Fedtvævet og insulin-resistens: resistin og adiponectin

Insulinresistens er en essentiel del af det metaboliske syndrom, og udvikling af fedme er uløseligt forbundet med insulinresistens. Hvis man undersøger personer med forskellige grader af overvægt, udtrykt fx ved BMI, for insulinfølsomhed ved hjælp af euglykæmisk, hyperinsulinæmisk clamp-teknik, som er den foretrukne metode til kvantificering af insulinfølsomhed, så finder man en klar sammenhæng (Fig. 1). Man kan derfor få den tanke, at det er fedtvævet, der skyld i insulinresistensen. Her skal man betænke, at man, når man måler insulinresistensen, fx ved den omtalte clamp-teknik, ikke får oplysning om hvilke(t) væv, der udviser resistens. Insulinets målorganer er jo leveren, den tværstribede muskulatur og fedtvævet. Hvis en faktor fra fedtvævet skulle være ansvarlig også for insulinresistens i muskler og lever, måtte den kunne videregives til de øvrige målorganer, fx via cirkulationen. En lang række sådanne faktorer har været bragt i forslag. Disse omfatter metabolitter fra fedtvævet, cytokiner og hormonlignende substanser produceret i og afgivet fra fedtvævet. Det er efterhånden blevet klart, at fedtvævet må regnes blandt de hormonproducerende organer. Det nu klassiske eksempel er leptin, som blev opdaget ved kloning af det gen, der i muteret form er ansvarligt for genetiske fedme hos de såkaldte ob/ob-mus (2). Men det viser sig, at fedtvævet producerer en lang række substanser med virkning på såvel fedtvævets egen som den øvrige organismes metabolisme. Tabel 1 giver fortegnelse over en række af disse faktorer, og en kort omtale af deres hovedvirkninger. Det ses, at mange af de nævnte faktorer er relevante for en diskussion af det metaboliske syndrom. Listen er næppe komplet, idet området er under konstant udvikling. I fortegnelsen er ikke medtaget frie fede syrer, skønt netop disse af nogle anses for at have den allerstørste betydning (5, 6). De frie fede syrer i cirkulationen (som er frie i den forstand at de ikke er bundet til glycerol som i triglycerid, men som ikke desto mindre transporteres bundet til albumin på grund af de fede syrers ringe opløselighed i plasma) stammer helt overvejende fra lipolysen af fedtvævets depoter af triglycerid. Det er klart vist, at en øget mængde frie fede syrer (FFA) vil nedsætte insulinvirkningen på muskelvæv, og det menes også, at et forøget tilbud af FFA vil forårsage hepatisk insulinresistens, som det er nærmere omtalt i indlægget af Beck-Nielsen (7). Da insulin er en af de vigtigste faktorer i reguleringen af fedtvævslipolysen, nemlig som negativ regulator af den hormonsensitive lipase, vil en insulinresistens i adipocytterne alt andet lige resultere i en mindre hæmmet lipolyse, dvs. en større afgift af FFA. Dette argument forudsætter således en allerede eksisterende insulinresistens. Man kan derfor sige, at de frie fede syrers niveau (eller omsætning) i hvert fald delvist reflekterer og måske også forstærker insulinresistensen, mens den tilgrundliggende insulinresistens ikke forklares. Der har derfor været god grund til at undersøge, om andre faktorer fra fedtvævet har betydning. To sådanne faktorer har tiltrukket sig særlig opmærksomhed igennem det seneste års tid, og det er disse to, resistin og adiponectin, der skal omtales i denne korte oversigt.

Resistin

Opdagelsen af hormonet resistin vakte stor opmærksomhed. Steppan et al havde længe arbejdet med den thialozidinedionmedierede (thiazolidinedion = TZD = glitazoner) aktivering af kernereceptoren PPAR-gamma, som medfører adipocytdifferentiering og øget optagelse af FFA i adipocytter og måske derigennem modvirker insulinresistens. Således udvikler patienter med signifikante mutationer i PPAR-gamma-genet markant insulinresistens. Ud fra en hypotese om, at TZD, ud over virkningerne på adipogenesen, også kunne inducere ekspression af andre stoffer af betydning for udvikling af insulinresistens, screenede Steppan et al 3T3-Li-adipocytter (en cellelinje fra mus) for nedregulering af gener under TZD-behandling og fandt et sådant (8). To andre grupper identificerede samtidig, men ud fra andre metoder, det samme gen (9), som i dag benævnes Retn-genet. Genproduktet, resistin, er et sekretorisk polypeptid på 94 aminosyrer, hvoraf ikke mindre end 11 er cysteinrester. Resistin tilhører en familie af cysteinrige proteiner, den såkaldte FIZZ-familie efter det først opdagne medlem, FIZZ1, som blev fundet i bronkieskyllevæske fra dyr med allergisk inflammation i lungerne. Hos mus er der tre gener i familien, der koder for resistin: resistin, FIZZ1, og yderligere et beslægtet protein, som er tarmspecifikt. Resistin secerneres specifikt, mente man, fra fedtvæv og som en dimer, sammenholdt med en disulfidbinding - de øvrige cysteiner indgår formentlig i intramolekylære krydsbindinger. Et tilsvarende gen hos mennesker fandtes på kromosom 19 i et område, der svarer til det område på musens kromosom 8, hvor det murine gen fandtes. Den humane homolog havde samme cysteinmønster, men sekvenshomologien var kun 59%, og hos mennesker er der kun identificeret to gener i familien, hvilket har rejst tvivl om, hvorvidt det rette gen var fundet. Som nævnt svarer det formodede Retn-gens kromosomale lokalisation dog til musens.

I overensstemmelse med screeningsresultatet rapporterede Steppan et al (8), at de cirkulerende resistinniveauer blev sænket af rosiglitazon, en TZD, og man fandt øgede niveauer hos dyr med genetisk eller diætinduceret fedme. Immunoneutralisering med resistinantistoffer sænkede blodglukoseniveauerne og øgede insulinfølsomheden. Endvidere resulterede indgift af rekombinant resistin i en - ganske vist beskeden - nedsættelse af glukosetolerancen. Og endelig hæmmede tilsætning af resistin glukoseoptagelse i 3T3-Li-adipocytter, mens forbehandling med resistinantistoffer forøgede glukosetransporten. Alt dette fortolkedes således, at resistin kunne være det hormon, der var ansvarligt for insulinresistensen ved fedme.

Siden den første undersøgelse er der dog udført en række studier vedrørende resistin, som ikke understøtter denne fortolkning, og som især sætter spørgsmålstegn ved resistins funktion og betydning hos mennesket. Således undersøgte Way et al (10) resistinekspression i forskellige genetiske musemodeller for fedme og diabetes. Resistin-ekspression blev påvist i alle kontroldyr, men til forfatternes store overraskelse var resistinniveauet stærkt nedsat hos de fede mus sammenlignet med normalvægtige kontroldyr. Det samme sås i de diabetiske musemodeller. Lignende fund blev gjort af Le Lay et al (11). Fasshauer et al (12) undersøgte, hvorvidt kendte modulatorer af insulinfølsomhed kunne påvirke ekspressionen af resistin i 3T3-L 1-adipocytter. De fandt, at TNF-α hæmmede både resistin-mRNA-ekspressionen og resistinproteinsekretionen. TNF-α er et cytokin, der produceres af adipøst væv og makrofager (Tabel 1). Talrige studier har vist, at TNF-α kraftigt inducerer insulinresistens, og at serum-TNF-α er øget ved både human og murin fedme. Disse resultater skulle derfor betyde, at resistin nedreguleredes, når TNF-α niveau blev højt som ved fedme. Juan et al (13) undersøgte fruktoseinduceret insulinresistens hos rotter. På fruktosediæt udviklede dyrene hyperinsulinæmi, glukoseintolerance, hypertriglyceridæmi og hypertension, som det ses ved det metaboliske syndrom. De havde endvidere forhøjet serum-FFA-niveau og udviklede større fedtdepoter og øget adipocytstørrelse i forhold til kontrolrotterne. De insulinresistente dyr havde imidlertid nedsat resistinekspression. Forfatterne fandt endvidere, at FFA undertrykte resistingenekspression i normale rotteadipocytter og foreslog, at øgede FFA-niveauer kunne være ansvarlige for den nedsatte ekspression ved dette »metaboliske syndrom«. Resistensen i denne model var således uafhængig at resistinekspression.

Endnu mere modstridende var forsøg med humane adipocytter, som viste, at resistin slet ikke eller meget ujævnt udtrykkes i fedtceller hos mennesker (14-16). Ganske vist fandt Savage et al (15) øgede resistinniveauer i fedtvævsbiopsier fra ekstremt adipøse patienter, men fandt også, at dette snarere skyldtes ekspression i cirkulerende monocytter, som i modsætning til fedtceller havde en tydelig ekspression af resistin. Nagaev et al (14) undersøgte resistinekspressionen i isolerede humane fedtceller og intakte fedtbiopsier fra 42 individer med forskellige grader af overvægt, som havde insulinresistens eller type 2-diabetes. I de fleste prøver fandt de overhovedet ikke resistin udtrykt, kun enkelte celler eller biopsier var positive, og de fandt således ingen forskel i resistinniveauet, uanset om prøverne var fra raske, insulinresistente eller personer med type 2-diabetes. Janke et al (16) viste tilmed i modsætning til Steppan et al (8), at resistin faktisk bliver udtrykt i humane præadipocytter, men at der var meget ringe resistinekspression i modne adipocytter, og de foreslog derfor, at der foregik en tidsafhængig nedregulering under adipocytdifferentieringen. Heller ikke de fandt en sammenhæng mellem kropsvægt, insulinfølsomhed eller andre metaboliske parametre og resistinekspression i adipocytter.

Det skal dog nævnes, at alle forsøg med humane fedtceller og resistin er baseret på genekspressionsmålinger ved mRNA-kvantificering, og ikke målinger direkte på proteinniveau, og Steppan & Lazar forslår selv (9), at manglende korrelation mellem mRNA og resistinprotein kan forklare nogle af de diskrepante fund, selv om noget sådant ikke fandtes i en direkte undersøgelse heraf (16).

Steppan et al (8) fandt som nævnt, at TZD nedregulerer resistingenekspressionen, hvilket var baggrunden for identifikationen af resistin, men Way et al (10) rapporterede i modsætning hertil, at forskellige PPARγ-agonister rent faktisk øger resistingenekspressionen i adipøst væv i genetiske modeller af både fede og diabetiske mus. Way et al mente derfor at kunne udelukke, at suppression af resistingenekspression er involveret i de antidiabetiske virkninger af TZD.

For nylig undersøgte Sentinelli et al (17) resistingenet hos mennesker for genetiske variationer i 58 type 2-diabetespatienter, 59 adipøse og 60 raske individer. Der blev kun fundet en enkelt variant, og den var ikke associeret til diabetes eller fedme. Osawa et al (18) undersøgte japanske type 2-diabetespatienter og kontrolpersoner for varianter i resistingenet og påviste tre varianter, alle i introns, og ingen af dem var associeret til diabetes. Det kan derfor konkluderes, at variationer i resistingenet næppe kan være en almindelig årsag til fedme eller type 2-diabetes.

Adiponectin

Medens resistin således næppe kan være den eftersøgte resistensfaktor, er der i dag større forventninger til det såkaldte adiponectin.

Adiponectin er et komplekst, højt glykosyleret, sekretorisk protein på 244 aminosyrer, der blev identificeret samtidig i en række uafhængige laboratorier (19) og derfor har fået flere forskelige navne: complement-related protein (ACRP30), adipose most abundant transcript (apM1), adipoQ, gelatine-binding protein, og altså adiponectin. Genet udtrykkes 100 gange stærkere under differentiering af af præadipocytter og blev identificeret (20) på dette grundlag. Det tilhører en familie af proteiner med et N-terminalt kollagenlignende domæne, som kan aggregere med andre tilsvarende domæner under dannelse af trimere, og et C-terminalt globulært domæne, som er beslægtet med en tilsvarende region i TNF-α. Trimererne kan danne yderligere aggregater, der består af 2-6 trimere, og i plasma findes disse oligomere i koncentrationer på 5-20 nM (19). Genet udtrykkes specifikt i fedtvæv. Forskningen tog fart, da det i 1999 blev opdaget, at plasmakoncentrationen såvel som genekspressionen af adiponectin var nedsat hos adipøse trods den fedtvævsspecifikke oprindelse, og at den endvidere var nedsat hos diabetespatienter specielt med aterosklerotisk koronarsygdom (21). Endvidere blev det påvist, at niveauet steg hos patienter, der gennemført et vægtreduktionsprogram (22).

Det var derfor af interesse at se på ekspressionen ved insulinresistens. I et elegant longitudinalt studie af Hotta et al (23) undersøgtes adiponectinniveauerne hos rhesusaber, der var genetisk disponeret for at udvikle insulinresistens. Her fandtes en stærk direkte korrelation mellem ændringer i adiponectinniveauerne og ændringer i en række mål for insulinresistens, stærkest over for m-værdien (glukosemængden) ved hyperinsulinæmisk, euglykæmisk clamp-analyse, som omtalt ovenfor i forbindelse med Fig. 1. Som nævnt modvirker antidiabetika af gruppen thiazolidinedioner (TZD) insulinresistens. I overensstemmelse hermed kunne det vises på både mennesker og forsøgsdyr, at TZD-behandling forøgede niveauet af adiponectin (mens TNF-α-administration interessant nok havde den modsatte effekt) (24). Også hos insulinresistente personer (heriblandt Pimaindianere, som er svært disponerede for udvikling af resistens) blev der fundtet en stærk korrelation mellem insulinresistens og adiponectin (25). Og endelig viste Vionnet et al, at der findes et diabetesrelateret locus på det humane kromosom 3q27, hvor adiponectingenet findes (26), og et genome wide scan af loci for seks kvantitative træk associeret med fedme og insulinresistens (27) viste en højsignifikant association til samme locus (3q27) med en LOD-score på 2,4-3,5. Tilsvarende resultater blev fundet i en efterfølgende genetisk analyse af en population af 1.100 europæere fordelt på 170 familier (28).

Der var herefter af største interesse at undersøge effekterne af adiponectin. Tre forskellige grupper har rapporteret produktion af rekombinant adiponectin, fra de enkelte domæner op til fulde komplekser af tri merer. Fruebis et al (29) fandt, at behandling af mus med globulære adiponectinkomplekser nedsatte stigningerne i plasmakoncentrationerne af FFA, glukose og triglycerid efter fedtrige måltider, og de påviste også, at kronisk indgift i forbindelse med en fedtrig diæt forhindrede udvikling af overvægt på trods af, at fødeindtagelsen var den samme som i kontroldyrene, der udviklede overvægt. Baseret på yderligere in vitro-eksperimenter konkluderede man, at adiponectinets hovedvirkning var at stimulere lipidkatabolisme. Berg et al (30) anvendte fuldlængdekomplekser og behandlede streptozotocindiabetiske og ob/ob-mus og fandt, at behandlingen normaliserede blodglukoseniveauerne uden stigninger i insulinkoncentrationen. Berg et al fortolkede deres resultater således, at adiponectin måtte forøge leverens følsomhed for insulin, hvilket direkte understøttedes ved eksperimenter på primære hepatocytter. Yamauchi et al (31) indgav adiponectin til mus over en periode på 12 dage og fandt, at behandlingen markant forbedrede insulinfølsomheden i tre insulinresistente dyremodeller, nemlig mus på fedtrig kost, de leptindeficiente ob/ob-mus, og KKAy -mus (genetisk fede mus, som overudtrykker agoutiprotein). Endvidere fandt de, at behandlingen medførte nedsat fedtindhold i muskler og lever i de adipøse mus. Denne effekt vistes at stå i forbindelse med øget ekspression af UCP-2 (uncoupling protein-2, der afkobler den oxidative fosforylering) og proteiner, der forøger den intracellulære fedtmetabolisme. Det er interessant, at de også undersøgte de svært insulinresistente lipoatrofiske mus, som helt mangler fedtvæv, og fandt, at en kombineret behandling med leptin og adiponectin i disse dyr forbedrede insulinfølsomheden dramatisk (men med mindre og kun partiel effekt givet hver for sig).

Man må således konkludere, at adiponectin synes at nedsætte den hepatiske glukoseproduktion og øge den perifere glukoseomsætning, måske ved at øge fedtoxidationen i musklerne og derigennem reducere intracellulær fedtakkumulation. Imidlertid er receptoren endnu ikke kendt og forskelle mellem effekterne af de molekylære aggregaters forskellige bestanddele betyder også, at megen forskning endnu er nødvendig.

Ikke desto mindre må det konkluderes, at skuffelsen over den uklare betydning af resistin hos mennesket således blot blevet afløst af en endnu større begejstring for endnu et fedtvævshormon.

Reprints: Jens Juul Holst, Medicinsk Fysiologisk Institut, Panum Instituttet, Blegdamsvej 3, DK-2200 København N.

Antaget den 22. marts 2002

Københavns Universitet, Panum Instituttet, Medicinsk Fysiologisk Institut.

1. Ludvik B, Nolan JJ, Baloga J, Sacks D, Olefsky J. Effect of obesity on insulin resistance in normal subjects and patients with NIDDM. Diabetes 1995; 44: 1121-5.
2. Zhang Y, Proenca R, Maffei M, Barone M, Leopold L, Friedman JM. Positional cloning of the mouse obese gene and its human homologue.Nature 1994; 372: 425-32.
3. Frühbeck G. Adipose tissue as an endocrine organ. Obes Matters 2001; 4: 16-9.
4. Richelsen B, Bruun JM, Pedersen SB. Fedtvævet som sekretorisk organ. Ugeskr Læger 2001; 163: 2913-7.
5. Bergman RN, van Citters GW, Mittelman SD, Dea MK, Hamilton-Wessler M, Kim SP et al. Central role of the adipocyte in the metabolic syndrome. J Investig Med 2001; 49: 119-26.
6. Shulman GI. Cellular mechanisms of insulin resistance. J Clin Invest 2000; 106: 171-6.
7. Beck-Nielsen H. Insulinresistens: organmanifestationer og cellulære mekanismer. Ugeskr Læger 2002; 164: 2130-5.
8. Steppan CM, Bailey ST, Bhat S, Brown EJ, Banerjee RR, Wright CM et al. The hormone resistin links obesity to diabetes. Nature 2001; 409: 307-12.
9. Steppan CM, Lazar MA. Resistin and obesity-associated insulin resistance. Trends Endocrinol Metab 2002; 13: 18-23.
10. Way JM, Gorgun CZ, Tong Q, Uysal KT, Brown KK, Harrington WW et al. Adipose tissue resistin expression is severely suppressed in obesity and stimulated by peroxisome proliferator-activated receptor gamma agonists. J Biol Chem 2001; 276: 25651-3.
11. Le Lay S, Boucher J, Rey A, Castan-Laurell I, Krief S, Ferre P et al. Decreased resistin expression in mice with different sensitivities to a high-fat diet. Biochem Biophys Res Commun 2001; 289: 564-7.
12. Fasshauer M, Klein J, Neumann S, Eszlinger M, Paschke R. Tumor necrosis factor alpha is a negative regulator of resistin gene expression and secretion in 3T3-L1 adipocytes. Biochem Biophys Res Commun 2001; 288: 1027-31.
13. Juan CC, Au LC, Fang VS, Kang SF, Ko YH, Kuo SF et al. Suppressed gene expression of adipocyte resistin in an insulin-resistant rat model probably by elevated free fatty acids. Biochem Biophys Res Commun 2001; 289: 1328-33.
14. Nagaev I, Smith U. Insulin resistance and type 2 diabetes are not related to resistin expression in human fat cells or skeletal muscle. Biochem Biophys Res Commun 2001; 285: 561-4.
15. Savage DB, Sewter CP, Klenk ES, Segal DG, Vidal-Puig A, Considine RV et al. Resistin / Fizz3 expression in relation to obesity and peroxisome proliferator-activated receptor-gamma action in humans. Diabetes 2001; 50: 2199-202.
16. Janke J, Engeli S, Gorzelniak K, Luft FC, Sharma AM. Resistin gene expression in human adipocytes is not related to insulin resistance. Obes Res 2002; 10: 1-5.
17. Sentinelli F, Romeo S, Arca M, Filippi E, Leonetti F, Banchieri M et al. Human resistin gene, obesity, and type 2 diabetes: mutation analysis and population study. Diabetes 2002; 51: 860-2.
18. Osawa H, Onuma H, Murakami A, Ochi M, Nishimiya T, Kato K et al. Systematic search for single nucleotide polymorphisms in the resistin gene: the absence of evidence for the association of three identified single nucleotide polymorphisms with Japanese type 2 diabetes. Diabetes 2002; 51: 863-6.
19. Berg AH, Combs TP, Scherer PE. ACRP30/adiponectin: an adipokine regulating glucose and lipid metabolism. Trends Endocrinol Metab 2002; 13: 84-9.
20. Scherer PE, Williams S, Fogliano M, Baldini G, Lodish HF. A novel serum protein similar to C1q, produced exclusively in adipocytes. J Biol Chem 1995; 270: 26746-9.
21. Arita Y, Kihara S, Ouchi N, Takahashi M, Maeda K, Miyagawa J et al. Paradoxical decrease of an adipose-specific protein, adiponectin, in obesity. Biochem Biophys Res Commun 1999; 257: 79-83.
22. Hotta K, Funahashi T, Arita Y, Takahashi M, Matsuda M, Okamoto Y et al. Plasma concentrations of a novel, adipose-specific protein, adiponectin, in type 2 diabetic patients. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2000; 20: 1595-9.
23. Hotta K, Funahashi T, Bodkin NL, Ortmeyer HK, Arita Y, Hansen BC et al. Circulating concentrations of the adipocyte protein adiponectin are decreased in parallel with reduced insulin sensitivity during the progression to type 2 diabetes in rhesus monkeys. Diabetes 2001; 50: 1126-33.
24. Maeda N, Takahashi M, Funahashi T, Kihara S, Nishizawa H, Kishida K et al. PPARgamma ligands increase expression and plasma concentrations of adiponectin, an adipose-derived protein. Diabetes 2001; 50: 2094-9.
25. Weyer C, Funahashi T, Tanaka S, Hotta K, Matsuzawa Y, Pratley RE et al. Hypoadiponectinemia in obesity and type 2 diabetes: close association with insulin resistance and hyperinsulinemia. J Clin Endocrinol Metab 2001; 86: 1930-5.
26. Vionnet N, Hani E, Dupont S, Gallina S, Francke S, Dotte S et al. Genomewide search for type 2 diabetes-susceptibility genes in French whites: evidence for a novel susceptibility locus for early-onset diabetes on chromosome 3q27-qter and independent replication of a type 2-diabete