Frontiers in Endocrinology

Tabell 1

Vid jämförelse med gruppen utan CVD var T2DM-patienter med CVD mer benägna att vara äldre och hade längre tid av diabetes, högre SBP, lägre HbA1c och mindre benägna att använda insulin. Dessa patienter tenderade att ha lägre LDL-C, lägre andel användning av antidiabetiska läkemedel, högre andel användning av lipidsänkande läkemedel och antihypertensiva läkemedel. Det fanns inga signifikanta skillnader i kön, BMI, DBP, HDL-C och TG mellan de två grupperna. C2, C4, C6, C8, C10, C12, C14, C14-OH och C14:1 var högre medan C5-OH och C24 var lägre hos patienter med CVD än hos patienter utan CVD. Övriga acylkarnitiner var likartade i de två grupperna (tabell 2).

Extraherade faktorer av acylkarnitiner

Resultaten av faktoranalysen var acceptabla vilket antyddes av en hög KMO-koefficient på 0,898 och ett mycket signifikant P-värde av Bartletts sfäricitetstest på <0,0001. Faktorerna 1-5 hade egenvärden på mer än 1 och var belägna på den branta sluttningen av scree-plotten (figur 1). Vi extraherade alltså fem faktorer och acylcarnitinernas belastning på de fem faktorerna efter varimaxrotationen anges i tabell 3. Faktor 1 omfattade C2, C4, C4-OH, C5DC, C6, C8 och C14DC; faktor 2 omfattade C10, C12, C14, C14-OH, C14:1 och C16-OH; faktor 3 omfattade C16, C16:1-OH, C18, C20 och C3; faktor 4 omfattade C22, C24 och C26; faktor 5 omfattade C4DC, C5, C5-OH och C5:1. De fem faktorerna förklarade 65,9 % av den totala variansen.

Samband mellan extraherade faktorer och CVD-risk i T2DM

Faktorerna 1, 2 och 4 var alla positivt förknippade med CVD-risk i T2DM i univariat analys. Efter justering för andra faktorer var dessa positiva samband fortfarande signifikanta (modell 2). Endast faktor 1 (OR: 1,42, 95 % KI: 1,03-1,95) och faktor 2 (OR: 1,24, 95 % KI: 1,03-1,49) var dock fortfarande positivt associerade med risken för CVD efter ytterligare justering för ålder, kön, BMI, varaktighet av diabetes, HbA1c, SBP, DBP, TG, LDL-C och HDL-C. Efter den slutliga justeringen för läkemedelsanvändning var effektstorleken för faktor 1 (OR: 1,45, 95 % KI: 1,03-2,03) och faktor 2 (OR: 1,23, 95 % KI: 1,02-1,50) i stort sett oförändrad (tabell 4).

Känslighetsanalys

Efter medelimputering och multipel imputering av saknade värden i HbA1c (n = 200) förblev effektstorlekarna av faktorerna 1 och 2 för CVD-risken vid T2DM stabila och signifikanta i uni- och multivariabla analyser (tabell S1).

Diskussion

Denna studie visade att vissa acylcarnitiner, dvs, C2, C4, C4-OH, C5DC, C6, C8 och C14DC i faktor 1 och C10, C12, C14:1, C14, C14-OH och C16-OH i faktor 2, var förknippade med risken för CVD vid T2DM och associationerna var oberoende av andra acylcarnitinfaktorer och traditionella CVD-riskfaktorer. Dessa acylkarnitinmetaboliter som extraherades i faktor 1 och 2 var huvudsakligen kort- och mellankedjiga acylkarnitiner.

Energiförsörjningsvägen för oxidation av långkedjiga fettsyror hos människan är följande. I cellerna kombineras långkedjig fettsyra (FA) med koenzym A (COA) för att bilda långkedjigt acyl-koenzym A (acyl-COA) (19). Karnitin kombineras med acylgruppen i långkedjigt acyl-COA för att bilda långkedjigt acylkarnitin med hjälp av karnitinpalmitoyltransferas 1 som finns i det yttre mitokondriella membranet (20). Acylkarnitin transporteras in i mitokondrierna via karnitinacylkarnitintranslokas (CATC) (21). Långkedjigt akylkarnitin bryts ned till långkedjigt acyl-CoA och karnitin av karnitinpalmitoyltransferas 2 i mitokondriernas inre membran (22). Långkedjigt acyl-COA dehydreras under inverkan av mycket långkedjigt acyl-COA-dehydrogenas för att bilda enoyl-COA (23). Enoyl-COA producerar 3-hydroxyacyl-CoA genom hydrering under reglering av enoyl-CoA-hydratas (23). 3-hydroxyacyl-CoA dehydreras av långkedjigt 3-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenas för att bilda 3-ketoacyl-CoA (24). 3-ketoacyl-CoA genomgår tiolys av långkedjigt letoacyl-CoA-thiolas för att producera acetyl-CoA och en förkortad acyl-CoA med två kolkedjor (25). Den förkortade COA återinträder i denna metaboliska cykel tills den går in i oxidationsvägen för kortkedjiga fettsyror. Jämfört med långkedjiga fettsyror kan medel- och kortkedjiga fettsyror komma in i mitokondrierna direkt utan hjälp av CACT. I likhet med långkedjiga fettsyror producerar medel- och kortkedjiga fettsyror förkortad COA jämfört med acetyl-CoA under kombinerad katalys av några liknande enzymer. Det förkortade-COA återgår till den kortkedjiga fettsyracykeln tills det omvandlas till acetyl-CoA. Slutligen ger acetyl-CoA som produceras vid oxidation av fettsyra energi genom att delta i tricarboxylsyracykeln (figur 2A).

I flera studier rapporterades minskade hastigheter för glukosoxidation, ökade oxidationshastigheter för FA och myokardiell syreförbrukning hos ob/ob- och db/db-möss (26, 27). Ett amerikanskt forskarlag drog en liknande slutsats genom att upprepade gånger mäta ovanstående möss vid olika veckors ålder (28). Teamet misstänkte, genom ytterligare PCR-experiment, att genuttrycket som är involverat i FA-upptag och oxidation var ur balans, vilket ledde till att FA som kom in i kardiomyocyter översteg mitokondriernas oxidativa kapacitet. Dessutom fann vissa andra studier att kardiomyocyter från Zuckerråttor inte var signifikant ökade i oxidation jämfört med ökad långkedjig FA i kardiomyocyter (29, 30). I en studie bestämdes FA-nivåerna hos människor och man fann att även om FA-oxidationshastigheten ökade var den procentuella mängden fettsyraoxidation lägre på grund av ökat intag (31). Dessutom kan acyl-CoA ackumuleras i cytoplasman om FA-överbelastning uppstår (32). I en metabolomikanalys konstaterades konsekvent att oxidationen av långkedjiga fettsyror hos T2DM-patienter var ofullständig jämfört med icke-T2DM-patienter, vilket ledde till signifikant förhöjda plasmanivåer av C6, C8, C10, C12 och C14 i plasma (33). Vissa forskare visade att kroppsfettprocenten korrelerade positivt med serumnivåerna av C2, C3, C4, C5, C6, C8:1 och C16:1 (34). Det var troligt att högre kroppsfett korrelerade med en ofullständig beta-oxidation av fettsyror, vilket främst ledde till högre mängder kort- eller mellankedjigt acylkarnitin. De fann också att serumnivåerna av C2, C6, C8, C10, C12, C14, C14:1 och C14-OH var förhöjda i prediabetiskt tillstånd (34).

Därmed misstänker vi att en något förhöjd fettsyraoxidationshastighet hos kardiomyocyter hos patienter med T2DM inte kan oxidera långkedjiga fria FA:er, som ackumuleras i kardiomyocyter, tillräckligt. De ackumulerade fria FAs inducerar kardiotoxicitet. Å andra sidan kan oxidationsvägen för medel- och kortkedjiga fettsyror hämmas på grund av den ökade oxidationshastigheten för långkedjiga fettsyror. På grund av denna hämning omvandlas det medel- och kortkedjiga koenzym A inte i tillräcklig utsträckning till acetyl-CoA. Slutligen leder kumulativt acyl-CoA-bindande karnitin till en ökning av medel- och kortkedjiga acylcarnitiner (figur 2B).

Det fanns flera begränsningar som noterades i vår studie. För det första var vår studie en tvärsnittsstudie och kunde inte fastställa orsakssamband mellan acylkarnitinerna och CVD vid T2DM. För det andra var våra försökspersoner inlagda patienter. Deras T2DM var allvarligare än patienterna med T2DM i stort. Våra resultat kan därför inte extrapoleras till den allmänna populationen av patienter med T2DM. För det tredje samlade vår studie inte in kostfaktorer och kostvanor kan vara en av de viktigaste störande faktorerna i vår analys (35). Vi hade dock noggrant justerat för potentiellt förväxlande effekter av andra metaboliter av acylkarnitin samt demografiska och kliniska faktorer, inklusive men inte begränsat till ålder, BMI, blodtryck, HbA1c och lipidprofil. Som ”resultat” av kosten kan justering för dessa acylkarnitinmetaboliter och kliniska faktorer delvis ha undanröjt de förväxlande effekterna av kostvanor. Vi erkände dock att vi trots noggrann justering för dessa förväxlingsfaktorer inte kan utesluta att det fanns ojusterade förväxlingseffekter. Därför måste våra resultat tolkas med försiktighet. För det fjärde fastställde vi inte nivåerna av insulinresistens och acyl-CoA. Slutligen saknades 200 fall av HbA1c hos våra försökspersoner. Dessa associationer förblev dock stabila efter medelimputering och multipla imputeringar, vilket tyder på att en större bias är osannolik.

Vår forskning hade viktiga konsekvenser för folkhälsan. CVD är en vanlig och allvarlig komplikation vid T2DM, som är signifikant förknippad med för tidig död vid T2DM. Även om intensiv behandling av hyperglykemi, hypertoni och onormala lipider kan minska risken för CVD vid T2DM, förblir den kvarvarande risken för CVD väsentligt hög (36). Det är viktigt att bättre förstå mekanismerna för CVD vid T2DM. Vår studie ger en ny insikt om vägar från metaboliska störningar i T2DM till CVD.

Slutsatsen i vår studie var att förhöjda plasmanivåer av vissa metaboliter av acylkarnitin som extraherats i faktorerna 1 och 2, dvs. C2, C4, C6, C8, C10, C12, C14, C14OH och C14:1, var förknippade med risk för CVD hos kinesiska inpatienter med T2DM. Eftersom det rör sig om en tvärsnittsstudie behövs prospektiva kohortstudier för att replikera våra resultat i framtiden.

Data Availability Statement

Datauppsättningarna som genererades för den här studien kan hittas i Metabolights, med den unika identifieraren MTBLS1427, tillgänglig via http://www.ebi.ac.uk/metabolights/MTBLS1427.

Etiska uttalanden

Studierna med mänskliga deltagare granskades och godkändes av etikkommittén för klinisk forskning vid Liaoning Medical University First Affiliated Hospital. Skriftligt informerat samtycke för deltagande krävdes inte för den här studien i enlighet med den nationella lagstiftningen och de institutionella kraven.

Författarnas bidrag

Z-ZF, SZ och XY utformade studien. SZ och X-FF analyserade data och skrev utkastet. H-HL och MG samlade in data. JL, Y-FC och X-YS gav kritiska kommentarer och bidrog till skrivandet av detta manuskript. SZ, TH, J-XC, JZ och DS deltog i revideringen av detta manuskript.

Finansiering

Detta arbete stöddes av projektet för det nationella nyckelprogrammet för forskning och utveckling (2019YFA0802300), Liaoning-provinsens naturvetenskapliga stiftelse (20170540364), allmänt vetenskapligt forskningsprojekt av Liaoning-provinsens utbildningsdepartement (L2015326), Liaoning-provinsens nyckelprogram för forskning och utveckling (2019JH8/10300036), den trettonde femårsplanen och TMU:s talangprojekt (11601501/2016KJJ0313), individualiserad diagnos och behandling av kolorektalcancer (LNCCC-B05-2015), Foundation of Committee on Science and Technology of Tianjin (15JCYBJC54700), China Postdoctoral Science Foundation (2016M590210), Tianjin Health Bureau Science Foundation Key Project (16KG154), och Tianjin Project of Thousand Youth Talents.

Intressekonflikt

Författarna förklarar att forskningen utfördes i avsaknad av kommersiella eller ekonomiska relationer som skulle kunna tolkas som en potentiell intressekonflikt.

Acknowledgments

Författarna tackar alla läkare, sjuksköterskor och forskningspersonal vid LMUFAH i Jinzhou för deras deltagande i den här studien.

Supplementary Material

Supplementary Material for this article can be found online at: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fendo.2020.00212/full#supplementary-material