Εκτίμηση της ικανότητας κλινικών και εργαστηριακών παραμέτρων να προβλέπουν την εμφάνιση σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2 σε ασθενείς με σακχαρώδη διαβήτη κύησης

Abstract

Introduction: Gestational diabetes mellitus (GDM), the metabolic disease that occurs in pregnant women and increases the risk for the development of diabetes remains incompletely understood. Metabolomics provides essential input into the etiology and pathogenesis of disease states and contribute to the discovery of biomarkers for an early and accurate detection. Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy is a key platform for the measurement of the metabolome has been previously used to define metabolic signatures associated with in intact serum/plasma with limited ability to identify metabolites and elucidate the corresponding metabolic pathways. Aim: In the present study, we used NMR-based metabolic analysis of the macromolecules free-serum of GDM women to increase the number of quantified metabolites for a more accurate characterization of the altered metabolic pathways leading to GDM and to examine their similarity with those associated with DM2. Methods: Sixty-two Caucasian women with GDM were included. Seventy-seven healthy Caucasian pregnant women with normal glucose tolerance matched, for week of gestation, BMI, blood pressure and serum lipid levels comprised the control group. 1H NMR spectra of the serum samples were acquired on a 11.7 T Bruker Avance DRX NMR spectrometer using a standard 1D Nuclear Overhauser Enhancement Spectroscopy (NOESY) presaturation pulse sequence. Chenomx NMR Suite software was used for the identification and quantification of the metabolites and Metaboanalyst v.4.0 for multivariate statistical analysis. Results: Fifty-five metabolites were identified in the 1H NMR spectra of control and GDM groups 25 of which were significantly altered by the presence of gestational diabetes. Compared with normal pregnancy, women who were diagnosed with GDM showed significantly elevated levels of the ketone bodies 3-hydroxybutyrate and acetoacetate, of the organic acid 2-hydroxybutyrate and the metabolic intermediates of BCAAs, 3-hydroxyisobutyrate and 3-hydroxyisovalerate. Significantly lower in GDM patients were the levels of the metabolites involved in one-carbon metabolism (methionine, glycine, serine, choline, sarcosine), in energy production (carnitine and pyruvate), in purine metabolism (hypoxanthine), the amino acids arginine, asparagine, aspartate, histidine, glutamate, phenylalanine and tryptophan, the catabolic product of BCAAs 3-methyl-2-oxovalerate, the intermediate of urea cycle ornithine as well as 2-aminobutyrate and the osmolytes taurine and trimethylamine N-oxide. Conclusion: Metabolic pathways mainly affected in GDM are beta-oxidation, ketone bodies metabolism, one-carbon metabolism, arginine and ornithine metabolism in a manner similar to that in DM2, whereas BCAAs catabolism, aromatic amino acids metabolism and gut microbiota were affected, but in a different way than in DM2.

Ο σακχαρώδης διαβήτης της κύησης (ΣΔΚ) είναι μια διαταραχή του μεταβολισμού, που εμφανίζεται ή για πρώτη φορά ανακαλύπτεται στη διάρκεια της κύησης, απαντάται με αυξημένη συχνότητα τα τελευταία χρόνια και οι αιτίες της εμφάνισής του δεν είναι ακόμα απολύτως σαφείς, όμως είναι απολύτως απαραίτητη η αποτελεσματική και έγκαιρη αντιμετώπισή του. Η Μεταβολομική επιδιώκει μια αναλυτική περιγραφή σύνθετων βιολογικών δειγμάτων και στοχεύει στο χαρακτηρισμό, την ταυτοποίηση και την ποσοτικοποίηση όλων των μικρών μορίων μέσα σε ένα τέτοιο δείγμα παρέχει ουσιαστικά στοιχεία για την αιτιολογία και την παθογένεια νόσων και συμβάλλει στην ανακάλυψη βιοδεικτών για έγκαιρη και ακριβή ανίχνευση αυτών. Η φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (Nuclear Magnetic Resonance -NMR) είναι μια βασική αναλυτική μέθοδο που χρησιμοποιείται στη μεταβολομική, σε βιολογικά υγρά, και παρέχει το συνολικό αποτύπωμα των συστατικών του υλικού, τα οποία εμφανίζονται με χαρακτηριστικό ως προς τη δομή τους σήμα και ένταση ανάλογα με τη συγκέντρωσή τους. Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η διερεύνηση του μεταβολικού αποτυπώματος του αίματος εγκύων γυναικών με και χωρίς ΣΔΚ, με στόχο την μελέτη των διαταραχών του μεταβολισμού και την ανεύρεση βιοδεικτών πρώιμης διάγνωσης του διαβήτη κύησης. Εφαρμόσαμε μεταβολική ανάλυση βασισμένη σε NMR ορού γυναικών με και χωρίς ΣΔΚ, απαλλαγμένου από μακρομόρια, για να αυξήσουμε τον αριθμό των ποσοτικοποιημένων μεταβολιτών, ώστε να μπορέσουμε να χαρακτηρίσουμε με μεγαλύτερη ακρίβεια τις μεταβολικές οδούς που οδηγούν στο ΣΔΚ και για να εξετάσουμε την πιθανή ομοιότητά τους με αυτές που σχετίζονται με το Σακχαρώδη Διαβήτη τύπου 2 (ΣΔ2). Στην παρούσα εργασία συλλέχθηκαν δείγματα αίματος από εξήντα δύο (62) Καυκάσιες γυναίκες με ΣΔΚ και από εβδομήντα επτά (77) υγιείς Καυκάσιες έγκυες γυναίκες με φυσιολογική ανοχή γλυκόζης, που αποτελούσαν την ομάδα ελέγχου. Δεν υπήρχε διαφορά στην ηλικία, στην εβδομάδα κύησης, στον δείκτη μάζας σώματος (ΔΜΣ), την αρτηριακή πίεση και τα επίπεδα λιπιδίων στον ορό μεταξύ των γυναικών στις δύο ομάδες. Η συλλογή των δειγμάτων αίματος έγινε μεταξύ της 26ης και 30ης εβδομάδας της κύησης, πριν την πραγματοποίηση της δοκιμασίας ανοχής γλυκόζης (OGTT) και πριν από οποιαδήποτε θεραπευτική παρέμβαση. Τα φάσματα H1NMR των δειγμάτων ορού αποκτήθηκαν σε φασματόμετρο 11,7 Τ Bruker Avance DRX NMR. Το λογισμικό Chenomx NMR Suite χρησιμοποιήθηκε για την αναγνώριση και ποσοτικοποίηση των μεταβολιτών και το Metaboanalyst v.4.0 για πολυπαραγοντική στατιστική ανάλυση. Η ανάλυση με φασματοσκοπία H1NMR έδειξε σημαντική διάκριση μεταξύ του μεταβολικού προφίλ των εγκύων γυναικών. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι 25 από τους 55 μετρούμενους μεταβολίτες, μεταβλήθηκαν στατιστικά σημαντικά από την παρουσία ΣΔΚ. Σε σύγκριση με τη φυσιολογική κύηση, οι γυναίκες που διαγνώστηκαν με ΣΔΚ εμφάνισαν σημαντικά αυξημένα επίπεδα: κετονικών σωμάτων (3-υδροξυβουτυρικό και ακετοξικό οξύ), του οργανικού οξέος 2-υδροξυβουτυρικό και των μεταβολικών ενδιάμεσων προϊόντων των αμινοξέων διακλαδισμένης αλυσίδας (BCAA), 3-υδροξυισοβουτυρικό και 3-υδροξυισοβαλερικό. Σημαντικά χαμηλότερα, στις ασθενείς με ΣΔΚ, ήταν τα επίπεδα των μεταβολιτών που εμπλέκονται στον κύκλο ενεργοποιημένου μεθυλίου (One-carbon metabolism-1C) (μεθειονίνη, γλυκίνη, σερίνη, χολίνη, σαρκοζίνη), στην παραγωγή ενέργειας (καρνιτίνη και πυροσταφυλικό), στο μεταβολισμό των πουρινών (υποξανθίνη), των αμινοξέων αργινίνη, ασπαραγίνη, ασπαρτικό, ιστιδίνη, γλουταμινικό, φαινυλαλανίνη και τρυπτοφάνη, το προϊόν καταβολισμού των BCAAs, 3-μεθυλ-2-οξοβαλινικο, το ενδιάμεσο του κύκλου της ουρίας, ορνιθίνη, το 2-αμινοβουτυρικό και τα οσμόλια ταυρίνη και το Ν-οξείδιο της τριμεθυλαμίνης. Το μεταβολικό προφίλ στο ΣΔΚ αντικατοπτρίζει διαταραχές μεταβολικών οδών, οι οποίες θα μπορούσαν να αποτελέσουν πιθανούς βιοδείκτες για την πρώιμη διάγνωση της νόσου με στόχο τη μείωση των επιπλοκών και του κινδύνου μεταγενέστερης εμφάνισης σακχαρώδους διαβήτη τύπου 2.