ArchivDeutsches Ärzteblatt51-52/2004Adipokine: Mögliches Bindeglied zwischen Insulinresistenz und Adipositas

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Adipokine: Mögliches Bindeglied zwischen Insulinresistenz und Adipositas

Dtsch Arztebl 2004; 101(51-52): A-3491 / B-2949 / C-2792

Fasshauer, Mathias; Klein, Johannes; Blüher, Matthias; Paschke, Ralf

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Zusammenfassung
Die enge Assoziation von Adipositas und Insulinresistenz ist seit langem bekannt. Beide Störungen treten beim metabolischen Syndrom auf. In den Mortalitätsstatistiken der industrialisierten Welt steht das metabolische Syndrom mit seinen kardiovaskulären Komplikationen an erster Stelle. In den letzten Jahren wurde gezeigt, dass Fettzellen endokrin aktiv sind und verschiedene Faktoren wie Adiponectin, Interleukin-6, Leptin, Tumornekrosefaktor a und Resistin sezernieren. Diese so genannten Adipokine beeinflussen maßgeblich den Energiestoffwechsel und die Insulinsensitivität. Sie könnten daher das fehlende kausale Bindeglied einer Verknüpfung von erhöhtem Körpergewicht und Insulinunempfindlichkeit darstellen. Ein indirekter Beleg für die Bedeutung von Adipokinen für die Energie- und Glucosehomöostase ist auch, dass einerseits insulinsensitivierend wirkende Medikamente wie Thiazolidindione und Metformin sowie andererseits Insulinresistenz induzierende Hormone wie Katecholamine und Glucocorticoide die Regulation von Adipokinen beeinflussen. Der aktuelle Wissenstand bezüglich der Wirkung und Regulation wichtiger Adipokine wird dargestellt und die potenzielle künftige klinische Anwendung bei Insulinresistenz und Adipositas diskutiert.

Schlüsselwörter: Adipokin, Adipositas, Diabetes mellitus, Insulinresistenz, Leptin

Summary
Adipocytokines: Possible Link between
Insulin Resistance and Obesity
For long it has been known that insulin resistance and obesity are linked. Recently, evidence has been accumulating that adipocytes secrete several proteins including adiponectin, interleukin-6, leptin, tumour necrosis factor a, and resistin which influence insulin sensitivity profoundly. Therefore, these so-called adipocytokines might provide a novel molecular link between increased adiposity and impaired insulin sensitivity. Moreover, insulin-sensitizing thiazolidinediones and metformin, as well as insulin resistance-inducing hormones such as catecholamines and glucocorticoids, appear to mediate part of their effects on glucose metabolism via regulation of adipocytokines. In the present review, the current knowledge on how major adipocyte-secreted proteins influence insulin sensitivity and how they are regulated by hormones and drugs is summarized and its implications for insulin resistance and obesity are discussed.

Key words: adipocytokine, obesity, diabetes mellitus, insulin resistance, leptine


Adipositas und Insulinresistenz sind wichtige Faktoren in der Pathogenese des Typ-2-Diabetes-mellitus und weiterer assoziierter metabolischer und vaskulärer Störungen wie Dyslipidämie und Hypertonus. Das gemeinsame Auftreten dieser Erkrankungen hat zur Prägung des Begriffs „metabolisches Syndrom“ geführt, das ein Hauptrisikofaktor für die Entstehung der Arteriosklerose ist. Die Prävalenz des metabolischen Syndroms hat in industrialisierten Ländern mittlerweile pandemische Ausmaße erreicht (19, 23).
Warum Adipositas und Insulinresistenz häufig gemeinsam auftreten, ist nicht vollständig geklärt. In den letzten Jahren wurde gezeigt, dass die bei Übergewicht vermehrten und hypertrophierten Fettzellen als „endokrines Organ“ durch Ausschüttung freier Fettsäuren und verschiedener Proteine, so genannter Adipokine oder Adipozytokine, entscheidend zur Entwicklung von Glucosestoffwechselstörungen beitragen. Insbesondere wurde belegt, dass die Adipokine Interleukin- (IL-)6, Tumornekrosefaktor- (TNF-)a und Resistin Insulinresistenz hervorrufen, während Adiponectin als endogener Insulinsensitizer erscheint (Grafik 1). Darüber hinaus ist das adipozytensezernierte Protein Leptin bei der Appetitregulation besonders wichtig (Grafik 1). Untersuchungen belegen, dass insbesondere Adiponectin, IL-6 und Leptin auch beim Menschen eine pathogenetisch wichtige Rolle bezüglich des metabolischen Syndroms spielen. Des Weiteren zeigen neuere Studien, dass Adipokine auch potenzielle Vermittler einer durch andere Hormone wie Insulin, Katecholamine und Glucocorticoide induzierten Insulinresistenz sind. Auch beeinflussen die als Insulinsensitizer bezeichneten Thiazolidindione (TZDs) und Metformin beträchtlich die Expression von Adipokinen, was einem möglichen Mechanismus ihrer Wirkung entspricht. Damit sind Adipokine nicht nur Proteine, die Insulinresistenz und Adipositas sowie metabolisches Syndrom und Diabetes mellitus potenziell miteinander verbinden, sondern auch mögliche Angriffspunkte der Behandlung dieser Krankheitsentitäten.
Adiponectin – Insulinsensitizer und potenzieller Endothelschützer
Adiponectin wurde in den Jahren 1995 und 1996 durch vier unabhängige Gruppen kloniert, wobei verschiedene experimentelle Herangehensweisen genutzt wurden (16, 22, 28, 36). Erst seit 2001 kristallisiert sich jedoch heraus, dass Adiponectin im Gegensatz zu allen anderen bekannten Adipokinen eine profunde, insulinsensitivierende Wirkung entfaltet (Grafik 2). So zeigen einige Studien, dass vollständiges Adiponectin mit einer Größe von 30 kDa die insulininduzierte Inhibition der Glucosesekretion von Leberzellen verstärkt (Grafik 2) (2, 48). Auch im Muskel wirkt Adiponectin insulinsensitivierend, wobei vor allem ein C-terminales 16 kDa großes Fragment sehr potent die Fettsäureoxidation stimuliert und dadurch die Plasmaglucosespiegel senkt (Grafik 2) (48, 50). Interessanterweise scheint Adiponectin über eine Aktivierung der Adenosin-Monophosphat-Kinase (AMPK) zu wirken, die auch die Insulinsensitivierung nach sportlicher Betätigung vermittelt (42, 48).
Durch Studien an Mäusen, bei denen das Adiponectin-Gen spezifisch ausgeschaltet wurde, ist darüber hinaus erkennbar, dass dieses Adipokin nicht nur die Insulinempfindlichkeit erhöht, sondern auch die Ausbildung arteriosklerotischer Gefäßveränderungen unterdrückt (21, 49). So war die Intima der Gefäße von Mäusen ohne Adiponectin signifikant dicker, verglichen mit Kontrolltieren, was eine Funktion von Adiponectin als endothelprotektiven Faktor nahelegt (21, 49). Eine Arbeit der Gruppe um Prof. Pfeiffer, Berlin, impliziert ferner, dass niedrige Adiponectinspiegel mit einem erhöhten Risiko einhergehen, künftig einen Diabetes mellitus Typ 2 zu entwickeln (37). Passend zur Rolle von Adiponectin als endogenem Insulinsensitizer zeigen mehrere Studien ein vermindertes Vorkommen des Proteins in Fett und Serum bei Insulinresistenz und Adipositas (Grafik 2) (15, 16, 46). Darüber hinaus erhöht sich die Adiponectinsynthese bei Gewichtsreduktion (17, 24, 52).
Aus klinischer Sicht ist besonders interessant, dass Synthese und Sekretion von Adiponectin durch Thiazolidindione sowohl bei diabetischen als auch normalen insulinsensitiven Probanden erhöht werden (Grafik 2) (4, 51). Auch zeigen verschiedene Studien der Klinik für Innere Medizin der Universität Lübeck und anderer Arbeitsgruppen, dass Insulinresistenz-induzierende Hormone wie Insulin, Katecholamine, Glucocorticoide, TNF-a und IL-6 sowie das neu entdeckte orexigen wirkende Magenhormon Ghrelin die Adiponectinexpression im Fettgewebe inhibieren. Damit kann potenziell über eine Herunterregulation dieses Adipokins die Insulinempfindlichkeit vermindert werden (Grafik 2) (7, 1012, 31). Einschränkend muss darauf hingewiesen werden, dass bisher keine klinischen Studien verfügbar sind, welche die Effekte von Adiponectin beziehungsweise Adiponectinanaloga auf die Insulinempfindlichkeit und Arteriosklerose beim Menschen direkt testen. Erst diese künftig zu erwartenden Untersuchungen werden klären, ob Adiponectin oder Analoga einen neuartigen Ansatzpunkt der Behandlung dieser Krankheitsentitäten darstellen und welche Nebenwirkungen eine solche Therapie aufweist.
IL-6-Insulinresistenz möglicherweise durch chronische Entzündung
Das IL-6 wurde ursprünglich als ein durch weiße Blutkörperchen sezerniertes proinflammatorisches Protein beschrieben. Jedoch zeigten verschiedene Studien, dass circa 30 Prozent des zirkulierenden IL-6 durch Fettgewebe produziert wird und es damit auch als Adipokin zu klassifizieren ist (25). IL-6 vermindert die Insulinempfindlichkeit sowohl bei Nagetieren als auch beim Menschen, wobei eine Stimulation der Glukoneogenese in der Leber offenbar eine wichtige Rolle spielt (Grafik 3) (41, 43). Passend zu seinen Insulinresistenz induzierenden Effekten sind die IL-6-Plasmaspiegel bei insulinunempfindlichen und/oder adipösen Nagern und Menschen signifikant erhöht (Grafik 3) (44).
Besonders wichtig ist, dass die IL-6-Konzentrationen im Serum einen prädiktiven Wert bezüglich der Entstehung eines Typ-2-Diabetes-mellitus haben, das heißt, Probanden mit erhöhten IL-6-Spiegeln haben ein signifikant erhöhtes Risiko, einen Diabetes zu entwickeln, verglichen mit Personen mit normalen IL-6-Werten (33, 34). Diese konsistenten Daten unterstützen das Konzept, dass einer chronischen Inflammation bei der Ausprägung von Insulinresistenz und Diabetes mellitus bei Übergewicht pathogenetisch eine wichtige Funktion zukommen könnte – eine Theorie, die in weiterführenden Übersichtsarbeiten exzellent diskutiert ist (32). Ebenfalls passend zur Rolle von IL-6 als einem zentralen,
die Insulinsensitivität vermindernden Adipokin, konnten Studien der Klinik der Autoren und anderer Arbeitsgruppen nachweisen, dass Insulinresistenz-induzierende Hormone wie Insulin, Katecholamine, TNF-a, Wachstumshormon und IL-6 selbst die Synthese von IL-6 in Fettzellen stimulieren und damit potenziell über dieses Adipokin die Insulinempfindlichkeit beeinträchtigen (Grafik 3) (6).
Bisher sind jedoch keine klinischen Studien verfügbar, inwieweit eine selektive Hemmung von IL-6 zur Steigerung der Insulinsensitivität führt und sich damit ein neues therapeutisches Prinzip der Behandlung von Insulinresistenz und Diabetes mellitus ergeben könnte. Auch die Sicherheit einer Inhibition dieses zentralen Interleukins muss kritisch geprüft werden.
Leptin – mehr als ein Regulator der Nahrungsaufnahme
Leptin wurde im Jahr 1994 kloniert und seine Entdeckung hat das Feld
der Adipokine revolutioniert (1). Dies ist vor allem auf die Tatsache zurückzuführen, dass Leptin beziehungsweise sein Rezeptor in zwei seit Jahrzehnten genutzten Mausmodellen, den so genannten ob/ob- und db/db-Mäusen, für die auch seltene äquivalente menschliche Syndrome identifiziert wurden, inaktiviert ist. Der Verlust der Leptinwirkung ruft bei diesen Tieren eine ausgeprägte Insulinresistenz und Adipositas hervor (1). Leptin unterdrückt die Gewichtszunahme, indem es die Synthese verschiedener Proteine im Hypothalamus in einer Art moduliert, die zu einer Hemmung des Appetits und der Nahrungsaufnahme führt (1).
Darüber hinaus wirkt dieses prototypische Adipokin auch direkt in der Peripherie einschließlich dem Fettgewebe (20) und steuert unter anderem so vielfältige Funktionen wie Fruchtbarkeit, Immunsystem, Knochenstoffwechsel und Angiogenese (Tabelle) (35). Auf Grundlage der ersten Studien bestand die Hoffnung, dass durch Gabe von Leptin Appetit und Nahrungszufuhr verringert werden könnten und damit ein therapeutischer Angriffspunkt der pandemisch zunehmenden Adipositas möglich sei. Allerdings konnte bis heute der therapeutische Einsatz von Leptin beziehungsweise Leptinrezeptoragonisten beim Großteil der adipösen Patienten nicht realisiert werden. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass beim normalen übergewichtigen Menschen kein Mangel sondern im Gegenteil ein Überfluss von Leptin vorliegt, welches aber offensichtlich im Hypothalamus nicht wirkungsvoll den Appetit unterdrückt (1). Bei Adipositas scheint somit keine Leptindefizienz sondern eine Leptinresistenz vorzuliegen, die bisher therapeutisch nicht anzugehen ist und einen intensiven Forschungsschwerpunkt verschiedener Gruppen weltweit darstellt. Allerdings muss betont werden, dass bei verschiedenen Sonderformen der Adipositas und des Typ-2-Diabetes-mellitus ein therapeutischer Nutzen von Leptin bewiesen werden konnte. So kam es zu einer drastischen Reduktion von Körpergewicht und Nahrungsaufnahme bei stark adipösen, hyperphagen Kindern mit genetisch determiniertem Leptinmangel (5). Daneben ist die beträchtliche Wirkung von Leptin bei Patienten mit schwerem lipatrophen Diabetes mellitus bemerkenswert. Oral et al. konnten zeigen, dass die alleinige Gabe dieses Adipokins zur drastischen Senkung der Insulinresistenz bei dieser Sonderform des Diabetes mellitus führt (30).
TNF-a – wichtig nur bei Tieren?
TNF-a wurde bereits 1993 erstmals in tierexperimentellen Studien als ein Adipokin beschrieben, das die Insulinempfindlichkeit in Mäusen entscheidend vermindert (Tabelle) (14). Dieser Insulinresistenz-auslösende Effekt wird vor allem durch eine Hemmung von Insulinsignalmolekülen verursacht (13, 38). Passend zum negativen Effekt von TNF-a auf die Insulinempfindlichkeit weisen verschiedene Mausmodelle der Adipositas und Insulinresistenz erhöhte Serumkonzentrationen dieses Proteins auf (26).
Auch eine Neutralisation erhöhter TNF-a-Spiegel durch Antikörper erhöht im Tiermodell die Insulinempfindlichkeit (14). Allerdings muss eingeschränkt werden, dass beim Menschen die Daten weit weniger eindeutig sind. Hier ist die TNF-a-Proteinerzeugung im Fett sehr gering und Studien unter anderem aus der Klinik der Autoren legen nahe, dass sich die Serumkonzentrationen dieses Adipokins nicht unterscheiden zwischen insulinunempfindlichen und insulinempfindlichen Probanden mit ähnlichem Körpergewicht (3).
Eine erste Studie zur klinisch therapeutischen Anwendung einer TNF-a-Inhibition verlief mit enttäuschendem Ergebnis. So wurde, im Gegensatz zum Tiermodell, die Insulinsensitivität nicht durch eine Neutralisierung von TNF-a erhöht (29). Auch im Hinblick auf die zahlreichen beschriebenen Nebenwirkungen einer derartigen Behandlung erscheint es unwahrscheinlich, dass künftige Therapien von Insulinresistenz, Diabetes mellitus Typ 2 und Adipositas auf einer Inhibition dieses Adipokins beruhen werden.
Resistin – Adipokin mit widersprüchlichen Ergebnissen
Anfang 2001 beschrieb die Arbeitsgruppe um Prof. Lazar, Philadelphia, USA, ein neuartiges Adipokin, das Resistin genannt wurde (Tabelle) (39, 40). Die ursprünglichen, sehr überzeugenden Daten deuteten an, dass Resistin die Glucosetoleranz vermindert und in verschiedenen Adipositasmodellen der Maus vermehrt synthetisiert wird (39). Aus klinischer Sicht sehr interessant war die initiale Beobachtung, dass TZDs die Resistinexpression vermindern (39). Auf der Basis dieser experimentellen Untersuchungen wurde postuliert, dass Resistin sowohl eine neuartige Verbindung zwischen Adipositas und Diabetes mellitus als auch ein Mediator der antidiabetischen Effekte der TZDs darstellen könnte (39).
Die ersten Daten bezüglich der Rolle von Resistin bei Adipositas und Insulinresistenz konnten in diesem Umfang nicht bestätigt werden. Inzwischen wurden konträre Daten veröffentlicht. Mehrere Arbeiten zeigten sowohl eine Stimulation der Resistinexpression durch TZDs als auch eine verminderte Expression bei Tiermodellen der Insulinresistenz und Adipositas (45). Des Weiteren scheint die Synthese von Resistin im Fettgewebe des Menschen sehr gering zu sein und nicht mit dem Ausmaß der Insulinresistenz zu korrelieren (18, 27). Auch weisen Daten der eigenen Arbeitsgruppe darauf hin, dass Resistin mit großer Wahrscheinlichkeit nicht die Insulinresistenz-induzierenden Effekte verschiedener Hormone wie Insulin, Katecholamine und Glucocorticoide vermittelt (8, 9). Wegen dieser widersprüchlichen Ergebnisse und der bisher nicht nachweisbaren Relevanz von Resistin beim Menschen scheint eine künftige therapeutische Anwendung dieses Adipokins beim metabolischen Syndrom als unwahrscheinlich.
Resümee
In den letzten Jahren konnte gezeigt werden, dass Adipozyten die Insulinsensitivität und den Energiestoffwechsel aktiv beeinflussen, indem sie freie Fettsäuren und verschiedene Adipokine sezernieren. Auf Grundlage der bisher vorliegenden Daten scheinen besonders die Adipokine Adiponectin und IL-6 entscheidende, gegensätzliche Funktionen in der Gesamtkörper-Glucosehomeostase einzunehmen. Adiponectin ist ein endogener Insulinsensitizer, der bei Adipositas und Insulinresistenz vermindert ausgeschüttet und durch klinisch eingesetzte TZDs stimuliert wird. Im Gegensatz hierzu wirkt IL-6 Insulinresistenz-induzierend und wird bei Übergewicht vermehrt ausgeschüttet. Für Resistin ist die Datenlage zu uneinheitlich, um eine abschließende Beurteilung zu ermöglichen. Sicherlich ist seine Rolle bei Insulinresistenz und Adipositas jedoch bei weitem nicht so prominent wie anfangs postuliert und erhofft wurde. TNF-a hat wahrscheinlich nur bei Nagetieren eine wichtige Funktion. Leptin ist eines der bedeutendsten Adipokine für die Stoffwechselregulation und beeinflusst bei Tier und Mensch Körpergewicht und Glucosehomöostase. Die genauen Wirkmechanismen sind bisher jedoch nur unzureichend verstanden.
Auf Grundlage der vorliegenden Ergebnisse ist zu erwarten, dass spezifische Modulatoren des Fettgewebes durch Beeinflussung der Wirkung von Adiponectin und IL-6 künftig die Behandlung der Insulinresistenz, Adipositas und des Diabetes mellitus ergänzen können. Insbesondere nachdem vor kurzem zwei Adiponectinrezeptoren beschrieben wurden (47), ist es denkbar, durch Generierung spezifischer Adiponectin-Agonisten eine Insulinsensitivierung zu erreichen.

Danksagung: Die beschriebenen experimentellen Arbeiten wurden durch Drittmittel der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Universität Leipzig und der Deutschen Diabetes Gesellschaft ermöglicht.

Manuskript eingereicht: 3. 2. 2004, revidierte Fassung angenommen: 7. 7. 2004

Die Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt im Sinne der Richtlinien des International Committee of Medical Journal Editors besteht.

zZitierweise dieses Beitrags:
Dtsch Arztebl 2004; 101: A 3491–3495 [Heft 51–52]


Die Zahlen in Klammern beziehen sich auf das Literaturverzeichnis, das beim Verfasser erhältlich oder im Internet unter www.aerzteblatt.de/lit5104 abrufbar ist.

Anschrift für die Verfasser:
Prof. Dr. med. Ralf Paschke
Ph.-Rosenthal-Straße 27, 04103 Leipzig
E-Mail: pasr@medizin.uni-leipzig.de
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