アブストラクト

目的/仮説

2型糖尿病はOGTT中のグルカゴンの過剰分泌と関連するが,i．v.グルコースはグルカゴン濃度を抑制する。このことは,2型糖尿病性高グルカゴン血症が消化管のグルコース刺激に起因する可能性を示唆する。経口投与したグルコース量の増加に対するグルカゴン応答および対応するイソ血糖iを評価した。v.2型糖尿病患者および健常対照者におけるブドウ糖注入(IIGI)。方法:血漿グルカゴン反応を,8人の2型糖尿病患者(年齢[平均±SEM]57±4歳;BMI 29.5±1.0 kg/m2;HbA1c 7.0±0.3%[53±2mmol/mol])と8人の健常人(年齢57±4歳;BMI 28.9±0.7 kg/m2;HbA1c 5.4±0.1%[36±1mmol/mol])で,グルコース負荷の増加に伴う3つの4時間OGTT(25g、75g、125g)と3つの対応するIIGIで測定した。

結果

健常対照では,25g OGTTの最初の45分間のグルカゴン抑制と対応するIIGI(.153±35vs.。133±24分×pmol/L;p=NS)に差は認められなかったが,2型糖尿病患者はIIGI後にのみ有意なグルカゴン抑制を示した(29±27vs.。144±20分×pmol/L;p=0.005)。より高い経口グルコース負荷でこの差は増加し,健常対照でも明らかになった。

結論/解釈

2型糖尿病患者では、経口グルコースの量が増加するとグルカゴンの過剰分泌が誘発されるが、対応するIIGIは有意なグルカゴン抑制をもたらす;より大きなグルコース負荷が経口摂取されるときに健康な個人でも観察される現象。このことは,2型糖尿病における経口グルコースに対する高グルカゴン血症反応が,腸管由来の生理学的現象の病理学的バージョンである可能性を示唆する。治験登録:ClinicalTrials.。gov NCT00529048

キーワード:グルカゴン、グルコース、静注、経口、2型糖尿病

略語

  • GIP: グルコース依存性インスリン分泌刺激ポリペプチド
  • GLP: グルカゴン様ペプチド
  • iAUC: 増分AUC
  • IIGI: ブドウ糖輸液
  • PC1/3: プロホルモン変換酵素1/3
  • PC2: プロホルモン変換酵素2
  • rmANOVA: 反復測定ANOVA

はじめに

2型糖尿病患者がグルカゴン分泌の異常な調節を示すという証拠は、UngerとOrciが糖尿病性高血糖の原因を説明するための 「バイオホルモン仮説」 を提唱して以来存在している [1]。空腹時高グルカゴン血症は肝臓におけるグルコース過剰産生を維持し,2型糖尿病空腹時高血糖に寄与し [2],グルカゴン抑制の欠如は糖尿病患者におけるグルコース経口摂取または食事後の過剰なグルコース変動に有意に寄与する [2]。根底にある機序は、グルコースおよび/またはインスリンの阻害作用に対するアルファ細胞の応答性の喪失を含むアルファ細胞の欠陥 [3] を表すと仮定されている [3]。

著者らは以前に,50g経口グルコースおよびisoglycaemic iに対するグルカゴン反応を検討した。v.2型糖尿病患者および対応する健常対照者におけるブドウ糖注入(イイギ) [4]。健常者では,2つのグルコース刺激中のグルカゴン応答は等しく抑制される。糖尿病患者では,経口グルコースはグルカゴンの過剰分泌を誘発するが,IIGIは消化管をバイパスする。驚くべきことにグルカゴンは正常に抑制される [4]。Meierらは、50%高用量のグルコース(すなわち75gのOGTT)を経口投与した健常志願者でも同様の傾向がみられたことを報告しており、非糖尿病患者でも腸管由来および/または腸管を介するグルカゴン分泌が起こる可能性が示唆されている [5]。

本研究では,経口投与グルコース負荷の増加が,グルカゴン分泌のGut媒介刺激による進行性の不適切なグルカゴン応答を誘発するかどうか,および対応するIIGIs(消化管刺激なし)に続くグルカゴンの抑制が保存されるかどうかを検討した。

メソッド

試験参加者と試験登録

以前の研究 [6] から,8人の2型糖尿病患者(年齢[平均±SEM]57±4歳;BMI 29.5±1.0 kg/m2;HbA1c 7.0±0.3%[53±2mmol/mol])と8人の健常人(年齢57±4歳;BMI 28.9±0.7 kg/m2;HbA1c 5.4±0.1%[36±1mmol/mol])の血漿を分析した。本試験はClinicalTrialsに登録され、デンマーク首都圏の科学者倫理委員会によって承認された。これは、インフォームド・コンセント(ID:NCT00529048)の調達を含むヘルシンキ宣言に従って実施された。

治験実施計画書及び実験方法

試験デザインの詳細な記述は以前に提供されている [6]。簡単に言えば、ボランティアは、異なる量のグルコース(25・75・125g;ランダムな順序で行われる)を有する3つの4時間OGTTおよび20%重量/体積調節可能グルコース注入を用いて実施された3つの対応するIIGIを含む、6つの異なる機会において絶食状態で研究された。血液サンプルを定期的に採取した。

分析法

グルカゴンRIAは、グルカゴン分子(抗体コードNo.4305)のC末端[4、5]に向かう。glicentinもoxyntomodulinも交差反応しないが、主に膵臓で形成されるプログルカゴン1.61はこの試験で完全に反応する [7]。

計算および統計分析

特に明記しない限り、結果は平均±SEMとして報告する。AUCは台形則を用いて算出した。p値<0.05の差は有意と考えられた。負荷間変動の解析には,反復測定ANOVA(rmANOVA)を用いた。時間経過の差は2因子rmANOVAを用いて比較した。多変量線形回帰分析を両群で別々に実施した。依存変数として初期グルカゴン応答(経口グルコース負荷時、すなわち最初の45分以内にグルカゴンが刺激された場合),予測変数としてグルコース変動,インシュリン,グルコース依存性インシュリン分泌刺激ポリペプチド(ギッ)及びグルカゴン様ペプチド(グッ)-1応答,胃内容排出,経口グルコース負荷のサイズ及びグルコース投与経路を用いた。最初のモデルでは,糖尿病の期間,糖尿病の家族歴,性別,BMI,血圧およびウエストも含めた。調整目的のヒップ比。その後,R統計ソフトウェア (www.r-project.org).のMASSパッケージを用いて段階的モデル選択を行った。

結果

グルコース、インスリン、Cペプチド、インクレチンホルモンおよび経口グルコースの胃排出に関する詳細な結果が以前に報告されている [6]。要約すると,経口グルコースの増加量は,2型糖尿病患者で次第に増加した血漿グルコースピークを誘発したが,ピーク血漿グルコース値は健常対照で同様であった。これは,2型糖尿病患者の間で経口グルコース負荷の増加に反応してインクレチン効果をアップレギュレートする能力の低下により説明された。それにもかかわらず,インシュリンとC‐ペプチドレベルは両群においてIIGIs中よりもOGTT中に高かった。GIPとGLP‐1レベルは経口摂取グルコース量の増加とともに増加し,2群間で差はなかった。用量依存性の胃内容排出抑制も両群で同様であった。

空腹時血漿グルカゴン濃度は,各群内で実験日中同様であった(図1、表1)。グルカゴンの全体的な空腹時レベルは,健常対照と比較して2型糖尿病患者で有意に高かった(11.7±1.8 vs 9.3±1.8 pmol/L;p=0.001)。

図1

8人の2型糖尿病患者(T2D)および8人の対応する健常対照(Ctrlキー)におけるOGTT(黒のシンボル、太字のカーブ)および対応するIIGI(白のシンボル、細い曲線)後の血漿グルカゴン反応。両群について、絶対および基底線サブセット化レベルを示す。2型糖尿病患者および対応する健常対照者には、経口ブドウ糖負荷後にIIGI中に使用するブドウ糖量(かっこ内)を投与する

図1に示されるように、25gのOGTTおよび対応するIIGIは、健常対照群(増分AUC[iAUCs]を表1に示す。)において血漿グルカゴン濃度の明白かつ類似の抑制を誘発した。対照的に,2型糖尿病患者は,グルカゴンの初期正味分泌(最初の45分以内に)と25g OGTT後の遅延抑制を示したが,IIGIは血漿グルカゴンの抑制をもたらした(図1、表1)。グルカゴンの初期正味分泌の類似パターンは、75および125gのOGTTで観察された;IIGIは2型糖尿病患者のグルカゴンを抑制した(図1、表1)。

図1に示されるように、より大きなグルコース負荷、すなわち75および125gのOGTT、および健常人におけるIIGIに対するグルカゴン応答は、IIGIの間の差を次第に増加させ、グルカゴン値の有意に大きな抑制を示した(表1)。

2型糖尿病患者群における多変量線形回帰分析の結果,グルカゴン反応の変動(r2=0.799、p<0.001)の80%を記述する非常に有意なモデルが得られ,GIPはモデルに対する有意な寄与因子であった(p=0.01)。対照的に,GLP‐1,インシュリンおよび血漿グルコースはモデルに寄与しなかった。投与経路によりこのデータセットを階層化することにより,OGTT時のグルカゴン変動(r2=0.896、p<0.001)の90%を記述するモデルを構築することができた。このモデルの有意な推進因子は,経口グルコース負荷の大きさとともに,GIP,GLP‐1およびインシュリンを含んだ。健常人では,GLP‐1とグルコースを重要な寄与因子として,グルカゴン(r2=0.686、p<0.001)の変動の69%を説明することができた。OGTTデータのみを解析した場合,最良のモデルは変動の76%(r2=0.762、p<0.001)を記述できた。このモデルは、血漿グルコースおよび経口グルコース負荷のサイズによって駆動された;GIP,GLP‐1およびインシュリン応答は有意な寄与因子ではなかった。

ディスカッション

本研究では,グルコースに反応した2型糖尿病性グルカゴン過剰分泌が,2型糖尿病患者でグルカゴン抑制を誘発すると思われるIIGI中ではなく,グルコースを経口投与したときに起こることを確認した。75g以上のグルコースを経口摂取した健常人でも同様の現象が観察され,OGTTとIIGI間のグルカゴン分泌の差は経口投与グルコース量と共に増加することを示した。

本研究は,2つの等血糖グルコース刺激に対する分化グルカゴン反応の根底にある特異的機構を検討するためにデザインされたものではない。それにもかかわらず,著者らの結果は,グルコース投与の経路が2型糖尿病患者および健常者におけるグルカゴン分泌の調節に重要であることを示す。血漿グルコースレベルは対応するOGTTとIIGIsの間で同じであり,インシュリン分泌応答は両群でOGTTの間で最高であったので(対IIGI),グルコースとインシュリンレベルは著者らの所見を説明しないようである。この考えは,いずれの群においてもインスリンがグルカゴン反応に有意に寄与しなかったという著者らの全体的な多変量解析によって支持される。経口とiに対する異なるグルカゴン反応。v.グルコースは、腸管由来のグルカゴン分泌または経口グルコースに応答して腸管から放出されるグルカゴノトロピック因子の直接的刺激の結果として生じ得る。そのような因子の一つはGIPであろう。/// GIP投与は健常者[5、8]におけるグルカゴン分泌の増加と関係し,以前の研究ではi後のグルカゴン量の増加を観察した。v.i.中のGIP(プラセボとの比較)注入。2型糖尿病患者においてOGTTにより誘発された血糖変動を模倣するようにデザインされたブドウ糖注入 [9]。著者らは以前,著者らの2型糖尿病患者および健常対照者において同様の用量依存性GIP反応(摂取グルコース量の増加)を報告した [6]。

このように,健常人と2型糖尿病患者の間のグルカゴンの違いは,異なるGIP分泌パターンによって説明できない。しかし,GIPのグルカゴノトロピック作用は2群で異なる可能性がある。著者らは,健常者において,比較的小さな栄養負荷(例えば経口グルコース25g)時のGIPのグルカゴノトロピック効果は,GLP‐1,グルコースおよびインシュリンのグルカゴン抑制効果によって相殺されると推測する。対照的に,大きな栄養負荷(GLP-1およびGIP自体を介して劇的なインスリン分泌促進作用を発揮する可能性がある)に続いて,グルカゴノトロピックGIPシグナリングは,低血糖に対する有利なリレー保護を有する可能性がある。この仮説に同調して,25gのOGTT後に2型糖尿病患者で観察されたグルカゴン過剰分泌は,グルコースおよび/またはインシュリンの抑制効果に対するアルファ細胞の不感受性に起因する可能性があり [3],一般的なグルカゴノトロピック信号伝達の増幅を可能にする。このように,消化管ホルモンGIPのグルカゴノトロピック特性は,2型糖尿病を特徴づける食後高グルカゴン血症において重要な役割を果たす可能性がある。この考えは,著者らの2型糖尿病患者(健常対照群ではグルカゴンに対するGIPの影響は認められなかった)における経口グルコース後の高グルカゴン血症応答におけるGIPの有意な寄与する役割を示す多変量解析によって支持され,OGTT [9] または混合食事試験[10]後の2型糖尿病グルカゴン応答のGIP誘発性増悪を示す以前の所見と非常によく一致する。;しかし、いずれの試験にも健常対照は含まれていなかった。

上述のように,腸管由来グルカゴンはOGTT誘導グルカゴン応答の上昇の原因でもある可能性がある。これと一致して、血漿グルカゴンの食事によるわずかな増加が、膵臓全摘出患者で観察された [7]。腸管由来グルカゴンの起源は腸内分泌L細胞で探されるかもしれない。これらの細胞は,プロホルモン変換酵素2(PC2)によってグルカゴンに加工される膵臓プログルカゴンとは対照的に,プロホルモン変換酵素1/3(PC 1/3)によってGLP‐1およびGLP‐2に加工されるプログルカゴンを発現する。興味深いことに,ヒトPC1/3欠損症の症例は,グルカゴンとプログルカゴンの食後血漿レベルの上昇を特徴とした[11]。従って,大きな栄養負荷に応答したL細胞はPC1/3だけでなく,少なくとも一部の細胞ではPC2によってプログルカゴンを処理し,プログルカゴンからグルカゴンへの部分的処理を導くと推測した。この考えは,2型糖尿病患者と健常対照者における腸内視鏡検査中に採取した粘膜生検におけるPC2の存在を示す著者らのグループからの予備的免疫組織化学データにより支持される。結果はまた、患者群においてより多くのPC2陽性腸内分泌細胞を示した;免疫蛍光二重染色では、一部の腸内分泌細胞がプログルカゴンとPC2の両方に陽性であり、これらの細胞が真の 「膵臓」 グルカゴンを産生する可能性が示唆された。この仮説は,本研究で膵臓切除患者で以前に報告された食後グルカゴン濃度とOGTT後のグルカゴン反応の増加を説明する可能性がある。明らかに、この仮説を検証するにはさらなる研究が必要である。

結論として,2型糖尿病患者では,経口グルコース量の増加はグルカゴンの過剰分泌を誘発するが,対応するIIGIは有意なグルカゴン抑制をもたらす;より大きなグルコース負荷が経口摂取されるときに健康な個人でも観察される現象。このように,著者らのデータは,2型糖尿病における経口グルコースに対する高グルカゴン血症反応は,腸管依存性であり,特に2型糖尿病患者におけるGIPのグルカゴノトロピック作用および/または腸管由来グルカゴン分泌に起因することを示唆する;また、より大きな経口グルコース負荷が投与された場合には、健康な対照においても起こる可能性があることを示している。これは経口グルコース後に観察された2型糖尿病高グルカゴン血症が腸管由来生理現象の病理学的バージョンであることを意味する。

謝辞

この作業を可能にしてくれたボランティアと、血漿グルカゴン濃度測定のための実験技師L.Bagger(デンマークのコペンハーゲン大学)に感謝する。データの一部は、2009年の米国糖尿病協会の科学会議(米国ルイジアナ州ニューオーリンズ)および2009年の欧州糖尿病学会の年次総会(ウィーン (オーストリア))で抄録として発表された。

資金調達

本研究は、Merck&Co.Inc.のInvestigator-Initiated Studies Programからの無制限研究助成金(34851番)の支援を受けている。本論文で述べられている見解は、著者らのものであり、必ずしもMerck&Co.Inc.の見解を代表するものではない。資金提供者は本研究のデザインに関与していない。;データの収集、分析または解釈において;または、その論文を発行することを決定した場合。本研究は2011年に米国糖尿病協会第69回科学セッション(抄録P-1421)で発表された。

利害の一致

著者らは、この原稿には関心の二重性はないと断言している。

拠出金計算書

著者として列記されている全ての人は、以下の3つの基準の全てを満たしている:(1) 構想と設計、データの取得、またはデータの分析と解釈への実質的な貢献;(2) 重要な知的コンテンツのために、記事を執筆したり、批判的に修正したりすること。;および (3) 発行するバージョンの最終承認。F.K.Knopは全体として作品の完全性に責任を持ち、この作品の保証人です。

参考文献

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  9. Lund A, Vilsboll T, Bagger JI et al (2011) The separate and combined impact of the intestinal hormones, GIP, GLP-1, and GLP-2, on glucagon secretion in type 2 diabetes. Am J Physiol Endocrinol Metab 300:E1038.E1046
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