Biomarker für Trainigseffekte von Proband/-innen mit Multimorbidität während eines 24-wöchigen Trainingsprogramms

Abstract

Einleitung: Ziel dieser Arbeit war es, relevante systemisch metabolische, inflammatorische und arthrosespezifische Biomarker sowie zirkulierende miR- Muster zu definieren und zu verifizieren, die sich bei multimorbiden Patient/-innen verändern, die ein standardisiertes Trainingsprogramm durchlaufen. Proband/-innen: Es wurden 20 Proband/-innen der ersten Welle und 15 Proband/-innen der zweiten Welle der MultiPill-Exercise-Pilotstudie der Sportmedizin Tübingen und der AOK Baden-Württemberg eingeschlossen. Die Proband/-innen mussten zum Einschluss in die Studie ein multimorbides Profil aufweisen. Es wurden zu drei Zeitpunkten (t0 = zu Studienbeginn, baseline, t1 = zwölf Wochen nach Trainingsbeginn, follow-up 1, t2 = 24 Wochen nach Trainingsbeginn, follow-up 2) Blut- und Urinproben abgenommen und auf verschiedene miRs, Adipokine, Arthrose-Marker und Acylcarnitine analysiert. Methoden: Für die miR-Analysen wurde zunächst durch das GenXpro-Labor in Frankfurt aus zwölf Plasmaproben von sechs Proband/-innen zwölf RNA-Seq- miR-Profile analysiert. Anschließend wurden die ausgewählten miRs mittels RT- qPCR untersucht. Die Parameter Adiponektin, Resistin und Leptin sowie COMP und CTX-II wurden durch das Labor des Naturwissenschaftlichen und Medizinischen Instituts (NMI) aus Aliquots der Serum- und Urinproben analysiert. Die Aminosäure- und Acylcarnitin-Profile wurden durch das Screeninglabor Hannover mittels Flüssigchromatographie-Tandem-Massenspektometrie analysiert. Ferner wurden anhand der EDTA-, Serum-, Li-Heparinat-, Citrat- und NaF-Proben weitere klinische Parameter im Rahmen eines klassischen erweiterten Laborbefunds durch das Zentrallabor Tübingen erhoben. Die basalen Biomarker-Konzentrationen und die Veränderung der klinischen Parameter wurden mittels Korrelations- und Wilcoxon-Tests aufeinander bezogen und ausgewertet. Ergebnisse: Im Rahmen der vorliegenden Studie wurden Seren von 35 Proband/-innen mit Multimorbidität auf multiple Biomarker untersucht. Es konnte verifiziert werden, dass sich miRs zuverlässig mittels RT-qPCR aus Plasma messen lassen. Die untersuchten miRs ließen sich nach Korrelationsverhalten in zwei Gruppen differenzieren. So fiel auf, dass die miRs 146a-5p, 150a-5p, 223-3p, 143-3p, 505-3p, 21-5p und 126-3p ein sehr ähnliches Korrelationsmuster besaßen. Vor allem im Bereich der Sport-, Fettstoffwechsel- sowie Herz- Kreislauf-Parameter fielen vermehrt negative Korrelationen auf. Genau gegensätzlich verhielten sich die miRs 16-5p, 486-5p, 210-3p, 190a-5p und 103a-3p. Hier dominierten in erster Linie positive Korrelationen mit V̇ O2max und PPO sowie negative Korrelationen mit den Entzündungsparametern IL6, CRP und Fibrinogen sowie den Fettstoffwechselparametern Cholesterin, Trigylceride, LDL und HDL. Des Weiteren konnten aussagekräftige Zusammenhänge zwischen den basalen Adipokin-Konzentrationen, insbesondere Leptin und Adiponektin, mit der Veränderung klinischer Parameter, insbesondere aus dem Bereich des Fettstoffwechsels und Diabetesparameter, analysiert werden. Hierbei verhielten sich Leptin und Adiponektin genau gegensätzlich in den Korrelationsanalysen. Leptin nahm über den Studienzeitraum signifikant (p = 0,008) um 40,2 % ab. Leptin korrelierte insbesondere mit klinischen Parametern wie V̇ O2max und Diabetes-Parametern. Die COMP-Konzentrationen blieben über die Studie hinweg weitaus stabil. Hier konnten lediglich diskrete Korrelationen zwischen COMP und klinischer Parameter analysiert werden. CTX-II stieg dagegen über den Studienzeitraum hinweg moderat an. Die CTX-II- Basalkonzentration korrelierte ferner signifikant negativ mit der Veränderung von V̇ O2max bei Proband/-innen mit Arthrose. Alle untersuchten Aminosäuren nahmen nach zwölf Wochen Trainingsintervention signifikant zu. Insbesondere Citrullin und Valin zeigten signifikant negative Korrelationen im Sportparameterbereich mit V̇ O2max. Das Gesamtcarnitin sowie die kurz- und langkettigen Acylcarnitine nahmen signifikant nach zwölf Wochen Trainingsintervention zu. Es konnten jedoch nur diskrete Korrelationen mit der Veränderung der klinischen Parameter gesehen werden. Korrelationen traten vorwiegend im Bereich der Entzündungs-, Fettstoffwechsel- und Herz-Kreislauf-Parameter auf. Schlussfolgerung: Im Rahmen dieser Studie konnte bestätigt werden, dass sich Sporteffekte in Biomarker-Profilen und -Veränderungen bei multimorbiden Patient/-innen widerspiegeln können. Die Erkenntnisse dieser Arbeit haben potenziell relevante Implikationen für das Management und die Betreuung multimorbider Patient/-innen in Sportprogrammen, indem sie einen weiteren Einblick in die physiologischen Veränderungen bieten, die durch körperliche Aktivität induziert werden. Weitere Forschung ist erforderlich, um die Mechanismen hinter diesen Veränderungen besser zu verstehen und die klinische Anwendbarkeit dieser Ergebnisse zu validieren.