Kernresonanz-basierte Lipoproteinanalyse bei diabetischer Stoffwechsellage

In der vorliegenden Arbeit wurden Lipoproteinveränderungen im Blutplasma von Prädiabetikern und Diabetikern im Vergleich zu Gesunden mithilfe der hochauflösenden 1H NMR Spektroskopie untersucht. Die NMR-Metabolomik von Körperflüssigkeiten ist eine neue Hochdurchsatzmethode zur zerstörungsfreien Analytik von Körperflüssigkeiten, die immer größere Bedeutung gewinnt. In der von der Bayerischen Forschungsstiftung geförderten Studie wurden Blutproben von Blutspendern des Bayerischen Roten Kreuzes (BRK) analysiert. Die Probanden wurden nach Durchführung eines oralen Glukose Toleranztests (oGTT) in Gruppen eingeteilt: 323 waren gesund, 231 hatten einen erhöhten Nüchternglukosewert (IFG), 40 hatten eine gestörte Glukosetoleranz (IGT), 83 hatten sowohl eine erhöhte Nüchternglukose als auch eine gestörte Glukosetoleranz und bei 66 wurde neu ein Diabetes Typ 2 diagnostiziert. Von den Probanden wurden die Blutproben des oralen Glukosetoleranztests mit Nüchternglukose und 2h nach Glukosegabe, sowie über Jahre hinweg bei Blutspenden aufgehobene Blutproben untersucht. Im Schnitt lagen diese zurückgelegten Proben für 6 Jahre vor Durchführung des oralen Glukosetoleranztests vor. Bei Abnahme dieser Rückstellblutproben waren die Patienten nicht nüchtern. Mithilfe von NMR-Spektroskopie wurden die Konzentrationen von 15 verschiedenen Lipoproteinuntergruppen bestimmt. Insgesamt standen 32762 NMR Spektren zur Auswertung zur Verfügung. Dabei zeigten Prädiabetiker und Diabetiker im Vergleich zu Gesunden charakteristische Unterschiede der Lipoproteinkonzentrationen. Nicht-nüchtern zeigte sich bei Diabetikern eine signifikante Erhöhung von VLDL A und B, Chylomikronen A und B, Chylomikronen Remnants und allen Chylomikronenfraktionen gemeinsam. LDL C war signifikant erniedrigt. Die LDL C Abnahme sowie die Zunahme von VLDL A, Chylomikronen Remnants und Chylomikronen A konnte auch bei allen Formen von Prädiabetes als signifikant beobachtet werden. Teilweise waren Lipoproteine auch nur bei einzelnen Prädiabetesgruppen verändert: VLDL B (einzig bei Probanden mit Kombination aus IFG und IGT signifikant erhöht), HDL C war nur bei der Gruppe mit IFG signifikant erniedrigt. Chylomikronen B waren bei allen Gruppen außer bei der mit isolierter IGT signifikant erhöht und die Summe der Chylomikronen bei allen Gruppen außer bei Probanden mit isolierter IFG. Insgesamt waren im nicht nüchternen Zustand vor allem die größeren Lipoproteine Chylomikronen und VLDL, mit welchen die Fette vom Darm zur Leber und von dort weiter in den restlichen Körper transportiert werden, auffällig. Bei der nüchternen Gruppe waren insgesamt weniger Veränderungen sichtbar und diese vor allem bei kleineren Lipoproteinen wie HDL und LDL. Die Ergebnisse wurden mit veröffentlichten Ergebnissen aus anderen Studien verglichen, in denen ebenfalls mit NMR-Spektroskopie bestimmte Lipoproteinkonzentrationen bei Diabetikern untersucht wurden. Hierbei zeigte sich ein ähnliches Muster. Nur die kleineren LDL Partikel (LDL A und LDL B) waren hier signifikant erniedrigt, während die meisten anderen Forschungsgruppen eine signifikante Zunahme feststellten. Die Chylomikronenkonzentrationen bei Diabetikern wurden nur in einer einzigen anderen Studie (J. Wang et al., 2012) untersucht. Auch hier findet man einen signifikanten Anstieg bei Diabetikern. Zudem wurden aus den verschiedenen Lipoproteinuntergruppen miteinander Quotienten und Verhältnisse gebildet. Aus diesen wurden dann wieder die prozentualen Unterschiede von Prädiabetikern im Vergleich zu Gesunden berechnet. Insbesondere bei Verhältnissen und Produkten, welche VLDL oder Chylomikronen enthielten, waren die Unterschiede der zugehörigen Verteilungen nochmal größer als beim Vergleich der einzelnen Lipoproteinuntergruppen. Um die Entwicklung der Lipoproteine in den Jahren vor der Diagnosestellung des Diabetes darzustellen, wurde mithilfe der zurückgelegten Blutproben Wahrscheinlichkeitsdichteverteilungen für zehn, acht, sechs, vier, zwei sowie zum Zeitpunkt der Diagnosestellung berechnet und graphisch dargestellt. Zudem wurde mithilfe von Literaturrecherche und zusätzlich aufgenommen 2D-Spektren in den 1H NMR Spektren menschlichen Serums die Signale zahlreicher kleinerer Metaboliten zugeordnet

NMR derived changes of lipoprotein particle concentrations related to impaired fasting glucose, impaired glucose tolerance, or manifest type 2 diabetes mellitus

Background Type 2 diabetes mellitus (T2D) and corresponding borderline states, impaired fasting glucose (IFG) and/or glucose tolerance (IGT), are associated with dyslipoproteinemia. It is important to distinguish between factors that cause T2D and that are the direct result of T2D. Methods The lipoprotein subclass patterns of blood donors with IFG, IGT, with IFG combined with IGT, and T2D are analyzed by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The development of lipoprotein patterns with time is investigated by using samples retained for an average period of 6 years. In total 595 blood donors are classified by oral glucose tolerance test (oGTT) and their glycosylated hemoglobin (HbA1c) concentrations. Concentrations of lipoprotein particles of 15 different subclasses are analyzed in the 10,921 NMR spectra recorded under fasting and non-fasting conditions. The subjects are assumed healthy according to the strict regulations for blood donors before performing the oGTT. Results Under fasting conditions manifest T2D exhibits a significant concentration increase of the smallest HDL particles (HDL A) combined with a decrease in all other HDL subclasses. In contrast to other studies reviewed in this paper, a general concentration decrease of all LDL particles is observed that is most prominent for the smallest LDL particles (LDL A). Under normal nutritional conditions a large, significant increase of the concentrations of VLDL and chylomicrons is observed for all groups with IFG and/or IGT and most prominently for manifest T2D. As we show it is possible to obtain an estimate of the concentrations of the apolipoproteins Apo-A1, Apo-B100, and Apo-B48 from the NMR data. In the actual study cohort, under fasting conditions the concentrations of the lipoproteins are not increased significantly in T2D, under non-fasting conditions only Apo-B48 increases significantly. Conclusion In contrast to other studies, in our cohort of “healthy” blood donors the T2D associated dyslipoproteinemia does not change the total concentrations of the lipoprotein particles produced in the liver under fasting and non-fasting conditions significantly but only their subclass distributions. Compared to the control group, under non-fasting conditions participants with IGT and IFG or T2D show a substantial increase of plasma concentrations of those lipoproteins that are produced in the intestinal tract. The intestinal insulin resistance becomes strongly observable