Μέτρηση επιπέδων απελίνης στον ορό παχύσαρκων παιδιών και εφήβων και η σχέση τους με τον G212A πολυμορφισμό του υποδοχέα της

Abstract

Introduction: Excess in energy, due to increased food intake and reduced energy expenditure through exercise, is stored as fat. Successive accumulation of body fat leads to the development of obesity. Since approximately one out of ten Greek children is obese, childhood obesity is a national epidemic. The adipocyte, which is the structural unit of adipose tissue, plays a pivotal role in obesity pathophysiology through its secreting activity. Cytokines secreted by the adipocyte, known as adipokines, act in an autocrine, paracrine and endocrine way. Apelin is a peptide hormone which belongs to the family of adipokines since it is produced and secreted by the adipocyte. Correlations among apelin and obesity are under investigation. In obese adults, apelin is closely associated with the excess in body weight, while in obese children and adolescents date is scarce and conflicting. Apelin receptor APJ belongs to G-protein-coupled receptors. The gene encoding APJ (APLNR gene) carries multiple single nucleotide mutations some of which have been proposed as functional polymorphisms. The G212A apelin receptor polymorphism is reported as a functional single nucleotide polymorphism in the cardiovascular system homeostasis of adults. It has been shown that in both idiopathic dilated cardiomyopathy and coronary heart disease the 212A allele of the G212A APLNR gene polymorphism exerts beneficial effect on the cardiovascular homeostasis. Purpose: The primary purpose of the present protocol was the measurement of serum apelin levels in obese children and adolescents. Secondly, the study aimed in studying the G212A polymorphism of the APLNR receptor gene and investigating possible correlations, in obese children and adolescents. Material and Methods: A total of 90 obese participants (45 children /45 adolescents) and 90 normal weight participants after adjustment for age and gender were enrolled from the Pediatric Endocrinology Outpatient Unit of the 4th Department of Pediatrics, Aristotle University of Thessaloniki. Detailed personal and family medical history was recorded. A complete and systematic physical examination was performed in all participants by the same pediatrician. Blood drowing and test were performed in the morning after a night fasting. In the obese population, glucose metabolism was assessed with an oral glucose tolerance test (OGTT). Subsequently, levels of serum apelin were determined with a commercially available enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). In order to proceed to the genetic analysis, genomic DNA of the obese patients was isolated from peripheral total blood. After the appropriate gene amplification, the G212A single nucleotide polymorphism of the apelin receptor gene was studied in the obese population. Results: Glucose metabolism was found to be normal in 26 obese participants. The vast majority of the obese group presented prediabetes (64/90). The most common type of prediabetic state was found to be the combined fasting hyperglycemia (Impaired fasting glucose, IFG) and impaired glucose tolerance (impaired glucose tolerance, IGT) which was found in 25 patients. Isolated IFG was diagnosed in 22/90 obese and isolated IGT was found in 17/90 obese participants. Serum apelin levels were found significantly lower in obese participants compared to the healthy controls (1.45 ngmL-1 (0.63-4.54) vs 1.91 ngmL-1 (0.55-4.71), p:0.001). After grouping the population according to pubertal stage, serum apelin levels were found significantly decreased only in prepubertal obese children (1.56 ngmL-1 (0.67-3.9) vs 2.02 ngmL-1 (0.55-4.66), p:0.007). Obese adolescents presented a statistical trend for lower apelin compared to healthy adolescents (p:0.051). Regarding their glucose metabolism state, it was also found that among obese participants only those presenting obesity and prediabetes, presented significantly lower apelin levels compared to healthy controls (1.40 ngmL-1 (0.63-4.54) vs 1.90 ngmL-1 (0.55-4.71), p:0.002). Finally, G121A polymorphism distribution in obese patients for each genotype was 53.3% for GG, 38.9% for the heterozygous GA and 7.8% for AA patients. Genotype frequency in the obese population of the present study did not differ from the expected frequency in Caucasians according to HapMap (HapMap: GG: 46.9%, GA: 39.8%, AA: 13.3%, p:0.232). However, G212A single nucleotide polymorphism was significantly correlated with serum apelin levels in obese subjects (p:0.038). Among obese participants, GA and GG genotype groups exhibited significantly lower levels of serum apelin, compared to the AA group (p:0.013, p:0.016 respectively). Conclusions: Obese children present lower serum apelin levels compared to children of normal weight. Glucose metabolism status plays an important role in apelin levels during childhood obesity. Prediabetic status in obesity is closely correlated to the decrease in circulating apelin levels. In childhood and adolescent obesity, 212A allele of the G212A single nucleotide polymorphism is found to be a beneficial factor in maintaining serum apelin levels intact. Obese children and adolescents with AA genotype present higher serum apelin levels compared to the GA or GG genotype obese individuals.

Εισαγωγή: Το θετικό ενεργειακό ισοζύγιο το οποίο προκύπτει σε έναν οργανισμό από την αυξημένη λήψη ενέργειας μέσω της τροφής και την μειωμένη δαπάνη της μέσω της άσκησης, αποθηκεύεται με τη μορφή του λίπους. Η συσσώρευση αυτή του σωματικού λίπους οδηγεί στην ανάπτυξη της παχυσαρκίας. Η παιδική παχυσαρκία αποτελεί ένα νόσημα με επιδημική διάσταση, αφού επιπολάζει περίπου ένα στα δέκα παιδιά του εθνικού πληθυσμού. Στην παθοφυσιολογία της παχυσαρκίας σημαντικό ρόλο διαδραματίζει η δομική μονάδα του λιπώδους ιστού, το λιποκύτταρο μέσω των κυτταροκινών που εκκρίνει. Οι κυτταροκίνες αυτές ονομάζονται λιποκυτταροκίνες και έχει αποδειχθεί οτι έχουν την δυνατότητα να δρουν αυτοκρινικά, παρακρινικά και ενδοκρινικά. Η απελίνη αποτελεί μία πεπτιδική ορμόνη η οποία ανοίκει στην οικογένεια των λιποκυτταροκινών αφού συντίθεται και εκκρίνεται απο το λιποκύτταρο. Ως λιποκυτταροκίνη η σχέση της απελίνη με την παχυσαρκία τελεί η υπό διερεύνηση. Στους παχύσαρκους ενήλικες, η απελίνη έχει συσχετισθεί στενά με το υπερβάλλον βάρος ενώ αντίθετα στα παχύσαρκα παιδιά και εφήβους τα μέχρι σήμερα διαθέσιμα ερευνητικά δεδομένα είναι ελάχιστα και αντικρουόμενα. Ο υποδοχέας της απελίνης APJ ανοίκει στους G-protein –coupled υποδοχείς. Το γονίδιο που τον κωδικοποιεί (APLNR) φέρει πολλαπλές σημειακές μεταλλάξεις κάποιες εκ των οποίων έχουν προταθεί ως λειτουργικοί πολυμορφισμοί. Ο G212A πολυμορφισμός του γονιδίου του υποδοχέα της απελίνης έχει μελετηθεί στενά σε σχέση με το καρδιαγγειακό σύστημα. Τόσο στην ιδιοπαθή διατατική μυοκαρδιοπάθεια όσο και στην στεφανιαία νόσο, έχει δειχθεί οτι το 212Α αλλήλιο του G212A πολυμορφισμού του γονιδίου APLNR ασκεί ευεργετική επίδραση στην ομοιόσταση του οργανισμού. Σκοπός: Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν αφενός η μέτρηση των επιπέδων της απελίνης στον ορό παχύσαρκων παιδιών και παχύσαρκων εφήβων και αφετέρου ο προσδιορισμός του G212A πολυμορφισμού του γονιδίου του υποδοχέα της απελίνης στα παχύσαρκα παιδιά και εφήβους προς αναζήτηση συσχετίσεων. Υλικό και Μέθοδοι: Για το σκοπό αυτό μελετήθηκαν 90 παχύσαρκοι συμμετέχοντες (45 παιδιά/45 έφηβοι) και 90 συμμετέχοντες φυσιολογικού βάρους μετά από στάθμιση των δύο ομάδων ως προς την ηλικία και το φύλο, οι οποίοι προσήλθαν και εξετάστηκαν στο Παιδοενδοκρινολογικό τμήμα της Δ’ Παιδιατρική Κλινικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκη. Διενεργήθηκε πλήρης καταγραφή του ατομικού και οικογενειακού ιστορικού, πλήρης και κατά συστήματα κλινική εξέταση και αιμοληψία σε καθεστώς νηστείας προκειμένου να διενεργθεί ο εργαστηριακός έλεγχος. Στον παχύσαρκο πληθυσμό της διδακτορικής διατριβής ο μεταβολισμός της γλυκόζης εκτιμήθηκε με την διεξαγωγή δοκιμασίας από του στόματος ανοχής γλυκόζης (oral glucose tolerance test, OGTT). Ακολούθως, τα επίπεδα της απελίνης στον ορό προσδιορίσθηκαν με την τεχνική της ενζυμική ανοσοανάλυσης (enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA). Προκειμενου να διενεργηθεί η γονιδιακή μελέτη, το γενετικό υλικό (DNA) των παχύσαρκων ασθενών απομονώθηκε από το ολικό περιφερικό τους αίμα. Μετά την ενίσχυση του γενετικού τους προιόντος σε κάθε παχύσαρκο ασθενή προσδιορίστηκε ο G212A πολυμορφισμός. Αποτελέσματα: Φυσιολογικό μεταβολισμό γλυκόζης παρουσίαζαν 26 παχύσαρκα άτομα. Η πλειονότητα των συμμετεχόντων παχύσαρκων ασθενών βρισκόταν σε προδιαβητική κατάσταση (64/90). Η πιο συχνή διαταραχή του μεταβολισμού της γλυκόζης ήταν ο συνδυασμός υπεργλυκαιμίας νηστείας (Impaired fasting glucose, IFG) και διαταραγμένης ανοχής γλυκόζης (impaired glucose tolerance, IGT) ο οποίος βρέθηκε σε 25 ασθενείς. Ακολούθως μεμονωμένη IFG διαγνώστηκε σε 22/90 παχύσαρκους και τέλος μεμονωμένη IGT βρέθηκε σε 17/90 παχύσαρκους. Τα επίπεδα της απελίνης στον ορό βρέθηκαν σημαντικά μειωμένα στους παχύσαρκους συγκριτικά με τους υγιείς συμμετέχοντες (1.45 ngmL-1 (0.63-4.54) vs 1.91 ngmL-1 (0.55-4.71), p:0.001). Διαχωρίζοντας το δείγμα με βάση το στάδιο ενήβωσης, η μείωση της απελίνης στον ορό διατηρούνταν σε στατιστικά σημαντικό επίπεδο μόνο στα παχύσαρκα προεφηβικά παιδιά (1.56 ngmL-1 (0.67-3.9) vs 2.02 ngmL-1 (0.55-4.66), p:0.007). Οι παχύσαρκοι έφηβοι παρουσίαζαν στατιστική τάση για χαμηλότερα επίπεδα απελίνης σε σύγκριση με τους υγιείς εφήβους (p:0.051). Με βάση την κατάσταση του μεταβολισμού της γλυκόζης τους, μόνο οι παχύσαρκοι με διαταραγμένο μεταβολισμό γλυκόζης είχαν σημαντικά χαμηλότερα επίπεδα απελίνης σε σχέση με αυτά των υγιών (1.40 ngmL-1 (0.63-4.54) vs 1.90 ngmL-1 (0.55-4.71), p:0.002). Η κατανομή του G121A πολυμορφισμού στους παχύσαρκους διαμορφώθηκε ως εξής για κάθε γονότυπο: GG:53.3%, GA:38.9%, ΑΑ:7.8%. Η συχνότητα εμφάνισης των γονοτύπων στο δείγμα της παρούσας διατριβής δεν διέφερε από την αναμενόμενη συχνότητα της Καυκάσιας φυλής κατά HapMap (HapMap: GG:46.9%, GA:39.8%, ΑΑ:13.3%, p:0.232). Ο G212A πολυμορφισμός συσχετίστηκε σημαντικά με τα επίπεδα απελίνης στον ορό των παχύσαρκων (p:0.038). Στους παχύσαρκους, οι GG και GA γονοτυπικές ομάδες παρουσίαζαν σημαντικά χαμηλότερα επίπεδα απελίνης ορού, σε σύγκριση με την ΑΑ ομάδα (p:0.013, p:0.016 αντίστοιχα). Συμπεράσματα: Τα παχύσαρκα παιδιά παρουσιάζουν χαμηλότερα επίπεδα απελίνης στον ορό συγκριτικά με τα παιδιά φυσιολογικού βάρους. Ο διαταραγμένος μεταβολισμός της γλυκόζης διαδραματίζει σημαντικό ρόλο, και σχετίζεται στενά με την μείωση της κυκλοφορούσας απελίνης σε καθεστώς παχυσαρκίας. Στην παχυσαρκία, ο ΑΑ γονότυπος του G212A πολυμορφισμού του γονιδίου του υποδοχέα της απελίνης, αποτελεί ευεργετικό παράγοντα για την διατήρηση των επιπέδων της απελίνης σε υψηλότερα επίπεδα σε σχέση με τους GA/GG γονοτύπους.