Lipids activate skeletal muscle mitochondrial fission and quality control networks to induce insulin resistance in humans

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作者
Christopher L. Axelrod,Ciarán E. Fealy,Melissa L. Erickson,Gangarao Davuluri,Hisashi Fujioka,Wagner S. Dantas,Emily Huang,Kathryn Pergola,Jacob T. Mey,W. T. King,Anny Mulya,Daniel S. Hsia,Bartolomé Burguera,Bernard Tandler,Charles L. Hoppel,John P. Kirwan
出处
期刊:Metabolism-clinical and Experimental [Elsevier BV]
卷期号:121: 154803-154803 被引量:76
标识
DOI:10.1016/j.metabol.2021.154803
摘要

A diminution in skeletal muscle mitochondrial function due to ectopic lipid accumulation and excess nutrient intake is thought to contribute to insulin resistance and the development of type 2 diabetes. However, the functional integrity of mitochondria in insulin-resistant skeletal muscle remains highly controversial.19 healthy adults (age:28.4 ± 1.7 years; BMI:22.7 ± 0.3 kg/m2) received an overnight intravenous infusion of lipid (20% Intralipid) or saline followed by a hyperinsulinemic-euglycemic clamp to assess insulin sensitivity using a randomized crossover design. Skeletal muscle biopsies were obtained after the overnight lipid infusion to evaluate activation of mitochondrial dynamics proteins, ex-vivo mitochondrial membrane potential, ex-vivo oxidative phosphorylation and electron transfer capacity, and mitochondrial ultrastructure.Overnight lipid infusion increased dynamin related protein 1 (DRP1) phosphorylation at serine 616 and PTEN-induced kinase 1 (PINK1) expression (P = 0.003 and P = 0.008, respectively) in skeletal muscle while reducing mitochondrial membrane potential (P = 0.042). The lipid infusion also increased mitochondrial-associated lipid droplet formation (P = 0.011), the number of dilated cristae, and the presence of autophagic vesicles without altering mitochondrial number or respiratory capacity. Additionally, lipid infusion suppressed peripheral glucose disposal (P = 0.004) and hepatic insulin sensitivity (P = 0.014).These findings indicate that activation of mitochondrial fission and quality control occur early in the onset of insulin resistance in human skeletal muscle. Targeting mitochondrial dynamics and quality control represents a promising new pharmacological approach for treating insulin resistance and type 2 diabetes.NCT02697201, ClinicalTrials.gov.
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