TY  - THES
A1  - Wittenbecher, Clemens
T1  - Linking whole-grain bread, coffee, and red meat to the risk of type 2 diabetes
T1  - Der Einfluss von Vollkornbrot, Kaffee, und rotem Fleisch auf das Typ 2 Diabetesrisiko
BT  - using metabolomics networks to infer potential biological mechanisms
BT  - Verwendung von Metabolomics-Netzwerken, um auf biologische Mechanismen zu schließen
N2  - Background: Consumption of whole-grain, coffee, and red meat were consistently related to the risk of developing type 2 diabetes in prospective cohort studies, but potentially underlying biological mechanisms are not well understood. Metabolomics profiles were shown to be sensitive to these dietary exposures, and at the same time to be informative with respect to the risk of type 2 diabetes. Moreover, graphical network-models were demonstrated to reflect the biological processes underlying high-dimensional metabolomics profiles.
Aim: The aim of this study was to infer hypotheses on the biological mechanisms that link consumption of whole-grain bread, coffee, and red meat, respectively, to the risk of developing type 2 diabetes. More specifically, it was aimed to consider network models of amino acid and lipid profiles as potential mediators of these risk-relations.
Study population: Analyses were conducted in the prospective EPIC-Potsdam cohort (n = 27,548), applying a nested case-cohort design (n = 2731, including 692 incident diabetes cases). Habitual diet was assessed with validated semiquantitative food-frequency questionnaires. Concentrations of 126 metabolites (acylcarnitines, phosphatidylcholines, sphingomyelins, amino acids) were determined in baseline-serum samples. Incident type 2 diabetes cases were assed and validated in an active follow-up procedure. The median follow-up time was 6.6 years.
Analytical design: The methodological approach was conceptually based on counterfactual causal inference theory. Observations on the network-encoded conditional independence structure restricted the space of possible causal explanations of observed metabolomics-data patterns. Given basic directionality assumptions (diet affects metabolism; metabolism affects future diabetes incidence), adjustment for a subset of direct neighbours was sufficient to consistently estimate network-independent direct effects. Further model-specification, however, was limited due to missing directionality information on the links between metabolites. Therefore, a multi-model approach was applied to infer the bounds of possible direct effects. All metabolite-exposure links and metabolite-outcome links, respectively, were classified into one of three categories: direct effect, ambiguous (some models indicated an effect others not), and no-effect. 
Cross-sectional and longitudinal relations were evaluated in multivariable-adjusted linear regression and Cox proportional hazard regression models, respectively. Models were comprehensively adjusted for age, sex, body mass index, prevalence of hypertension, dietary and lifestyle factors, and medication. 
Results: Consumption of whole-grain bread was related to lower levels of several lipid metabolites with saturated and monounsaturated fatty acids. Coffee was related to lower aromatic and branched-chain amino acids, and had potential effects on the fatty acid profile within lipid classes. Red meat was linked to lower glycine levels and was related to higher circulating concentrations of branched-chain amino acids. In addition, potential marked effects of red meat consumption on the fatty acid composition within the investigated lipid classes were identified. 
Moreover, potential beneficial and adverse direct effects of metabolites on type 2 diabetes risk were detected. Aromatic amino acids and lipid metabolites with even-chain saturated (C14-C18) and with specific polyunsaturated fatty acids had adverse effects on type 2 diabetes risk. Glycine, glutamine, and lipid metabolites with monounsaturated fatty acids and with other species of polyunsaturated fatty acids were classified as having direct beneficial effects on type 2 diabetes risk. 
Potential mediators of the diet-diabetes links were identified by graphically overlaying this information in network models. Mediation analyses revealed that effects on lipid metabolites could potentially explain about one fourth of the whole-grain bread effect on type 2 diabetes risk; and that effects of coffee and red meat consumption on amino acid and lipid profiles could potentially explain about two thirds of the altered type 2 diabetes risk linked to these dietary exposures.
Conclusion: An algorithm was developed that is capable to integrate single external variables (continuous exposures, survival time) and high-dimensional metabolomics-data in a joint graphical model. Application to the EPIC-Potsdam cohort study revealed that the observed conditional independence patterns were consistent with the a priori mediation hypothesis: Early effects on lipid and amino acid metabolism had the potential to explain large parts of the link between three of the most widely discussed diabetes-related dietary exposures and the risk of developing type 2 diabetes.
N2  - Hintergrund: Evidenz aus prospektiven Kohortenstudien belegt, dass der gewohnheitsmäßige Verzehr von Vollkorn, Kaffee und rotem Fleisch mit dem Risiko an Typ 2 Diabetes zu erkranken assoziiert ist. Dieser Risikobeziehung eventuell zugrunde liegende Mechanismen sind allerdings noch weitgehend unklar. Des Weiteren wurde gezeigt, dass Metabolitenprofile im Blut durch die oben genannten Ernährungs-expositionen beeinflusst werden und außerdem in Zusammenhang mit dem Typ 2 Diabetesrisiko stehen. Zusätzlich wurde beschrieben, dass grafische Netzwerkmodelle von Metabolitenprofilen die zugrunde liegenden Stoffwechselprozesse gut abbilden. 
Zielstellung: Das Ziel dieser Arbeit war es, Hypothesen bezüglich biologischer Mechanismen zu generieren, die die Assoziationen des Vollkornverzehrs, des Kaffeekonsums und des Fleischverzehrs mit dem Typ 2 Diabetesrisiko erklären könnten. Im speziellen sollten Aminosäure- und Lipidprofile als mögliche Mediatoren des Risikozusammenhangs untersucht werden.
Studienpopulation: Analysen wurden auf Grundlage von Daten aus der prospektiven EPIC-Potsdam Kohortenstudie (n=27,548) durchgeführt, wobei ein Fall-Kohorten-Design verwendet wurde (n=2317, darunter 692 inzidente Typ 2 Diabetesfälle). Ernährungsgewohnheiten wurden mit einem validierten, semiquantitativen Verzehrshäufigkeitsfragebogen erfasst. Die Konzentrationen von 126 Metaboliten (Aminosäuren, Acylcarnitine, Sphingomyeline und Phosphatidylcholine) wurden zur Basiserhebung genommen Blutproben gemessen. Inzidente Typ 2 Diabetesfälle wurden im Rahmen einer aktiven Folgeerhebung detektiert und verifiziert. Die mediane Dauer des berücksichtigten prospektiven Erhebungszeitraums lag für diese Studie bei 6,6 Jahren.
Aufbau der Analysen: Die theoretische Grundlage für den methodischen Ansatz dieser Arbeit bildete die kontrafaktische Theorie der Kausalinferenz. Die in Netzwerken kodierte konditionale Unabhängigkeitsstruktur wurde genutzt, um den Raum möglicher Modelle zu begrenzen, die die beobachteten Zusammenhänge zwischen den Metaboliten erklären könnten. Unter Annahme weniger grundlegender Effektrichtungen (von der Ernährung auf die Netzwerke gerichtete Effekte; von den Netzwerken auf das Diabetesrisiko gerichtete Effekte) genügt die Adjustierung für eine Teilmenge der direkten Nachbarn im Netzwerk, um netzwerkunabhängige direkte Effekte konsistent zu schätzen. Eine weitere Spezifizierung der Modelle war allerdings aufgrund fehlender Richtungsinformationen zu den Metaboliten-abhängigkeiten nicht möglich. Deshalb wurde ein Multi-Modellierungsansatz gewählt, um die Grenzen möglicher Effekte zu schlussfolgern. Alle möglichen Ernährungs-Metaboliten-Beziehungen und Metaboliten-Typ 2 Diabetesrisiko-Beziehungen wurden dadurch in eine der folgenden drei Kategorien klassifiziert: Direkter Effekt, Unklar, Kein Effekt.
Querschnittsbeziehungen wurden in multivariabel adjustierten linearen Regressionsmodellen untersucht. Longitudinale Zusammenhänge wurden mit Cox-Regressionsmodellen geschätzt. Alle Modelle wurden für Alter, Geschlecht, Body-Mass-Index, prävalente Hypertonie, Ernährungs- und Lebensstilfaktoren und die Einnahme von Medikamenten adjustiert. 
Ergebnisse: Der Verzehr von Vollkornbrot stand im Zusammenhang mit niedrigeren Konzentrationen gesättigter und einfach ungesättigter Fettsäuren. Kaffee stand in Beziehung zu niedrigeren Konzentrationen verzweigtkettiger und aromatischer Aminosäuren und hatte potentielle Effekte auf das Fettsäureprofil in den Lipidmetaboliten. Rotes Fleisch zeigte einen Zusammenhang mit niedrigeren Glyzinspiegeln und mit höheren Konzentrationen verzweigtkettiger Aminosäuren. Außerdem stand das Fettsäureprofil in den verschieden Gruppen von Lipidmetaboliten in Zusammenhang mit dem Fleischverzehr.
Des Weiteren wurden potentielle Effekte der Metabolite auf das Typ 2 Diabetesrisiko gefunden. Aromatische Aminosäuren und Lipidmetabolite mit geradzahligen, gesättigten (C14-C16) und mit spezifischen mehrfach ungesättigten Fettsäureseitenketten standen mit einem erhöhten Typ 2 Diabetesrisiko in Beziehung. Glyzin, Glutamin und Lipidmetabolite mit einfach ungesättigten und anderen mehrfach ungesättigten Fettsäureseitenketten zeigten einen günstigen Zusammenhang mit dem Diabetesrisiko.
Mögliche Mediatoren der Beziehung der Ernährungsexpositionen wurden identifiziert, indem diese Informationen in gemeinsamen grafischen Modellen integriert wurden. Mediationsanalysen zeigten, dass die möglichen Effekte von Vollkornverzehr auf die Lipidmetabolite ungefähr ein Viertel des günstigen Einflusses von Vollkornverzehr auf das Diabetesrisikos erklären könnten. Die möglichen Effekte von Kaffeekonsum und von Fleischverzehr auf Aminosäuren und Lipidmetabolite könnten jeweils ungefähr zwei Drittel der Zusammenhänge mit dem Diabetesrisiko erklären.
Schlussfolgerung: Grundlage für die Ergebnisse dieser Arbeit war die Entwicklung eines Algorithmus, der externe Faktoren (kontinuierlich Expositionsvariablen, Ereigniszeit-Daten) und hochdimensionale Metabolitenprofile in einem gemeinsamen grafischen Modell integriert. Die Anwendung dieses Algorithmus auf Daten aus der EPIC-Potsdam Kohortenstudie hat gezeigt, dass die beobachteten konditionalen Unabhängigkeitsstrukturen mit der a priori Mediationshypothese konsistent waren. Der frühe Einfluss auf den Aminosäure- und Lipidstoffwechsel könnte die beobachteten Zusammenhänge zwischen drei wichtigen Ernährungsfaktoren und dem Risiko an Typ 2 Diabetes zu erkranken zu großen Teilen erklären.
KW  - type 2 diabetes
KW  - nutrition
KW  - lipid metabolism
KW  - metabolomics
KW  - epidemiology
KW  - networks
KW  - graphical models
KW  - mediation analysis
KW  - red meat
KW  - whole-grain
KW  - Diabetes mellitus Typ 2
KW  - Ernährung
KW  - Fettstoffwechsel
KW  - Metabolomics
KW  - Epidemiologie
KW  - Netzwerke
KW  - grafische Modelle
KW  - Mediationsanalyse
KW  - rotes Fleisch
KW  - Vollkorn
KW  - Kaffee
KW  - coffee
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-404592
ER  - 
TY  - THES
A1  - Saussenthaler, Sophie
T1  - The impact of DNA methylation on susceptibility to typ 2 diabetes in NZO mice
N2  - The development of type 2 diabetes (T2D) is driven by genetic as well as life style factors. However, even genetically identical female NZO mice on a high-fat diet show a broad variation in T2D onset. The main objective of this study was to elucidate and investigate early epigenetic determinants of type 2 diabetes. Prior to other experiments, early fat content of the liver (<55.2 HU) in combination with blood glucose concentrations (>8.8 mM) were evaluated as best predictors of diabetes in NZO females. Then, DNA methylome and transcriptome were profiled to identify molecular pathophysiological changes in the liver before diabetes onset. The major finding of this thesis is that alterations in the hepatic DNA methylome precede diabetes onset. Of particular interest were 702 differentially methylated regions (DMRs), of which 506 DMRs had genic localization. These inter-individual DMRs were enriched by fivefold in the KEGG pathway type 2 diabetes mellitus, independent of the level of gene expression, demonstrating an epigenetic predisposition toward diabetes. Interestingly, among the list of hepatic DMRs, eleven DMRs were associated with known imprinted genes in the mouse genome. Thereby, six DMRs (Nap1l5, Mest, Plagl1, Gnas, Grb10 and Slc38a4) localized to imprinting control regions, including five iDMRs that exhibited hypermethylation in livers of diabetes-prone mice. This suggests that gain of DNA methylation in multiple loci of the paternal alleles has unfavourable metabolic consequences for the offspring. Further, the comparative liver transcriptome analysis demonstrated differences in expression levels of 1492 genes related to metabolically relevant pathways, such as citrate cycle and fatty acid metabolism. The integration of hepatic transcriptome and DNA methylome indicated that 449 differentially expressed genes were potentially regulated by DNA methylation, including genes implicated in insulin signaling. In addition, liver transcriptomic profiling of diabetes-resistant and diabetes-prone mice revealed a potential transcriptional dysregulation of 17 hepatokines, in particular Hamp. The hepatic expression of Hamp was decreased by 52% in diabetes-prone mice, on account of an increase in DNA methylation of promoter CpG-118. Hence, HAMP protein levels were lower in mice prone to develop diabetes, which correlated to higher liver triglyceride levels.. In sum, the identified DNA methylation changes appear to collectively favor the initiation and progression of diabetes in female NZO mice. In near future, epigenetic biomarkers are likely to contribute to improved diagnosis for T2D.
KW  - epigenetics
KW  - DNA methylation
KW  - RNAseq
KW  - fatty liver
KW  - type 2 diabetes
KW  - HAMP
Y1  - 2021
ER  - 
TY  - THES
A1  - Prada, Marcela
T1  - Fatty acid biomarkers of intake and metabolism and their association with type 2 diabetes
N2  - Background: The role of fatty acid (FA) intake and metabolism in type 2 diabetes (T2D) incidence is controversial. Some FAs are not synthesised endogenously and, therefore, these circulating FAs reflect dietary intake, for example, the trans fatty acids (TFAs), saturated odd chain fatty acids (OCFAs), and linoleic acid, an n-6 polyunsaturated fatty acids (PUFA).  It remains unclear if intake of TFA influence T2D risk and whether industrial TFAs (iTFAs) and ruminant TFAs (rTFAs) exert the same effect. Unlike even chain saturated FAs, the OCFAs have been inversely associated with T2D risk, but this association is poorly understood. Furthermore, the associations of n-6 PUFAs intake with T2D risk are still debated, while delta-5 desaturase (D5D), a key enzyme in the metabolism of PUFAs, has been consistently related to T2D risk. To better understand these relationships, the FA composition in circulating lipid fractions can be used as biomarkers of dietary intake and metabolism. The exploration of TFAs subtypes in plasma phospholipids and OCFAs and n-6 PUFAs within a wide range of lipid classes may give insights into the pathophysiology of T2D.
Aim: This thesis aimed mainly to analyse the association of TFAs, OCFAs and n-6 PUFAs with self-reported dietary intake and prospective T2D risk, using seven types of TFAs in plasma phospholipids and deep lipidomics profiling data from fifteen lipid classes.
Methods: A prospective case-cohort study was designed within the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC)-Potsdam study, including all the participants who developed T2D (median follow-up 6.5 years) and a random subsample of the full cohort (subcohort: n=1248; T2D cases: n=820). The main analyses included two lipid profiles. The first was an assessment of seven TFA in plasma phospholipids, with a modified method for analysis of FA with very low abundances. The second lipid profile was derived from a high-throughout lipid profiling technology, which identified 940 distinct molecular species and allowed to quantify OCFAs and PUFAs composition across 15 lipid classes. Delta-5 desaturase (D5D) activity was estimated as 20:4/20:3-ratio. Using multivariable Cox regression models, we examined the associations of TFA subtypes with incident T2D and class-specific associations of OCFA and n-6 PUFAs with T2D risk.
Results: 16:1n-7t, 18:1n-7t, and c9t11-CLA were positively correlated with the intake of fat-rich dairy foods. iTFA 18:1 isomers were positively correlated with margarine. After adjustment for confounders and other TFAs, higher plasma phospholipid concentrations of two rTFAs were associated with a lower incidence of T2D: 18:1n-7t and t10c12-CLA. In contrast, the rTFA c9t11-CLA was associated with a higher incidence of T2D. rTFA 16:1n-7t and iTFAs (18:1n-6t, 18:1n-9t, 18:2n-6,9t) were not statistically significantly associated with T2D risk. 
We observed heterogeneous integration of OCFA in different lipid classes, and the contribution of 15:0 versus 17:0 to the total OCFA abundance differed across lipid classes. Consumption of fat-rich dairy and fiber-rich foods were positively and red meat inversely correlated to OCFA abundance in plasma phospholipid classes. In women only, higher abundances of 15:0 in phosphatidylcholines (PC) and diacylglycerols (DG), and 17:0 in PC, lysophosphatidylcholines (LPC), and cholesterol esters (CE) were inversely associated with T2D risk. In men and women, a higher abundance of 15:0 in monoacylglycerols (MG) was also inversely associated with T2D. Conversely, a higher 15:0 concentration in LPC and triacylglycerols (TG) was associated with higher T2D risk in men. Women with a higher concentration of 17:0 as free fatty acids (FFA) also had higher T2D incidence.
The integration of n-6 PUFAs in lipid classes was also heterogeneous. 18:2 was highly abundant in phospholipids (particularly PC), CE, and TG; 20:3 represented a small fraction of FA in most lipid classes, and 20:4 accounted for a large proportion of circulating phosphatidylinositol (PI) and phosphatidylethanolamines (PE). Higher concentrations of 18:2 were inversely associated with T2D risk, especially within DG, TG, and LPC. However, 18:2 as part of MG was positively associated with T2D risk. Higher concentrations of 20:3 in phospholipids (PC, PE, PI), FFA, CE, and MG were linked to higher T2D incidence. 20:4 was unrelated to risk in most lipid classes, except positive associations were observed for 20:4 enriched in FFA and PE. The estimated D5D activities in PC, PE, PI, LPC, and CE were inversely associated with T2D and explained variance of estimated D5D activity by genomic variation in the FADS locus was only substantial in those lipid classes.
Conclusion: The TFAs' conformation is essential in their relationship to diabetes risk, as indicated by plasma rTFA subtypes concentrations having opposite directions of associations with diabetes risk. Plasma OCFA concentration is linked to T2D risk in a lipid class and sex-specific manner. Plasma n-6 PUFA concentrations are associated differently with T2D incidence depending on the specific FA and the lipid class. Overall, these results highlight the complexity of circulating FAs and their heterogeneous association with T2D risk depending on the specific FA structure, lipid class, and sex. My results extend the evidence of the relationship between diet, lipid metabolism, and subsequent T2D risk. In addition, my work generated several potential new biomarkers of dietary intake and prospective T2D risk.
N2  - Die Rolle der Fettsäureaufnahme und des Fettsäurestoffwechsels bei der Prävention von Typ-2-Diabetes (T2D) ist nach wie vor umstritten. Die Fettsäure (FS)-Zusammensetzung in den Blutfettfraktionen kann als Biomarker für die Nahrungsaufnahme und den Stoffwechsel verwendet werden, um die Beziehung zwischen den FS und dem T2D-Risiko besser zu verstehen. Das Hauptziel dieser Arbeit war es, den Zusammenhang zwischen zirkulierenden trans-FS (TFS), ungeradkettigen gesättigten FS (UGFS) und n-6 poly ungesättigte FS (PUFS), die in verschiedenen Lipidklassen angereichert sind, mit dem T2D-Risiko zu untersuchen.
Mit einer eingebetten Fall-Kohorten-Studie, die im Rahmen der prospektiven EPIC-Potsdam-Studie konzipiert wurde, untersuchte diese Arbeit zwei Lipidprofile im Hinblick auf das T2D-Risiko: (1) Sieben TFS-Subtypen in Plasma-Phospholipiden und (2) die Zusammensetzung von UGFS und PUFA in 15 Plasma-Lipidklassen. Die Aktivität der Delta-5-Desaturase (D5D) wurde als 20:4/20:3-Verhältnis geschätzt. Assoziationen mit dem Auftreten von T2D wurden mit multivariablen Cox-Regressionsmodellen untersucht.
Von den üblicherweise aus Milchprodukten stammenden TFS waren 18:1n-7t und t10c12-CLA mit einer geringeren T2D-Inzidenz, c9t11-CLA mit einer höheren Inzidenz und 16:1n-7t nicht mit dem T2D-Risiko assoziiert. TFS aus industriellen Quellen (18:1n-6t, 18:1n-9t, 18:2n-6t) zeigten keinen statistisch signifikanten Zusammenhang mit dem T2D-Risiko. Die UGFS-Konzentration im Plasma war mit dem T2D-Risiko auf lipidklassen- und geschlechtsspezifische Weise assoziiert, wobei bei Frauen stärkere inverse Zusammenhänge für 15:0 in Monoacylglycerinen (MG), Phosphatidylcholinen (PC) und Diacylglycerinen (DG) sowie für 17:0 in PC, Lysophosphatidylcholinen (LPC) und Cholesterinestern (CE) beobachtet wurden. Höhere Konzentrationen von 18:2 waren in DG, TG und LPC invers mit dem T2D-Risiko assoziiert, während MG(18:2) positiv mit dem T2D-Risiko assoziiert war. Höhere Konzentrationen von 20:3 in Phospholipiden (PC, PE, Phosphatidylinositole (PI)), Fettsäuren (FFS), CE und MG waren mit einer höheren T2D-Inzidenz verbunden. 20:4 stand in den meisten Lipidklassen in keinem statistisch singifikanten Zusammenhang mit dem Risiko, außer bei in FFS und PE angereichertem 20:4, das positiv assoziiert war. Die geschätzten D5D-Aktivitäten in PC, PE, PI, LPC und CE waren invers mit dem T2D-Risiko assoziiert.
Zusammenfassend ist die Konformation der TFS für ihren Zusammenhang mit dem Diabetesrisiko entscheidend. Die Assoziationen der UGFS-Plasma-Konzentrationen mit dem T2D-Risiko zeigten lipidklassen- und geschlechtsspezifische Unterschiede. Die Plasma-Konzentrationen der n-6-PUFA waren je nach spezifischer FA und Lipidklasse unterschiedlich mit der T2D-Inzidenz assoziiert. Insgesamt unterstreichen diese Ergebnisse die Komplexität der zirkulierenden FAs und ihren heterogenen Zusammenhang mit dem T2D-Risiko in Abhängigkeit der spezifischen FA-Struktur, der Lipidklasse und des Geschlechtes.
KW  - fatty acids
KW  - lipidomics
KW  - type 2 diabetes
KW  - trans fatty acids
KW  - odd chain fatty acids
KW  - polyunsaturated fatty acids
KW  - Fettsäuren
KW  - Lipidomics
KW  - Typ-2-Diabetes
KW  - Biomarker
KW  - Lipidstoffwechsel
KW  - Trans-Fettsäuren
KW  - ungeradkettige Fettsäuren
KW  - poly ungesättigte Fettsäuren
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-581598
ER  - 
TY  - THES
A1  - Polemiti, Elli
T1  - Identifying risk of microvascular and macrovascular complications of type 2 diabetes
T1  - Identifizierung des Risikos mikrovaskulärer und makrovaskulärer Komplikationen bei Typ-2-Diabetes
BT  - findings from the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition-Potsdam Study
BT  - Ergebnisse der europäischen prospektiven Krebsforschung und Ernährungs-Potsdamer Studie
N2  - Diabetes is hallmarked by high blood glucose levels, which cause progressive generalised vascular damage, leading to microvascular and macrovascular complications. Diabetes-related complications cause severe and prolonged morbidity and are a major cause of mortality among people with diabetes. Despite increasing attention to risk factors of type 2 diabetes, existing evidence is scarce or inconclusive regarding vascular complications and research investigating both micro- and macrovascular complications is lacking. This thesis aims to contribute to current knowledge by identifying risk factors – mainly related to lifestyle – of vascular complications, addressing methodological limitations of previous literature and providing comparative data between micro- and macrovascular complications.
To address this overall aim, three specific objectives were set. The first was to investigate the effects of diabetes complication burden and lifestyle-related risk factors on the incidence of (further) complications. Studies suggest that diabetes complications are interrelated. However, they have been studied mainly independently of individuals’ complication burden. A five-state time-to-event model was constructed to examine the longitudinal patterns of micro- (kidney disease, neuropathy and retinopathy) and macrovascular complications (myocardial infarction and stroke) and their association with the occurrence of subsequent complications. Applying the same model, the effect of modifiable lifestyle factors, assessed alone and in combination with complication load, on the incidence of diabetes complications was studied. The selected lifestyle factors were body mass index (BMI), waist circumference, smoking status, physical activity, and intake of coffee, red meat, whole grains, and alcohol. Analyses were conducted in a cohort of 1199 participants with incident type 2 diabetes from the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC)-Potsdam, who were free of vascular complications at diabetes diagnosis. During a median follow-up time of 11.6 years, 96 cases of macrovascular complications (myocardial infarction and stroke) and 383 microvascular complications (kidney disease, neuropathy and retinopathy) were identified. In multivariable-adjusted models, the occurrence of a microvascular complication was associated with a higher incidence of further micro- (Hazard ratio [HR] 1.90; 95% Confidence interval [CI] 0.90, 3.98) and macrovascular complications (HR 4.72; 95% CI 1.25, 17.68), compared with persons without a complication burden. In addition, participants who developed a macrovascular event had a twofold higher risk of future microvascular complications (HR 2.26; 95% CI 1.05, 4.86). The models were adjusted for age, sex, state duration, education, lifestyle, glucose-lowering medication, and pre-existing conditions of hypertension and dyslipidaemia. Smoking was positively associated with macrovascular disease, while an inverse association was observed with higher coffee intake. Whole grain and alcohol intake were inversely associated with microvascular complications, and a U-shaped association was observed for red meat intake. BMI and waist circumference were positively associated with microvascular events. The associations between lifestyle factors and incidence of complications were not modified by concurrent complication burden, except for red meat intake and smoking status, where the associations were attenuated among individuals with a previous complication.
The second objective was to perform an in-depth investigation of the association between BMI and BMI change and risk of micro- and macrovascular complications. There is an ongoing debate on the association between obesity and risk of macrovascular and microvascular outcomes in type 2 diabetes, with studies suggesting a protective effect among people with overweight or obesity. These findings, however, might be limited due to suboptimal control for smoking, pre-existing chronic disease, or short-follow-up. After additional exclusion of persons with cancer history at diabetes onset, the associations between pre-diagnosis BMI and relative annual change between pre- and post-diagnosis BMI and incidence of complications were evaluated in multivariable-adjusted Cox models. The analyses were adjusted for age, sex, education, smoking status and duration, physical activity, alcohol consumption, adherence to the Mediterranean diet, and family history of diabetes and cardiovascular disease (CVD). Among 1083 EPIC-Potsdam participants, 85 macrovascular and 347 microvascular complications were identified during a median follow-up period of 10.8 years. Higher pre-diagnosis BMI was associated with an increased risk of total microvascular complications (HR per 5 kg/m2 1.21; 95% CI 1.07, 1.36), kidney disease (HR 1.39; 95% CI 1.21, 1.60) and neuropathy (HR 1.12; 95% CI 0.96, 1.31); but no association was observed for macrovascular complications (HR 1.05; 95% CI 0.81, 1.36). Effect modification was not evident by sex, smoking status, or age groups. In analyses according to BMI change categories, BMI loss of more than 1% indicated a decreased risk of total microvascular complications (HR 0.62; 95% CI 0.47, 0.80), kidney disease (HR 0.57; 95% CI 0.40, 0.81) and neuropathy (HR 0.73; 95% CI 0.52, 1.03), compared with participants with a stable BMI. No clear association was observed for macrovascular complications (HR 1.04; 95% CI 0.62, 1.74). The impact of BMI gain on diabetes-related vascular disease was less evident. Associations were consistent across strata of age, sex, pre-diagnosis BMI, or medication but appeared stronger among never-smokers than current or former smokers.
The last objective was to evaluate whether individuals with a high-risk profile for diabetes and cardiovascular disease (CVD) also have a greater risk of complications. Within the EPIC-Potsdam study, two accurate prognostic tools were developed, the German Diabetes Risk Score (GDRS) and the CVD Risk Score (CVDRS), which predict the 5-year type 2 diabetes risk and 10-year CVD risk, respectively. Both scores provide a non-clinical and clinical version. Components of the risk scores include age, sex, waist circumference, prevalence of hypertension, family history of diabetes or CVD, lifestyle factors, and clinical factors (only in clinical versions). The association of the risk scores with diabetes complications and their discriminatory performance for complications were assessed. In crude Cox models, both versions of GDRS and CVDRS were positively associated with macrovascular complications and total microvascular complications, kidney disease and neuropathy. Higher GDRS was also associated with an elevated risk of retinopathy. The discrimination of the scores (clinical and non-clinical) was poor for all complications, with the C-index ranging from 0.58 to 0.66 for macrovascular complications and from 0.60 to 0.62 for microvascular complications.
In conclusion, this work illustrates that the risk of complication development among individuals with type 2 diabetes is related to the existing complication load, and attention should be given to regular monitoring for future complications. It underlines the importance of weight management and adherence to healthy lifestyle behaviours, including high intake of whole grains, moderation in red meat and alcohol consumption and avoidance of smoking to prevent major diabetes-associated complications, regardless of complication burden. Risk scores predictive for type 2 diabetes and CVD were related to elevated risks of complications. By optimising several lifestyle and clinical factors, the risk score can be improved and may assist in lowering complication risk.
N2  - Diabetes ist durch einen hohen Blutzuckerspiegel gekennzeichnet, der eine fortschreitende allgemeine Gefäßschädigung verursacht, die zu mikro- und makrovaskulären Komplikationen führt. Diabetesbedingte Komplikationen verursachen eine schwere und langanhaltende Morbidität und sind eine der Hauptursachen für die Mortalität von Menschen mit Diabetes. Trotz der zunehmenden Aufmerksamkeit der Erforschung der Risikofaktoren des Typ-2-Diabetes, ist die vorhandene Studienlage in Bezug auf vaskuläre Komplikationen nicht ein-deutig und nicht ausreichend. Diese Arbeit soll zum aktuellen Wissensstand beitragen, indem sie Risikofaktoren – hauptsächlich lebensstilbedingte Faktoren – für vaskuläre Komplikationen identifiziert, methodische Schwächen bisheriger Studien adressiert und vergleichende Daten zwischen mikro- und makrovaskulären Komplikationen liefert.
Um dieses übergeordnete Ziel zu erreichen, wurden drei spezifische Ziele gesetzt. Das erste war die Untersuchung des Einflusses der Diabetes-Komplikationslast und lebensstilbezogener Risikofaktoren auf das Auftreten weiterer Komplikationen. Studien legen nahe, dass Diabeteskomplikationen in Wechselbeziehung zueinanderstehen. Allerdings wurden sie bisher hauptsächlich unabhängig von der individuellen Komplikationslast untersucht. Es wurde daher ein fünfstufiges Time-to-Event-Modell konstruiert, um die longitudinalen Muster von mikro- und makrovaskulären Komplikationen und deren Zusammenhang mit dem Auftreten von Folgekomplikationen zu untersuchen. Unter Anwendung desselben Modells wurde die Auswirkung modifizierbarer Lebensstilfaktoren, die allein und in Kombination mit der Komplikationslast untersucht wurden, auf das Auftreten von Diabeteskomplikatio-nen untersucht. Die ausgewählten Risikofaktoren waren der Body-Mass-Index (BMI), der Taillenumfang, der Raucherstatus, die körperliche Aktivität und der Konsum von Kaffee, rotem Fleisch, Vollkornprodukten und Alkohol. Die Analysen wurden in einer Kohorte von 1199 Teilnehmern mit neu diagnostiziertem Typ-2-Diabetes aus der European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC)-Potsdam durchgeführt, die zum Zeitpunkt der Diabetesdiagnose frei von vaskulären Komplikationen waren. Während einer Nachbeobachtungszeit von 11,6 Jahren wurden 96 Fälle mit makrovaskulären Komplikati-onen (Myokardinfarkt und Schlaganfall) und 383 Fälle mit mikrovaskulären Komplikationen (Nierenerkrankungen, Neuropathie und Retinopathie) identifiziert.
Das Auftreten einer mikrovaskulären Komplikation war mit einer höheren Inzidenz weiterer mikrovaskulärer Ereignisse (Hazard Ratio [HR] 1,90; 95% Konfidenzintervall [CI] 0,90, 3,98) und makrovaskulärer Komplikationen (HR 4,72; 95% CI 1,25, 17,68) assoziiert, verglichen mit Personen ohne Komplikationen. Darüber hinaus hatten Teilnehmende, die ein makrovaskuläres Ereignis entwickelten, ein doppelt so hohes Risiko für mikrovaskuläre Komplikationen (HR 2,26; 95% CI 1,05, 4,86). Die Modelle wurden für Alter, Geschlecht, Komplikationsdauer, Bildung, Lebensstil, glukosesenkende Medikamente und Vorerkrankungen wie Bluthochdruck und Dyslipidämie adjustiert. Rauchen war posi-tiv mit makrovaskulären Erkrankungen assoziiert, während eine inverse Assoziation für einen höheren Kaffeekonsum beobachtet wurde. Vollkorn- und Alkoholkonsum waren invers mit mikrovaskulären Komplikationen assoziiert, und eine U-förmige Assoziation wurde für den Konsum von rotem Fleisch beobachtet. BMI und Taillenumfang waren positiv mit mikrovaskulären Ereignissen assoziiert. Die Zusammenhänge zwischen Lebensstilfaktoren und Komplikationen wurden durch gleichzeitige Komplikationsbelastung nicht verändert, mit Ausnahme für den Verzehr von rotem Fleisch und dem Raucherstatus, dort waren die Assoziationen bei Personen mit Komplikationen abgeschwächt.
Das zweite Ziel war die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen BMI und BMI-Änderung und dem Risiko für mikro- und makrovaskuläre Komplikationen. Es gibt eine anhaltende Debatte über den Zusammenhang zwischen Adipositas und dem Risiko für makrovaskuläre und mikrovaskuläre Folgeerkrankungen bei Typ-2-Diabetes, bei der einige Studien einen protektiven Zusammenhang bei Menschen mit Übergewicht oder Adipositas nahelegen. Diese Ergebnisse könnten auf methodische Schwächen zurückzuführen sein, einschließlich einer suboptimalen Adjustierung für Rauchen, bestehende chronische Erkrankungen und eine kurze Nachbeobachtungszeit. Nach zusätzlichem Ausschluss von Personen mit einer bestehenden Krebserkrankung zu Diabetesbeginn, wurden die Zusam-menhänge zwischen BMI vor der Diagnose und die relative jährliche Veränderung zwischen BMI vor und nach der Diagnose hinsichtlich der Inzidenz von Komplikationen in Cox-Modellen ausgewertet. Die Analysen wurden für Alter, Geschlecht, Bildung, Raucherstatus und -dauer, körperliche Aktivität, Alkoholkonsum, Einhaltung der mediterranen Ernährung und Familienanamnese von Diabetes und kardiovaskulären Erkrankungen (CVD) adjustiert. Unter den 1083 Teilnehmern wurden 85 makrovaskuläre und 347 mikrovaskuläre Komplikationen während einer Nachbeobachtungszeit von 10,8 Jahren identifiziert. Ein höherer BMI vor der Diagnose war mit einem erhöhten Risiko für mikrovaskuläre Komplikationen insgesamt (HR pro 5 kg/m2 1,21; 95% CI 1,07, 1,36), Nierenerkrankungen (HR 1,39; 95% CI 1,21, 1,60) und Neuropathie (HR 1,12; 95% CI 0,96, 1,31) assozi-iert; für makrovaskuläre Komplikationen wurde jedoch kein Zusammenhang beobachtet (HR 1,05; 95% CI 0,81, 1,36). Analysen nach BMI-Kategorien bestätigten diese Ergebnisse. Es gab keine Hinweise für Effektmodifikation mit Geschlecht, Raucherstatus oder Alter. In den Analysen für BMI-Änderung zeigte sich, dass eine BMI-Abnahme von mehr als 1 % mit einem verringerten Risiko für mikrovaskuläre Komplikationen (HR 0,62; 95% CI 0,47, 0,80), Nierenerkrankungen (HR 0,57; 95% CI 0,40, 0,81) und Neuropathie (HR 0,73; 95% CI 0,52, 1,03) verbunden war, verglichen mit Teilnehmern mit einem stabilen BMI. Für makrovaskuläre Komplikationen wurde kein eindeutiger Zusammenhang beobachtet (HR 1,04; 95% CI 0,62, 1,74). Die Assoziationen waren in den Strata nach Alter, Ge-schlecht, BMI vor der Diagnose oder Medikation hinweg konsistent, schienen aber bei lebenslangen Nichtrauchern stärker zu sein als bei Rauchern oder ehemaligen Rauchern.
Das letzte Ziel war es zu untersuchen, ob Personen mit einem Hochrisikoprofil für Di-abetes und CVD auch ein höheres Risiko für Komplikationen haben. Im Rahmen der EPIC-Potsdam-Studie wurden zwei präzise Prognoseinstrumente entwickelt, der German Diabetes Risk Score (GDRS) und der CVD Risk Score (CVDRS), die das 5-Jahres-Risiko für Typ-2-Diabetes bzw. das 10-Jahres-Risiko für CVD vorhersagen. Beide Scores sind als nicht-klinische und klinische Version verfügbar. Zu den Komponenten der Risikoscores gehören Alter, Geschlecht, Taillenumfang, Prävalenz von Bluthochdruck, familiäre Krankheitsvorgeschichte (Diabetes oder CVD), modifizierbare Lebensstilfaktoren und klinische Parameter (nur in den klinischen Versionen). Die Assoziation der Risikoscores mit Diabeteskomplikationen und ihre Diskriminierungsfähigkeit für Komplikationen wurden bewertet. In unadjustierten Cox-Modellen waren beide Versionen (GDRS und CVDRS) positiv mit makrovaskulären Komplikationen und insgesamt mit mikrovaskulären Komplikatio-nen, Nierenerkrankungen und Neuropathie in Personen mit Typ-2-Diabetes assoziiert. Ein höherer GDRS war auch mit einem erhöhten Risiko für eine Retinopathie assoziiert. Die Diskriminierung der Scores (klinisch und nicht-klinisch) war für alle Komplikationen gering, wobei der C-Index für makrovaskuläre Komplikationen von 0,58 bis 0,66 und für mikrovaskuläre Komplikationen von 0,60 bis 0,62 reichte.
Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass das Risiko für die Entwicklung von Komplikati-onen bei Personen mit Typ-2-Diabetes mit der bestehenden Komplikationslast zusammenhängt und dass eine regelmäßige Überwachung von zukünftigen Komplikationen wichtig ist. Sie unterstreicht die Bedeutung des Gewichtsmanagements und der Einhaltung gesunder Lebensgewohnheiten, einschließlich eines hohen Verzehrs von Vollkornprodukten, eines moderaten Konsums von rotem Fleisch und Alkohol, sowie des Verzichts auf das Rauchen, um schwere diabetesassoziierte Komplikationen, unabhängig von der Komplikationslast, zu verhindern. Die Risiko-Scores für Typ-2-Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen waren mit einem erhöhten Komplikations-Risiko assoziiert. Durch die Optimierung des Lebens-stils und der klinischen Faktoren kann der Risikoscore verbessert werden, was das Auftreten von diabetesassoziierten Komplikationen verringern könnte.
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KW  - Body-Mass-Index
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KW  - Alkoholkonsum
KW  - Kaffee
KW  - Diät
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KW  - Vollkorn
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-571038
ER  - 
TY  - THES
A1  - Markova, Mariya
T1  - Metabolic and molecular effects of two different isocaloric  high protein diets in subjects with type 2 diabetes
T1  - Metabolische und molekulare Effekte zweier isokalorischer Hochproteindiäten unterschiedlicher Herkunft bei Probanden mit Typ-2-Diabetes
N2  - Ernährung stellt ein wichtiger Faktor in der Prävention und Therapie von Typ-2-Diabetes dar. Frühere Studien haben gezeigt, dass Hochproteindiäten sowohl positive als auch negative Effekte auf den Metabolismus hervorrufen. Jedoch ist unklar, ob die Herkunft des Proteins dabei eine Rolle spielt. In der LeguAN-Studie wurden die Effekte von zwei unterschiedlichen Hochproteindiäten, entweder tierischer oder pflanzlicher Herkunft, bei Typ-2-Diabetes Patienten untersucht. Beide Diäten enthielten 30 EN% Proteine, 40 EN% Kohlenhydrate und 30 EN% Fette. Der Anteil an Ballaststoffen, der glykämischer Index und die Fettkomposition waren in beiden Diäten ähnlich. Die Proteinaufnahme war höher, während die Fettaufnahme niedriger im Vergleich zu den früheren Ernährungsgewohnheiten der Probanden war. Insgesamt führten beide Diätinterventionen zu einer Verbesserung der glykämischen Kontrolle, der Insulinsensitivität, des Leberfettgehalts und kardiovaskulärer Risikomarkern ohne wesentliche Unterschiede zwischen den Proteintypen.
In beiden Interventionsgruppen wurden die nüchternen Glukosewerte zusammen mit Indizes von Insulinresistenz in einem unterschiedlichen Ausmaß, jedoch ohne signifikante Unterschiede zwischen beiden Diäten verbessert. Die Reduktion von HbA1c war ausgeprägter in der pflanzlichen Gruppe, während sich die Insulinsensitivität mehr in der tierischen Gruppe erhöhte. Die Hochproteindiäten hatten nur einen geringfügigen Einfluss auf den postprandialen Metabolismus. Dies zeigte sich durch eine leichte Verbesserung der Indizes für Insulinsekretion, -sensitivität und –degradation sowie der Werte der freien Fettsäuren. Mit Ausnahme des Einflusses auf die GIP-Sekretion riefen die tierische und die  pflanzliche Testmahlzeit ähnliche metabolische und hormonelle Antworten, trotz unterschiedlicher Aminosäurenzusammensetzung.
Die tierische Hochproteindiät führte zu einer selektiven Zunahme der fettfreien Masse und Abnahme der Fettmasse, was nicht signifikant unterschiedlich von der pflanzlichen Gruppe war. Darüber hinaus reduzierten die Hochproteindiäten den Leberfettgehalt um durchschnittlich 42%. Die Reduktion des Leberfettgehaltes ging mit einer Verminderung der Lipogenese, der Lipolyse und des freien Fettsäure Flux einher. Beide Interventionen induzierten einen moderaten Abfall von Leberenzymen im Blut. Die Reduktion des Leberfetts war mit einer verbesserten Glukosehomöostase und Insulinsensitivität assoziiert.
Blutlipide sanken in allen Probanden, was eventuell auf die niedrigere Fettaufnahme zurückzuführen war. Weiterhin waren die Spiegel an Harnsäure und Inflammationsmarkern erniedrigt unabhängig von der Proteinquelle. Die Werte des systolischen und diastolischen Blutdrucks sanken nur in der pflanzlichen Gruppe, was auf eine potentielle Rolle von Arginin hinweist.
Es wurden keine Hinweise auf eine beeinträchtigte Nierenfunktion durch die 6-wöchige Hochproteindiäten beobachtet unabhängig von der Herkunft der Proteine. Serumkreatinin war nur in der pflanzlichen Gruppe signifikant reduziert, was eventuell an dem geringen Kreatingehalt der pflanzlichen Nahrungsmittel liegen könnte. Jedoch sind längere Studien nötig, um die Sicherheit von Hochproteindiäten vollkommen aufklären zu können.
Des Weiteren verursachte keine der Diäten eine Induktion des mTOR Signalwegs weder im Fettgewebe noch in Blutzellen. Die Verbesserung der Ganzkörper-Insulinsensitivität deutete auch auf keine Aktivierung von mTOR und keine Verschlechterung der Insulinsensitivität im Skeletmuskel hin.
Ein nennenswerter Befund war die erhebliche Reduktion von FGF21, einem wichtigen Regulator metabolischer Prozesse, um ungefähr 50% bei beiden Proteinarten. Ob hepatischer ER-Stress, Ammoniumniveau oder die Makronährstoffpräferenz hinter dem paradoxen Ergebnis stehen, sollte weiter im Detail untersucht werden. 
Entgegen der anfänglichen Erwartung und der bisherigen Studienlage zeigte die pflanzlich-betonte Hochproteindiät keine klaren Vorteile gegenüber der tierischen Diät. Der ausgeprägte günstige Effekt des tierischen Proteins auf Insulinhomöostase trotz des hohen BCAA-Gehaltes war sicherlich unerwartet und deutet darauf hin, dass bei dem längeren Verzehr andere komplexe metabolische Adaptationen stattfinden. Einen weiteren Aspekt stellt der niedrigere Fettverzehr dar, der eventuell auch zu den Verbesserungen in beiden Gruppen beigetragen hat.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine 6-wöchige Diät mit 30 EN% Proteinen (entweder pflanzlich oder tierisch), 40 EN% Kohlenhydraten und 30 EN% Fetten mit weniger gesättigten Fetten zu metabolischen Verbesserungen bei Typ-2-Diabetes Patienten unabhängig von Proteinherkunft führt.
N2  - Dietary approaches contribute to the prevention and treatment of type 2 diabetes. High protein diets were shown to exert beneficial as well as adverse effects on metabolism. However, it is unclear whether the protein origin plays a role in these effects. The LeguAN study investigated in detail the effects of two high protein diets, either from plant or animal origin, in type 2 diabetic patients. Both diets contained 30 EN% protein, 40 EN% carbohydrates, and 30 EN% fat. Fiber content, glycemic index, and composition of dietary fats were similar in both diets. In comparison to previous dietary habits, the fat content was exchanged for protein, while the carbohydrate intake was not modified. Overall, both high protein diets led to improvements of glycemic control, insulin sensitivity, liver fat, and cardiovascular risk markers without remarkable differences between the protein types.
Fasting glucose together with indices of insulin resistance were ameliorated by both interventions to varying extents but without significant differences between protein types. The decline of HbA1c was more pronounced in the plant protein group, whereby the improvement of insulin sensitivity in the animal protein group. The high protein intake had only slight influence on postprandial metabolism seen for free fatty acids and indices of insulin secretion, sensitivity and degradation. Except for GIP release, ingestion of animal and plant meals did not provoke differential metabolic and hormonal responses despite diverse circulating amino acid levels.
The animal protein diets led to a selective increase of fat-free mass and decrease of total fat mass, which was not significantly different from the plant protein diet. Moreover, the high protein diets potently decreased liver fat content by 42% on average which was linked to significantly diminished lipogenesis, free fatty acids flux and lipolysis in adipose tissue. Moderate decline of circulating liver enzymes was induced by both interventions. The liver fat reduction was associated with improved glucose homeostasis and insulin sensitivity which underlines the protective effect of the diets. 
Blood lipid profile improved in all subjects and was probably related to the lower fat intake. Reductions in uric acid and markers of inflammation further argued for metabolic benefits of both high protein diets. Systolic and diastolic blood pressure declined only in the PP group pointing a possible role of arginine.
Kidney function was not altered by high protein consumption over 6 weeks. The rapid decrease of serum creatinine in the PP group was noteworthy and should be further investigated. Protein type did not seem to play a role but long-term studies are warranted to fully elucidate safety of high protein regimen.
Varying the source of dietary proteins did not affect the mTOR pathway in adipose tissue and blood cells under neither acute nor chronic settings. Enhancement of whole-body insulin sensitivity suggested also no alteration of mTOR and no impairment of insulin sensitivity in skeletal muscle.
A remarkable outcome was the extensive reduction of FGF21, critical regulator of metabolic processes, by approximately 50% independently of protein type. Whether hepatic ER-stress, ammonia flux or rather macronutrient preferences is behind this paradoxical finding remains to be investigated in detail.
Unlike initial expectations and previous reports plant protein based diet had no clear advantage over animal proteins. The pronounced beneficial effect of animal protein on insulin homeostasis despite high BCAA and methionine intake was certainly unexpected assuming more complex metabolic adaptations occurring upon prolonged consumption. In addition, the reduced fat intake may have also contributed to the overall improvements in both groups.
Taking into account the above observed study results, a short-term diet containing 30 EN% protein (either from plant or animal origin), 40 EN% carbohydrates, and 30 EN% fat with lower SFA amount leads to metabolic improvements in diabetic patients, regardless of protein source.
KW  - type 2 diabetes
KW  - nutrition
KW  - protein
KW  - Typ-2-Diabetes
KW  - Ernährung
KW  - high protein diet
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-394310
ER  - 
TY  - THES
A1  - Guzman-Perez, Valentina
T1  - Effect of benzylglucosinolate on signaling pathways associated with type 2 diabetes prevention
T1  - Wirkung von benzylglucosinolate auf Signalwege mit Type 2 diabetes Prävention zugeordnet
N2  - Type 2 diabetes (T2D) is a health problem throughout the world. In 2010, there were nearly 230 million individuals with diabetes worldwide and it is estimated that in the economically advanced countries the cases will increase about 50% in the next twenty years. Insulin resistance is one of major features in T2D, which is also a risk factor for metabolic and cardiovascular complications. Epidemiological and animal studies have shown that the consumption of vegetables and fruits can delay or prevent the development of the disease, although the underlying mechanisms of these effects are still unclear. Brassica species such as broccoli (Brassica oleracea var. italica) and nasturtium (Tropaeolum majus) possess high content of bioactive phytochemicals, e.g. nitrogen sulfur compounds (glucosinolates and isothiocyanates) and polyphenols largely associated with the prevention of cancer. Isothiocyanates (ITCs) display their anti-carcinogenic potential by inducing detoxicating phase II enzymes and increasing glutathione (GSH) levels in tissues. In T2D diabetes an increase in gluconeogenesis and triglyceride synthesis, and a reduction in fatty acid oxidation accompanied by the presence of reactive oxygen species (ROS) are observed; altogether is the result of an inappropriate response to insulin. Forkhead box O (FOXO) transcription factors play a crucial role in the regulation of insulin effects on gene expression and metabolism, and alterations in FOXO function could contribute to metabolic disorders in diabetes. In this study using stably transfected human osteosarcoma cells (U-2 OS) with constitutive expression of FOXO1 protein labeled with GFP (green fluorescent protein) and human hepatoma cells HepG2 cell cultures, the ability of benzylisothiocyanate (BITC) deriving from benzylglucosinolate, extracted from nasturtium to modulate, i) the insulin-signaling pathway, ii) the intracellular localization of FOXO1 and iii) the expression of proteins involved in glucose metabolism, ROS detoxification, cell cycle arrest and DNA repair was evaluated. BITC promoted oxidative stress and in response to that induced FOXO1 translocation from cytoplasm into the nucleus antagonizing the insulin effect. BITC stimulus was able to down-regulate gluconeogenic enzymes, which can be considered as an anti-diabetic effect; to promote antioxidant resistance expressed by the up-regulation in manganese superoxide dismutase (MnSOD) and detoxification enzymes; to modulate autophagy by induction of BECLIN1 and down-regulation of the mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) pathway; and to promote cell cycle arrest and DNA damage repair by up-regulation of the cyclin-dependent kinase inhibitor (p21CIP) and Growth Arrest / DNA Damage Repair (GADD45). Except for the nuclear factor (erythroid derived)-like2 (NRF2) and its influence in the detoxification enzymes gene expression, all the observed effects were independent from FOXO1, protein kinase B (AKT/PKB) and NAD-dependent deacetylase sirtuin-1 (SIRT1). The current study provides evidence that besides of the anticarcinogenic potential, isothiocyanates might have a role in T2D prevention. BITC stimulus mimics the fasting state, in which insulin signaling is not triggered and FOXO proteins remain in the nucleus modulating gene expression of their target genes, with the advantage of a down-regulation of gluconeogenesis instead of its increase. These effects suggest that BITC might be considered as a promising substance in the prevention or treatment of T2D, therefore the factors behind of its modulatory effects need further investigation.
N2  - Diabetes mellitus Typ 2 stellt auf der ganzen Welt ein Gesundheitsproblem dar. Im Jahr 2010 waren annähernd 230 Millionen Personen weltweit an Diabetes erkrankt und innerhalb der nächsten 20 Jahre wird in industrialisierten Ländern eine Steigerung der Fälle um 50% erwartet. Eines der Hauptmerkmale des Typ 2 Diabetes ist die Insulinresistenz, die auch als Risikofaktor für metabolische und kardio-vaskuläre Komplikationen gilt. Epidemiologische Studien und Tierversuche haben ergeben, dass durch Verzehr von Gemüse und Obst eine Prävention oder Verzögerung der Entwicklung dieser Krankheit erreicht werden kann, jedoch sind die zugrunde liegenden Mechanismen dieser Effekte noch nicht aufgeklärt. Brassica Spezies wie Broccoli (Brassica oleracea var. italica) und Nasturtium (Tropaeolum majus) enthalten einen hohen Anteil an bioaktiven Pflanzen-inhaltsstoffen, wie z. B. stickstoff- und schwefelhaltige Verbindungen (Glukosinolate und Isothiocyanate) und Polyphenole, die bisher hauptsächlich mit der Prävention von Krebs assoziiert wurden. Isothiocyanate (ITCs) erreichen ihr antikanzerogenes Potential durch die Induktion von entgiftenden Phase II Enzymen und eine Anhebung der Glutathion (GSH)-Spiegel im Gewebe. Diabetes Typ2 geht einher mit einem Anstieg der Glukoneogenese und Triglycerid-Synthese, sowie einer Reduktion der Fettsäure-Oxidation in Verbindung mit erhöhten Spiegeln an reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) insgesamt als Resultat einer unangemessenen Insulinantwort. Forkhead box O (FOXO) Transkriptionsfaktoren spielen eine wesentliche Rolle in der Regulation der Insulineffekte in Bezug auf die vermittelte Genexpression und den Metabolismus, wobei Veränderungen in der Funktion von FOXO zu metabolischen Entgleisungen im Diabetes beitragen können. In dieser Studie wurde unter Verwendung von stabil transfizierten humanen Osteosarkoma-Zellen (U-2 OS) mit konstitutiver Expression von GFP (grün fluoreszierendes Protein)-markiertem FOXO1 und humanen Hepatoma-Zellen (HepG2) die Wirkung von Benzylisothiocyanat (BITC), dessen Vorstufe Benzylglukosinolat aus Nasturtium isoliert wurde, in Zellkulturen evaluiert wie Modulationen der i) Insulin-Signal-Kaskade, ii) intrazellulären Lokalisation von FOXO1 und iii) Expression beteiligter Proteine am Glucose Metabolismus, der ROS Detoxifikation, Zellzyklus-Fixierung und DNA-Reparatur. BITC erzeugte oxidativen Stress und induzierte als Antwort darauf eine Translokation von FOXO1 aus dem Zytoplasma in den Zellkern antagonisierend zum Insulin-Effekt. Eine Stimultion mit BITC war in der Lage, die Expression von Enzymen der Gluconeogenese herunter zu regulieren, was als antidiabetogener Effekt betrachtet werden kann, eine antioxidative Resistenz durch Induktion der Mangan-Superoxid-Dismutase (MnSOD) und entgiftender Enzyme zu erzeugen, Autophagie zu modulieren durch Induktion von BECLIN1 und Herunterregulation des „mammalian target of rapamycin complex1 (mTORC1)-Stoffwechselwegs, den Zellzyklus zu fixieren und DNA-Reparatur zu induzieren durch Hochregulation des Cyclin- abhängigen Kinase- Inhibitors p21CIP und GADD45 (growth arrest and DNA damage repair). Mit Ausnahme des nuklearen Faktors (erythroid derived)-like2 (NRF2) und dessen Einfluss auf die Genexpression von Entgiftungsenzymen waren alle beobachteten Effekte unabhängig von FOXO1, Proteinkinase B (PKB/AKT) und der NAD-abhängigen Deacetylase Sirtuin-1 (SIRT1). Die gegenwärtige Studie liefert Anhaltspunkte dafür, dass Isothiocayanate neben dem antikanzerogenen Potential eine Rolle bei der Prävention von Typ 2 Diabetes spielen könnten. BITC-Stimulationen ahmen einen Fastenzustand nach, in dem kein Insulin-Signal ausgelöst wird, FOXO Proteine im Zellkern verbleiben und die Expression von Target-Genen modulieren, mit dem Vorteil einer Herunterregulation der Glukoneogenese anstelle seiner Zunahme. Diese Effekte legen nahe, dass BITC als vielversprechende Substanz zur Prävention und Behandlung von Typ 2 Diabetes angesehen werden könnte. Deshalb benötigen die Faktoren, die dessen modulatorische Effekte hervorrufen, weitere Untersuchungen.
KW  - FOXO1
KW  - Benzylisothiocyanat
KW  - Glukosinolaten
KW  - type 2 diabetes
KW  - Zellkulturen
KW  - FOXO1
KW  - benzylisothiocyanate
KW  - glucosinolates
KW  - type 2 diabetes
KW  - cell cuture
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72351
ER  -