of aminoacids, biogenic amines and monosaccharides were similar between the groups with high/low PFC (p > 0.90). Levels of polar lipids such as lysophosphatidylcholines, phosphatidylcholines, sphingomyelins and ceramides as well as levels of neutral lipids such as aclycarnitines, diglycerides, triglycerides, cholesteryl esters did not differ between the groups (p > 0.90). Discussion: PFC is negatively associated with insulin secretion, but is not associated with a specific metabolic fingerprint in plasma of individuals with prediabetes.

The orexigenic hormone ghrelin has been implicated in the pathophysiology of obesity and type 2 diabetes mellitus with a posttranslational acyl modification regulating its biochemical activity and translocation into the central nervous system. In this study we aimed to investigate the relation of acylated (AcG) as well as unacylated ghrelin (UnG) with glucose homeostasis and body weight in the fasting and post oral glucose tolerance test (oGTT) state in a cohort of 280 subjects covering a broad range of BMI (17.95 kg/m²-76.25 kg/m²). Baseline median (25^thpercentile-75^thpercentile) levels of AcG and UnG were 111.5pg/ml (62.9pg/ml-172.8pg/ml) and 264.6pg/ml (155.9pg/ml-426.1pg/ml) with an AcG/UnG ratio of 0.38 (0.30 – 0.54). Fasting AcG (p < 0.0001|r =-0.24) and UnG (p < 0.0001|r =-0.30) were negatively but AcG/UnG was positively (p = 0.0311|r =+0.13) correlated with BMI. Matsuda's insulin sensitivity index (ISI) correlated positively with AcG (p < 0.0001|r =+0.23) and UnG (p < 0.0001|r =+0.24) but not with AcG/UnG (p = 0.3450). In a multivariate analysis including BMI and ISI, all correlations remained significant at a weaker extend for BMI but only AcG did for ISI. During oGTTs, AcG and UnG showed slight decreases at early (UnG[30 min]: p = 0.0321|-6.8%) and increases at later time points (AcG[90 min]: p = 0.0009|+13.6%; AcG[120 min]: p = 0.0158|+14.9%). AcG/UnG increased after 60 min (p = 0.0164|+9.4%) and 90 min (p = 0.0086|+12.1%). Stratification of the subjects into low < 30 kg/m², medium 30 – 40 kg/m² and high > 40 kg/m² BMI groups revealed more pronounced changes during oGTTs in the low and medium BMI groups. In conclusion, our data demonstrates a downregulation of both AcG and UnG in obesity with a trend towards an increased AcG/UnG ratio. Post-load changes in ghrelin are modest in lean and blunted in obese humans.

Die Assoziation von zirkulierendem Prolaktin und Insulinsensitivität ist beim Menschen schon länger bekannt. Ob Prolaktin hierbei nur ein Marker für z.B. den dopaminergen Tonus ist, oder ob das Peptidhormon selbst eine kausale Rolle spielt, ist bisher unklar. Prolaktinrezeptoren sind in vielen metabolisch wichtigen Geweben vorhanden. Die gewebespezifische Expression des Prolaktinrezeptors ist mit bestimmten Polymorphismen im Genlocus assoziiert, sogenannten expression Quantitative Trait Loci (eQTLs). Wir untersuchten nun, ob die genetisch determinierte Prolaktinrezeptor-Expression in bestimmten Geweben mit der Insulinsensitivität assoziiert und ob diese Rezeptordichte die Beziehung zwischen zirkulierendem Prolaktin und Insulinsensitivität beeinflusst. Aus der öffentlichen gewebespezifischen Gen-Expressions-Datenbank (GTEx) wurden 13 Polymorphismen ausgewählt, die mit der Expression des Prolaktinrezeptorgens gewebespezifisch assoziieren. Bei 2900 nicht diabetischen Freiwilligen wurden Assoziationen mit Insulinsensitivität getestet. Bei einer Subgruppe von 1800 Probanden wurde Serum-Prolaktin gemessen. Nur die genetisch determinierte Expression des Prolaktinrezeptors in Basalganglien des Gehirns assoziierte mit der Insulinsensitivität (z.B. rs873456 p = 0,005), während für Fettgewebe, peripheren Nerv und Ösophagus keine Assoziation gefunden wurde (alle p > 0,05). Das zirkulierende Prolaktin interagierte mit dem Zusammenhang von Prolaktinrezeptor-Expression im Gehirn und Insulinsensitivität. Der bekannte Zusammenhang zwischen zirkulierendem Prolaktin und Insulinsensitivität war bei Personen mit hoher Prolaktinrezeptordichte besonders ausgeprägt. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Prolaktinwirkung in den Basalganglien des menschlichen Gehirns für die Modulation der Ganzkörperinsulinsensitivität verantwortlich sein kann. Prolaktin scheint tatsächlich nicht nur den dopaminergen Tonus anzuzeigen, sondern eigenständige Effekte auf den Stoffwechsel zu haben. Therapeutische Ansätze über den zentralen Prolaktinrezeptor könnten neue Möglichkeiten zur Behandlung von metabolischen Erkrankungen und Diabetes ermöglichen.

Background: By positional cloning we identified the transcriptional modulator Ifi202b as putative novel obesity gene. Ifi202b is mainly expressed in white adipose tissue of obese NZO but absent in lean B6 mice due to a loss-of-function mutation. The aim of this study was to identify downstream targets of Ifi202b and to clarify the mechanisms how it induces obesity. Methods: To characterize the function of Ifi202b in adipose tissue biology we overexpressed the gene in 3T3-L1 fibroblasts and B6 mice which lack an Ifi202b expression. In addition, we analyzed the expression of the human orthologue IFI16 in relation to adipocyte size and inflammatory markers. Results: Transcriptome analyses detected Zfp423, an essential functional determinant of preadipocyte commitment to be upregulated in response to Ifi202b. This effect was accompanied by accelerated adipocyte differentiation as indicated by increased expression of adipogenic markers (e.g. Pparg), by an enhancement of whitening, inhibition of adipocyte thermogenic gene program, and elevated triglyceride storage. Human subjects with a high expression of IFI16 exhibited larger adipocytes, elevated CRP plasma levels, and IL-6 expression in adipose tissue. In comparison to B6-controls, Ifi202b-transgenic mice (B6-Tg(Ifi202b)) exhibited a lower body temperature, presumably due to the suppression of brown markers (e.g. Ucp1) and an increase of the expression of the white-selected gene Tcf21 in white adipose tissue. Furthermore, B6-Tg(Ifi202b) mice show adipocyte hypertrophy, adiposity and impaired insulin sensitivity. Conclusion: In summary, we conclude that Ifi202b mediates preadipocyte commitment, promotes white adipocyte identity and fat storage, which facilitates the induction of inflammation and insulin resistance.

Questions: The extent of weight loss in response to lifestyle intervention (LI) varies considerably between individuals. Gene-diet interactions may explain parts of this difference. The aim of the present study was to evaluate if the TCF7L2 genotype influences the impact of fiber intake on the reduction of body weight during LI and at long-term follow-up. Methods: We studied 187 healthy individuals taking part in the Tübingen Lifestyle Intervention Program (TULIP) in whom long-term follow-up after a mean of 8.7 ± 1.6 years was available. The program consisted of a 9-month combined dietary and exercise intervention. Three-day food diaries were obtained at each of the 10 sessions of dietary counseling. All participants were genotyped for TCF7L2 rs7903146. Results: We obtained two groups, i.e., low and high fiber consumers (LF and HF intake 20.98 ± 0.30 g/day vs. 32.43 ± 0.63 g/day) splitted at median of fiber intake during 9-months of LI. The TCF7L2 non-risk allele carriers consuming high amount of fiber showed a greater weight reduction (-5.67 ± 0.87 kg) than those with LF intake (-1.85 ± 0.59 kg, p = 0.0005). In the risk allele carriers, there was no difference in weight reduction between LF or HF intake (p = 0.2439). At long-term follow-up, only TCF7L2 non-risk allele carriers further lost weight when they consumed a high amount of fiber during LI (-1.14 ± 1.22 kg), whereas those with LF intake regained weight (3.48 ± 1.29 kg, p = 0.0097). Conclusions: Our results show that fiber intake influences weight reduction during a LI as well as long-term weight stabilization only in TCF7L2 non-risk allele carriers. This can help to individualize and optimize such programs.