Advances in Clinical and Experimental Medicine

Title abbreviation: Adv Clin Exp Med
JCR Impact Factor (IF) – 1.736
5-Year Impact Factor – 2.135
Index Copernicus  – 168.52
MEiN – 70 pts

ISSN 1899–5276 (print)
ISSN 2451-2680 (online)
Periodicity – monthly

Download original text (EN)

Advances in Clinical and Experimental Medicine

2012, vol. 21, nr 6, November-December, p. 695–703

Publication type: editorial article

Language: English

Cerebral Regulation of Insulin Secretion and the Development of Insulin Resistance in Type 2 Diabetes

Mózgowa regulacja wydzielania insuliny a rozwój insulinooporności w cukrzycy typu 2

Marta Wasilewska1,A,B,C,D,F, Rajmund Adamiec1,A,B,C,E,F

1 Department of Angiology, Hypertension and Diabetology, Wroclaw Medical University, Poland

Abstract

Type 2 diabetes (T2DM) is a metabolic disorder that still constitutes a significant clinical problem due to its numerous microand macroangiopathic complications. Although many pathogenic factors for T2DM have been established to date, along with many methods of control and compensation, diabetes is still a subject of intense research aimed at finding new therapeutic regimens. Established protocols of management are based on the modification of risk factors and the administration of hypoglycemic agents, which act at the level of the pancreas or in target tissues for insulin. However, in recent years research has more and more frequently been centered upon the superior role of the central nervous system in the maintenance of the widely understood energy balance of the body, including carbohydrate metabolism. In this review the authors present current evidence confirming an association between the central nervous system (CNS) and insulin release, and discuss the potential risk of developing insulin resistance, obesity and diabetes in states of impaired CNS function. The key point of this review is to provide an analysis of a system of selected neuropeptides of central origin that act both at the level of the brain and in the periphery, playing an important role in the control of energy balance. The conclusions derived from the experimental studies and clinical trials discussed in this review undoubtedly suggest that impairment of the hereby presented system of central regulators can result in metabolic disorders.

Streszczenie

Cukrzyca typu 2 jest schorzeniem metabolicznym będącym nadal istotnym problemem klinicznym z uwagi na liczne powikłania mikrooraz makroangiopatyczne. Mimo że dotychczas poznano wiele czynników patogenetycznych tej choroby oraz metod ją kontrolujących lub wyrównujących, cukrzyca niezmiennie pozostaje przedmiotem intensywnych badań naukowców poszukujących nowych schematów terapii. Znane programy leczenia opierają się na modyfikacji czynników ryzyka oraz stosowaniu leków hipoglikemizujących o mechanizmach działania na poziomie trzustki lub tkanek docelowych dla insuliny. W ostatnich latach coraz częściej podkreśla się nadrzędną rolę ośrodkowego układu nerwowego w utrzymaniu szeroko pojętej homeostazy energetycznej organizmu, w tym gospodarki węglowodanowej. W pracy przedstawiono dane naukowe potwierdzające związek ośrodkowego układu nerwowego z uwalnianiem insuliny, a także zagrożenie rozwojem insulinooporności, otyłości i cukrzycy w stanach jego zaburzonego funkcjonowania. Podstawowym punktem są rozważania nad systemem wybranych neuropeptydów pochodzenia centralnego, które działając zarówno na poziomie mózgu, jak i w obszarze obwodowym, odgrywają istotną rolę w kontroli równowagi energetycznej. Wnioski z przedstawionych badań eksperymentalnych, a także klinicznych jednoznacznie wskazują na możliwość powstawania schorzeń metabolicznych w przypadku wystąpienia uszkodzeń w układzie opisywanych ośrodkowych regulatorów.

Key words

diabetes, insulin resistance, obesity, neuropeptides, brain.

Słowa kluczowe

cukrzyca, insulinooporność, otyłość, neuropeptyd, mózg.

References (26)

  1. Gerozissis K: Brain Insulin: Regulation, Mechanisms of Action and Functions. Cell Mol Neurobioly 2003, 23, 1–25.
  2. Brüning JC, Gautam D, Burks DJ, Gillette J, Schubert M, Orban PC, Klein R, Krone W, Müller-Wieland D, Kahn CR: Role of Brain Insulin Receptor in Control of Body Weight and Reproduction. Science 2000, 22, 2122– –2125.
  3. Schulingkamp RJ, Pagano TC, Hung D, Raffa RB: Insulin receptors and insulin action in the brain: review and clinical implications. Neurosci Biobehav Rev 2000, 24, 855–872.
  4. Pagotto U: Where Does Insulin Resistance Start? Diabetes Care 2009, 32, 174–177.
  5. Kocełak P, Zahorska-Markiewicz B, Olszanecka-Glinianowicz M: Hormonalna regulacja przyjmowania pokarmu. Endokrynol Pol 2009, 60, 296–301.
  6. Hoek AM, Heijningen C, Schro¨der-van der Elst JP, Ouwens DM, Havekes LM, Romijn JA, Kalsbeek A, Pijl H: Intracerebroventricular Administration of Neuropeptide Y Induces Hepatic Insulin Resistance via Sympathetic Innervation. Diabetes 2008, 57, 2304–2310.
  7. Katsuki A, Sumida Y, Gabazza EC, Murashima S, Tanaka T, Furuta M, Araki-Sasaki R, Hori Y, Nakatani K, Yano Y, Adachi Y: Plasma Levels of Agouti-Related Protein Are Increased in Obese Men. J Clin Endocrinol Metab 2001, 86, 1921–1924.
  8. Li-Ying Fu, Pol AN: Agouti-Related Peptide and MC3/4 Receptor Agonists Both Inhibit Excitatory Hypothalamic Ventromedial Nucleus Neurons. J Neurosci 2008, 28, 5433–5449.
  9. Mountjoy KG: Functions for pro-opiomelanocortin-derived peptides in obesity and diabetes. Biochem J 2010, 428, 305–324.
  10. Costa JL, Hochgeschwender U, Brennan M: The role of melanocyte-stimulating hormone in insulin resistance and type 2 diabetes mellitus. Treat Endocrinol. 2006, 5, 7–13.
  11. Jung EJ, Han DJ, Chang SH, Lim DG, Wee YM, Kim JH, Kim YH, Koo SK, Choi M, Kim SC: Protective effect of alpha-melanocyte-stimulating hormone on pancreas islet cell against peripheral blood mononuclear cell-mediated cytotoxicity in vitro. Transplant Proc 2007, 39, 1604–1606.
  12. Millington G WM: The role of proopiomelanocortin (POMC) neurones in feeding behaviour. Nutr Metab 2007, 4, 18.
  13. Hochgeschwender U, Costa JL, Reed P, Bui S, Brennan MB: Altered Glucose Homeostasis in ProopiomelanocortinNull Mouse Mutants Lacking Central and Peripheral Melanocortin. Endocrinology 2003, 144(12), 5194–5202.
  14. Zhang AQ, Li XL, Jiang CY, Lin L, Shi RH, Chen JD, Oomura Y: Expression of nesfatin-1/NUCB2 in rodent digestive system. World J Gastroenterol 2010, 16, 1735–1741.
  15. Stengel A, Goebel M, Yakubov I, Wang L, Witcher D, Coskun T, Taché Y, Sachs G, Nils SG, Lambrecht WG: Identification and Characterization of Nesfatin-1 Immunoreactivity in Endocrine Cell Types of the Rat Gastric Oxyntic Mucosa. Endocrinology 2009, 150, 232–238.
  16. Maejima Y, Sedbazar U, Suyama S, Kohno D, Onaka T, Takano E, Yoshida N, Koike M, Uchiyama Y, Fujiwara K, Yashiro T, Horvath TL, Dietrich MO, Tanaka S, Dezaki K, Oh-I S, Hashimoto K, Shimizu H, Nakata M, Mori M, Yada T: Nesfatin-1-Regulated Oxytocinergic Signaling in the Paraventricular Nucleus Causes Anorexia through a Leptin-Independent Melanocortin Pathway. Cell Metab 2009, 10, 355–365.
  17. Voss U, Riva M, Dekker Nitert M, Ling C, Lindqvist A, Wierup N: Nesfatin-1 stimulates insulin secretion, inhibits glucagon secretion and is expressed in human and rodent beta cells. Diabetologia 2010, 53, 548.
  18. Knauf C, Cani PD, Perrin C, Iglesias MA, Maury JF, Bernard E, Benhamed F, Grémeaux T, Drucker DJ, Kahn CR, Girard J, Tanti JF, Delzenne NM, Postic C, Burcelin R: Brain glucagon-like peptide-1 increases insulin secretion and muscle insulin resistance to favor hepatic glycogen storage. J Clin Invest 2005, 115, 3554–3563.
  19. Sandoval D: CNS GLP-1 Regulation of Peripheral Glucose Homeostasis. Physiol Behav. 2008, 94, 670–674.
  20. Ramanjaneya M, Chen J, Brown JE, Tripathi G, Hallschmid M, Patel S, Kern W, Hillhouse EW, Lehnert H, Tan BK, Randeva HS: Identification of Nesfatin-1 in Human and Murine Adipose Tissue: A Novel Depot-Specific Adipokine with Increased Levels in Obesity. Endocrinology 2010, 150, 3169–3180.
  21. Li QC, Wang HY, Chen X, Guan HZ, Jiang ZY: Fasting plasma levels of nesfatin-1 in patients with type 1 and type 2 diabetes mellitus and the nutrient-related fluctuation of nesfatin-1 level in normal humans. Regul Peptides 2010, 159, 72–77.
  22. García-Galiano D, Navarro VM, Gaytan F, Tena-Sempere M: Expanding roles of NUCB2/nesfatin-1 in neuroendocrine regulation. J Mol Endocrinol 2010, 45, 281–290.
  23. Żełobowska K, Gumprecht J, Grzeszczak W: Neurotropowy czynnik pochodzenia mózgowego (BDNF) – udział w patogenezie insulinooporności i cukrzycy typu 2. Przew Lek 2007, 4, 79–83.
  24. Pedersen BK, Pedersen M, Krabbe KS, Bruunsgaard H, Matthews VB, Febbraio MA: Role of exercise-induced brain-derived neurotrophic factor production in the regulation of energy homeostasis in mammals. Exp Physiol 2009, 94, 1153–1160.
  25. Krabbe KS, Nielsen AR, Krogh-Madsen R, Plomgaard P, Rasmussen R, Erikstrup C, Fischer CP, Lindegaard B, Petersen AMW, Taudorf S, Secher NH, Pilegaard H, Bruunsgaard H, Pedersen BK: Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and type 2 diabetes. Diabetologia 2007, 50, 431–438.
  26. Suwaa M, Kishimotob H, Nofujib Y, Nakanoc H, Sasakid H, Radake Z, Kumagaia S: Serum brain-derived neurotrophic factor level is increased and associated with obesity in newly diagnosed female patients with type 2 diabetes mellitus. Metab Clin Exp 2006, 52, 852–857.
© Wroclaw Medical University