尿中エクソソームに含まれるホスホエノールピルビン酸カルボキナーゼは、初期のインスリン抵抗性および糖尿病における腎グルコース新生の障害を反映している

Phosphoenolpyruvate carboxykinase in urine exosomes reflect impairment in renal gluconeogenesis in early insulin resistance and diabetes.

• Rajni Sharma
• Manju Kumari
• Prem Prakash
• Sushil Gupta
• Swasti Tiwari

抄録

インスリンによる腎グルコ生成の抑制が損なわれると、高血糖症のリスクとなる可能性がある。糖尿病は腎グルコース新生の亢進と関連しているが、ヒトでは初期のインスリン抵抗性における腎グルコース新生の制御は不明である。腎グルコ新生の非侵襲的なマーカーが有用であると考えられる。ここでは、ヒト尿中エクソソーム（uE）には、ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ（PEPCK）、フルクトース1,6-ビスフォスファターゼ、グルコース6-ホスファターゼという3つのグルコース生成酵素が含まれていることを明らかにした。これらのタンパク質レベルは、全身のインスリン感受性と正の相関を示した。uE中のPEPCK蛋白質は食事により抑制されていたが、インスリン感受性の低い被験者では食事により抑制されていた。一方、インスリン感受性の低い被験者では、食事誘発抑制が鈍化していた。また、糖尿病予備軍や糖尿病ラットから得られたuEは、非糖尿病対照群と比較してPEPCKが高かった。さらに、糖尿病薬を投与されていない被験者では、糖尿病薬を投与された被験者と比較して、uE-PEPCKが高かった。腎グルコース新生の亢進が高血糖やPEPCK発現と関連しているかどうかを調べるために、ラットに0.28MのNHClと0.5%のスクロースを飲料水に入れてアシドーシスを誘導した。コントロールラットは0.5%スクロースで維持した。処置後7日目には、アシドーシスラットでは肝臓ではなく腎臓でのグルコン生成酵素活性が高くなっていた。これらのラットでは、uE中のPEPCKが上昇し、血糖値がコントロールと比較して有意に上昇していた。ヒト近位尿細管細胞におけるグルコース新生の誘導は、媒体中のヒト近位尿細管およびヒト近位尿細管分泌エクソソームの両方において、PEPCKの発現を増加させた。全体的に、グルコネ原性酵素はヒトuEにおいて検出可能である。ヒト尿中エクソソームにおけるPEPCKの上昇とその鈍化した食事誘発性抑制は、糖尿病および初期のインスリン抵抗性と関連している。

Impaired insulin-induced suppression of renal gluconeogenesis could be a risk for hyperglycemia. Diabetes is associated with elevated renal gluconeogenesis; however, its regulation in early insulin resistance is unclear in humans. A noninvasive marker of renal gluconeogenesis would be helpful. Here, we show that human urine exosomes (uE) contain three gluconeogenic enzymes: phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK), fructose 1,6-bisphosphatase, and glucose 6-phosphatase. Their protein levels were positively associated with whole body insulin sensitivity. PEPCK protein in uE exhibited a meal-induced suppression. However, subjects with lower insulin sensitivity had blunted meal-induced suppression. Also, uE from subjects with prediabetes and diabetic rats had higher PEPCK relative to nondiabetic controls. Moreover, uE-PEPCK was higher in drug-naïve subjects with diabetes relative to drug-treated subjects with diabetes. To determine whether increased renal gluconeogenesis is associated with hyperglycemia or PEPCK expression in uE, acidosis was induced in rats by 0.28 M NHCl with 0.5% sucrose in drinking water. Control rats were maintained on 0.5% sucrose. At the seventh day posttreatment, gluconeogenic enzyme activity in the kidneys, but not in the liver, was higher in acidotic rats. These rats had elevated PEPCK in their uE and a significant rise in blood glucose relative to controls. The induction of gluconeogenesis in human proximal tubule cells increased PEPCK expression in both human proximal tubules and human proximal tubule-secreted exosomes in the media. Overall, gluconeogenic enzymes are detectable in human uE. Elevated PEPCK and its blunted meal-induced suppression in human urine exosomes are associated with diabetes and early insulin resistance.