Frontiers in Endocrinology

Introduction

La maladie cardiovasculaire (MCV) est la complication la plus fréquente et la plus grave du diabète, entraînant une mortalité substantielle, et une invalidité chez les patients atteints de diabète sucré de type 2 . Les patients atteints de DT2 ont un risque de MCV deux à trois fois plus élevé que ceux qui ne sont pas atteints de DT2 (3, 4). Par rapport aux facteurs traditionnels tels que la pression artérielle, les lipides et l’indice de masse corporelle, les composés endogènes à petites molécules détectés par les approches métabolomiques sont plus susceptibles de refléter l’état cellulaire lié aux effets conjoints de la nutrition cellulaire, des médicaments, des polluants environnementaux et d’autres facteurs externes (7). Les métabolites de l’acylcarnitine sont un groupe de substances ester formées par la combinaison de la carnitine libre et de l’acyl-coenzyme A (acyl-CoA) produit par les acides gras (8). Une étude de cohorte a révélé que les concentrations plasmatiques de certaines acylcarnitines étaient plus élevées chez les patients atteints de DT2 que dans la population non DT2 (9). En outre, la concentration d’acylcarnitines et de 4-hydroxynonénal mitochondrial dans le tissu cardiaque de souris nourries au fructose était plus élevée que dans le groupe témoin (10). Comme le 4-hydroxynonénal est produit par la peroxydation lipidique, une augmentation du 4-hydroxynonénal peut indiquer un stress oxydatif élevé (11). Cependant, seules quelques études cliniques ont examiné les associations entre les acylcarnitines et les MCV dans le cadre du DT2. En effet, il reste peu concluant de savoir s’il existe des associations entre les acylcarnitines et les MCV dans le DT2.

C’est pourquoi nous avons mené une enquête transversale en milieu hospitalier pour estimer l’association entre les métabolites d’acylcarnitine et les MCV chez les patients chinois atteints de DT2.

Matériel et méthodes

Méthode et population de l’étude

Cette étude a utilisé un plan d’étude transversal pour explorer l’association entre les acylcarnitines et les MCV dans le DT2. Nous avons récupéré les dossiers médicaux électroniques de 2 554 patients hospitalisés avec des données disponibles sur les métabolites dans la principale base de données électronique du Liaoning Medical University First Affiliated Hospital (LMUFAH), Jinzhou, Chine, qui ont été admis à l’hôpital de mai 2015 à août 2016 (12).

Les critères d’inclusion ont été établis comme suit : (1) âge ≥ 18 ans ; (2) diagnostic de DT2 ; et (3) disponibilité des métabolites d’acylcarnitine : acétylcarnitine (C2), propionylcarnitine (C3), butyrylcarnitine (C4), hydroxylbutyrylcarnitine (C4-OH), succinylcarnitine (C4DC), isovalérylcarnitine (C5), 3-hydroxyisovalérylcarnitine (C5-OH), glutarylcarnitine (C5DC), tiglylcarnitine (C5 :1), hexanoylcarnitine (C6), octanoylcarnitine (C8), décanoylcarnitine (C10), lauroylcarnitine (C12), myristoylcarnitine (C14), 3-hydroxyl-tétradécanoylcarnitine (C14-OH), tétradécanoyldiacylcarnitine (C14DC), tétradécénoylcarnitine (C14 :1), palmitoylcarnitine (C16), 3-hydroxypalmitoylcarnitine (C16-OH), 3-hydroxypalmitoleylcarnitine (C16:1-OH), octadécanoylcarnitine (C18), carnitine arachidique (C20), carnitine béhénique (C22), carnitine tétracosanoïque (C24), carnitine hexacosanoïque (C26). Les critères d’exclusion étaient les suivants : (1) diagnostic de diabète de type 1 ; (2) grossesse. Un total de 741 patients DT2 qui répondaient aux critères d’inclusion et ne présentaient pas les critères d’exclusion ont été inclus dans l’analyse.

L’approbation éthique de l’étude a été obtenue auprès du Comité d’éthique pour la recherche clinique de LMUFAH et le consentement éclairé a été renoncé par le Comité d’éthique pour la recherche clinique de LMUFAH en raison de la nature rétrospective de l’étude transversale.

Collection des données et définition clinique

Les données démographiques et cliniques ont été extraites de la principale base de données électronique de l’hôpital, y compris l’âge, le sexe, la durée du diabète, les complications du diabète, l’utilisation de médicaments (médicaments antidiabétiques, antihypertenseurs et hypolipémiants), l’IMC, la pression artérielle systolique (PAS), la pression artérielle diastolique (PAD), l’hémoglobine glyquée (HbA1c), les triglycérides (TG), le cholestérol à lipoprotéines de basse densité (C-LDL) et le cholestérol à lipoprotéines de haute densité (C-HDL).

Les MCV étaient définies comme la présence antérieure d’une maladie coronarienne (MC), d’une insuffisance cardiaque (IC) ou d’un accident vasculaire cérébral (AVC). L’IMC a été calculé comme le poids corporel en kilogrammes divisé par le carré de la taille corporelle en mètres, exprimé en kg/m2. Le surpoids a été défini comme un IMC ≥ 24,0 kg/m2 mais <28,0 kg/m2, et l’obésité comme un IMC ≥ 28,0 kg/m2, conformément aux recommandations de l’Association chinoise du diabète pour les Chinois (13). Un sphygmomanomètre à mercure étalonné a été utilisé pour mesurer la TAS et la TAD après que les patients se soient reposés pendant 5 à 10 minutes. Du sang à jeun pendant la nuit (au moins 8 heures de jeûne) a été prélevé chez les patients atteints de DT2. Les mesures de l’HbA1c, des TG, du HDL-C et du LDL-C ont été effectuées dans le laboratoire de biochimie du LMUFAH. Selon le nombre d’atomes de carbone dans la chaîne du groupe acyle, les acylcarnitines ont été classées en trois groupes : les acylcarnitines à chaîne courte comprenant C2, C3, C4, C4-OH, C5, C5-OH, C5DC, C5 :1, et C6 ; les acylcarnitines à chaîne moyenne comprenant C8, C10, C12, C14, C14-OH, C14DC, et C14:1 ; les acylcarnitines à longue chaîne comprenant C16, C16-OH, C16:1-OH, C18, C20, C22, C24, et C26 (14).

Quantification de l’acylcarnitine

La méthode de dosage métabolomique avait été décrite dans des études précédentes (15). Brièvement, des échantillons de taches de sang sec collectés par ponction au doigt après 8 h de jeûne ont été utilisés le dosage métabolomique. La métabolomique dans les taches de sang sec a été mesurée en utilisant la technologie de spectrométrie de masse (MS). L’analyse métabolomique MS a été réalisée à l’aide d’un système QTrap 4000 d’AB Sciex (AB Sciex, Framingham, MA, USA). La source d’ionisation Electrospray était la source d’ions. La tension du jet d’ions était de 4,5 kV. Le mode positif était utilisé pour analyser les analytes. La phase mobile qui portait le composant à tester était une solution aqueuse d’acétonitrile à 80 %. Des étalons internes d’acylcarnitine marqués par des isotopes provenant de Cambridge Isotope Laboratories (Tewksbury, MA, USA) ont été utilisés pour la quantification absolue.

Analyse statistique

L’analyse statistique a été réalisée à l’aide du système d’analyse statistique version 9.4 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA). Un P < 0,05 a été considéré comme statistiquement significatif. Les données catégorielles entre deux groupes ont été comparées par le test du chi-deux ou le test exact de Fisher, le cas échéant, et exprimées en quantité et en pourcentage. Le graphique P-P ou le graphique Q-Q a été utilisé pour les tests de normalité lorsque la variable d’analyse était une variable continue. Les variables continues conformes à la distribution normale ont été présentées sous forme de moyenne ± écart-type (ET) et comparées par le test t de Student, ou sous forme de médiane avec l’écart interquartile (IQR) sinon et comparées par le test de rang signé de Wilcoxon.

Pour faire face aux comparaisons multiples, une analyse factorielle a été utilisée pour réduire un grand nombre d’acylcarnitines corrélées à un plus petit nombre de facteurs non corrélés. Les tests de sphéricité de Kaiser-Meyer-Olkin (KMO) et de Bartlett ont été utilisés pour évaluer la pertinence de l’analyse factorielle (16). Un coefficient KMO < 0,5 est considéré comme inacceptable tandis que des valeurs autour de 0,8 sont considérées comme méritoires. L’analyse en composantes principales a été utilisée pour extraire les facteurs et obtenir la matrice de chargement des facteurs correspondante. La rotation Varimax a fait pivoter la matrice de charge factorielle initiale pour obtenir une solution plus concise et plus facile à interpréter que l’extraction initiale des facteurs (17). Les acylcarnitines individuelles qui présentaient la charge maximale pour un facteur ont été utilisées comme composantes pertinentes du facteur. Le scree plot est un graphique linéaire des valeurs propres des facteurs dans l’analyse factorielle (18). L’axe horizontal du scree plot est le nombre de facteurs, et l’axe vertical est la valeur propre des facteurs. Le nombre de facteurs acylcarnitine a été déterminé par la valeur propre, les communalités et le scree plot : valeur propre > 1, communalités ≥ 50%, nombre de facteurs situés sur la pente raide du scree plot.

La régression logistique binaire multivariable a été utilisée pour estimer les odds ratios (OR) et leurs intervalles de confiance à 95% (CI) des facteurs acylcarnitine extraits pour les MCV dans le DT2. Un schéma d’ajustement structuré a été appliqué pour contrôler les effets confondants des variables démographiques et cliniques. Plus précisément, le modèle 1 était un modèle univariable ; le modèle 2 a été ajusté pour tout autre facteur d’acylcarnitine ; le modèle 3 a été ajusté en outre pour l’âge, le sexe, l’IMC, la durée du diabète, l’HbA1c, la SBP, la DBP, les TG, le LDL-C, le HDL-C ; et le modèle 4 a été ajusté en outre pour l’utilisation de médicaments, y compris les médicaments antidiabétiques, les médicaments antidiabétiques et les médicaments hypolipidémiants en plus des variables ajustées dans le modèle 3.

Résultat

Description des sujets de l’étude

L’âge moyen des patients de l’étude était de 57,9 (SD : 14,1) ans, et la durée médiane du diabète était de 5 (IQR : 0-10) ans. Parmi eux, 391 (52,8 %) étaient des hommes et 288 (38,9 %) présentaient une MCV (87 avec une CAD seule, 109 avec un AVC seul, 6 avec une HF seule, 51 avec à la fois une CAD et un AVC, 53 avec à la fois une CAD et une HF, 18 avec à la fois un AVC et une HF, et 18 avec tous) (tableau 1, fiche technique 1).

Par rapport au groupe sans MCV, les patients DT2 avec MCV étaient plus susceptibles d’être plus âgés et d’avoir une plus longue durée de diabète, un SBP plus élevé, une HbA1c plus faible et moins susceptibles d’utiliser de l’insuline. Ces patients avaient tendance à avoir un taux de C-LDL plus faible, un taux d’utilisation de médicaments antidiabétiques plus faible, un taux d’utilisation de médicaments hypolipidémiants et d’antihypertenseurs plus élevé. Il n’y avait pas de différence significative entre les deux groupes en ce qui concerne le sexe, l’IMC, la DBP, le HDL-C et les TG. Les taux de C2, C4, C6, C8, C10, C12, C14, C14-OH et C14:1 étaient plus élevés, tandis que les taux de C5-OH et de C24 étaient plus faibles chez les patients atteints de MCV que chez leurs homologues sans MCV. Les autres acylcarnitines étaient similaires dans les deux groupes (tableau 2).

Facteurs extraits des acylcarnitines

Les résultats de l’analyse factorielle étaient acceptables comme le suggère un coefficient KMO élevé de 0,898 et une valeur P hautement significative du test de sphéricité de Bartlett de <0,0001. Les facteurs 1 à 5 avaient des valeurs propres supérieures à 1 et étaient situés sur la pente raide du diagramme de scree (figure 1). Nous avons donc extrait cinq facteurs et les charges des acylcarnitines sur les cinq facteurs après rotation varimax sont indiquées dans le tableau 3. Le facteur 1 incluait C2, C4, C4-OH, C5DC, C6, C8 et C14DC ; le facteur 2 incluait C10, C12, C14, C14-OH, C14:1 et C16-OH ; le facteur 3 incluait C16, C16:1-OH, C18, C20 et C3 ; le facteur 4 incluait C22, C24 et C26 ; le facteur 5 incluait C4DC, C5, C5-OH et C5:1. Les cinq facteurs ont expliqué 65,9 % de la variance totale.

Associations entre les facteurs extraits et le risque de MCV dans le DT2

Les facteurs 1, 2 et 4 étaient tous positivement associés au risque de MCV dans le DT2 en analyse univariée. Après ajustement pour d’autres facteurs, ces associations positives étaient toujours significatives (modèle 2). Cependant, seuls le facteur 1 (OR : 1,42, IC à 95 % : 1,03-1,95) et le facteur 2 (OR : 1,24, IC à 95 % : 1,03-1,49) étaient encore associés positivement au risque de MCV après ajustement supplémentaire pour l’âge, le sexe, l’IMC, la durée du diabète, l’HbA1c, la TAS, la TAD, les TG, le C-LDL et le C-HDL. Après l’ajustement final pour l’utilisation de médicaments, la taille de l’effet du facteur 1 (OR : 1,45, IC à 95 % : 1,03-2,03) et du facteur 2 (OR : 1,23, IC à 95 % : 1,02-1,50) était largement inchangée (tableau 4).

Analyse de sensibilité

Après imputation moyenne et imputation multiple des valeurs manquantes dans HbA1c (n = 200), les tailles d’effet des facteurs 1 et 2 pour le risque de MCV dans le DT2 sont restées stables et significatives dans les analyses uni- et multivariables (tableau S1).

Discussion

Cette étude a montré que certaines acylcarnitines, à savoir , C2, C4, C4-OH, C5DC, C6, C8, et C14DC dans le facteur 1, et C10, C12, C14:1, C14, C14-OH, et C16-OH dans le facteur 2, étaient associées au risque de MCV dans le DT2 et les associations étaient indépendantes des autres facteurs d’acylcarnitines et des facteurs de risque traditionnels de MCV. Ces métabolites d’acylcarnitine extraits dans le facteur 1 et 2 étaient principalement des acyl-carnitines à chaîne courte et moyenne.

La voie d’approvisionnement en énergie de l’oxydation des acides gras à longue chaîne chez l’homme est la suivante. Dans les cellules, l’acide gras à longue chaîne (FA) se combine avec le coenzyme A (COA) pour former l’acyl-coenzyme A à longue chaîne (acyl-COA) (19). La carnitine se combine avec le groupe acyle de l’acyl-COA à longue chaîne pour former l’acylcarnitine à longue chaîne par la carnitine palmitoyltransférase 1 située dans la membrane mitochondriale externe (20). Les acylcarnitines sont transportées dans les mitochondries par la carnitine acylcarnitine translocase (CATC) (21). L’acylcarnitine à longue chaîne est décomposée en acyl-CoA à longue chaîne et en carnitine par la carnitine palmitoyltransférase 2 dans la membrane mitochondriale interne (22). L’acyl-COA à longue chaîne est déshydrogéné sous l’action de l’acyl-COA déshydrogénase à très longue chaîne pour former l’énoyl-COA (23). L’énoyl-COA produit du 3-hydroxyacyl-CoA par hydratation sous la régulation de l’énoyl-CoA hydratase (23). Le 3-hydroxyacyl-CoA est déshydrogéné par la 3-Hydroxyacyl-CoA-Déshydrogénase à longue chaîne pour former le 3-cétoacyl-CoA (24). Le 3-cétoacyl-CoA subit une thiolyse par la létoacyl-CoA thiolase à longue chaîne pour produire un acétyl-CoA et un acyl-CoA raccourci à deux chaînes de carbone (25). L’ACO raccourci réintègre ce cycle métabolique jusqu’à ce qu’il entre dans la voie d’oxydation des acides gras à chaîne courte. Par rapport aux acides gras à longue chaîne, les acides gras à chaîne moyenne et courte peuvent entrer directement dans les mitochondries sans l’aide de la CACT. Comme les acides gras à longue chaîne, les acides gras à chaîne moyenne et courte produisent du COA raccourci et de l’acétyl-CoA sous la catalyse combinée de certaines enzymes similaires. Le COA raccourci entre à nouveau dans le cycle des acides gras à chaîne courte jusqu’à ce qu’il soit converti en acétyl-CoA. Enfin, l’acétyl-CoA produit lors de l’oxydation des acides gras fournit de l’énergie en participant au cycle de l’acide tricarboxylique (figure 2A).

Plusieurs études ont rapporté une diminution des taux d’oxydation du glucose, une augmentation des taux d’oxydation des AG et de la consommation d’oxygène du myocarde chez les souris ob/ob et db/db (26, 27). Une équipe de recherche américaine a tiré une conclusion similaire en mesurant à plusieurs reprises les souris susmentionnées à différentes semaines d’âge (28). L’équipe a soupçonné, grâce à d’autres expériences de PCR, que l’expression des gènes impliqués dans l’absorption et l’oxydation des AG était déséquilibrée, ce qui a conduit l’entrée des AG dans les cardiomyocytes à dépasser la capacité d’oxydation des mitochondries. En outre, d’autres études ont révélé que l’oxydation des cardiomyocytes de rats Zucker n’était pas significativement accrue par rapport à l’augmentation des AG à longue chaîne dans les cardiomyocytes (29, 30). Une étude a déterminé les niveaux d’AG chez l’homme et a constaté que, bien que le taux d’oxydation des AG ait augmenté, le pourcentage de la quantité d’acides gras oxydés était plus faible en raison de l’augmentation de la consommation (31). En outre, l’acyl-CoA peut s’accumuler dans le cytoplasme en cas de surcharge en AG (32). De même, une analyse métabolomique a révélé que, par rapport aux patients non atteints de DT2, l’oxydation des acides gras à longue chaîne chez les patients atteints de DT2 était incomplète, entraînant une augmentation significative des taux plasmatiques d’acides gras en C6, C8, C10, C12 et C14 (33). Certains chercheurs ont montré que le pourcentage de graisse corporelle présentait une corrélation positive avec les taux sériques de C2, C3, C4, C5, C6, C8:1 et C16:1 (34). Il était probable qu’un taux de graisse corporelle plus élevé soit en corrélation avec une bêta-oxydation incomplète des acides gras, ce qui conduisait principalement à des quantités plus élevées d’acylcarnitine à chaîne courte ou moyenne. Ils ont également constaté que les niveaux sériques de C2, C6, C8, C10, C12, C14, C14:1, et C14-OH étaient augmentés dans l’état prédiabétique (34).

Par conséquent, nous soupçonnons qu’un taux d’oxydation des acides gras légèrement élevé des cardiomyocytes chez les patients atteints de DT2 ne peut pas oxyder de manière adéquate les AG libres à longue chaîne, accumulés dans les cardiomyocytes. Les AG libres accumulés induisent une cardiotoxicité. D’autre part, la voie d’oxydation des acides gras à chaîne moyenne et courte peut être inhibée en raison de l’augmentation du taux d’oxydation des acides gras à chaîne longue. En raison de cette inhibition, le coenzyme A à chaîne moyenne et courte n’est pas suffisamment converti en acétyl-CoA. Enfin, l’accumulation de carnitine liant l’acyl-CoA conduit à une augmentation des acylcarnitines à chaîne moyenne et courte (Figure 2B).

Il y avait plusieurs limitations remarquées dans notre étude. Premièrement, notre étude était une étude transversale et n’a pas pu établir de relations causales entre les acylcarnitines et les MCV dans le DT2. Deuxièmement, nos sujets étaient des patients hospitalisés. Leur DT2 était plus sévère que celui des patients atteints de DT2 en général. Ainsi, nos résultats ne peuvent pas être extrapolés à la population générale des patients atteints de DT2. Troisièmement, notre étude n’a pas recueilli de facteurs alimentaires et les habitudes alimentaires peuvent être l’un des principaux facteurs de confusion dans notre analyse (35). Cependant, nous avons soigneusement ajusté les effets potentiellement confondants des autres métabolites de l’acylcarnitine et des facteurs démographiques et cliniques, notamment l’âge, l’IMC, la tension artérielle, l’HbA1c et le profil lipidique. En tant que « résultats » du régime alimentaire, l’ajustement pour ces métabolites d’acylcarnitine et ces facteurs cliniques peut avoir partiellement éliminé les effets confondants des habitudes alimentaires. Néanmoins, nous avons reconnu que malgré un ajustement minutieux de ces facteurs de confusion, nous ne pouvons exclure l’existence d’effets de confusion non ajustés. Par conséquent, nos résultats doivent être interprétés avec prudence. Quatrièmement, nous n’avons pas déterminé les niveaux de résistance à l’insuline et d’acyl-CoA. Enfin, il manquait 200 cas d’HbA1c chez nos sujets. Cependant, ces associations sont restées stables après l’imputation moyenne et les imputations multiples, ce qui suggère qu’un biais majeur est peu probable.

Notre recherche a eu des implications importantes pour la santé publique. La MCV est une complication fréquente et grave du DT2, qui est significativement associée à la mort prématurée dans le DT2. Bien que la gestion intensive de l’hyperglycémie, de l’hypertension et des lipides anormaux soit capable de réduire le risque de MCV dans le DT2, le risque résiduel de MCV reste substantiellement élevé (36). Il est important de mieux comprendre les mécanismes des MCV dans le DT2. Notre étude apporte un nouvel éclairage sur les voies de transmission des perturbations métaboliques du DT2 aux MCV.

En conclusion, notre étude a montré que des taux plasmatiques élevés de certains métabolites d’acylcarnitine extraits des facteurs 1 et 2, c’est-à-dire C2, C4, C6, C8, C10, C12, C14, C14OH et C14:1, étaient associés au risque de MCV chez les patients chinois hospitalisés pour DT2. Comme la nature de l’étude transversale, des études de cohorte prospectives sont nécessaires pour reproduire nos résultats à l’avenir.

Data Availability Statement

Les ensembles de données générés pour cette étude peuvent être trouvés dans Metabolights, avec l’identifiant unique MTBLS1427, accessible via http://www.ebi.ac.uk/metabolights/MTBLS1427.

Déclaration éthique

Les études impliquant des participants humains ont été examinées et approuvées par le Comité d’éthique pour la recherche clinique du premier hôpital affilié de l’Université médicale de Liaoning. Le consentement éclairé écrit pour la participation n’était pas requis pour cette étude, conformément à la législation nationale et aux exigences institutionnelles.

Contributions des auteurs

Z-ZF, SZ et XY ont conçu l’étude. SZ et X-FF ont analysé les données et rédigé le projet. H-HL et MG ont recueilli les données. JL, Y-FC et X-YS ont fait des commentaires critiques et ont contribué à la rédaction de ce manuscrit. SZ, TH, J-XC, JZ et DS ont participé à la révision de ce manuscrit.

Financement

Ce travail a été soutenu par le projet du Programme national clé de recherche et de développement (2019YFA0802300), la Fondation des sciences naturelles de la province du Liaoning (20170540364), le projet de recherche scientifique général du Département de l’éducation de la province du Liaoning (L2015326), le Programme clé de recherche et de développement de la province du Liaoning (2019JH8/10300036), le treizième plan quinquennal et le projet de talent de l’UTM (11601501/2016KJ0313), le diagnostic et le traitement individualisés du cancer colorectal (LNCCC-B05-2015), la Fondation du Comité de la science et de la technologie de Tianjin (15JCYBJC54700), la Fondation scientifique postdoctorale de la Chine (2016M590210), le projet clé de la Fondation scientifique du Bureau de la santé de Tianjin (16KG154) et le projet de mille jeunes talents de Tianjin.

Conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.

Remerciements

Les auteurs remercient tous les médecins, les infirmières et le personnel de recherche du LMUFAH de Jinzhou, pour leur participation à cette étude.

Matériel supplémentaire

Le matériel supplémentaire pour cet article peut être trouvé en ligne à : https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fendo.2020.00212/full#supplementary-material

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