Increase of blood neuregulin 4 is associated with type 2 diabetes mellitus and hypertension in obese patients

Cover Page

Cite item

Abstract

Obesity and type 2 diabetes mellitus (T2DM) are global epidemics at the present time, being a serious public health issue. An increased prevalence in the number of obese people promotes a risk for developing cardiovascular diseases (CVD) and some types of cancer. The ErbB signaling pathway plays a significant role in development of the disorders associated with metabolic dysfunction (e.g., T2DM, obesity, arterial hypertension). Neuregulin 4 (NRG4) is a new adipokine with similar effects to adiponectin. Interaction between the ErbB3, ErbB4 receptors and their ligand, NRG4, launches the processes required to maintain the energy balance in the cells. There are controversial literature data on NRG4 levels in blood circulation. In particular, the existing data concerning functions / mechanism of NRG4 action has been obtained in experimental animals and cell lines, which is not always reproducible in humans. According to some works, liver may be the key target organ for NRG4. The present article is devoted to assessment of relationships between the NRG4 level in blood, and the parameters of carbohydrate and lipid metabolism, as well as presence of diseases associated with obesity. The study included obese patients with and without type 2 diabetes. The content of NRG4, indices of carbohydrate and lipid metabolism in the blood was assessed by means of enzyme immunoassay and biochemical techniques, respectively. It was found that the level of NRG4 was increased in obese patients with T2DM compared with healthy donors, and obese patients without T2DM. Statistical evaluation by correlation and regression analysis revealed numerous relationships between NRG4 and the parameters of lipid and carbohydrate metabolism, as well as some correlations between the NRG4 levels and clinical disorders associated with obesity (type 2 diabetes and arterial hypertension). Thus, NRG4 may be involved into the development of dyslipidemia in obese patients. We consider an increase of blood NRG4 levels in obese patients with type 2 diabetes as a compensatory response to the increased insulin-mediated lipogenesis. The data obtained are important in search for new points of influence upon pathogenesis of diseases associated with metabolic disorders. Neuroregulin 4 and its receptors may be promising targets for the treatment of socially significant clinical disorders.

Full Text

Введение

Люди, страдающие ожирением, подвержены высокому риску развития сахарного диабета (СД 2-го типа), сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ), неалкогольной жировой болезни печени (НАЖБП) и др. Наличие данных патологий значительно снижает качество и продолжительность жизни.

Нейрегулины представляют собой группу факторов роста, осуществляющих передачу сигналов через рецепторные тирозин-протеинкиназы / рецепторы человеческого эпидермального фактора роста (ErB/HER) – ErbB3 и ErbB4 и регулируют разнообразные биологические процессы (регенерацию, воспаление, аутофагию, апоптоз и др.) [1]. Нейрегулин-4 (NRG4) экспрессируется в ткани печени, легких, поджелудочной железы и, наиболее активно, в жировой ткани [6]. Установлено, что чрезмерная активация сигнального пути ErbB запускает процессы, имеющие непосредственное отношение к патогенезу заболеваний, связанных с нарушением метаболизма (ожирение, СД 2-го типа, НАЖБП), способствуя дизрегуляции углеводного и липидного обменов [6]. Однако данные, представленные в мировой литературе относительно содержания NRG4 в крови при различных заболеваниях, весьма противоречивы. Так, значительное снижение уровня NRG4 в крови обнаружено у детей и взрослых с ожирением, у пациентов с впервые диагностированным СД 2 типа [2, 12, 13]. Напротив, другие авторы не выявили изменений NRG4 в крови у больных НАЖБП [5]. В связи с вышесказанным, целью исследования явилась оценка содержания NRG4 в крови больных ожирением с СД 2-го типа и без него, с последующей оценкой взаимосвязей NRG4 с показателями углеводного и липидного обменов и наличием сопутствующих заболеваний.

Материалы и методы

В исследовании приняли участие 89 человек. Из них: 34 пациента с ожирением без СД 2-го типа (ИМТ = 41,5±6,5 кг/м2 26 женщин, 8 мужчин, возраст 39±2 лет); 34 пациента с ожирением с СД 2-го типа (ИМТ = 47,1±8,7 кг/м2 25 женщин, 9 мужчин, возраст 46±8 лет) и 21 условно здоровый донор (ИМТ = 22,5±2,6 кг/м2, 8 женщин, 13 мужчин, возраст 36±9 лет). Взятие образцов крови осуществлялось утром натощак.

Наличие ожирения, СД 2-го типа и гипертонической болезни устанавливали на основании детального клинико-инструментального обследования в специализированном стационаре, руководствуясь критериями Всемирной организации здравоохранения (1999-2013). Пациенты с СД 2-го типа принимали метформин в дозе 500-1500 мг в сутки и не получали инсулинотерапию. Информированное согласие было подписано всеми пациентами. Верификацию диагноза и набор пациентов в группы исследования проводили в Областной клинической больнице г. Калининграда. Исследование проводилось в соответствии с рекомендациями Хельсинкской декларации. Протокол исследования был утвержден Локальным этическим комитетом Балтийского федерального университета им. Иммануила Канта (протокол № 1 БФУ им. И. Канта от 28 февраля 2019 г.). Анализ показателей углеводного и липидного обменов в сыворотке крови проводили на автоматическом биохимическом анализаторе Furuno CA-180 (Furuno Electric Company, Япония) с использованием тест-систем DiaSys (DiaSys Diagnostic Systems, Holzheim, Germany). Содержание NRG 4 в плазме крови определяли на автоматическом иммуноферментном анализаторе Lasurit (Dynex Technologies, Шантильи, Вирджиния, США) с использованием набора ИФА (Cloud-Clone Corp., Китай). Расчет коэффициента атерогенности (КА) проводили по формуле: КА = (общий холестерин-ЛПВП) / ЛПВП, референтные значения 2-3 усл. ед.

Статистическую обработка результатов осуществляли в программе GraphPad Prism 9.4.1. (GraphPad Software, США). Идентификацию выбросов проводили с использованием метода ROUT (Q = 1%). Нормальность распределения количественных показателей определяли с помощью тестов Шапиро–Уилка и Колмогорова–Смирнова. Гипотеза о равенстве средних значений выборки была проверена с помощью t-критериев Стьюдента. Очищенные от выбросов данные анализировали на наличие достоверных различий с использованием непараметрического теста Краскела–Уоллиса. Для выявления статистически значимых различий между группами был проведен попарный анализ с применением непараметрического теста Манна–Уитни для независимых групп. Корреляционные связи между изучаемыми показателями определяли с помощью корреляционного анализа Спирмена. Достоверными считали различия при уровне р < 0,05. Линейная регрессия была рассчитана методом наименьших квадратов. Для визуализации данных использовали программу GraphPad Prism 9.4.

Результаты и обсуждение

Уровень глюкозы и ГГТ в сыворотке крови у пациентов с ожирением и СД 2-го типа был повышен по сравнению с аналогичными показателями условно здоровых доноров и пациентов с ожирением без СД 2-го типа (табл. 1).

 

ТАБЛИЦА 1. КЛИНИЧЕСКИЕ И ЛАБОРАТОРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИССЛЕДУЕМЫХ ГРУПП

TABLE 1. CLINICAL AND LABORATORY CHARACTERISTICS OF THE STUDY GROUPS

Показатели

Indicators

Условно здоровые доноры (1)

Healthy donors (1)

n = 21

Больные ожирением без СД 2-го типа (2)

Obese patients without type 2 diabetes (2)

n = 34

Больные ожирением с СД 2-го типа (3)

Obese patients with type 2 diabetes (3)

n = 34

ИМТ, кг/м2

BMI, kg/m2

22,5±2,6

41,5±6,5

47,1±8,7

Возраст, лет

Age, years

36±9

39±2

46±8

Пол

Sex

мужчины

men

13

8

9

женщины

women

8

26

25

Наличие СД 2-го типа

Type 2 diabetes

0

0

34

Наличие ГБ

Hypertension

0

10

24

Обхват талии, см

Waist, cm

71,0±9,1

114,7±14,9

p1-2 = 0,001

130,00±15,35

р1-3 < 0,001

р2-3 = 0,013

Обхват бедер, см

Hips, cm

93,0±9,2

127,00±10,71

p1-2 = 0,001

138,00±16,09

р1-3 = 0,001

ЛПВП, ммоль/л

HDL, mmol/L

2,38±0,16

1,39±0,50

1,30±0,79

р1-3 = 0,046

ЛПНП, ммоль/л

LDL, mmol/L

1,55±0,10

3,43±0,76

p1-2 = 0,002

3,02±0,77

р1-3 = 0,044

КА, усл. ед.

IA, units

1,89±0,62

3,40±1,13

p1-2 = 0,001

3,70±1,55

р1-3 < 0,001

АроВ, мг/дл

АроВ, mg/dL

79,36±4,70

112,8±27,4

p1-2 = 0,019

118,00±19,29

р1-3 < 0,001

СЖК, ммоль/л

FFA, mmol/L

0,56±0,22

0,66±0,25

0,83±0,47

Глюкоза, ммоль/л

Glucose, mmol/L

4,57±0,32

4,7±0,7

5,41±0,95

р1-3 < 0,001

р2-3 < 0,001

Прямой билирубин, мкмоль/л

Direct bilirubin, µmol/l

4,06±0,80

2,90±1,10

2,75±1,30

ГГТ, ед/л

GGT, units/L

22,3±4,2

42,63±20,80

44,69±26,80

р1-3 < 0,018

NRG4, пг/мл

NRG 4, pg/mL

91,26 (77,22-115,80)

91,26 (75,47-121,10)

119,30 (98,28-152,70)

р1-3 < 0,02

р2-3 < 0,007

 

Значения АпоВ, ЛПНП, КА у всех пациентов с ожирением были выше относительно показателей группы условно здоровых доноров. Напротив, уровень ЛПВП у больных ожирением с СД 2-го типа был ниже аналогичных значений больных ожирением без СД 2-го типа и здоровых доноров. Сывороточное содержание свободных жирных кислот (СЖК) и прямого билирубина значимо не отличались у пациентов исследуемых групп.

У больных ожирением с СД 2-го типа концентрация NRG4 в крови была достоверно выше в сравнении с пациентами без СД 2-го типа и параметрами здоровых лиц.

Корреляционный анализ позволил выявить многочисленные взаимосвязи NRG4 с показателя углеводного и липидного обменов, антропометрическими данными, а также с наличием патологий, ассоциированных с ожирением – ГБ, CД 2-го типа (рис. 1).

 

Рисунок 1. Корреляционные взаимосвязи NRG4 с антропометрическими и биохимическими показателями у пациентов исследуемых групп

Примечание. А – все исследуемые группы; Б – пациенты с ожирением независимо от состояния углеводного обмена; B – больные ожирением с СД 2-го типа. Представленные данные имеют значимость p < 0,05.

Figure 1. Correlations of NRG4 with anthropometric and biochemical parameters in patients of the studied groups

Note. (A) all study groups. (B) patients with obesity, regardless of the state of carbohydrate metabolism. (C) obese patients with type 2 diabetes. The data presented have a p < 0.05 significance.

 

В результате регрессионного анализа было обнаружено, что у больных ожирением без СД 2-го типа прямой билирубин, ApoB и СЖК были взаимосвязаны с NRG4 (R = 0,31, p = 0,037; R = 0,40, p = 0,014; R = 0,40, p = 0,015).

У больных СД 2-го типа КА и наличие ГБ были ассоциированы с уровнем NRG4 в плазме крови (R = 0,24, p = 0,023; R = 0,22, p = 0,007 соответственно). Следует отметить, что у всех больных ожирением уровень глюкозы, наличие СД 2-го типа, ГБ были взаимосвязаны с содержанием NRG4 в плазме крови (R = 0,14, p = 0,003; R = 0,14, p = 0,003; R = 0,11, p = 0,003 соответственно).

Ожирение является результатом дисбаланса между потреблением энергии и ее расходом, что приводит к избыточному накоплению жировой ткани [11]. Увеличение жировых отложений связано с развитием СД 2-го типа, гипертонией, дислипидемией и НАЖБП, которые способствуют развитию сердечно-сосудистых патологий. В последние годы доказано, что жировая ткань – центральный эндокринный орган, играющий ключевую роль в регуляции энергетического гомеостаза [9].

Нарушение углеводного и липидного обменов было характерно, в большей степени, для больных ожирением с СД 2-го типа. В то же время увеличение ИМТ у всех больных ожирением имело положительную ассоциацию с уровнем глюкозы (r = 0,67, p < 0,05), КА (r = 0,60, p < 0,05) и отрицательную – c ЛПВП (r = -0,45, p < 0,05). Согласно результатам корреляционного и регрессионного анализов, повышение уровня NRG4 в крови у больных ожирением связано с наличием СД 2-го типа и ГБ.

На азиатской популяции было показано, что уровень NRG4 значительно снижен у больных метаболическим синдромом с СД 2-го типа относительно лиц без СД 2-го типа [13]. Выявлено, что содержание NRG4 у больных ожирением и НАЖБП ниже, чем у лиц без НАЖБП [4]. Известно, что СД 2-го типа и НАЖБП – взаимосвязанные патологии, до 75% лиц с СД 2-го типа имеют НАЖБП [10]. В другой работе, напротив, у пациентов с СД 2-го типа обнаружено повышение содержания NRG4 в циркуляции, которое положительно коррелировало с уровнем глюкозы, триглицеридов и индексом HOMA-IR [7], что частично согласуется с результатами нашей работы.

Исследования на мышах с делецией гена NRG4 в жировой ткани продемонстрировали, что недостаточная экспрессия NRG4 может быть вовлечена в патогенез НАЖБП. Также экспериментально доказано, что NRG4 способен снижать липогенез de novo в печени [8], активировать â-окисление жирных кислот в митохондриях и кетогенез [3]. NRG4 передает свои сигналы через активацию рецепторов ErbB4 и ErbB3; по этой причине печень может являться ключевым органом-мишенью для NRG4. Отмечено, что жировая ткань экспрессирует низкие уровни рецепторов ErbB3 и ErbB4.

У больных ожирением с СД 2-го типа наличие положительных корреляционных взаимосвязей NRG4 с ЛПНП (r = 0,44, p < 0,05) и КА (r = 0,50, p < 0,05) может свидетельствовать о его вкладе в развитие гиперлипидемии/дислипидемии. Более того, регрессионный анализ выявил зависимость КА от уровня NRG4 (R = 0,24, p = 0,023) у данной категории пациентов. В работе Yan P. (2018) у больных СД 2-го типа были обнаружены положительные корреляции NRG4 с ЛПВП и апоА, отрицательные с ТГ [13]. Наше исследование, напротив, выявило негативные взаимосвязи NRG4 с ЛПВП (r = -0,31, p < 0,05) и КA (r = -0,37, p < 0,05) у всех больных ожирением. Учитывая экспериментальные данные, полученные другими группами, мы предполагаем, что повышение NRG4 в плазме крови у больных ожирением с СД 2-го типа можно рассматривать в качестве компенсаторной реакции в ответ на усиление липогенеза, опосредованного действием инсулина.

Выводы

Таким образом, NRG4 способен регулировать метаболизм глюкозы и липидов у больных ожирением. NRG4 следует рассматривать как маркер СД 2-го типа и гипертонической болезни. В будущих исследованиях планируется расширить выборку лиц, включенных в исследование, выявить особенности тканеспецифической экспрессии гена рецептора ERBB4 и NRG4, его сплайсинговые изоформы.

Работа выполнена при финансовой поддержке Совета по грантам президента РФ № МК-2072.2022.3, Государственного задания № FZWM2020-0010 и Программы стратегического академического лидерства Балтийского федерального университета им. И. Канта (ПРИОРИТЕТ 2030).

×

About the authors

M. A. Vulf

I Kant Baltic Federal University

Email: larisalitvinova@yandex.ru

PhD (Biology), Senior Research Associate, Center of Immunology and Cell Biotechnologies

Russian Federation, Kaliningrad

L. A. Safiullina

I Kant Baltic Federal University

Email: larisalitvinova@yandex.ru

Postgraduate Student

Russian Federation, Kaliningrad

N. D. Gazatova

I Kant Baltic Federal University

Email: larisalitvinova@yandex.ru

PhD (Biology), Head, Laboratory of Experimental Blood Preparation Studies

Russian Federation, Kaliningrad

G. L. Kuznetsov

Regional Clinical Hospital, Kaliningrad Region

Email: larisalitvinova@yandex.ru

PhD (Medicine), Head, Second Surgical Department

Russian Federation, Kaliningrad

A. A. Komar

I Kant Baltic Federal University

Email: larisalitvinova@yandex.ru

Engineer, Center of Immunology and Cell Biotechnologies

Russian Federation, Kaliningrad

E. V. Kirienkova

I Kant Baltic Federal University

Email: larisalitvinova@yandex.ru

PhD, MD (Medicine), Research Associate, Center of Immunology and Cell Biotechnologies

Russian Federation, Kaliningrad

L. S. Litvinova

I Kant Baltic Federal University

Author for correspondence.
Email: larisalitvinova@yandex.ru

PhD, MD (Medicine), Head, Centre of Immunology and Cell Biotechnologies

Russian Federation, Kaliningrad

References

  1. Blüher M. Neuregulin 4: A “Hotline” between brown fat and liver. Obesity, 2019, Vol. 27, no. 10, pp. 1555-1557.
  2. Cai C., Lin M., Xu Y., Li X., Yang S., Zhang H. Association of circulating neuregulin 4 with metabolic syndrome in obese adults: a cross-sectional study. BMC Med., 2016, Vol. 24, no. 14, 165. doi: 10.1186/s12916-016-0703-6.
  3. Chen Z., Wang G.X., Ma S.L., Jung D.Y., Ha H., Altamimi T., Zhao X.Y., Guo L., Zhang P., Hu C.R., Cheng J.X., Lopaschuk G.D., Kim J.K., Lin J.D. Nrg4 promotes fuel oxidation and a healthy adipokine profile to ameliorate diet-induced metabolic disorders. Mol. Metab., 2017, Vol. 6, no. 8, pp. 863-872.
  4. Dai Y.N., Zhu J.Z., Fang Z.Y., Zhao D.J., Wan X.Y., Zhu H.T., Yu C.H., Li Y.M. A case-control study: Association between serum neuregulin 4 level and non-alcoholic fatty liver disease. Metabolism, 2015, Vol. 64 no. 12, pp. 1667-1673.
  5. de Munck T.J.I., Boesch M., Verhaegh P., Masclee A.A.M., Jonkers D., van Pelt J.F., du Plessis J., Korf H., Nevens F., Koek G.H., van der Merwe S., Verbeek J. Is there a role for neuregulin 4 in human nonalcoholic fatty liver disease? PLoS One, 2021 Vol. 14 no. 16, e0251822. doi: 10.1371/journal.pone.0251822.
  6. Gumà A., Díaz-Sáez F., Camps M., Zorzano A. Neuregulin, an effector on mitochondria metabolism that preserves insulin sensitivity. Front. Physiol., 2020, Vol. 11, 696. doi: 10.3389/fphys.2020.00696.
  7. Kang Y.E., Kim J.M., Choung S., Joung K.H., Lee J.H., Kim H.J., Ku B.J. Comparison of serum Neuregulin 4 (Nrg4) levels in adults with newly diagnosed type 2 diabetes mellitus and controls without diabetes. Diabetes Res. Clin. Pract., 2016, Vol. 117, pp. 1-3.
  8. Ma Y., Gao M., Liu D. Preventing high fat diet-induced obesity and improving insulin sensitivity through neuregulin 4 gene transfer. Sci. Rep., 2016, Vol. 6, 26242. doi: 10.1038/srep26242.
  9. Tayebi S.M., Ghanbari-Niaki A., Saeidi A., Hackney A.C. Exercise training, neuregulin 4 and obesity. Ann. Appl. Sport Sci., 2017, Vol. 5. no. 2, pp. 1-2.
  10. Tomah S., Alkhouri N., Hamdy O. Nonalcoholic fatty liver disease and type 2 diabetes: where do Diabetologists stand? Clin. Diabetes Endocrinol., 2020, Vol. 6, 9. doi: 10.1186/s40842-020-00097-1.
  11. Tutunchi H., Ostadrahimi A., Hosseinzadeh-Attar M.J., Miryan M., Mobasseri M., Ebrahimi-Mameghani M. A systematic review of the association of neuregulin 4, a brown fat-enriched secreted factor, with obesity and related metabolic disturbances. Obes. Rev., 2020, Vol. 21, no. 2, e12952. doi: 10.1111/obr.12952.
  12. Wang R., Yang F., Qing L., Huang R., Liu Q., Li X. Decreased serum neuregulin 4 levels associated with non-alcoholic fatty liver disease in children with obesity. Clin. Obes., 2019, Vol. 9, no. 1, 12289. doi: 10.1111/cob.12289.
  13. Yan P., Xu Y., Wan Q., Feng J., Li H., Yang J., Zhong H., Zhang Z. Plasma Neuregulin 4 levels are associated with metabolic syndrome in patients newly diagnosed with Type 2 diabetes mellitus. Dis. Markers, 2018, Vol. 2018, e6974191. doi: 10.1155/2018/6974191.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. Figure 1. Correlations of NRG4 with anthropometric and biochemical parameters in patients of the studied groups

Download (631KB)

Copyright (c) 2022 Vulf M.A., Safiullina L.A., Gazatova N.D., Kuznetsov G.L., Komar A.A., Kirienkova E.V., Litvinova L.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № 77 - 11525 от 04.01.2002.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies