Die Bildung und Freisetzung von Acylcarnitinen in primären humanen Myotuben spiegelt die Unterschiede der Nüchtern-Fettoxidation der Probanden wider

Fragestellung: Acylcarnitine sind Biomarker für eine unvollständige β-Oxidation und einen mitochondrialen Lipidüberschuss, deuten jedoch auch auf eine hohe Aktivität der mitochondrialen Fettsäureoxidation hin. Es ist nicht bekannt, ob die Acylcarnitinbildung in primären humanen Myotuben von schlanken, metabolisch gesunden Probanden im Zusammenhang mit der Fettoxidation in vivo stehen. Die Zielsetzung bestand in der Quantifizierung der Bildung und Freisetzung von Acylcarnitinen in Myotuben von Probanden mit niedrigem und hohem Respiratorischen Quotienten (RQ).

Methodik: Der Nüchtern-RQ wurde durch indirekte Kalorimetrie bestimmt; die Muskelbiopsien stammen von jeweils sechs Probanden mit niedrigem (Mittelwert 0.79 ± 0.03) oder hohem Nüchtern-RQ (0.90 ± 0.03); Satellitenzellen wurden isoliert, kultiviert und zu Myotuben differenziert. Die Myotuben wurden 30 Minuten, 4 Stunden oder 24 Stunden mit 125µM [¹³C]-markiertem Palmitat inkubiert und die Acylcarnitinbildung im Zeitverlauf bestimmt. Die Quantifizierung der Acylcarnitine erfolgte mittels stabil-Isotopen-markierter Metabolomics-Analyse durch UHPLC-ESI-qTOF-MS.

Ergebnisse: Myotuben von Probanden mit hohem Nüchtern-RQ bildeten und setzten signifikant höhere Mengen an mittelkettigen Acylcarnitinen frei. Die extrazellulären Konzentrationen an [¹³C₈]- und [¹³C₁₀]-Acylcarnitin waren positiv mit dem Nüchtern-RQ korreliert. Die niedrigere Expression der Medium Chain Acyl-CoA- Dehydrogenase (MCAD) in den Myotuben der Probanden mit hohem Nüchtern-RQ kann die höhere Rate an unvollständiger Fettsäureoxidation erklären. Das reduzierte Verhältnis von [¹³C₂]Acetylcarnitin zu Carnitin bzw. der Summe aus [¹³C₁₆]Hexadecanoyl- und [¹³C₁₈]Octadecanoyl-AC zu Carnitin in den Zelllysaten dieser Myotuben weist auf eine reduzierte Fettsäureoxidationskapazität hin. Der mitochondriale DNA-Gehalt unterschied sich nicht zwischen den beiden RQ-Gruppen.

Schlussfolgerungen: Die Quantifizierung der Bildung und Freisetzung von Acylcarnitinen in primären humanen Myotuben lässt Rückschlüsse auf die Fettoxidationskapazität der Probanden zu und kann der Identifizierung von muskulären Bestimmungsgrößen der Fettoxidation dienen.