Protein-enriched diets can promote alimentary insulin resistance and increase the risk of developing type 2 diabetes mellitus. The pathomechanism is controversially discussed. In view of the partly contradictory results from published clinical and experimental studies, we developed a study design, which compares a protein-rich diet with increased dietary fibre intake. In the PROFIMET-study we performed a dietary intervention (RCT) in 84 overweight/obese subjects over a period of 4.5 months to investigate the effects of a protein-enriched versus a fibre-enriched diet compared to a moderate fibre/protein-enriched diet versus control group. Primary endpoint of the study was whole-body insulin sensitivity as measured by the gold-standard method- euglycemic hyperinsulinemic clamp (EHC). Secondary endpoints were other known factors contributing to altered insulin sensitivity, such as body fat composition, liver fat content, hormones, adipokines, inflammatory and metabolic markers. This thesis is focused on the analysis of molecular changes in mTOR-pathway (mTOR, p70S6K1, AKT, IRS 1, hVps34) using fat tissue biopsies in relation to clinically measured insulin sensitivity. The change of sirtuin 1 was analyzed in skeletal muscle biopsies by Western blot. The hypothesis was that an isoenergetic high protein diet over a period of 18 weeks leads to a worsening of the clinically measured insulin sensitivity, correlating at the molecular level with an increased protein expression of mTOR and its downstream factors, e.g. S6K1. Furthermore, we expected a reduction of SIRT 1 in the protein-enriched group as a sign of insulin resistance, and an increase of SIRT 1 in the fiber-enriched group. Result: A significantly improved insulin sensitivity was observed in the dietary fiber group compared to the high protein group (p=0.008). This was also reflected at the molecular level. Here a significant increase of S6K1 in the high protein group was observed after 6 weeks of intervention compared to the dietary fiber group. SIRT 1 in muscle biopsies was significantly increased after the first intervention phase in the mix group. Both results were only moderately changed after a 12-week ad libitum phase. Conclusion: A supplemented isoenergetically guided fiber-enriched diet leads to an improvement of the clinically measured insulin sensitivity after a period of 6 weeks. An isoenergetic protein-enriched diet leads to insulin resistance with corresponding molecular changes. The results of this study could show approaches of a preventive nutrition to the development of diabetes mellitus type 2, to which attention should be paid in further studies. Clinicaltrialsgov Identifier: NCT00579657
Eine Proteinreiche Ernährung kann die alimentär bedingte Entstehung einer Insulinresistenz begünstigen und das Risiko einen Typ 2 Diabetes mellitus zu entwickeln erhöhen. Der Pathomechanismus wird kontrovers diskutiert. Angesichts der z.T. widersprüchlichen Ergebnisse aus bisher veröffentlichten klinischen und experimentellen Studien entwickelten wir ein Studiendesign, in dem erstmalig ein direkter Vergleich zwischen einer Proteinreichen Ernährung und einer vermehrten Ballaststoffzufuhr stattfand. In der PROFIMET-Studie führten wir an 84 übergewichtigen/ adipösen Probanden eine Ernährungsintervention in einem RCT-Ansatz durch, bei der über einen Zeitraum von insgesamt 4,5 Monaten die Effekte einer Proteinreichen versus Ballaststoffreichen Diät, verglichen mit einer moderat Ballaststoff/Proteinreichen Diät und einer Kontrollgruppe, untersucht wurden. Primärer Endpunkt der Studie war die Beeinflussung der Ganzkörperinsulinsensitivität, gemessen mit der Goldstandardmethode, dem euglykämisch-hyperinsulinämischen Clamp (EHC). Sekundäre Endpunkte waren weitere Faktoren, die zu einer veränderten Insulinsensitivität beitragen können, wie Körperfettzusammensetzung, Leberfettgehalt, Hormone, Adipokine sowie inflammatorische und metabolische Marker. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Analyse der molekularen Veränderungen im mTOR Signalweg (mTOR, p70S6K1, AKT, IRS 1, hVps34) anhand von Fettgewebsbiopsien in Relation zur klinisch gemessenen Insulinsensitivität. Des Weiteren wurde die Veränderung des Sirtuin 1 anhand von Skelettmuskelbiopsien mittels Western Blot analysiert. Die Hypothese lautete, dass eine isoenergetische Hochproteindiät über einen Zeitraum von 18 Wochen zu einer Verschlechterung der klinisch gemessen Insulinsensitivität führt und dies auf molekularer Ebene mit einer erhöhten Proteinexpression des mTOR und seiner nachgeschalteten Faktoren, insbesondere der S6K1, korreliert. Des Weiteren erwarteten wir eine Verringerung des SIRT 1 in der Hochproteindiätgruppe, als Zeichen einer Insulinresistenzentwicklung, und einen Anstieg des SIRT 1 bei der Hochballaststoffgruppe im Sinne einer Verbesserung der Insulinsensitivität. Ergebnis: Es zeigte sich eine signifikant gebesserte Insulinsensitivität in der Ballaststoffgruppe im Vergleich mit der Hochproteingruppe (p=0,008). Dies spiegelte sich auch auf molekularer Ebene wider. Hier zeigte sich eine signifikante Erhöhung der S6K1 in der Hochproteingruppe nach 6 Wochen Intervention im Vergleich zur Ballaststoffgruppe. Das SIRT 1 in den Muskelbiopsien war nach der ersten Interventionsphase in der Mix-Gruppe signifikant erhöht. Beide Ergebnisse waren jedoch nach einer 12-wöchigen ad libitum Phase nur noch moderat verändert. Schlussfolgerung: Eine supplementierte isoenergetisch geführte Ballaststoffreiche Ernährung führt nach einer Dauer von 6 Wochen zu einer Verbesserung der klinisch gemessenen Insulinsensitivität. Eine isoenergetische Hochproteindiät hingegen führt zu einer Insulinresistenz mit entsprechenden molekularen Veränderungen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen Ansätze einer möglichen präventiven Ernährungsform auf die Entwicklung eines Diabetes mellitus Typ 2, denen in weiteren Studien Aufmerksamkeit geschenkt werden sollte. Clinicaltrialsgov Identifier: NCT00579657
