Postprandiale Insulinresistenz in Hepatozyten und Adipozyten

In den letzten Jahrzehnten kam es zu massiven Veränderungen des Lebensstils, welche durch physische Inaktivität und Überernährung gekennzeichnet sind. Dieser veränderte Lebensstil führt zu einer verlängerten und verstärkten postprandialen Lipämie, die aus einer ineffektiven Beseitigung der Blutfette entsteht. Trotz zahlreicher Studien, die eine Assoziation von Insulinresistenz und Lebensstil aufzeigen, sind die pathophysiologischen Mechanismen dieser Assoziation ungenügend geklärt. Unsere Arbeitsgruppe konnte zum ersten Mal sowohl in vivo als auch in vitro zeigen, dass postprandiale Lipämie Insulinresistenz verursacht. Unsere in vivo Studie zeigt, daß in der Phase der maximalen postprandialen Lipämie die Insulinsensitivität vermindert ist. In dieser Studie war es jedoch nicht möglich, die Organe die für die Entstehung der postprandialen Insulinresistenz verantwortlich sind, zu identifizieren. In unserer in vitro Studie konnten wir nachweisen, daß in Skelettmuskelzellen postprandiale triglyzeridreiche Lipoproteine (TGRL) Insulinresistenz induzieren können. Ob TGRL auch in der Leber und im Fettgewebe, den zwei anderen Organen, die für die Entstehung von Insulinresistenz eine wesentliche Rolle spielen, Insulinresistenz verursachen können, ist unbekannt. Ziel dieses Projekts ist es daher den Einfluss von TGRL auf die Insulinsensitivität in kultivierten Hepatozyten und Adipozyten zu untersuchen. Für diese Untersuchungen werden wir postprandiale TGRL nach Verzehr einer standardisierten Fettmahlzeit aus dem Plasma von gesunden Probanden durch zonale Ultrazentrifugation isolieren. Daraufhin wird der Effekt von TGRL auf die wichtigsten insulinabhängigen Schritte des Glukosemetabolismus analysiert. Wir planen die Glukoseaufnahme, den Glykogengehalt, sowie die Enzymaktivität der Glykogensynthase und Glykogenphosphorylase-a zu bestimmen. Außerdem werden wir essentielle Schritte der Insulin Signaltransduktion, wie IRS-1, IRS-2, Phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), AKT und GSK-3 untersuchen. Ein weiterer wichtiger Aspekt unserer Forschung beinhaltet den Einfluss von TGRL auf die Expression von Adipozytokinen im Fettgewebe und deren Rezeptoren im Lebergewebe. Die Charakterisierung dieser wichtigen endokrinen Achse spielt in der Pathogenese der Insulinresistenz ebenfalls eine wichtige Rolle. Dieses Projekt stellt eine logische Fortsetzung unserer bisherigen Forschung dar, die erstmals eine Rolle der postprandialen Lipämie in der Entstehung der Insulinresistenz aufzeigen konnte. Dieser Aspekt könnte Ausgangspunkt für die Entschlüsselung neuer innovativer Wege zur Prävention und Therapie des Typ 2 Diabetes bilden.

Im ersten Teil von Projekt P 19821 wollten wir die Frage beantworten, ob die postprandiale Lipämie mit ihrer charakteristischen Erhöhung von triglyzeridreichen Lipoproteinen (TGRL) Insulinresistenz an kultivierten Hepatozyten verursachen kann und was der zugrunde liegende molekulare Mechanismus ist. Inkubation von Hepatozyten mit gereinigten TGRL führte zu einer intrazellulären Triglyzeridanreicherung, welche mit einer Störung des Glukosemetabolismus und der Signaltransduktion von Insulin vergesellschaftet war. Die Effekte von TGRL waren abhängig von der Präsenz von Apolipoproteinen in TGRL Partikeln und von der Dichte der TGRL. Diese Daten legen nahe, dass die postprandiale Lipämie ein wesentlicher Faktor in der Entstehung der nichtalkoholischen Fettleber Erkrankung und der hepatischen Insulinresistenz ist. Im Laufe des Projekts P 19821 haben wir eine weitere Studie initiiert, in der wir den Effekt der postprandialen Lipämie, einem Zustand akuter Insulinresistenz, auf die Plasmakonzentration einiger Adipozytokine (adipocyte- fatty acid binding protein (A-FABP), retinol binding protein-4 (RBP-4) and Visfatin) untersucht haben. Ältere Studien haben gezeigt, dass diese Adipozytokine bei chronischer Insulinresistenz erhöht sind. Unsere Studie zeigte, dass postprandiale Lipämie keinen signifikanten Einfluss auf die Plasmakonzentrationen dieser Adipozytokine hat, woraus wir folgerten, dass Insulinresistenz chronisch sein muss, um den Plasmaspiegel dieser Adipozytokine zu modulieren. In einer anderen Studie von Projekt P 19821 haben wir die Hypothese getestet, dass postprandiale Lipämie mit ihrer charakteristischen TGRL Erhöhung die pankreatische Alpha- Zellfunktion stören kann. Hintergrund dieser Studie war die Beobachtung, dass bei Insulinresistenz der Plasmaspiegel von Glukagon erhöht ist und die insulininduzierte Glukagonsuppression vermindert ist. An gesunden Probanden, isolierten Mausinseln und kultivierten Alpha-Zellen konnten wir zeigen, dass TGRL die oben genannten Störungen der Glukagonsekretion verursachen können. Die molekulare Grundlage dieser Alpha-Zellstörung ist eine verminderte GABA-A Rezeptor Translokation zur Zellmembran. Die Daten dieser Studie zusammen mit den Ergebnissen früherer Studien unserer Gruppe legen nahe, dass TGRL ein gemeinsamer Faktor in der Ätiologie der unterschiedlichen Defekte beim Typ 2 Diabetes sein könnten. Abschließend haben wir noch eine Studie durchgeführt, welche den molekularen Mechanismus beleuchten sollte, durch den Serotonin die muskuläre Insulinsensitivität verbessert. Unsere Daten zeigten, dass Serotonin die Glukoseaufnahme in den Muskel und den Glykogengehalt steigert und zu einer Serotonylierung von RAB und RHO Proteinen führt, welche wahrscheinlich dem positiven Effekt auf die Insulinsensitivität zugrunde liegt.