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.
KW  - type 2 diabetes
KW  - microvascular complications
KW  - macrovascular complications
KW  - nephropathy
KW  - neuropathy
KW  - retinopathy
KW  - CVD
KW  - myocardial infarction
KW  - stroke
KW  - lifestyle
KW  - diet
KW  - obesity
KW  - BMI
KW  - weight loss
KW  - risk scores
KW  - coffee
KW  - whole grains
KW  - physical activity
KW  - red meat
KW  - smoking
KW  - alcohol intake
KW  - Body-Mass-Index
KW  - Herzkreislauferkrankungen
KW  - Alkoholkonsum
KW  - Kaffee
KW  - Diät
KW  - Lebensstil
KW  - makrovaskuläre Komplikationen
KW  - mikrovaskuläre Komplikationen
KW  - Herzinfarkt
KW  - Nephropathie
KW  - Neuropathie
KW  - Adipositas
KW  - körperliche Aktivität
KW  - rotes Fleisch
KW  - Retinopathie
KW  - Risikobewertungen
KW  - Rauchen
KW  - Schlaganfall
KW  - Typ 2 Diabetes
KW  - Gewichtsverlust
KW  - Vollkorn
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-571038
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Püschel, Gerhard Paul
A1  - Klauder, Julia
A1  - Henkel-Oberländer, Janin
T1  - Macrophages, Low-Grade Inflammation, Insulin Resistance and Hyperinsulinemia: A Mutual Ambiguous Relationship in the Development of Metabolic Diseases
T2  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - Metabolic derangement with poor glycemic control accompanying overweight and obesity is associated with chronic low-grade inflammation and hyperinsulinemia. Macrophages, which present a very heterogeneous population of cells, play a key role in the maintenance of normal tissue homeostasis, but functional alterations in the resident macrophage pool as well as newly recruited monocyte-derived macrophages are important drivers in the development of low-grade inflammation. While metabolic dysfunction, insulin resistance and tissue damage may trigger or advance pro-inflammatory responses in macrophages, the inflammation itself contributes to the development of insulin resistance and the resulting hyperinsulinemia. Macrophages express insulin receptors whose downstream signaling networks share a number of knots with the signaling pathways of pattern recognition and cytokine receptors, which shape macrophage polarity. The shared knots allow insulin to enhance or attenuate both pro-inflammatory and anti-inflammatory macrophage responses. This supposedly physiological function may be impaired by hyperinsulinemia or insulin resistance in macrophages. This review discusses the mutual ambiguous relationship of low-grade inflammation, insulin resistance, hyperinsulinemia and the insulin-dependent modulation of macrophage activity with a focus on adipose tissue and liver.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1279 
KW  - NAFLD/MAFLD
KW  - type 2 diabetes
KW  - obesity
KW  - vicious cycle
KW  - TLR signaling
KW  - M1/M2 differentiation
KW  - Akt pathway
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-570106
SN  - 1866-8372
IS  - 1279
SP  - 1
EP  - 30
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Püschel, Gerhard
A1  - Klauder, Julia
A1  - Henkel-Oberländer, Janin
T1  - Macrophages, low-grade inflammation, insulin resistance and hyperinsulinemia
BT  - A mutual ambiguous relationship in the development of metabolic diseases
JF  - Journal of Clinical Medicine : open access journal
N2  - Metabolic derangement with poor glycemic control accompanying overweight and obesity is associated with chronic low-grade inflammation and hyperinsulinemia. Macrophages, which present a very heterogeneous population of cells, play a key role in the maintenance of normal tissue homeostasis, but functional alterations in the resident macrophage pool as well as newly recruited monocyte-derived macrophages are important drivers in the development of low-grade inflammation. While metabolic dysfunction, insulin resistance and tissue damage may trigger or advance pro-inflammatory responses in macrophages, the inflammation itself contributes to the development of insulin resistance and the resulting hyperinsulinemia. Macrophages express insulin receptors whose downstream signaling networks share a number of knots with the signaling pathways of pattern recognition and cytokine receptors, which shape macrophage polarity. The shared knots allow insulin to enhance or attenuate both pro-inflammatory and anti-inflammatory macrophage responses. This supposedly physiological function may be impaired by hyperinsulinemia or insulin resistance in macrophages. This review discusses the mutual ambiguous relationship of low-grade inflammation, insulin resistance, hyperinsulinemia and the insulin-dependent modulation of macrophage activity with a focus on adipose tissue and liver.
KW  - NAFLD/MAFLD
KW  - type 2 diabetes
KW  - obesity
KW  - vicious cycle
KW  - TLR signaling
KW  - M1/M2 differentiation
KW  - Akt pathway
Y1  - 2022
U6  - https://doi.org/10.3390/jcm11154358
SN  - 2077-0383
VL  - 11
IS  - 15
SP  - 1
EP  - 30
PB  - MDPI
CY  - Basel, Schweiz
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Aga-Barfknecht, Heja
A1  - Hallahan, Nicole
A1  - Gottmann, Pascal
A1  - Jähnert, Markus
A1  - Osburg, Sophie
A1  - Schulze, Gunnar
A1  - Kamitz, Anne
A1  - Arends, Danny
A1  - Brockmann, Gudrun
A1  - Schallschmidt, Tanja
A1  - Lebek, Sandra
A1  - Chadt, Alexandra
A1  - Al-Hasani, Hadi
A1  - Joost, Hans-Georg
A1  - Schürmann, Annette
A1  - Vogel, Heike
T1  - Identification of novel potential type 2 diabetes genes mediating beta-cell loss and hyperglycemia using positional cloning
JF  - Frontiers in genetics
N2  - Type 2 diabetes (T2D) is a complex metabolic disease regulated by an interaction of genetic predisposition and environmental factors. To understand the genetic contribution in the development of diabetes, mice varying in their disease susceptibility were crossed with the obese and diabetes-prone New Zealand obese (NZO) mouse. Subsequent whole-genome sequence scans revealed one major quantitative trait loci (QTL),Nidd/DBAon chromosome 4, linked to elevated blood glucose and reduced plasma insulin and low levels of pancreatic insulin. Phenotypical characterization of congenic mice carrying 13.6 Mbp of the critical fragment of DBA mice displayed severe hyperglycemia and impaired glucose clearance at week 10, decreased glucose response in week 13, and loss of beta-cells and pancreatic insulin in week 16. To identify the responsible gene variant(s), further congenic mice were generated and phenotyped, which resulted in a fragment of 3.3 Mbp that was sufficient to induce hyperglycemia. By combining transcriptome analysis and haplotype mapping, the number of putative responsible variant(s) was narrowed from initial 284 to 18 genes, including gene models and non-coding RNAs. Consideration of haplotype blocks reduced the number of candidate genes to four (Kti12,Osbpl9,Ttc39a, andCalr4) as potential T2D candidates as they display a differential expression in pancreatic islets and/or sequence variation. In conclusion, the integration of comparative analysis of multiple inbred populations such as haplotype mapping, transcriptomics, and sequence data substantially improved the mapping resolution of the diabetes QTLNidd/DBA. Future studies are necessary to understand the exact role of the different candidates in beta-cell function and their contribution in maintaining glycemic control.
KW  - type 2 diabetes
KW  - beta-cell loss
KW  - insulin
KW  - positional cloning
KW  - transcriptomics
KW  - haplotype
Y1  - 2020
U6  - https://doi.org/10.3389/fgene.2020.567191
SN  - 1664-8021
VL  - 11
PB  - Frontiers Media
CY  - Lausanne
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  - JOUR
A1  - Willmann, Caroline
A1  - Heni, Martin
A1  - Linder, Katarzyna
A1  - Wagner, Robert
A1  - Stefan, Norbert
A1  - Machann, Jürgen
A1  - Schulze, Matthias Bernd
A1  - Joost, Hans-Georg
A1  - Haring, Hans-Ulrich
A1  - Fritsche, Andreas
T1  - Potential effects of reduced red meat compared with increased fiber intake on glucose metabolism and liver fat content
BT  - a randomized and controlled dietary intervention study
JF  - The American journal of clinical nutrition : a publication of the American Society for Nutrition, Inc.
N2  - Background: Epidemiological studies suggest that an increased red meat intake is associated with a higher risk of type 2 diabetes, whereas an increased fiber intake is associated with a lower risk. Objectives: We conducted an intervention study to investigate the effects of these nutritional factors on glucose and lipid metabolism, body-fat distribution, and liver fat content in subjects at increased risk of type 2 diabetes. Methods: This prospective, randomized, and controlled dietary intervention study was performed over 6 mo. All groups decreased their daily caloric intake by 400 kcal. The "control" group (N = 40) only had this requirement. The "no red meat" group (N = 48) in addition aimed to avoid the intake of red meat, and the "fiber" group (N = 44) increased intake of fibers to 40 g/d. Anthropometric parameters and frequently sampled oral glucose tolerance tests were performed before and after intervention. Body-fat mass and distribution, liver fat, and liver iron content were assessed by MRI and single voxel proton magnetic resonance spectroscopy. Results: Participants in all groups lost weight (mean 3.3 +/- 0.5 kg, P < 0.0001). Glucose tolerance and insulin sensitivity improved (P < 0.001), and body and visceral fat mass decreased in all groups (P < 0.001). These changes did not differ between groups. Liver fat content decreased significantly (P < 0.001) with no differences between the groups. The decrease in liver fat correlated with the decrease in ferritin during intervention (r(2) = 0.08, P = 0.0021). This association was confirmed in an independent lifestyle intervention study (Tuebingen Lifestyle Intervention Program, N = 229, P = 0.0084). Conclusions: Our data indicate that caloric restriction leads to a marked improvement in glucose metabolism and body-fat composition, including liver-fat content. The marked reduction in liver fat might be mediated via changes in ferritin levels. In the context of caloric restriction, there seems to be no additional beneficial impact of reduced red meat intake and increased fiber intake on the improvement in cardiometabolic risk parameters. This trial was registered at clinicaltrials.gov as NCT03231839.
KW  - type 2 diabetes
KW  - prevention
KW  - randomized controlled intervention study
KW  - nutritional factors
KW  - fiber
KW  - red meat
Y1  - 2019
U6  - https://doi.org/10.1093/ajcn/nqy307
SN  - 0002-9165
SN  - 1938-3207
VL  - 109
IS  - 2
SP  - 288
EP  - 296
PB  - Oxford Univ. Press
CY  - Oxford
ER  - 
TY  - THES
A1  - Laeger, Thomas
T1  - Protein-dependent regulation of feeding, metabolism, and development of type 2 diabetes
T1  - Proteinabhängige Regulation der Nahrungsaufnahme und des Metabolismus sowie Entstehung des Typ-2-Diabetes
BT  - FGF21’s biological role
BT  - die Rolle von FGF21
N2  - Food intake is driven by the need for energy but also by the demand for essential nutrients such as protein. Whereas it was well known how diets high in protein mediate satiety, it remained unclear how diets low in protein induce appetite. Therefore, this thesis aims to contribute to the research area of the detection of restricted dietary protein and adaptive responses. 
This thesis provides clear evidence that the liver-derived hormone fibroblast growth factor 21 (FGF21) is an endocrine signal of a dietary protein restriction, with the cellular amino acid sensor general control nonderepressible 2 (GCN2) kinase acting as an upstream regulator of FGF21 during protein restriction. In the brain, FGF21 is mediating the protein-restricted metabolic responses, e.g. increased energy expenditure, food intake, insulin sensitivity, and improved glucose homeostasis. Furthermore, endogenous FGF21 induced by dietary protein or methionine restriction is preventing the onset of type 2 diabetes in the New Zealand Obese mouse.
Overall, FGF21 plays an important role in the detection of protein restriction and macronutrient imbalance in rodents and humans, and mediates both the behavioral and metabolic responses to dietary protein restriction. This makes FGF21 a critical physiological signal of dietary protein restriction, highlighting the important but often overlooked impact of dietary protein on metabolism and eating behavior, independent of dietary energy content.
N2  - Die Nahrungsaufnahme wird nicht nur durch den Bedarf an Energie, sondern auch durch den Bedarf an essenziellen Nährstoffen wie z. B. Protein bestimmt. Es war zwar bekannt, wie proteinreiche Nahrung eine Sättigung vermittelt, jedoch war unklar, wie eine proteinarme Ernährung den Appetit anregt. Ziel dieser Arbeit ist es daher, zu untersuchen, wie Nahrung mit einem niedrigen Proteingehalt detektiert wird und die Anpassung des Organismus im Hinblick auf den Metabolismus und das Ernährungsverhalten erfolgt.
Diese Arbeit liefert klare Beweise dafür, dass das aus der Leber stammende Hormon Fibroblast growth factor 21 (FGF21) ein endokrines Signal einer Nahrungsproteinrestriktion ist, wobei der zelluläre Aminosäuresensor general control nonderepressible 2 kinase (GCN2) als Regulator von FGF21 während der Proteinrestriktion fungiert. Im Gehirn vermittelt FGF21 die durch Proteinrestriktion induzierten Stoffwechselreaktionen, z.B. den Anstieg des Energieverbrauches, die Erhöhung der Nahrungsaufnahme und eine Verbesserung der Insulinsensitivität sowie der Glukosehomöostase. Darüber hinaus schützt das durch eine protein- oder methioninarme Diät induzierte FGF21 New Zealand Obese (NZO)-Mäuse, einem Tiermodell für den humanen Typ-2-Diabetes, vor einer Diabetesentstehung.
FGF21 spielt bei Nagetieren und Menschen eine wichtige Rolle hinsichtlich der Detektion einer diätetischen Proteinrestriktion sowie eines Ungleichgewichtes der Makronährstoffe zueinander und vermittelt die adaptiven Verhaltens- und Stoffwechselreaktionen. Dies macht FGF21 zu einem kritischen physiologischen Signal der Nahrungsproteinrestriktion und unterstreicht den wichtigen, aber oft übersehenen Einfluss der Nahrungsproteine auf den Stoffwechsel und das Nahrungsaufnahmeverhalten, unabhängig vom Energiegehalt der Nahrung.
KW  - protein restriction
KW  - autophagy
KW  - thermogenesis
KW  - appetite
KW  - hyperglycemia
KW  - methionine restriction
KW  - bone
KW  - FGF21
KW  - energy expenditure
KW  - GCN2
KW  - metabolism
KW  - food choice
KW  - type 2 diabetes
Y1  - 2021
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Manowsky, Julia
A1  - Camargo, Rodolfo Gonzalez
A1  - Kipp, Anna Patricia
A1  - Henkel, Janin
A1  - Püschel, Gerhard Paul
T1  - Insulin-induced cytokine production in macrophages causes insulin resistance in hepatocytes
JF  - American journal of physiology : Endocrinology and metabolism
N2  - Overweight and obesity are associated with hyperinsulinemia, insulin resistance, and a low-grade inflammation. Although hyperinsulinemia is generally thought to result from an attempt of the beta-cell to compensate for insulin resistance, there is evidence that hyperinsulinaemia itself may contribute to the development of insulin resistance and possibly the low-grade inflammation. To test this hypothesis, U937 macrophages were exposed to insulin. In these cells, insulin induced expression of the proinflammatory cytokines IL-1 beta, IL-8, CCL2, and OSM. The insulin-elicited induction of IL-1 beta was independent of the presence of endotoxin and most likely mediated by an insulin-dependent activation of NF-kappa B. Supernatants of the insulin-treated U937 macrophages rendered primary cultures of rat hepatocytes insulin resistant; they attenuated the insulin-dependent induction of glucokinase by 50%. The cytokines contained in the supernatants of insulin-treated U937 macrophages activated ERK1/2 and IKK beta, resulting in an inhibitory serine phosphorylation of the insulin receptor substrate. In addition, STAT3 was activated and SOCS3 induced, further contributing to the interruption of the insulin receptor signal chain in hepatocytes. These results indicate that hyperinsulinemia per se might contribute to the low-grade inflammation prevailing in overweight and obese patients and thereby promote the development of insulin resistance particularly in the liver, because the insulin concentration in the portal circulation is much higher than in all other tissues.
KW  - metabolic syndrome
KW  - type 2 diabetes
KW  - inflammation
KW  - macrophage
KW  - insulin
KW  - cytokines
Y1  - 2016
U6  - https://doi.org/10.1152/ajpendo.00427.2015
SN  - 0193-1849
SN  - 1522-1555
VL  - 310
SP  - E938
EP  - E946
PB  - American Chemical Society
CY  - Bethesda
ER  - 
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  -