A gyermekkori elhízás aminosav-, lipid- és glükóz-anyagcsere-profiljai közötti összefüggések BMC

Absztrakt

Háttér

Beszámoltak arról, hogy a plazma nélküli aminosavprofilok korrelálnak az elhízással és a glükóz anyagcserével, és tanulmányozták őket a felnőttkori anyagcserét befolyásoló életmóddal összefüggő betegségek potenciálisan hasznos biomarkereként. E kapcsolatok ismerete azonban hiányzik a gyermekek körében, annak ellenére, hogy a gyermekkori elhízás egyre növekvő népegészségügyi problémát jelent.

A tanulmány célja annak felmérése volt, hogy a plazma-mentes aminosav-profilok hasznos biomarkerként szolgálhatnak-e az elhízott gyermekek életmóddal kapcsolatos betegségeiben.

Mód

Ez a retrospektív vizsgálat 26, 9 vagy 10 éves korú beteg (15 férfi, 11 nő) orvosi dokumentációját használta, akik 2015. április és 2017. március között közepes vagy súlyos elhízással és hiperlipidémiával jelentkeztek. A 30% -os vagy annál nagyobb mértékű elhízást mérsékeltnek határozták meg vagy súlyos. Az aminosavszinteket t-teszttel vagy Mann - Whitney U teszttel hasonlítottuk össze az elhízott, csökkent glükóz toleranciával rendelkező és anélkül szenvedő gyermekek között. Ezenkívül olyan tényezők hatását elemezték, mint az intima tápközeg vastagsága, az alacsony sűrűségű lipoprotein koleszterin, a nagy sűrűségű lipoprotein koleszterin, az aminosavak és a homeosztázis modell értékelése - inzulinrezisztencia (HOMA-IR), Pearson-féle korreláció vagy Spearman-féle rang korreláció segítségével.

Eredmények

A HOMA-IR pozitívan korrelált valinnal, leucinnal (Leu), izoleucinnal, fenilalaninnal, triptofánnal, metioninnal, treoninnal, lizinnel, alaninnal, tirozinnal, glutamáttal (Glu), prolinnal, argininnel, ornitinnel, összes szabad aminosavval

Háttér

Az elhízás és a DM biomarkerként aminosav (AA) profilokat használtak. Korábban beszámoltunk arról, hogy a valin (Val), a leucin (Leu) és az izoleucin (Ile) plazmakoncentrációi, valamint az összes elágazó láncú aminosavak (BCAA), alanin (Ala), citrullin (Cit) és prolin ( Pro), szignifikánsan magasabbak voltak cukorbeteg egerekben, mint normál egerekben [5]. Wang és mtsai. [6] egy 12 éves nyomonkövetési tanulmányról számolt be, amely kimutatta, hogy a BCAA, a tirozin (Tyr) és a fenilalanin (Phe) plazmaszintje előrejelezheti a cukorbetegség jövőbeli fejlődését nem cukorbetegeknél. Más tanulmányok jelentős összefüggésekről számoltak be a specifikus AA-k plazmaszintje és a testtömeg-index (BMI) [7], az AA-k és a glükózszabályozás között [8]. A japán elhízásról szóló tanulmányban Takashina és mtsai. [9] konkrét összefüggésekről számoltak be bizonyos AA-k között, beleértve Val, Leu, Ala és Cit, az elhízás típusát/mértékét, valamint a glükóz/inzulin szabályozásának mutatóit normál glükóz-anyagcserével rendelkező japán felnőtteknél.

Ebben a tanulmányban elemeztük a vér aminosavainak és az elhízott anyagcsere állapotoknak a korrelációját annak felmérése érdekében, hogy a plazma nélküli aminosav profilok hasznos biomarkerekké válhatnak-e az elhízott gyermekek életmóddal összefüggő betegségeiben. Sőt, megvitattuk az aminosavak metabolikus szerepét elhízott gyermekeknél. Ez a tanulmány klinikai laboratóriumi alapú vizsgálatot és a belső carotis intima media vastagságának (IMT) mérését tartalmazta, mint az anyagcsere állapot markere.

Mód

Dizájnt tanulni

Retrospektíven tanulmányoztuk 26, 9 vagy 10 éves, beteg (férfi: 15, nő: 11) orvosi dokumentációját, akik a Kumamoto Egyetemi Kórház Gyermekgyógyászati Osztályán mutattak be közepes vagy súlyos elhízást (az elhízás mértéke ≥30) %) a 2014. április és 2016. március között Kumamoto városában végrehajtott első és második (6 hónap után) szűrésen. Az elhízás mértékét a következő képlet alapján számoltuk ki: [[valódi testtömeg - normál testtömeg kortól függően] ÷ a standard súly × 100), a Japán Gyermek Endokrinológiai Társaság meghatározása szerint [10].

Klinikai értékelés

A klinikai információkat, beleértve az életkort, a nemet, a tüneteket, a jelenlegi állapotot, a kórelőzményt, a gyógyszerhasználatot és a családtörténetet, a vizsgálatot végző egészségügyi személyzet szabványosított adatlapon rögzítette a betegek látogatása során. Az elhízás mértéke, testtömeg-index (BMI), vérnyomás, húgysav (UA), májfunkció [alanin-aminotranszferáz (ALT), aszpartát-aminotranszferáz (AST), laktát-dehidrogenáz (LDH) és γ-glutamil-transzferáz (γ- GTP)], a glükóz tolerancia [éhomi vércukor, inzulin, C-peptid és homeosztázis modell értékelése - inzulinrezisztencia (HOMA - IR)] és a vér lipidszintje [összkoleszterin (T-CHO), alacsony sűrűségű lipoprotein koleszterin LDL -CHO), a nagy sűrűségű lipoprotein-koleszterin (HDL-CHO) és a triglicerid (TG)] értékét. Az elhízott gyermekek vérmintáit 12 órás böjt után vettük össze.

Az aminosavszintek meghatározása és az intima tápközeg vastagságának mérése

A plazma aminosavakat folyadékkromatográf tömegspektrométerrel (SRL, Inc., Tokió, Japán) analizáltuk. A belső bal és jobb carotis artériák IMT-értékeit Aplio XG ultrahang készülékkel (Toshiba Medical System Corporation, Tochigi, Japán) mértük, és két szakember kétszer ellenőrizte. Az IMT-ket mindkét belső carotis artéria három pontján mértük és átlagoltuk (1. kiegészítő fájl).

Az adatok minőségének elemzése

Két kutató, akik nem vettek részt az orvosi diagnózisban, az ultrahangvizsgálatban, a vérelemzésben vagy az orvosi dokumentáció kiértékelésében, elvégezték a vizsgálat adatait és statisztikai elemzéseit.

Statisztikai analízis

T-teszttel vagy Mann - Whitney U teszttel hasonlítottuk össze az elhízott, csökkent glükóz toleranciával rendelkező és anélkül szenvedő gyermekek közötti aminosavszinteket. Az IMT, LDL- és HDL-CHO (LDL/HDL arány), aminosavak, HOMA-IR és UA tényezőket páronként elemeztük Pearson-féle korreláció vagy Spearman-féle rangkorreláció segítségével az IBM SPSS Statistics ver. 25. A HOMA-IR és az UA függő változók voltak a vér aminosavértékeinek előrejelzéséhez, mint például a Val, a Leu és az Ile, amelyek független változók. Az IMT és az LDL/HDL arány nem volt függő változó a vér aminosavértéke szempontjából. Kétoldali valószínűségi értéke:

Eredmények

Klinikai megfigyelések

Ebben a tanulmányban 15 férfi (életkor: 122,2 ± 4,2 hónap) és 11 nő (életkor: 122,9 ± 4,1 hónap) elhízott gyermeket értékeltünk. Magasságuk, súlyuk és BMI-jük 140,4 ± 6,4 és 140,0 ± 4,2 cm, 46,6 ± 7,6 és 45,8 ± 6,9 kg, illetve 23,5 ± 2,5 és 23,3 ± 2,4 volt (1. kiegészítő fájl).

Az elhízott gyermekek tizenkilenc százalékánál (5/26) ebben a vizsgálatban egyszerű elhízás alakult ki, a véradatokban nem volt rendellenesség, 58% -ban (15/26) hypercholesterinaemia (LDL-CHO ≥ 140 mg/dl), 19% (5/26) alakult ki. hipertrigliceridémia (TG ≥ 120 mg/dl), 8% (2/26) hypoHDLemia (HDL-CHO 30 NE/L) alakult ki. Egyik gyermek sem mutatott jelentős arteriosclerotikus elváltozásokat egyik belső carotis artériájában sem. Az átlagos IMT-értékek 0,54 ± 0,06 mm voltak (balra: 0,55 ± 0,07 mm; jobbra: 0,54 ± 0,07 mm).

A lipidszintet érintő összefüggések

A T-CHO és az LDL-CHO szintek negatívan korreláltak a BMI, a HOMA-IR, a vér inzulin és a γ-GTP szinttel (1. táblázat). A HDL szintje negatívan korrelált az IMT-vel ( = 26; = 0,039), és az LDL/HDL arány pozitívan korrelált az IMT-vel = 26; = 0,023) (1. táblázat). Az LDL/HDL arány és a vér Tyr szintje között negatív összefüggést is megfigyeltünk. Az 1. kiegészítő fájl részletezi az elhízott gyermekek LDL/HDL aránya ≤ 2,0 és az LDL/HDL arány> 2,0 értékű laboratóriumi anyagcsere-adatok összehasonlítását. Nem volt szignifikáns összefüggés az LDL/HDL arány és a HOMA-IR vagy LDL/HDL arány és az aminosavak között (1. és 2. táblázat, 1. kiegészítő fájl). Az LDL/HDL arány azonban pozitívan korrelált az IMT-vel (1. kiegészítő fájl).

Az inzulinrezisztenciával összefüggő összefüggések

Az 1. ábra a HOMA-IR és az aminosavszint közötti összefüggéseket bemutató szórási diagramokat mutat be. A HOMA-IR pozitívan korrelált Val, Leu, Ile, Phe, triptofán (Trp), metionin (Met), treonin (Thr), lizin (Lys), Ala, Tyr, glutamát (Glu), Pro, arginin (Arg), ornitin (Orn) és az összes szabad aminosav (TFAA) (mind ÁBRA. 1

Kapcsolat a HOMA-IR és az aminosavak között csökkent glükóztoleranciájú gyermekeknél (HOMA-IR ≥2,5). a HOMA-IR vs Valine; = 9, y = 0,0434x - 5,9926, R 2 = 0,5007, = 0,033. HOMA-IR vs leucin; = 9, y = 0,0776x - 5,6865, R 2 = 0,5482, = 0,023. c HOMA-IR vs fenilalanin; = 9, y = 0,2707x - 10,711, R 2 = 0,4843, = 0,037. d HOMA-IR vs triptofán; = 9, y = 0,1725x - 6,0928, R 2 = 0,4449, = 0,049. e HOMA-IR vs metionin; = 9, y = 0,3807x - 4,4448, R 2 = 0,5995, = 0,014. f HOMA-IR vs lizin; = 9, y = 0,0787x - 8,4333, R 2 = 0,6733, = 0,007. g HOMA-IR vs tirozin; = 9, y = 0,151x - 6,9265, R 2 = 0,843, = 0,000. h HOMA-IR vs arginin; = 9, y = 0,0899x - 1,7275, R 2 = 0,4625, = 0,044. én HOMA-IR vs ornitin; = 9, y = 0,2148x - 5,5718, R 2 = 0,8164, = 0,001. j HOMA-IR vs összes aminosav; = 9, y = 0,0056x - 10,198, R 2 = 0,4655, = 0,043

Anyagcsere adatok elhízott gyermekektől HOMA-IR ≤1,6, 1,6 esetén 3. táblázat Vérvizsgálati értékek csökkent glükóztolerancia mellett és anélkül is

Elhízott, csökkent HOMA-IR értékű gyermekeknél 6 hónapos gyógyszeres beavatkozás, például táplálkozási és testmozgási útmutatás után a Val, Leu, Ile, Asp, Ala, Tyr, Glu és Pro szintje csökkent, de a Gly és Ser szintje megnövekedett (1. kiegészítő fájl). Ezzel szemben az elhízott gyermekeknél, akiknél a beavatkozás után fokozott a HOMA-IR, ezeknek az aminosavaknak általában növekedniük kell (1. kiegészítő fájl).

Az UA-val kapcsolatos összefüggések

Érdekes módon az UA pozitívan korrelált Leu-val ( = 0,005) és Glu = 0,019), és negatívan korrelál a szerinnel (Ser), a glicinnel (Gly) és az aszparaginnal (Asn) = 0,007, = 0,003, és = 0,013) (2. táblázat). A 3. ábra ezeket az összefüggéseket ábrázoló szórási diagramokat mutat be. Nincs aminosav korrelációban az IMT-vel (2. táblázat).

Az UA és az aminosavak kapcsolata minden gyermeknél. a UA vs leucin; = 26, y = 0,032x + 1,1692, R 2 = 0,2925, = 0,005. UA vs Glutamate; = 26, y = 0,048x + 3,3752, R 2 = 0,2183, = 0,019. c UA vs Serine; = 26, y = - 0,0307x + 8,4566, R 2 = 0,2769, = 0,007. d UA vs glicin; = 26, y = - 0,0238x + 9,0036, R 2 = 0,328, = 0,003. e UA vs aszparagin; = 26, y = -0,1028x + 8,826, R 2 = 0,2375, = 0,013

Vita

Az 5. táblázat összefoglalja a vér aminosavainak és a HOMA-IR, UA, LDL/HDL és IMT kapcsolatát. Az elhízás gyakran a kisgyermekkorból az iskolai életkorig terjed, és az esetek becsült 50% -ában felnőttkorig terjed. Vannak olyan jelentések, amelyek szerint az elhízás, a hiperlipidémia és a hiperglikémia felnőttekben szignifikánsan korrelál az IMT-vel, és az erősen megemelkedett IMT kockázati tényezői [11, 12]. Ezt az összefüggést gyermekeknél is észlelték [13, 14]. Bár az elhízott gyermekeknél az arterioszklerózis nem gyakori, az IMT általában magasabb, mint a nem elhízott gyermekeknél [14, 15]. Ebben a tanulmányban azt tapasztaltuk, hogy az IMT negatívan korrelált a HDL-CHO-val és pozitívan az LDL/HDL aránnyal, bár pozitív korreláció az LDL-CHO-val nem volt jelen. Ezek a megállapítások arra utalnak, hogy az elhízás még gyermekkorban is hajtja az arterioszklerotikus változásokat. Az érelmeszesedés kockázati tényezői közé tartozik a magas vérnyomás, a hiperglikémia és a hiperlipidémia; azonban kevés elhízott gyermeknél alakul ki magas vérnyomás. A hiperlipidémiát és a hiperglikémiát tekintik az ateroszklerózis legfontosabb kockázati tényezőinek. Elhízott gyermekcsoportunkban a vércukorszint és az inzulinrezisztencia nem befolyásolta szignifikánsan az IMT-t, de a lipid metabolikus paraméter szignifikánsan korrelált az IMT-vel.

Az életmóddal összefüggő betegségek kialakulásának nagyobb számú kockázati tényező gyermekkori jelenléte nagyobb IMT-vel társul felnőtteknél [16, 17]. Raitakari et al. [16] beszámolt arról, hogy a 12-18 éves serdülőknél mérve az ateroszklerózis számos kockázati tényezője, beleértve az LDL-CHO, a BMI és a szisztolés vérnyomás magas szintjét, közvetlenül összefüggenek a carotis IMT-vel felnőtteknél. Ezeknek a kockázati tényezőknek a jelenléte csecsemő és iskolás korban a felnőttek IMT-jét is befolyásolta. Ezért az elhízott gyermekeket betegségcsoportként kell kezelnünk, nem pedig egyszerűen olyan csoportként, amelynek életmóddal kapcsolatos kockázati tényezői vannak a jövőbeni betegségek szempontjából.

A II. Típusú cukorbetegséghez kapcsolódó aminosavak, például BCAA, Ala, Glu, Asp és Tyr megemelkedett szintjét korábban elhízott gyermekeknél HOMA-IR ≥ 2,5 értékkel mutatták ki [7]. Károsodott glükóztolerancia (HOMA-IR ≥ 2,5) gyermekeknél pozitív korrelációt mutattunk a HOMA-IR és számos aminosav, köztük a TFAA között. Ezekben a gyermekekben a TFAA szintén szignifikánsan korrelált a vércukorral és az inzulinnal. A hiper-táplálkozás előrehaladtával és a glükóz tolerancia csökkenésével a glükóz és az aminosavak egyaránt felhalmozódnak. Az olyan sejtek, mint a hepatociták és a vázizomsejtek telítetté válnak, és ez hiperaminacidémia kialakulásához vezet.

A plazma aminosavszintek és számos más tényező közötti összefüggéseket szintén dokumentálták. Az inzulin, a növekedési hormon, a glukagon és az IGF-1 fontos szerepet játszanak az energia-anyagcsere szabályozásában az élő testben [18,19,20], és amint ez a tanulmány kimutatta, az inzulin befolyásolja a plazma aminosavszintjét. Egyes jelentések összefüggést mutattak ki az IMT és az aminosavak között [21, 22]. Vizsgálatunkban azonban a vér aminosavai nem voltak szignifikánsan korrelálva az IMT-vel. Ez a jelenség az aminosav-anyagcsere és az inzulinérzékenység változásával magyarázható mérsékelten elhízott gyermekeknél, mivel az IMT LDL/HDL-hez társult, de nem a vér inzulinszintjéhez vagy a HOMA-IR-hez.

Összefüggéseket mutattak ki a BCAA-k és a metabolikus szindróma, az elhízás, a II-es típusú cukorbetegség és/vagy az inzulinrezisztencia között [7, 23, 24], és a BCAA-k kardiometabolikus kockázati markerek a BMI kategóriától függetlenül [25]. A megnövekedett plazma BCAA- és lipidszintek β-sejtek diszfunkciójának kialakulásához vezethetnek, ami felgyorsíthatja az elhízott, inzulinrezisztens állapotból a metabolikus szindrómába és a II. Típusú cukorbetegségbe való átmenetet [24]. Pozefsky és mtsai. [26] azt sugallta, hogy az inzulinaktivitás romlása és az aminosavak izomban való hasznosításának növekedése megnöveli a plazma BCAA szintjét, mivel az életmóddal összefüggő betegségeknél a BCAA az izmokban csökken. Ezenkívül Newgard [24] úgy vélte, hogy az elhízott és inzulinrezisztens alanyokban a megnövekedett keringő vér BCAA részben abból adódik, hogy zsírszövetükben csökken az AA katabolizmus. A könnyen használható glükóz- és lipid-szubsztrátokról úgy gondolják, hogy a BCAA katabolikus enzimek csökkentésével szabályozzák a AA-katabolizmus szükségességét a zsírszövetben a peroxiszóma-proliferátor-aktivált receptor-γ jelátvitel elnyomásával az ilyen metabolikus adaptációkban.

Egy másik különösen releváns aminosav az Ala. Würtz és mtsai. [27] beszámolt arról, hogy a glükoneogenezis szubsztrátok, beleértve az Ala-t is, megnövekedtek a csökkent glükóztoleranciát mutató felnőtteknél. Sőt, Shimizu és mtsai. [28] beszámolt arról, hogy az Ala plazma kimerülése a fibroblaszt 21-es növekedési faktor értékének növelésére és a máj-zsír kommunikáció fokozására szolgál, ami a lipolitikus gének aktiválódását eredményezi a zsírszövetekben.

Az aminosavak nem csak nélkülözhetetlen tápanyagok, amelyek energiaforrásként szolgálnak az emberi test számára, hanem számos biokémiai folyamatban részt vesznek, beleértve a purinok bioszintézisét és az UA termelését. Az elmúlt években számos tényezőről, köztük a BMI-ről, az alkoholfogyasztásról, a hiperlipidémiáról és a cukorbetegségről kiderült, hogy hozzájárulnak a vér UA-szintjének növekedéséhez [29]. Vizsgálatunk azt mutatta, hogy elhízott gyermekeknél az UA-t az aminosav anyagcsere befolyásolja, nem pedig a hiperglikémia és a hiperinsulinémia. Csökkent Gly- és Ser-szinteket találtunk a megnövekedett vér UA-szinttel. A vér Gly- és Ser-szintjének csökkenését korábban kimutatták tünetmentes hiperurikémiában vagy köszvényben szenvedő felnőtt betegeknél, összehasonlítva az egészséges felnőtt kontrollokkal [30]. Ugyanez a vizsgálat kimutatta az Ala, a Val, az Ile és az Orn vérszintjének növekedését tünetmentes hiperurikémiában szenvedő felnőtt betegeknél, de ezek az aminosavak vizsgálatunkban nem voltak összefüggésben az UA-val. Úgy tűnik, hogy a Gly és a Ser kapcsolatban áll a vér UA szintjének emelkedésével járó anyagcsere folyamattal [31]. Bár Ser-nek nincs ismert összefüggése az UA-szintézissel, Gly-re van szükség a purin de novo szintéziséhez [32], amely az UA bioszintetikus prekurzora. Több Gly-t lehet fogyasztani a purin bioszintéziséhez hiperinsulinémia alatt elhízott gyermekeknél.

Ennek a tanulmánynak számos figyelemre méltó korlátja van. Elsősorban a mintanagyságunk viszonylag kicsi volt, különös tekintettel a csökkent glükóz toleranciával rendelkező és anélkül élő gyermekek összehasonlítására. Ez korlátozta a statisztikai hatáskört szilárd következtetések levonására. Végül nem értékeltük a táplálkozási és életmódbeli tényezők, illetve a genetikai tényezők, köztük az elhízás családi kórtörténetének hatását az aminosav mintákra.

Az elmúlt években a korai gyermekkori elhízás megelőzésére van szükség, mert az 5 éves és annál fiatalabb gyermekek túlsúlyossága és elhízása elterjedtsége világszerte növekszik [33]. Japánban 1,5 és 3 éves korú kisgyermekek fizikai és szellemi fejlődésének vizsgálatát végezték el. Geserick és mtsai. beszámolt arról, hogy a legtöbb 2-6 éves kor közötti elhízott gyermek serdülőkorban elhízott [34]. A jövőben 3 és 6 éves korban kell elvégeznünk az elhízás szűrését és beavatkozását az óvodába, illetve az általános iskolába való belépés előtt. Ennek magában kell foglalnia anyagcsere-állapotuk értékelését. Kívánatos lenne a középiskolás diákok elhízással történő tanulmányozása is. A metabolikus profilok, köztük az aminosavak elemzése elhízott gyermekeknél és különböző korcsoportokba tartozó serdülőknél további problémákat és gyógymódokat tárhat fel a gyermekkori elhízás szempontjából.

Következtetések

Adataink alátámasztják az aminosav-profilok lehetőségét, mint hasznos markert a gyermekkori elhízás korai beavatkozására. Fontos, hogy ezek a profilok a korai elhízási stádiumban tükrözik a csökkent glükóz toleranciát és hiperurikémiát. Ezenkívül az elhízással járó kiegyensúlyozatlan vagy megnövekedett aminosavak állapota, például a BCAA a vérben, súlyosbíthatja az elhízást és az inzulinérzékenységet. Ezért eredményeink azt a nézetet is alátámasztják, hogy az elhízás kezelésében fontos a jó táplálkozási egyensúlyú étrend és a testes terápia, amely normalizálja a vér aminosavainak egyensúlyát.

Az adatok és anyagok rendelkezésre állása

A jelenlegi vizsgálat során felhasznált és/vagy elemzett adathalmazok ésszerű kérésre rendelkezésre állnak az érintett szerzőtől.