Effekte der diätetischen Reduktion von verzweigtkettigen Aminosäuren auf Insulinsekretion und -sensitivität bei Typ-2-Diabetes

Fragestellung:

Serumspiegel verzweigtkettiger Aminosäuren (BCAA: Valin, Leucin, Isoleucin) sind bei Patienten mit Insulinresistenz und/oder Typ-2-Diabetes (T2D) erhöht. BCAA Zufuhr verbessert Mitochondrienfunktion bei jungen gesunden Erwachsenen, bei Mittelaltrigen mit T2D ist der Zusammenhang unklar. Andererseits sollen BCAA die Expression des Hepatokins fibroblast growth factor 21 (FGF21) senken, dieser wiederum soll die Glukoseaufnahme des Fettgewebes stimulieren. Wir prüften die Hypothese, dass BCAA-Reduktion die Insulinsensitivität (IS) und mitochondriale Effizienz verbessert und FGF21-Serumspiegel bei T2D erhöht.

Methoden:

In einer randomisierten, placebokontrollierten Doppelblindstudie erhielten 12 Patienten (8 männlich, 4 weiblich, 54 ± 4 Jahre, Body Mass Index 30,8 ± 2,8 kg/m², HbA1c 6,6 ± 0,9%/49 ± 10 mmol/mol) eine 4-wöchige isokalorische Diät mit Proteinzufuhr von 1 g/kg. Im Cross-over-Design enthielt die Diät für eine Woche entweder den kompletten Aminosäurensatz (BCAA⁺) oder eine 60%-ige Reduktion der BCAA (BCAA^-), getrennt durch einwöchige wash-out-Phase. Die Ganzkörper-IS wurde durch hyperinsulinämisch-euglykämische Clamps und Beta-Zell-Funktion durch Mixed-Meal-Toleranz-Tests (MMT) beurteilt. Die mitochondriale Effizienz wurde anhand des Respiratory Control Ratio (RCR) mittels hochauflösender Respirometrie in Muskel- und Fettbiopsien ermittelt. FGF21-Serumspiegel wurden durch ELISA quantifiziert.

Ergebnisse:

Überraschenderweise war die IS nach BCAA^- niedriger als nach BCAA⁺-Diät (3,1 ± 1,7 vs. 3,5 ± 1,8 mg*kg^-1*min^-1, p < 0,01). Dieser Unterschied verschwand nach Korrektur für die Clamp-Insulinkonzentrationen. Die Sekretion von Insulin und C-Peptid war nach BCAA^--Diät 20% niedriger (iAUC Insulin: 21 ± 11 vs. 29 ± 19 mU*ml^-1*4h^-1, p < 0,01). Nach BCAA^--Diät war RCR im Fettgewebe 1,7-fach höher (p < 0,05), im Skelettmuskel aber unverändert. Die BCAA^--Diät erhöhte die FGF21-Spiegel von 323 ± 189 auf 405 ± 233 pg/ml, p < 0,05).

Schlussfolgerungen:

Eine kurzfristige diätetische BCAA-Reduktion erhöht FGF21-Sekretion und die mitochondriale Effizienz, senkt aber die Insulin-Sekretion in T2D.