Catrin Herpich

• Fibroblast growth differentiation factor 21 (FGF21) is known as a pivotal regulator of the glucose and lipid metabolism. As such, it is considered beneficial and has even been labelled a longevity hormone. Nevertheless, recent observational studies have shown that FGF21 is increased in higher age with possible negative effects such as loss of lean and bone mass as well as decreased survival. Hepatic FGF21 secretion can be induced by various nutritional stimuli such as starvation, high carbohydrate and fat intake as well as protein deficiency.. So far it is still unclear whether the FGF21 response to different macronutrients is altered in older age. An altered response would potentially contribute to explain the higher FGF21 concentrations found in older age. In this publication-based doctoral dissertation, a cross-sectional study as well as a dietary challenge were conducted to investigate the influence of nutrition on FGF21 concentrations and response in older age. In a cross-sectional study, FGF21 concentrations were assessed inFibroblast growth differentiation factor 21 (FGF21) is known as a pivotal regulator of the glucose and lipid metabolism. As such, it is considered beneficial and has even been labelled a longevity hormone. Nevertheless, recent observational studies have shown that FGF21 is increased in higher age with possible negative effects such as loss of lean and bone mass as well as decreased survival. Hepatic FGF21 secretion can be induced by various nutritional stimuli such as starvation, high carbohydrate and fat intake as well as protein deficiency.. So far it is still unclear whether the FGF21 response to different macronutrients is altered in older age. An altered response would potentially contribute to explain the higher FGF21 concentrations found in older age. In this publication-based doctoral dissertation, a cross-sectional study as well as a dietary challenge were conducted to investigate the influence of nutrition on FGF21 concentrations and response in older age. In a cross-sectional study, FGF21 concentrations were assessed in older patients with and without cachexia anorexia syndrome anorexia syndrome compared to an older community-dwelling control group. Cachexia anorexia syndrome is a multifactorial syndrome frequently occurring in old age or in the context of an underlying disease. It is characterized by a severe involuntary weight loss, loss of appetite (anorexia) and reduced food intake, therefore representing a state of severe nutrient deficiency, in some aspects similar to starvation. The highest FGF21 concentrations were found in patients with cachexia anorexia syndrome. Moreover, FGF21 was positively correlated with weight loss and loss of appetite. In addition, cachexia anorexia syndrome itself was associated with FGF21 independent of sex, age and body mass index. As cachectic patients presumably exhibit protein malnutrition and FGF21 has been proposed a marker for protein insufficiency, the higher levels of FGF21 in patients with cachexia anorexia syndrome might be partly explained by insufficient protein intake. In order to investigate the acute response of FGF21 to different nutritional stimuli, a dietary challenge with a parallel group design was conducted. Here, healthy older (65-85 years) and younger (18-35 years) adults were randomized to one of four test meals: a dextrose drink, a high carbohydrate, high fat or high protein meal. Over the course of four hours, postprandial FGF21 concentrations (dynamics) were assessed and the FGF21 response (incremental area under the curve) to each test meal was examined.. In a sub-group of older and younger women, also the adiponectin response was investigated, as adiponectin is a known mediator of FGF21 effects on glucose and lipid metabolism. The dietary meal challenge revealed that dextrose and high carbohydrate intake result in higher FGF21 concentrations after four hours in older adults. This was partly explained by higher postprandial glucose concentrations in the old. For high fat ingestion no age differences were found. For the first time, acute FGF21 response to high protein intake was shown. Here, protein ingestion resulted in lower FGF21 concentrations in younger compared to older adults. Furthermore, sufficient protein intake, according to age-dependent recommendations, of the previous day, was associated with lower FGF21 concentrations in both age groups. The higher FGF21 response to dextrose ingestion resulted in a higher adiponectin response in older women, independent of fat mass, insulin resistance, triglyceride concentrations, inflammation and oxidative stress. Following the high fat meal, adiponectin concentrations declined in older women. Adiponectin response was not affected by meal composition in younger women. In summary, this thesis showed a positive association of FGF21 and cachexia anorexia syndrome with concomitant anorexia in older patients. Regarding the acute FGF21 response, a higher response following dextrose and carbohydrate ingestion was found in older compared with younger subjects. This might be attributed to a higher glucose response in older age. Furthermore, it was shown that the higher FGF21 response after dextrose ingestion possibly contributes to a higher adiponectin response in older women, independent of potential metabolic and inflammatory confounders. Acute protein ingestion resulted in a significant decrease in FGF21 concentrations. Moreover, protein intake of the previous day was inversely associated with fasting FGF21 concentrations. This might explain why FGF21 concentrations are higher in cachexia anorexia syndrome. These results therefore support the role of FGF21 as a sensor of protein restriction.…
• Der Fibroblasten Wachstumsfaktor 21 (FGF21) gilt als wichtiger Regulator des Glukose- und Fettstoffwechsels. Es werden ihm verschiedene förderliche Eigenschaften zugeschrieben und er wurde darüber hinaus als Langlebigkeitshormon bezeichnet. Nichtsdestotrotz konnten Beobachtungsstudien zeigen, dass FGF21 Konzentration im Alter erhöht sind und möglicherweise mit negativen Auswirkungen, wie dem Verlust von Muskel- und Knochenmasse sowie einer geringeren Überlebenswahrscheinlichkeit, verbunden sind. FGF21 Sekretion in der Leber kann durch Hungern und verschiedene Makronährstoffe, wie hohe Kohlenhydrat- und Fettaufnahme, sowie einem Proteinmangel, induziert werden. Bisher ist jedoch unklar, ob sich die FGF21 Response auf verschiedene Makronährstoffe zwischen älteren und jüngeren Erwachsenen unterscheidet. Eine veränderte Response, könnte dazu beitragen die höheren FGF21 Konzentrationen im Alter zu erklären. In dieser vorliegenden kumulativen Dissertation wurden eine Querschnittsstudie sowie ein experimenteller Mahlzeitentest durchgeführt,Der Fibroblasten Wachstumsfaktor 21 (FGF21) gilt als wichtiger Regulator des Glukose- und Fettstoffwechsels. Es werden ihm verschiedene förderliche Eigenschaften zugeschrieben und er wurde darüber hinaus als Langlebigkeitshormon bezeichnet. Nichtsdestotrotz konnten Beobachtungsstudien zeigen, dass FGF21 Konzentration im Alter erhöht sind und möglicherweise mit negativen Auswirkungen, wie dem Verlust von Muskel- und Knochenmasse sowie einer geringeren Überlebenswahrscheinlichkeit, verbunden sind. FGF21 Sekretion in der Leber kann durch Hungern und verschiedene Makronährstoffe, wie hohe Kohlenhydrat- und Fettaufnahme, sowie einem Proteinmangel, induziert werden. Bisher ist jedoch unklar, ob sich die FGF21 Response auf verschiedene Makronährstoffe zwischen älteren und jüngeren Erwachsenen unterscheidet. Eine veränderte Response, könnte dazu beitragen die höheren FGF21 Konzentrationen im Alter zu erklären. In dieser vorliegenden kumulativen Dissertation wurden eine Querschnittsstudie sowie ein experimenteller Mahlzeitentest durchgeführt, um den Einfluss von Ernährung auf FGF21 Konzentrationen und die FGF21 Response im Alter zu untersuchen. In der Querschnittsstudie wurden FGF21 Konzentration von älteren PatientInnen mit und ohne Kachexie-Anorexie Syndrom sowie einer älteren Kontrollgruppe verglichen. Kachexie-Anorexie Syndrom ist ein multifaktorielles Syndrom, welches häufig im Alter und im Rahmen verschiedener Erkrankungen auftritt. Charakteristisch hierfür ist ein starker ungewollter Gewichtsverlust, Appetitverlust (Anorexie) sowie eine verminderte Nahrungsaufnahme. Daher repräsentiert das Kachexie-Anorexie Syndrom einen Zustand des schwerwiegenden Nährstoffmangels, der mit Unterernährung bei langanhaltenden Hungerphasen vergleichbar ist. Die höchsten FGF21 Konzentrationen wiesen PatientInnen mit Kachexie-Anorexie Syndrom auf. Des Weiteren korrelierte FGF21 positiv mit Gewichts- und Appetitverlust. Zusätzlich war das Kachexie-Anorexie Syndrom unabhängig von Alter, Geschlecht und BMI mit FGF21 assoziiert. Es ist davon auszugehen, dass PatientInnen mit Kachexie-Anorexie Syndrom eine unzureichende Proteinzufuhr aufweisen. Da FGF21 als Marker für Proteinrestriktion gilt, könnten die hohen FGF21 Konzentrationen bei Kachexie-Anorexie Syndrom teilweise durch eine zu geringe Proteinzufuhr erklärt werden. Um die akute Response von FGF21 auf verschiedene Makronährstoffe zu untersuchen, wurde ein Mahlzeitentest mit parallelen Gruppen durchgeführt. Hierfür erhielten ältere (65-85 Jahre) und jüngere (18-35 Jahre) Erwachsene eine von vier verschiedenen Testmahlzeiten (Dextrose Getränk, Kohlenhydrat-, Fett- und Proteinreiche Mahlzeit). Über vier Stunden wurden postprandiale FGF21 Konzentrationen (Dynamik) bestimmt und die FGF21 Response (inkrementelle Fläche unter der Kurve) auf jede Testmahlzeit untersucht. In einer Subgruppe von älteren und jüngeren Frauen wurde außerdem die Adiponektin Response bestimmt, da Adiponektin bekanntermaßen die Effekte von FGF21 auf den Glukose- und Fettstoffwechsel mediiert. Der Mahlzeitentest konnte zeigen, dass Dextrose und die kohlenhydratreiche Mahlzeit bei älteren Erwachsenen zu höheren FGF21 Konzentrationen nach vier Stunden führten. Dies könnte durch die höheren postprandialen Glukose Konzentrationen der Älteren erklärt werden. Die FGF21 Response auf die fettreiche Mahlzeit wies keine Altersunterschiede auf. Zum ersten Mal konnte die akute FGF21 Response auf eine proteinreiche Mahlzeit gezeigt werden. Hierbei führte die Mahlzeit bei jüngeren im Vergleich zu älteren Erwachsenen zu niedrigeren FGF21 Konzentration nach vier Stunden. Des Weiteren, war das Erreichen der altersspezifischen Proteinzufuhr des Vortrags bei beiden Altersgruppen mit niedrigeren nüchtern FGF21 Konzentrationen assoziiert. Bei älteren Frauen führte die höhere FGF21 Response nach Dextrose Aufnahme zu einer höheren Adiponektin Response, unabhängig von Fettmasse, Insulinresistenz, Triglyzeride Konzentrationen, Inflammation und oxidativem Stress. Nach Einnahme der fettreichen Mahlzeit sanken die Adiponektin Konzentrationen bei älteren Frauen, während bei jüngeren Frauen die Adiponektin Response nicht durch die Zusammensetzung der Mahlzeit beeinflusst wurde. Zusammenfassend konnte diese Dissertation eine positive Assoziation von FGF21 mit Kachexie-Anorexie Syndrom bei gleichzeitiger Anorexie bei älteren PatientInnen zeigen. Bezüglich der akuten Response von FGF21 zeigte sich eine höhere Response auf Dextrose und Kohlenhydrat-Aufnahme bei älteren im Vergleich zu jüngeren ProbandInnen. Dies ist vermutlich auf die erhöhte Glukose Response im Alter zurückzuführen. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass eine höhere FGF21 Response auf Dextrose bei älteren Frauen mit einer veränderten Adiponektin Response einhergingen, unabhängig von potentiellen metabolischen und inflammatorischen Einflussfaktoren. Eine akute hohe Proteinaufnahme führte zu einem deutlichen Abfall der postprandialen FGF21 Konzentrationen. Zudem bestand eine inverse Assoziation zwischen FGF21 Nüchternkonzentrationen und der Proteinzufuhr des Vortags. Dies könnte zum Teil erklären, warum FGF21 Konzentrationen bei Kachexie-Anorexie Syndrom erhöht sind. Demnach unterstützen diese Ergebnisse auch die Rolle von FGF21 als Sensor für Proteinrestriktion.…