Abstract

Background. Niedobór mediatora D-chiro-inozytol-inositolphosphoglycan (DCI-IPG) może przyczyniać się do insulinooporności w zespole policystycznych jajników (PCOS). Nie wiadomo, czy związek między upośledzonym uwalnianiem DCI-IPG a insulinoopornością jest charakterystyczny raczej dla PCOS niż dla otyłości. Oceniliśmy uwalnianą przez insulinę DCI-IPG i jej związek z wrażliwością na insulinę na linii podstawowej i po utracie wagi u otyłych kobiet z PCOS i bez PCOS. Metody. Otyłe kobiety z PCOS () i normalne () poddano 8-tygodniowej diecie hipokalorycznej. Indeks Matsudy, obszar pod krzywą DCI-IPG (), i zostały zmierzone podczas 2-godzinnego OGTT na linii podstawowej i 8 tygodni. Wyniki. Kobiety z PCOS miały niższe wartości wyjściowe oraz istotny związek pomiędzy indeksem Matsuda (), który nie występował w grupie kontrolnej. Utrata masy ciała była podobna między kobietami z PCOS (-4,08 kg) i kobietami zdrowymi (-4,29 kg, ). Utrata masy ciała u kobiet z PCOS nie zmieniła zależności pomiędzy i wskaźnikiem Matsuda (), a zależność ta pozostała nieobecna u kobiet z grupy kontrolnej. Wnioski. Związek między wskaźnikiem a wrażliwością na insulinę stwierdzono tylko u kobiet z PCOS, ale nie u kobiet zdrowych, a na związek ten nie miała wpływu utrata masy ciała. DCI i jego posłaniec mogą przyczyniać się do insulinooporności w PCOS niezależnie od otyłości.

1. Wprowadzenie

Zespół policystycznych jajników (PCOS) dotyczy około 6-10% kobiet w wieku rozrodczym. Zaburzenie to charakteryzuje się przewlekłą oligo- lub anowulacją oraz biochemicznym lub klinicznym nadmiarem androgenów. PCOS jest również związany z podwyższonym ryzykiem cukrzycy, zespołem metabolicznym i wczesną chorobą sercowo-naczyniową. Insulinooporność i jej kompensacyjna hiperinsulinemia odgrywają główną rolę w patogenezie PCOS. Wiele dowodów wskazuje na to, że drugi posłaniec inozytolofosfoglikanu (IPG), mediator D-chiro-inozytol-inozytolofosfoglikanu (DCI-IPG), może pośredniczyć w działaniu insuliny. Niedobór DCI-IPG może przyczyniać się do insulinooporności u osób z cukrzycą typu 2, jak również u kobiet z PCOS. Badania interwencyjne z doustnym podawaniem DCI wykazały obniżenie poziomu insuliny i androgenów w surowicy, jak również poprawę funkcji owulacyjnych u otyłych kobiet z PCOS. I odwrotnie, podawanie leków uwrażliwiających na insulinę, takich jak metformina i pioglitazon, również zwiększa stymulowane insuliną uwalnianie DCI-IPG u kobiet z PCOS.

Nasza grupa wykazała wcześniej, że sprzężenie między działaniem insuliny a uwalnianiem mediatora DCI-IPG jest upośledzone u otyłych kobiet z PCOS, w porównaniu z normalnymi kobietami bez otyłości, co sugeruje, że stymulowane insuliną uwalnianie bioaktywnego mediatora DCI-IPG jest wadliwe u kobiet z PCOS z otyłością. Nie wiadomo jednak, czy związek między upośledzonym uwalnianiem mediatorów DCI-IPG a insulinoopornością jest specyficzny dla statusu PCOS, czy też wynika z otyłości per se. Postawiliśmy hipotezę, że stymulowany insuliną mediator DCI-IPG moduluje wrażliwość na insulinę u kobiet z PCOS, ale nie u kobiet zdrowych, a zmniejszenie otyłości nie wpływa na tę zależność. Aby sprawdzić tę hipotezę, przeprowadziliśmy pilotażowe badanie interwencyjne polegające na zmniejszeniu masy ciała u otyłych kobiet z PCOS i otyłych kobiet zdrowych. Ocenialiśmy uwalnianie zarówno insuliny, jak i mediatora DCI-IPG podczas doustnego testu tolerancji glukozy (OGTT), a także wrażliwość na insulinę mierzoną wskaźnikiem Matsudy, na poziomie wyjściowym i po 8 tygodniach diety hipokalorycznej u otyłych kobiet z PCOS i bez PCOS.

2. Materiały i metody

2.1. Uczestnicy

Badanie to zostało przeprowadzone w jednostce Clinical Research Service Unit przy Virginia Commonwealth University’s Center for Clinical and Translational Research. Badanie zostało zatwierdzone przez Radę Przeglądu Instytucjonalnego Uniwersytetu Virginia Commonwealth. Wszystkie uczestniczki badania wyraziły świadomą zgodę.

Kobiety w tym badaniu były otyłe (≥30 kg/m2) i w wieku od 18 do 40 lat. PCOS zdefiniowano na podstawie zmodyfikowanych kryteriów rotterdamskich, po wykluczeniu innych zaburzeń endokrynologicznych. W tym badaniu wszystkie kobiety z PCOS miały biochemiczną hiperandrogenemię i oligo- lub amenorrhea (osiem lub kilka miesiączek rocznie). Wtórne przyczyny hiperandrogenemii lub zaburzeń owulacji wykluczono na podstawie prawidłowych wyników badań czynności tarczycy i stężenia prolaktyny w surowicy oraz stężenia 17α-hydroksyprogesteronu na czczo <200 ng/dL. Grupa kontrolna składała się z kobiet regularnie jeżdżących na rowerze z prawidłowym stężeniem testosteronu w surowicy. Kryteria wykluczenia dla wszystkich kobiet obejmowały próby redukcji masy ciała poprzez dietę lub ćwiczenia fizyczne w ciągu 3 miesięcy przed udziałem w badaniu, cukrzycę na podstawie badania stężenia glukozy na czczo lub doustnego testu tolerancji glukozy (OGTT), klinicznie istotne choroby płuc, serca, nerek, wątroby, neurologiczne, psychiatryczne, zakaźne, nowotworowe i złośliwe oraz ciążę udokumentowaną stężeniem hCG w moczu. Kobiety z PCOS, u których występują zaburzenia związane z insulinoopornością, na przykład nadciśnienie tętnicze lub dyslipidemia, nie były wykluczone, o ile przez 6 miesięcy przyjmowały stabilną dawkę leków. Normalne kobiety były wykluczone, jeśli miały w wywiadzie cukrzycę ciążową lub miały krewnego pierwszego stopnia z cukrzycą lub jeśli wykazywały nieprawidłową tolerancję glukozy na linii podstawowej lub jeśli miały nadciśnienie lub dyslipidemię.

2.2. Procedury badawcze

Kobiety z PCOS badano podczas ekwiwalentu fazy folikularnej cyklu, a normalne kobiety badano podczas środkowej fazy folikularnej cyklu miesiączkowego (dni 5-9), co udokumentowano stężeniem progesteronu w surowicy ≤2 ng/mL.

Ponieważ DCI może być spożywany w diecie o dużej zawartości roślin strączkowych lub owoców, wszystkie uczestniczki badania zostały przebadane przez dietetyka w celu zidentyfikowania osób, które mogą spożywać diety zawierające wyjątkowo duże ilości inozytoli. Wszyscy uczestnicy otrzymali instrukcje dotyczące zrównoważonej diety mieszanej, którą należy stosować przez co najmniej trzy dni przed każdą wizytą w gabinecie.

W dniu badania uczestnicy przybyli do Clinical Research Service Unit w Virginia Commonwealth University o 08:00 h po 12-godzinnym poście. Wysokość i wagę mierzono z dokładnością do 0,1 cm i 0,1 kg za pomocą precyzyjnego stadiometru i wagi cyfrowej. Talia była mierzona na poziomie pępka, a obwód bioder był mierzony w najszerszej średnicy pośladków z dokładnością do 0,1 cm. Próbki krwi na czczo pobierano o godz. 08:15, 08:30 i 08:45 i łączono w celu oznaczenia insuliny, glukozy i steroidów płciowych (testosteronu). O godzinie 09:00 przeprowadzono OGTT, podając 75 g glukozy doustnie. Próbki krwi dla glukozy w osoczu, insuliny i DCI-IPG pobierano co 15 minut przez 2 godziny.

Po ocenie glukozy i DCI uczestnicy spotkali się z dietetykiem badawczym w celu uzyskania instrukcji dotyczących diety hipokalorycznej. Dostarczono poradnik z przeglądem diety, instrukcje dotyczące etykiet żywieniowych, przykładowe menu i przepisy oraz książkę na temat liczenia kalorii. Kobiety zostały poinstruowane, aby przestrzegać 8-tygodniowego kursu standaryzowanej diety hipokalorycznej zawierającej 50% węglowodanów, 30% lipidów ogółem i 20% białek. Zostały one poinstruowane, aby utrzymać te hipokaloryczne diety przez ograniczenie kalorii, aby stworzyć deficyt 500-1000 kcal / dzień, zgodnie z wytycznymi zarządzania otyłością National Heart, Lung, i Blood Institute . Ta hipokaloryczna dieta okazała się przynieść utratę wagi około 1 do 2 funtów / tydzień . Kobiety zostały specjalnie poinstruowane, aby uniknąć podejmowania jakichkolwiek świadomych wysiłków w celu modyfikacji aktywności fizycznej lub próby innych metod utraty wagi w uzupełnieniu do hipokalorycznej diety na ten protokół. Wynika to z faktu, że aktywność fizyczna poprawia wrażliwość na insulinę nawet w przypadku braku znacznej utraty masy ciała i będzie mylić nasze badanie wpływu redukcji masy ciała na obsługę DCI i wrażliwość na insulinę u tych kobiet. Podczas tego 8-tygodniowego okresu uczestniczki same kupowały i przygotowywały sobie posiłki oraz prowadziły dzienniczki żywieniowe. Uczestniczyły w wizytach kontrolnych raz w tygodniu w celu dokonania pomiarów masy ciała. Podczas tych cotygodniowych wizyt przedkładały swoje dzienniki żywieniowe i otrzymywały konsultacje uzupełniające z dietetykiem prowadzącym badanie.

Kobiety powróciły do pomiarów DCI i wrażliwości na insulinę po 8 tygodniach interwencji dietetycznej. Po potwierdzeniu, że znajdują się one w równoważnej fazie folikularnej cyklu miesiączkowego na podstawie stężenia progesteronu w surowicy, powtórzono wszystkie pomiary i badania wykonane na początku (pomiary antropometryczne, OGTT i pobieranie próbek krwi).

2.3. Analizy laboratoryjne

Serum i osocze przechowywano w temperaturze -80°C do czasu oznaczenia. Glukoza w surowicy była mierzona metodą oksydacyjną (YSI 2300 Stat Plus Glucose Analyzer; Yellow Springs Instruments). Poziom insuliny w surowicy mierzono testem immunoenzymatycznym (ELISA) (Alpco Diagnostics, Salem NH). Testosteron w surowicy i globulina wiążąca hormony płciowe (SHBG) były mierzone metodą ELISA (Alpco Diagnostics). Wolny testosteron obliczano metodą Södergarda i wsp. Bioaktywność DCI-IPG mierzono przy użyciu wewnętrznego testu bioaktywności opracowanego przez laboratorium JEN, jak wcześniej opisano .

2.4. Analiza statystyczna

Badaliśmy odpowiedź stężeń insuliny w surowicy i względną bioaktywność DCI-IPG na doustne podawanie glukozy, obliczając obszary pod odpowiednimi krzywymi odpowiedzi (AUC) za pomocą reguły trapezowej. Ponieważ uważa się, że insulina pośredniczy w uwalnianiu DCI-IPG po obciążeniu glukozą, a istnieją międzyuczestniczące różnice w , stosunek z dokładniej odzwierciedla uwalnianie DCI-IPG pod wpływem insuliny niż sam. Dlatego też w naszych analizach zastosowaliśmy ten stosunek. Do oceny wrażliwości na insulinę wykorzystano wrażliwość całego ciała na insulinę opisaną przez Matsudę i DeFronzo.

Porównania między grupami na linii podstawowej zostały wykonane za pomocą testu Studenta z dwoma ogonami. Aby ocenić efekty wewnątrzgrupowe od linii podstawowej do okresu po leczeniu, przeprowadzono test dopasowanych par z dwoma ogonami. W celu oceny efektów leczenia między grupami porównano zmiany w każdej zmiennej (po utracie masy ciała minus wartość wyjściowa) za pomocą testu dwuczynnikowego. Korelacja Pearsona została użyta do oceny związku między zmianą wskaźnika Matsudy a zmianą bioaktywnego DCI-IPG uwalnianego na jednostkę insuliny podczas OGTT, po ocenie liniowości i normalności reszt.

Rozkład danych oceniono za pomocą normalnych wykresów kwantylowych. Zmienne, które nie mają rozkładu normalnego, zostały przekształcone w log-transformację do analiz, a następnie przekształcone wstecznie w ich oryginalne jednostki do raportowania. Dane przedstawiono jako średnią ± odchylenie standardowe lub średnią geometryczną (95% przedział ufności ) dla parametrów, które zostały przekształcone do analiz. uznano za istotne statystycznie. Analizy przeprowadzono w programie JMP 12.0 (SAS Institute, NC).

3. Wyniki

W sumie 80 kobiet wyraziło zgodę na udział w badaniu. Spośród nich 19 spełniło kryteria wykluczenia z badania. Z pozostałych 34 kobiet z PCOS i 27 normalnych, 18 kobiet z PCOS i 12 normalnych zrezygnowało z udziału w badaniu przed wizytą kontrolną. W związku z tym badanie ukończyło 16 kobiet z PCOS i 15 kobiet zdrowych. Wskaźnik rezygnacji w tym badaniu był podobny do tego w innych badaniach nad utratą masy ciała opartych na diecie. Ponieważ celem tego badania jest ocena związku między zmianami w uwalnianiu mediatorów DCI-IPG a zmianami wrażliwości na insulinę podczas odchudzania w PCOS w porównaniu z normalnymi kobietami, uwzględniliśmy tylko kobiety, które ukończyły badanie.

3.1. Charakterystyka wyjściowa

W chwili rozpoczęcia badania kobiety z grupy kontrolnej i kobiety z PCOS nie różniły się pod względem wieku, składu rasowego, BMI ani stosunku obwodu talii do obwodu bioder (Tabela 1). Zgodnie z oczekiwaniami, kobiety z PCOS miały tendencję do znacznie wyższego całkowitego testosteronu w surowicy. Chociaż kobiety z PCOS miały wyższą i niższą wrażliwość na insulinę całego ciała określoną wskaźnikiem Matsuda, różnice te nie osiągnęły istotności statystycznej.

Na poziomie wyjściowym kobiety z PCOS miały istotnie niższe wskaźniki. U kobiet z PCOS istniała istotna zależność pomiędzy wskaźnikiem Matsuda a wskaźnikiem (, , Rycina 1(a)). Zależności tej nie stwierdzono u kobiet z grupy kontrolnej (, , Rycina 1(b)).

(a)

(b)

(a)
(b)

3.2. Changes in Insulin, Glucose, and the Bioactivity Profiles of DCI-IPG after Weight Loss

Po interwencji odchudzającej zarówno kobiety z PCOS (- kg, ) jak i kobiety z grupy kontrolnej (- kg, ) straciły na wadze w porównaniu z wartością wyjściową. Wielkość utraty masy ciała nie różniła się pomiędzy grupami () (Tabela 2). Jednak wskaźnik Matsudy uległ istotnej poprawie tylko u kobiet zdrowych (z do , ), ale nie u kobiet z PCOS (z do , ). Utrata masy ciała nie zwiększyła się istotnie w stosunku do wartości wyjściowej w żadnej z grup ( w PCOS i u kobiet normalnych).

3.3. Relationship between DCI-IPG Mediator Bioactivity and Insulin Sensitivity after Weight Loss

Utrata masy ciała nie zmieniła zależności pomiędzy i wskaźnikiem Matsudy u kobiet z PCOS. Wśród kobiet z PCOS, po utracie masy ciała pozostał istotny związek pomiędzy zmianą i zmianą wskaźnika Matsuda (, , Rycina 2(a)). Zależności tej nie stwierdzono u kobiet z grupy kontrolnej (, , Rycina 2(b)).

(a)

(b)

(a)
(b)

4. Dyskusja

W tym badaniu zaobserwowaliśmy, że otyłe kobiety z PCOS, w porównaniu z normalnymi kobietami z podobnym BMI, mają zmniejszoną ilość uwalnianego insuliny mediatora DCI-IPG podczas OGTT. Zaobserwowano, że zależność pomiędzy wrażliwością na insulinę mierzoną wskaźnikiem Matsudy a otyłością występowała tylko u otyłych kobiet z PCOS, a nie u otyłych kobiet zdrowych. Co więcej, na tę zależność nie miała wpływu utrata masy ciała. Po podobnej ilości utraty wagi, znaczący związek pomiędzy i indeks Matsuda pozostał tylko u kobiet z PCOS, ale nie był obecny u normalnych kobiet.

Wyniki naszego badania są zgodne z naszym poprzednim raportem o znacznie niższych współczynnikach u kobiet z PCOS w porównaniu do normalnych kobiet . Jednakże, w poprzednim badaniu, uczestnicy PCOS mieli znacznie wyższe BMI (33,9 kg/m2) niż normalne kobiety (25,6 kg/m2, ). Nasze obecne badanie wykazuje, że nawet przy podobnej otyłości, pozostawał niższy u kobiet z PCOS w porównaniu z normalnymi kobietami (, Tabela 1). Nasze wyniki sugerują, że bioaktywność mediatora DCI-IPG jest zmniejszona w PCOS niezależnie od otyłości.

Zaobserwowaliśmy również, że związek między wrażliwością na insulinę i był obecny tylko u kobiet z PCOS (Figura 1(a)), a nie u normalnych kobiet (Figura 1(b)) i że to odkrycie pozostało oczywiste po utracie wagi (Figura 2(a) i 2(b)). Wyniki te są poparte naszymi poprzednimi ustaleniami dotyczącymi znaczącego związku między zmianą wrażliwości na insulinę a zmianą DCI-IPG uwalnianego na jednostkę insuliny po doustnym podaniu DCI u kobiet z PCOS . Dotychczasowe badania dotyczyły jednak tylko kobiet z PCOS, nie wiadomo natomiast, czy związek ten koreluje z wrażliwością na insulinę u kobiet zdrowych o podobnym BMI. Według wiedzy autorów, jest to pierwsze doniesienie sugerujące, że uwalnianie mediatorów DCI-IPG może nie odgrywać głównej roli we wrażliwości na insulinę u normalnych otyłych kobiet.

Utrata masy ciała nie miała wpływu na związek między wrażliwością na insulinę i u otyłych kobiet z PCOS w tym badaniu. To odkrycie jest zgodne z naszymi poprzednimi raportami wspierającymi, że niedobór DCI w PCOS może nie być związany z otyłością. To wit, podawanie doustnych DCI poprawiło , surowicy androgenów, i owulacji do obu otyłych i chudych kobiet z PCOS.

W tym obecnym badaniu, utrata masy ciała nie poprawiła się znacząco w PCOS lub normalnych kobiet. W przeciwieństwie do tego, poprzednie badania wykazały, że leki uwrażliwiające na insulinę, takie jak metformina i rosiglitazon, poprawiły dostępność uwalniania mediatorów DCI-IPG u kobiet z PCOS.

Dlaczego leki uwrażliwiające na insulinę, ale nie utrata masy ciała, jak opisano w tym badaniu, poprawiają profil bioaktywności u kobiet z PCOS? Jednym z powodów może być to, że utrata masy ciała o więcej niż 4 kg w tym badaniu nie poprawiła wrażliwości na insulinę u otyłych kobiet z PCOS. Na pierwszy rzut oka, nasze wyniki wydają się być sprzeczne z wcześniejszymi badaniami wspierającymi rolę utraty wagi w poprawie wrażliwości na insulinę w PCOS. Jednakże, istnieje ogromna heterogenność w zakresie wpływu utraty masy ciała na poprawę wrażliwości na insulinę i inne cechy PCOS. W jednym z badań nad utratą masy ciała, aż 50% kobiet z PCOS nie miało poprawy wrażliwości na insulinę mierzonej wskaźnikiem HOMA i, proporcjonalnie, żadnej poprawy w cykliczności miesiączek, pomimo podobnej utraty tkanki tłuszczowej zarówno u osób odpowiadających, jak i nieodpowiadających na leczenie .

W tym badaniu nie zaobserwowaliśmy różnicy w wielkości utraty masy ciała między kobietami z PCOS i bez PCOS. Istnieją sprzeczne doniesienia na temat roli insulinooporności w regulacji otyłości. Niektóre badania sugerowały, że insulinooporność zapowiadała przyrost masy ciała, większą utratę masy ciała lub brak wpływu na utratę masy ciała u osób otyłych. Stąd wiedza, że utrata masy ciała nie różni się między PCOS a normalnymi kobietami, gdy podano tę samą hipokaloryczną dietę, może być uspokajająca dla kobiet z PCOS, które próbują schudnąć.

Siła tego badania obejmuje podobne BMI między PCOS i normalnymi kobietami, co pomogło wyjaśnić, że związek między bioaktywnością a wrażliwością na insulinę jest specyficzny dla PCOS, a nie otyłości. Wyniki te są nowatorskie, ponieważ rola mediatora DCI-IPG u kobiet z normalną otyłością nie była wcześniej badana.

Słabością tego badania jest to, że wielkość utraty masy ciała osiągnięta w obu grupach kobiet mogła być nieodpowiednia do wywołania zmian w stosunku DCI-IPG/insulina. Mimo że wielkość utraty masy ciała (0,5 kg lub około 1 funta tygodniowo) była zgodna z aktualnymi wytycznymi dotyczącymi kontroli masy ciała, w ciągu 8-tygodniowego okresu badania doprowadziła do zmniejszenia masy ciała o około 4 kg w obu grupach, czyli mniej niż w innych badaniach nad utratą masy ciała w PCOS. Badanie o dłuższym czasie trwania przyniosłoby większą skalę redukcji masy ciała.

W podsumowaniu tego badania wykazano, że otyłe kobiety z PCOS, w porównaniu z normalnymi kobietami o podobnym BMI, mają zmniejszoną ilość uwalnianego insuliny mediatora DCI-IPG podczas OGTT. Zależność między wrażliwością na insulinę i jest stwierdzana tylko u kobiet z PCOS, ale nie u kobiet zdrowych. Ponadto na tę zależność nie ma wpływu utrata masy ciała. Po podobnej utracie masy ciała istotna zależność między wskaźnikiem Matsudy a insulinowrażliwością występuje tylko u kobiet z PCOS, ale nie u kobiet zdrowych. W połączeniu z wcześniejszymi badaniami dotyczącymi doustnego podawania DCI u kobiet z PCOS, przeprowadzonymi przez naszą grupę i innych, badanie to wzmacnia udział DCI i jego posłańca w roli w insulinooporności u kobiet z PCOS niezależnej od otyłości.

Konkurencyjne interesy

Autorzy deklarują, że nie mają konkurencyjnych interesów.

Podziękowania

Autorzy chcieliby podziękować Dr. Jamalowi T. Aldajaei za jego nieocenioną pomoc w analizach laboratoryjnych dla tego badania. Praca ta była wspierana przez National Institutes of Health Grant K23 K23HD049454 (dla Kai I. Cheang) oraz częściowo przez CTSA Award no. ULTR000058 z National Center for Advancing Translational Sciences.

.