LONG-ECHO TIME PADA MR SPEKTROSKOPI UNTUK DETEKSI ASETILKARNITIN OTOT SKELETAL

Model hewan menunjukkan bahwa produksi asetilkarnitin sangat penting untuk menjaga fleksibilitas metabolisme dan sensitivitas insulin. Karena metode saat ini untuk mendeteksi asetilkarnitin melibatkan biopsi dari jaringan, alternatif non-invasif untuk mengukur konsentrasi asetilkarnitin dapat memfasilitasi pemahaman kita tentang relevansi fisiologis pada manusia. Di sini, kami menyelidiki penggunaan long-echo time (TE) proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) untuk mengukur konsentrasi asetilkarnitin otot rangka pada scanner klinis 3T. Kami menerapkan long-TE 1H-MRS untuk mengukur asetilkarnitin pada daya tahan tubuh atlet, subjek kurus menetap dan obesitas, dan diabetes melitus tipe 2 (DMT2) pasien untuk mencakup sensitivitas insulin spektrum yang luas. Suatu Protokol long-TE 1H-MRS dilaksanakan untuk deteksi asetilkarnitin otot rangka pada individu-individu. Ada perbedaan dalam sensitivitas insulin, yang diukur dengan klem hyperinsulinemic-euglycemic, dan fungsi mitokondria otot rangka, yang diukur dengan fosfor-MRS (31p-MRS), diseluruh kelompok. Sensitivitas Insulin dan fungsi mitokondria yang tertinggi pada atlet terlatih dan terendah pada pasien DMT2. Konsentrasi asetilkarnitin Otot rangka menunjukkan distribusi timbal balik, dengan konsentrasi asetilkarnitin yang berhubungan dengan mean sensitivitas insulin pada masing-masing kelompok. Hasil ini menunjukkan bahwa mengukur konsentrasi asetilkarnitin dengan 1H-MRS adalah layak pada scanner klinis MR dan mendukung hipotesis bahwa pasien DMT2 ditandai dengan pembentukan penurunan asetilkarnitin, mungkin mendasari penurunan sensitivitas insulin.

PendahuluanPenggunaan proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) pada otot rangka manusia telah berperan dalam membangun pentingnya akumulasi lemak ektopik dalam pengembangan jenis Diabetes mellitus 2 (DMT2). Ini ditemukan di sejumlah besar penelitian bahwa lipid intramiosellular (IMCL) kadarnya berbanding terbalik terkait sensitivitas insulin. Namun, metodologi yang sama juga mengakibatkan identifikasi paradoks yang disebut atlet: daya tahan atlet yang terlatih, meskipun sangat sensitif insulin, juga ditandai dengan tingkat IMCL tinggi. Temuan ini telah menyebabkan pengembangan hipotesis baru untuk menjelaskan relasi antara akumulasi lemak pada otot dan sensitivitas insulin.Salah satu hipotesis yang menarik dan menunjukkan peran untuk metabolisme karnitin. Telah lama diketahui bahwa karnitin memungkinkan mitokondria dari asam lemak rantai panjang untuk - oksidasi berikutnya. Namun, baru-baru ini telah diketahui bahwa karnitin juga mungkin memainkan peran regulasi penting di substrat pengganti dan homeostasis glukosa. Asetilkarnitin terbentuk dalam kondisi di mana pembentukan asetil-CoA, baik sebagai produk akhir dari glikolisis atau -oksidasi, melebihi masuknya ke siklus trikarboksilat (TCA). Karnitin bebas dapat bertindak sebagai wadah untuk kelompok kelebihan asetil dalam reaksi reversibel dikatalisasi oleh enzim karnitin asetiltransferase. Asetilkarnitin, seperti ester asilkarnitin lain, mudah dapat diekspor dari mitokondria (Gambar 1).Pembentukan asetilkarnitin membantu untuk menjaga rasio rendah asetil-CoA / CoA bebas di mitokondria. Suatu rasio asetil-CoA rendah / CoA bebas diperlukan untuk menjaga aktivitas piruvat dehidrogenasi (PDH), yang dikenal untuk mengontrol tingkat oksidasi aerobik karbohidrat. Kapasitas dikompromikan untuk menghasilkan asetilkarnitin, baik karena aktivitas CRAT dikurangi atau konsentrasi karnitin rendah, dapat mengurangi aktivitas PDH, sehingga mengurangi degradasi oksidatif glukosa, menjadi perhatian utama dalam otot untuk resisten insulin. Dikompromikan piruvat tercermin fleksibilitas masuk ke mitokondria dan menyebabkan metabolisme menurun, fitur deteksi dini resisten insulin pada otot. Memang, tikus Crat-KO, yang dapat mengkonversi asetil-CoA untuk asetilkarnitin, ditandai oleh penurunan toleransi glukosa. Di sisi lain, eksperimen dari Crat di Myotubes primer manusia menunjukkan peningkatan penghabisan asetilkarnitin dan aktivitas PDH tinggi. Demikian pula, ketersediaan karnitin bebas berkurang yang disebabkan oleh overfeeding lemak tinggi pembentukan asetilkarnitin terhambat pada tikus, dan suplemen karnitin mampu membalikkan disregulasi mitokondria terkait makanan , termasuk pemulihan aktivitas PDH. Selanjutnya, pembentukan asetilkarnitin meningkat dengan peningkatan kadar karnitin bebas dalam otot rangka tikus dan di Myotubes rangka utama manusia. Untuk menguji relevansi asetilkarnitin resistensi insulin dan DMT2 pada manusia, itu adalah kunci untuk mengukur tingkat asetilkarnitin dalam jaringan.Asetilkarnitin sebelumnya telah divisualisasikan noninvasif menggunakan short-echo time (TE) 1H-MRS dengan mengurangkan spektrum pre dan post. Karena puncak tidak terlihat pada spektrum sisanya, hanya sinyal perbedaan latihan dapat diukur pada 2,13 ppm. Baru-baru ini, pengamatan dari puncak resonansi alternatif asetilkarnitin di 3,17 ppm telah dilaporkan di 7T. Namun, karena tumpang tindih dengan puncak amonium trimetil lainnya (TMA), puncak ini juga tetap hanya dihitung setelah latihan, ketika itu meningkat pesat. Selanjutnya, karena penurunan resolusi spektral, puncak ini tidak diselesaikan dan karena itu tetap tidak terdeteksi pada klinis tersedia sistem 3T MR. Kami berhipotesis bahwa meskipun strategi akuisisi menggunakan TE panjang akan menghasilkan informasi berharga tentang konsentrasi asetilkarnitin in vivo. Puncak asetilkarnitin pada 2,13 ppm biasanya tertutup oleh resonansi lipid luas di TE singkat. Perolehan strategi menggunakan TE panjang menyebabkan penekanan relatif resonansi lipid luas ini atau Sinyal relaksasi metabolit waktu pendek transversal (T2) secara umum. Penggunaan TE panjang akan meningkatkan visibilitas puncak asetilkarnitin terlepas kekuatan medan magnet tanpa terbatas peningkatan latihan.Kami di sini mengembangkan strategi akuisisi TE lama untuk mengukur tingkat asetilkarnitin saat istirahat di satu scan pada scanner klinis 3T MR. Mendeteksi tingkat asetilkarnitin noninvasif memberikan kesempatan untuk mempelajari tingkat asetilkarnitin dalam kaitannya dengan kondisi patologis seperti disfungsi mitokondria, resistensi insulin, dan diabetes. Untuk mengevaluasi relevansi fisiologis dari pengukuran tingkat asetilkarnitin otot rangka, kami menerapkan Metodologi TE lama 1H-MR di otot rangka dari daya tahan atlet terlatih, subjek menetap kurus, obesitas tetap subjek, dan pasien DMT2. Hasil kami menunjukkan bahwa Konsentrasi asetilkarnitin lebih tinggi berhubungan dengan peningkatan sensitivitas insulin dan lebih baik dalam fungsi mitokondria vivo, yang diukur dengan fosfor-MRS (31p-MRS), dan bahwa tidak ada paradoks atlet yang ada untuk tingkat asetilkarnitin.

HasilKarakteristik subjek. Daya tahan atlet terlatih dan subjek yang kurus serta subjek obesitas dan pasien DMT2 cocok untuk usia dan BMI. Umur dan BMI yang berbeda antara daya tahan atlet terlatih / subjek yang kurus dan subjek pasien obesitas DMT2 (P