TY  - THES
A1  - Klauder, Julia
T1  - Makrophagenaktivierung durch Hyperinsulinämie als Auslöser eines Teufelkreises der Entzündung im Kontext des metabolischen Syndroms
T1  - Macrophage activation by hyperinsulinemia as a trigger of a vicious cycle of inflammation in the context of the metabolic syndrome
N2  - Insulinresistenz ist ein zentraler Bestandteil des metabolischen Syndroms und trägt maßgeblich zur Ausbildung eines Typ-2-Diabetes bei. Eine mögliche Ursache für die Entstehung von Insulinresistenz ist eine chronische unterschwellige Entzündung, welche ihren Ursprung im Fettgewebe übergewichtiger Personen hat. Eingewanderte Makrophagen produzieren vermehrt pro-inflammatorische Mediatoren, wie Zytokine und Prostaglandine, wodurch die Konzentrationen dieser Substanzen sowohl lokal als auch systemisch erhöht sind. Darüber hinaus weisen übergewichtige Personen einen gestörten Fettsäuremetabolismus und eine erhöhte Darmpermeabilität auf. Ein gesteigerter Flux an freien Fettsäuren vom Fettgewebe in andere Organe führt zu einer lokalen Konzentrationssteigerung in diesen Organen. Eine erhöhte Darmpermeabilität erleichtert das Eindringen von Pathogenen und anderer körperfremder Substanzen in den Körper. 
Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, ob hohe Konzentrationen von Insulin, des bakteriellen Bestandteils Lipopolysaccharid (LPS) oder der freien Fettsäure Palmitat eine Entzündungsreaktion in Makrophagen auslösen oder verstärken können und ob diese Entzündungsantwort zur Ausbildung einer Insulinresistenz beitragen kann. Weiterhin sollte untersucht werden, ob Metabolite und Signalsubstanzen, deren Konzentrationen beim metabolischen Syndrom erhöht sind, die Produktion des Prostaglandins (PG) E2 begünstigen können und ob dieses wiederum die Entzündungsreaktion und seine eigene Produktion in Makrophagen regulieren kann. Um den Einfluss dieser Faktoren auf die Produktion pro-inflammatorischer Mediatoren in Makrophagen zu untersuchen, wurden Monozyten-artigen Zelllinien und primäre humane Monozyten, welche aus dem Blut gesunder Probanden isoliert wurden, in Makrophagen differenziert und mit Insulin, LPS, Palmitat und/ oder PGE2 inkubiert. Überdies wurden primäre Hepatozyten der Ratte isoliert und mit Überständen Insulin-stimulierter Makrophagen inkubiert, um zu untersuchen, ob die Entzündungsanwort in Makrophagen an der Ausbildung einer Insulinresistenz in Hepatozyten beteiligt ist. 
Insulin induzierte die Expression pro-inflammatorischer Zytokine in Makrophagen-artigen Zelllinien wahrscheinlich vorrangig über den Phosphoinositid-3-Kinase (PI3K)-Akt-Signalweg mit anschließender Aktiverung des Transkriptionsfaktors NF-κB (nuclear factor 'kappa-light-chain-enhancer' of activated B-cells). Die dabei ausgeschütteten Zytokine hemmten in primären Hepatozyten der Ratte die Insulin-induzierte Expression der Glukokinase durch Überstände Insulin-stimulierter Makrophagen. 
Auch LPS oder Palmitat, deren lokale Konzentrationen im Zuge des metabolischen Syndroms erhöht sind, waren in der Lage, die Expression pro-inflammatorischer Zytokine in Makrophagen-artigen Zelllinien zu stimulieren. Während LPS seine Wirkung, laut Literatur, unbestritten über eine Aktivierung des Toll-ähnlichen Rezeptors (toll-like receptor; TLR) 4 vermittelt, scheint Palmitat jedoch weitestgehend TLR4-unabhängig wirken zu können. Vielmehr schien die de novo-Ceramidsynthese eine entscheidene Rolle zu spielen. Darüber hinaus verstärkte Insulin sowohl die LPS- als auch die Palmitat-induzierte Ent-zündungsantwort in beiden Zelllinien. Die in Zelllinien gewonnenen Ergebnisse wurden größtenteils in primären humanen Makrophagen bestätigt.
Desweiteren induzierten sowohl Insulin als auch LPS oder Palmitat die Produktion von PGE2 in den untersuchten Makrophagen. Die Daten legen nahe, dass dies auf eine gesteigerte Expression PGE2-synthetisierender Enzyme zurückzuführen ist.
PGE2 wiederum hemmte auf der einen Seite die Stimulus-abhängige Expression des pro-inflammatorischen Zytokins Tumornekrosefaktor (TNF) α in U937-Makrophagen. Auf der anderen Seite verstärkte es jedoch die Expression der pro-inflammatorischen Zytokine Interleukin- (IL-) 1β und IL-8. Darüber hinaus verstärkte es die Expression von IL-6-Typ-Zytokinen, welche sowohl pro- als auch anti-inflammatorisch wirken können. Außerdem vestärkte PGE2 die Expression PGE2-synthetisierender Enzyme. Es scheint daher in der Lage zu sein, seine eigene Synthese zu verstärken. 
Zusammenfassend kann die Freisetzung pro-inflammatorischer Mediatoren aus Makro-phagen im Zuge einer Hyperinsulinämie die Entstehung einer Insulinresistenz begünstigen. Insulin ist daher in der Lage, einen Teufelskreis der immer stärker werdenden Insulin-resistenz in Gang zu setzen. 
Auch Metabolite und Signalsubstanzen, deren Konzentrationen beim metabolischen Syndrom erhöht sind (zum Beispiel LPS, freie Fettsäuren und PGE2), lösten Entzündungsantworten in Makrophagen aus. Das wechselseitige Zusammenspiel von Insulin und diesen Metaboliten und Signalsubstanzen löste eine stärkere Entzündungsantwort in Makrophagen aus als jeder der Einzelkomponenten. Die dadurch freigesetzten Zytokine könnten zur Manifestation einer Insulinresistenz und des metabolischen Syndroms beitragen.
N2  - Insulin resistance is a central component of the metabolic syndrome and is a major contributor to the development of type 2 diabetes. One possible cause of insulin resistance is chronic low-grade inflammation, which originates in the adipose tissue of obese individuals. Immigrated macrophages produce increased levels of pro-inflammatory mediators such as cytokines and prostaglandins, resulting in increased concentrations of these substances both locally and systemically. In addition, obese individuals exhibit impaired fatty acid metabolism and increased intestinal permeability. Increased flux of free fatty acids from adipose tissue to other organs results in increased local concentrations in these organs. Increased intestinal permeability facilitates the entry of pathogens and other exogenous substances into the body. 
The aim of this work was to investigate whether high concentrations of insulin, the bacterial component lipopolysaccharide (LPS), or the free fatty acid palmitate can induce or enhance an inflammatory response in macrophages and whether this inflammatory response can contribute to the development of insulin resistance. Furthermore, to investigate whether metabolites and signaling substances whose concentrations are elevated in the metabolic syndrome can promote the production of prostaglandin (PG) E2 and whether this in turn can regulate the inflammatory response and its own production in macrophages. To investigate the influence of these factors on the production of pro-inflammatory mediators in macrophages, monocyte-like cell lines and primary human monocytes, that were isolated from the blood of healthy volunteers, were differentiated into macrophages and incubated for with insulin, LPS, palmitate and/ or PGE2. In addition, primary rat hepatocytes were isolated and incubated with supernatants of insulin-stimulated macrophages to investigate whether the inflammatory response in macrophages is involved in the development of insulin resistance in hepatocytes. 
Insulin induced the expression of pro-inflammatory cytokines in macrophage-like cell lines probably primarily via the phosphoinositide 3-kinase (PI3K)-Akt pathway with subsequent activation of the transcription factor NF-κB (nuclear factor 'kappa-light-chain-enhancer' of activated B-cells). The cytokines released in this process inhibited insulin-induced expression of glucokinase by supernatants of insulin-stimulated macrophages in primary rat hepatocytes. 
Also, LPS or palmitate, whose local concentrations are increased in the course of metabolic syndrome, were able to stimulate the expression of pro-inflammatory cytokines in macrophage-like cell lines. While LPS, according to the literature, undisputedly mediates its effect via activation of toll-like receptor (TLR) 4, palmitate, however, appears to be able to act mainly in a TLR4-independent manner. Rather, de novo ceramide synthesis appeared to play a crucial role. Moreover, insulin enhanced both LPS- and palmitate-induced inflammatory responses in both cell lines. The results obtained in macrophage-like cell lines were largely confirmed in primary human macrophages.
Furthermore, both insulin and LPS or palmitate induced PGE2 production in the macrophages studied. The data suggest that this was not due to increased expression of arachidonic acid-synthesizing enzymes but rather to increased expression of PGE2-synthesizing enzymes.
On the one hand PGE2 inhibited the stimulus-dependent expression of the pro-inflammatory cytokine tumor necrosis factor (TNF) α in U937 macrophages. However, on the other hand, it enhanced the expression of the pro-inflammatory cytokines interleukin- (IL-) 1β and IL-8. In addition, it enhanced the expression of IL-6-type cytokines, which can be both pro- and anti-inflammatory. In addition, PGE2 enhanced the expression of PGE2-synthesizing enzymes. It therefore appears to be able to enhance its own synthesis. 
In conclusion, the release of pro-inflammatory mediators from macrophages in the course of hyperinsulinemia may favor the development of insulin resistance. Thus, the hyperinsulinemia might be augmented in a vicious cycle feed forward loop. 
Metabolites and signaling substances whose concentrations are elevated in the metabolic syndrome (for example, LPS, free fatty acids, and PGE2) also triggered inflammatory responses in macrophages. The synergistic interaction of insulin and these metabolites and signaling substances triggered a stronger inflammatory response in macrophages than any of the individual components. The released cytokines could contribute to the manifestation of insulin resistance and the metabolic syndrome.
KW  - Metabolisches Syndrom
KW  - Entzündung
KW  - Makrophagen
KW  - Insulin
KW  - Zytokine
KW  - Typ-2-Diabetes
KW  - Prostaglandin
KW  - inflammation
KW  - insulin
KW  - macrophages
KW  - metabolic syndrom
KW  - prostaglandine
KW  - Type-2-diabetes
KW  - cytokines
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-520199
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gonzalez Camargo, Rodolfo
T1  - Insulin resistance in cancer cachexia and metabolic syndrome
BT  - role of insulin activated macrophages and miRNA-21-5p
N2  - The ever-increasing fat content in Western diet, combined with decreased levels of physical activity, greatly enhance the incidence of metabolic-related diseases. Cancer cachexia (CC) and Metabolic syndrome (MetS) are both multifactorial highly complex metabolism related syndromes, whose etiology is not fully understood, as the mechanisms underlying their development are not completely unveiled. Nevertheless, despite being considered “opposite sides”, MetS and CC share several common issues such as insulin resistance and low-grade inflammation. In these scenarios, tissue macrophages act as key players, due to their capacity to produce and release inflammatory mediators. One of the main features of MetS is hyperinsulinemia, which is generally associated with an attempt of the β-cell to compensate for diminished insulin sensitivity (insulin resistance). There is growing evidence that hyperinsulinemia per se may contribute to the development of insulin resistance, through the establishment of low grade inflammation in insulin responsive tissues, especially in the liver (as insulin is secreted by the pancreas into the portal circulation). The hypothesis of the present study was that insulin may itself provoke an inflammatory response culminating in diminished hepatic insulin sensitivity. To address this premise, firstly, human cell line U937 differentiated macrophages were exposed to insulin, LPS and PGE2. In these cells, insulin significantly augmented the gene expression of the pro-inflammatory mediators IL-1β, IL-8, CCL2, Oncostatin M (OSM) and microsomal prostaglandin E2 synthase (mPGES1), and of the anti-inflammatory mediator IL-10. Moreover, the synergism between insulin and LPS enhanced the induction provoked by LPS in IL-1β, IL-8, IL-6, CCL2 and TNF-α gene. When combined with PGE2, insulin enhanced the induction provoked by PGE2 in IL-1β, mPGES1 and COX2, and attenuated the inhibition induced by PGE2 in CCL2 and TNF-α gene expression contributing to an enhanced inflammatory response by both mechanisms. Supernatants of insulin-treated U937 macrophages reduced the insulin-dependent induction of glucokinase in hepatocytes by 50%. Cytokines contained in the supernatant of insulin-treated U937 macrophages also activated hepatocytes ERK1/2, resulting in inhibitory serine phosphorylation of the insulin receptor substrate. Additionally, the transcription factor STAT3 was activated by phosphorylation resulting in the induction of SOCS3, which is capable of interrupting the insulin receptor signal chain. MicroRNAs, non-coding RNAs linked to protein expression regulation, nowadays recognized as active players in the generation of several inflammatory disorders such as cancer and type II diabetes are also of interest. Considering that in cancer cachexia, patients are highly affected by insulin resistance and inflammation, control, non-cachectic and cachectic cancer patients were selected and the respective circulating levels of pro-inflammatory mediators and microRNA-21-5p, a posttranscriptional regulator of STAT3 expression, assessed and correlated. Cachectic patients circulating cytokines IL-6 and IL-8 levels were significantly higher than those of non-cachectic and controls, and the expression of microRNA-21-5p was significantly lower. Additionally, microRNA-21-5p reduced expression correlated negatively with IL-6 plasma levels. These results indicate that hyperinsulinemia per se might contribute to the low grade inflammation prevailing in MetS patients and thereby promote the development
of insulin resistance particularly in the liver. Diminished MicroRNA-21-5p expression may enhance inflammation and STAT3 expression in cachectic patients, contributing to the development of insulin resistance.
N2  - O teor de gordura cada vez maior na dieta ocidental, combinada com a diminuição dos níveis de atividade física têm marcadamente aumentado à incidência de doenças relacionas ao metabolismo. A caquexia associada ao câncer (CC) e a síndrome metabólica (SM) são síndromes de etiologia complexa e multifatorial, não totalmente compreendida, e com mecanismos subjacentes ao seu desenvolvimento não completamente revelados. No entanto, apesar de serem consideradas "lados opostos", a CC e a MetS apresentam várias características em comum, tais como resistência à insulina e inflamação de baixo grau, com macrófagos teciduais como importantes coadjuvantes, devido à sua capacidade de produzir e liberar mediadores inflamatórios, e microRNAs, descritos como RNAs não-codificantes ligados à regulação da expressão de proteínas e reconhecidos como participantes ativos na geração de várias doenças inflamatórias, tais como o câncer e diabetes tipo II. Uma das principais características da MetS é a hiperinsulinemia, que está geralmente associada com uma tentativa da célula β do pâncreas de compensar a diminuição da sensibilidade à insulina (resistência à insulina). Um número crescente de evidências sugere que a hiperinsulinemia “por si só”, pode contribuir com o desenvolvimento de resistência à insulina através do estabelecimento de um quadro inflamatório de baixo grau, em tecidos sensíveis a insulina, e em particular no fígado, devido ao fato da insulina ser secretada pelo pâncreas na circulação portal. A hipótese do presente estudo foi que a insulina pode induzir uma resposta inflamatória em macrófagos e culminar em diminuição da sensibilidade hepática à insulina. Para confirmar esta hipótese, primeiramente, macrófagos diferenciados da linhagem de células humanas U937 foram expostos à insulina, LPS e PGE2. Nestas células, a insulina aumentou significativamente a expressão gênica dos mediadores pró-inflamatórios IL-1β, IL- 8, CCL2, oncostatina M (OSM) e prostaglandina E2 sintase microssomal (mPGES1), e do mediador anti-inflamatório IL-10. Além disso, o sinergismo entre insulina e LPS aumentou a indução provocada por LPS nos genes da IL-1β, IL-8, IL-6, CCL2 e TNF-α. Quando combinado com PGE2, a insulina aumentou a indução provocada pela PGE2 nos genes da IL-1β, mPGES1 e COX2, e restaurou a inibição induzida pela PGE2 no gene CCL2 e TNF-α.Subsequentemente, sobrenadantes dos macrófagos U937 tratados com insulina modulou negativamente a sinalização da insulina em culturas primárias de hepatócitos de rato, como observado pela atenuação de 50% da indução dependente de insulina da enzima glicoquinase. Citocinas contidas no sobrenadante de macrófagos U937 tratados com insulina também ativaram em hepatócitos ERK1/2, resultando na fosforilação do resíduo de serina inibitório do substrato do receptor de insulina. Adicionalmente, o fator de transcrição STAT3 foi ativado por um elevado grau de fosforilação e a proteína SOCS3, capaz de interromper a via de sinalização do receptor de insulina, foi induzida. Considerando que na caquexia associada ao câncer, pacientes são altamente afetados pela resistência à insulina e inflamação, pacientes controle, não caquéticos e caquéticos foram seleccionados e os respectivos níveis circulantes de mediadores pró-inflamatórios e microRNA-21-5p, um regulador pós-transcricional da expressão de STAT3, avaliados e correlacionados. Pacientes caquéticos exibiram citocinas circulantes IL-6 e IL-8 significativamente maiores do que pacientes não caquéticos e controles, assim como a expressão de microRNA-21-5p significativamente diminuida. Além disso, a reduzida expressão de microRNA-21-5p correlaciona-se negativamente com níveis de IL-6 no plasma. Estes resultados indicam que a hiperinsulinemia pode, por si só contribuir para o desenvolvimento da inflamação de baixo grau prevalente em pacientes com excesso de peso e obesos e, assim, promover o desenvolvimento de resistência à insulina especialmente no fígado e o nível reduzido de miRNA-21-5p pode modular a inflamação e expressão de STAT3 em pacientes caquéticos, contribuindo para o desenvolvimento da resistência à insulina.
N2  - Der stetig steigende Fettgehalt in westlicher Ernährung in Kombination mit reduzierter körperlicher Aktivität hat zu einem dramatischen Anstieg der Inzidenz metabolischer Erkrankungen geführt. Tumorkachexie (Cancer cachexia, CC) und Metabolisches Syndrom (MetS) sind sehr komplexe, multifaktorielle metabolische Erkrankungen, deren Ätiologie nicht vollständig verstanden ist. Die molekularen Ursachen, die zu diesen Symptomkomplexen führen, sind noch unzureichend aufgeklärt. Obwohl ihr äußeres Erscheinungsbild stark gegensätzlich ist, haben MetS und CC etliche Gemeinsamkeiten wie zum Beispiel Insulinresistenz und eine chronische unterschwellige Entzündung. Sowohl bei der Entstehung der Insulinresistenz als auch bei der chronischen Entzündung spielen Makrophagen eine Schlüsselrolle, weil sie in der Lage sind pro-inflammatorische Mediatoren zu produzieren und freizusetzen.
Eine der hervorstechendsten Auffälligkeiten des MetS ist die Hyperinsulinämie, die durch den Versuch der β-Zelle, die verminderte Insulinsensitivität (Insulinresistenz) zu kompensieren, zustande kommt. Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass die Hyperinsulinämie selber an der Entzündungsentstehung in Insulin-abhängigen Geweben beteiligt ist und dadurch zur Entwicklung und Verstärkung der Insulinresistenz beitragen kann. Dies trifft besonders auf die Leber zu, weil hier die Insulinspiegel besonders hoch sind, da Insulin vom Pankreas direkt in den Pfortaderkeislauf gelangt. Daher wurde in dieser Arbeit die Hypothese geprüft, ob Insulin selber eine Entzündungsantwort auslösen und dadurch die hepatische Insulinsensitivität senken kann. Zu diesem Zweck wurde die humane Zelllinie U937 durch PMA-Behandlung zu Makrophagen differenziert und diese Makrophagen mit Insulin, LPS und PGE2 inkubiert. In diesen Zellen steigerte Insulin die Expression der pro-inflammatorischen Mediatoren IL-1β, IL-8, CCL2, Oncostatin M (OSM) signifikant und induzierte die mikrosomale PGE-Synthase 1 (mPGES1) ebenso wie das antiinflammatorische Cytokin IL-10. Ferner verstärkte Insulin die LPS-abhängige Induktion des IL-1β-, IL-8-, IL-6-, CCL2- und TNFα-Gens. Ebenso verstärkte Insulin die PGE2-abhängige Induktion von IL-1β, mPGES1 und COX2. Im Gegensatz dazu schwächte es die Hemmende Wirkung von PGE2 auf Expression von TNFα und CCL2 ab und trug so auf beide Weisen zu einer Verstärkung der Entzündungsantwort bei. Überstände von Insulin-behandelten U937 Makrophagen reduzierten die Insulin-abhängige Induktion der Glukokinase in Hepatocyten um 50%. Die Cytokine, die im Überstand Insulin-behandelter Makrophagen enthalten waren, aktivierten in Hepatocyten ERK1/2, was zu einer inhibitorischen Serin-Phosphorylierung der Insulin Rezeptor Substrats (IRS) führte. Zusätzlich führten die Cytokine zu einer Phosphorylierung und Aktivierung von STAT3 und einer dadurch bedingten Induktion von SOCS3, das seinerseits die Insulinrezeptor-Signalkette unterbrechen kann.
MicroRNAs, nicht-codierende RNAs, die an der Regulation der Proteinexpression beteiligt sind und deren Beteiligung an der Regulation der Entzündungsantwort bei zahlreichen Erkrankungen, unter anderem Tumorerkrankungen und Typ II Diabetes gezeigt wurde, sind auch von Interesse. Unter dem Blickwinkel, dass Tumor-Kachexie Patienten sich durch eine Insulinresistenz und eine systemische Entzündung auszeichnen, wurden in nichtkachektische und tumorkachektische Patienten Plasmaspiegel von pro-inflammatorischen Mediatoren und der microRNA-21-5p bestimmt, von der bekannt ist, dass sie ein posttranskriptioneller Regulator der STAT3 Expression ist. Die Spiegel der proinflammatorischen Mediatoren und der miRNA-21-5p wurden korreliert. In kachektischen Patienten waren die Spiegel der Cytokine IL-6 und IL-8 signifikant höher, die der miRNA-21- 5p signifikant niedriger als in nicht-kachektischen Patienten. Die Plasma IL-6-Spiegel korrelierten negativ mit den miRNA21-5p Spiegeln.
Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass eine Hyperinsulinämie selber zu der Entwicklung einer unterschwellingen Entzündung, wie sie in Patienten mit einem MetS vorherrscht, beitragen, und dadurch besonders in der Leber eine Insulinresistenz auslösen oder verstärken kann. Eine verringerte Expression der MicroRNA-21-5p kann in kachektischen Patienten die Entzündungsantwort, im Speziellen die STAT3 Expression, verstärken und dadurch zur Entwicklung einer Insulinresistenz beitragen
KW  - cachexia
KW  - metabolic syndrome
KW  - inflammation
KW  - insulin resistance
KW  - microRNAs
KW  - insulin
KW  - liver
KW  - macrophages
KW  - caquexia
KW  - síndrome metabólica
KW  - inflamação
KW  - resistência à insulina
KW  - microRNAs
KW  - insulina
KW  - fígado
KW  - macrófagos
KW  - Kachexie
KW  - metabolisches Syndrom
KW  - Entzündung
KW  - Insulinresistenz
KW  - MicroRNAs
KW  - Insulin
KW  - Leber
KW  - Makrophagen
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-100973
ER  -