Metabolic markers as determinants of future waist-gaining or hip-gaining phenotype in weight-gaining individuals

Abstract

Overweight and obesity are major public health problems in Germany. The associated comorbidities are highly depending on individual body fat distribution. A distinction is made between android and gynoid body fat distribution, which is highly depending on factors like age and sex.<br /> The present thesis aims to investigate general tendencies to one of these distributions using data from 4,126 weight-gaining individuals of three prospective German cohort studies. Furthermore, metabolic determinants for these phenotypes of body fat distribution are investigated based on targeted metabolomics data assessed with the Biocrates AbsoluteIDQ^TM kits. The difference of average annual changes in waist and hip circumference was calculated to assess the tendency to android or gynoid body fat distribution. Sex-specific extrema-deciles of these differences were used to define waist-gaining and hip-gaining phenotypes, all remaining individuals formed the reference category. Multiple sex-specific logistic regression models adjusted for potential confounders with standardized metabolite concentration as independent and weight-gaining phenotype as dependent variable were fitted. Besides the single metabolite approach, a principal component analysis as a data-reduction method based on quality-controlled metabolite data was performed; corresponding principal components were as well used as independent variables in the pre-described logistic regression model.<br /> Overall, a general tendency to increase rather waist than hip circumference could be observed in men as well as in women. The identification of predictive metabolites showed tryptophan, the diacyl-phosphatidylcholines C32:2, C36:0, C38:0, C38:1, C42:2, C42:5, the acyl-alkyl-phosphatidylcholines C32:2, C34:0, C36:0, C36:1, C36:2, C38:0, C38:2, C40:1, C40:2, C40:5, C40:6, C42:2, C42:3 and lyso-phosphatidylcholine C17:0 to be inversely associated with the waist-gaining phenotype in women. For the waist-gaining phenotype in men and the hip-gaining phenotype in both sexes, no metabolite could be identified to be statistically significantly associated. The principal component analysis revealed biologically plausible principal components, of which one principal component mainly consisting of phosphatidylcholines was inversely associated with the waist-gaining phenotype in both sexes. Metabolites that have been identified to be inversely associated with the waist-gaining phenotype in women before all showed high factor loadings on the associated principal component. The identified or high-loading metabolites were all shown to be associated with favourable health conditions like increased fat free mass index, higher cardiorespiratory fitness, normotensive blood pressure and increased insulin-sensitivity.<br /> Weight-gaining individuals in Germany tend to increase abdominal body fat and especially the group of phosphatidylcholines was observed to be involved. Thus, future studies should investigate their role in future body fat deposition to increase our knowledge of associated pathophysiological pathways.

<strong>Metabolische Marker als Determinanten künftiger Taillen- und Hüftzunahme-Phänotypen in gewichtszunehmenden Individuen – Ein gerichteter Metabolomics-Ansatz in populationsbasierten, prospektiven Deutschen Kohortenstudien</strong><br /> Übergewicht und Adipositas stellen in Deutschland ein großes Problem dar. Die hiermit assoziierten Komorbiditäten sind in starker Weise abhängig von der zugrundeliegenden Körperfettverteilung. Hierbei werden die androide und die gynoide Körperform unterschieden. Die Verteilung des Körperfetts hängt stark von Faktoren wie Alter und Geschlecht ab.<br /> In der vorliegenden Arbeit sollte anhand der Daten dreier prospektiver Deutscher Kohortenstudien die generelle Tendenz von 4,126 gewichtszunehmenden Studienteilnehmern im Hinblick auf eine der beiden Verteilungsformen untersucht werden. Des Weiteren wurde auf Basis der Daten gerichteter Metabolom-Messungen mittels Biocrates AbsoluteIDQ^TM Kits nach prädiktiven Metaboliten gesucht, welche die Entstehung einer dieser beiden Phänotypen begünstigen. Für die Tendenz zu einer der beiden Verteilungsformen von Körperfett wurde die Differenz der durchschnittlichen jährlichen Veränderungen von Taillen- und Hüftzunahme berechnet. Die geschlechts-spezifischen Extrem-Dezile dieser Differenz wurden als Taillen- bzw. Hüftzunehmer-Phänotyp definiert, die verbliebenen Individuen bildeten die Referenzkategorie. Für die Identifikation dieser prädiktiven Metabolite wurden multiple logistische Regressionsmodelle mit standardisierten Metabolit-Konzentrationen als unabhängige und den jeweiligen Phänotypen als abhängige Variable berechnet. Neben den Einzelmetaboliten wurde auch eine Hauptkomponentenanalyse auf Basis qualitätskontrollierter Metabolite durchgeführt; die Hauptkomponenten gingen ebenfalls als unabhängige Variablen in die logistische Regression ein.<br /> Als Ergebnis konnte eine eindeutige Tendenz zu einer vermehrten Zunahme an Taillenumfang im Vergleich zu Hüftumfang in beiden Geschlechtern beobachtet werden. Die Identifikation von prädiktiven Metaboliten bei Frauen lieferte Tryptophan, die diacyl-Phosphatidylcholine C32:3, C36:0, C38:0, C38:1, C42:2, C42:5, acyl-alkyl-Phosphatidylcholine C32:2, C34:0, C36:0, C36:1, C36:2, C38:0, C38:2, C40:1, C40:2, C40:5, C40:6, C42:2, C42:3 und lyso-Phosphatidylcholin C17:0 als invers mit dem Taillenzunehmer-Phänotyp assoziiert. Für den Taillenzunehmer-Phänotyp bei Männern bzw. die Hüftzunehmer-Phänotyp bei beiden Geschlechtern konnten keine prädiktiven Metabolite identifiziert werden. Die Hauptkomponentenanalyse lieferte biologisch plausible Hauptkomponenten, von welchen eine aus Phosphatidylcholinen bestehende Komponente inverse Assoziation zum Taillenzunehmer-Phänotyp in beiden Geschlechtern zeigte. Die zuvor als invers bei Frauen assoziierten Metaboliten zeigten hohe Faktorladungen für diese Hauptkomponente und stehen in Verbindung mit gesundheitsrelevanten Faktoren wie erhöhter fettfreier Masse Index, höherer kardiorespiratorischer Fitness, normotensivem Blutdruck und erhöhter Insulinsensitivität.<br /> Gewichtszunehmende Individuen in Deutschland nehmen vermehrt im abdominellen Bereich zu. Insbesondere die Gruppe der Phosphatidylcholine scheint hier eine Rolle zu spielen und sollte hinsichtlich zukünftiger Körperfettanlagerung weiter untersucht werden, um pathophysiologische Zusammenhänge besser zu verstehen und aufzuklären.