University of Oulu

Vitamin D and metabolic health : effects on molecular pathways of adipocyte inflammation and insulin resistance

Saved in:
Author: Mutt, Shivaprakash Jagalur1,2,3
Organizations: 1University of Oulu Graduate School
2University of Oulu, Faculty of Medicine
3Biocenter Oulu
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 3.5 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526226460
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2020
Publish Date: 2020-06-02
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Health and Biosciences of the University of Oulu for public defence in Auditorium F202 of the Faculty of Medicine (Aapistie 5 B), on 12 June 2020, at 3 p.m.
Tutor: Professor Karl-Heinz Herzig
Professor Marjo-Riitta Järvelin
Professor Juha Saarnio
Reviewer: Professor Burkhard Göke
Professor Jean-Francois Landrier
Opponent: Professor Anastassios G Pittas
Description:

Abstract

Vitamin D is an essential micronutrient, playing a vital role in the regulation of calcium homeostasis and bone metabolism. In recent years, vitamin D has been increasingly recognized for its regulatory functions in immunomodulation, anti-inflammation, cellular proliferation and differentiation. The pandemic vitamin D deficiency has been associated with an increasing risk for several metabolic diseases. However, the effects of vitamin D deficiency and its supplementation on the underlying molecular mechanisms of these diseases are poorly understood. This thesis focuses on the effect of vitamin D on the regulation of molecular and metabolic signaling pathways involved in adipose tissue inflammation and hepatic insulin resistance.

Study I examined the effect of vitamin D on the downregulation of inflammatory signaling pathways in adipose tissue. Vitamin D inhibited the translocation of the transcriptional factor NFκB as well as inhibiting the expression of inflammatory cytokines in human adipocytes differentiated from mesenchymal stromal cells (MSCs) and mature adipocytes isolated from intra-abdominal fat biopsies.

In Study II, induction of vitamin D deficiency via a deficient diet impaired systemic glucose homeostasis and insulin sensitivity in lean and obese mice. Subsequent vitamin D re-supplementation restored the insulin sensitivity and ameliorated the hepatic tissue inflammation and oxidative stress in vitamin D deficient lean but not obese mice.

In Study III, lower vitamin D levels were associated with a higher incidence of the metabolic syndrome in a cross-sectional cohort of older subjects living at latitude 65° North.

In conclusion, vitamin D has an important role in modulating the molecular pathways involved in adipose tissue inflammation and insulin resistance in hepatic tissue. Adequate levels of vitamin D are necessary for the regulation of metabolic pathways to maintain body homeostasis. The generated data provide novel insights into the cellular mechanisms of vitamin D and represent a basis for oral vitamin D supplementation in the prevention of metabolic diseases.

see all

Tiivistelmä

D-vitamiini on välttämätön mikroravinne, jolla on tärkeä tehtävä kalsiumin homeostaasin ja luun aineenvaihdunnan säätelyssä. Viime vuosina D-vitamiinin on todistettu osallistuvan yhä useampiin säätelytoimintoihin liittyen immuunivasteeseen, tulehduksen torjuntaan sekä solujen jakautumiseen ja erilaistumiseen. Maailmanlaajuisesti yleinen D-vitamiinin puutostila on yhdistetty useiden aineenvaihduntasairauksien kohonneeseen riskiin. D-vitamiinin puutoksen ja D-vitamiinilisän käytön vaikutusta näiden sairauksien molekyylimekanismeihin ei kuitenkaan tunneta vielä tarkemmin. Tämä opinnäytetyö keskittyy D-vitamiinin vaikutukseen rasvakudoksen tulehduksessa ja maksan insuliiniresistenssissä olevien molekyyli- ja metabolisten signalointireittien säätelyssä.

Tutkimuksessa I tarkasteltiin D-vitamiinin vaikutusta rasvakudoksen tulehduksellisten signalointireittien hillitsemiseen. D-vitamiini inhiboi transkriptionaalisen tekijän NFκB:n siirtymistä ja tulehduksellisten sytokiinien ilmentymistä ihmisen mesenkymaalisista stroomasoluista (MSC) erilaistetuissa rasvasoluissa sekä sappirakkoleikkausten yhteydessä otetuista rasvanäytteistä eristetyissä kypsissä rasvasoluissa.

Tutkimuksessa II havaittiin, että D-vitamiinin puutoksen aiheuttaminen puutteellisen ruokavalion avulla heikensi verenkierron glukoositasapainoa ja insuliiniherkkyyttä sekä hoikilla, että liikalihavilla hiirillä. Sitä vastoin D-vitamiini lisäravinteena palautti insuliiniherkkyyden ja lievitti maksakudoksen tulehdusta sekä oksidatiivista stressiä D-vitamiini puutteellisilla hoikilla hiirillä, mutta ei liikalihavilla hiirillä.

Tutkimuksessa III selvisi, että kohortissa matalammat D-vitamiinitasot ovat yhteydessä suurempaan metabolisen oireyhtymän esiintyvyyteen iäkkäämmillä koehenkilöillä, jotka elävät pohjoisella pallonpuoliskolla (65° N).

Yhteenvetona voidaan todeta, että D-vitamiinilla on tärkeä säätelevä rooli rasvakudostulehduksen ja insuliiniresistenssin molekyylireittien kontrolloinnissa maksakudoksessa. Riittävät D-vitamiinitasot ovat välttämättömiä aineenvaihduntareittien säätelyssä kehon homeostaasissa. Tutkimuksen tulokset tarjoavat uusia näkökulmia D-vitamiinin roolista solumekanismien säätelyssä ja perustan D-vitamiinilisien käytöstä aineenvaihduntasairauksissa.

see all

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

  1. Mutt, S. J., Karhu, T., Lehtonen, S., Lehenkari, P., Carlberg, C., Saarnio, J., … Herzig, K. (2012). Inhibition of cytokine secretion from adipocytes by 1,25-dihydroxyvitamin D 3 via the NF-κB pathway. The FASEB Journal, 26(11), 4400–4407. https://doi.org/10.1096/fj.12-210880

  2. Mutt, S. J., Raza, G. S., Mäkinen, M. J., Keinänen-Kiukaanniemi, S., Järvelin, M., & Herzig, K. (2020). Vitamin D Deficiency Induces Insulin Resistance and Re‐Supplementation Attenuates Hepatic Glucose Output via the PI3K-AKT-FOXO1 Mediated Pathway. Molecular Nutrition & Food Research, 64(1), 1900728. https://doi.org/10.1002/mnfr.201900728

    Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

  3. Mutt, S. J., Jokelainen, J., Sebert, S., Auvinen, J., Järvelin, M.-R., Keinänen-Kiukaanniemi, S., & Herzig, K.-H. (2019). Vitamin D Status and Components of Metabolic Syndrome in Older Subjects from Northern Finland (Latitude 65°North). Nutrients, 11(6), 1229. https://doi.org/10.3390/nu11061229

    Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

  4. Mutt, S. J., Hyppönen, E., Saarnio, J., Järvelin, M.-R., & Herzig, K.-H. (2014). Vitamin D and adipose tissue-more than storage. Frontiers in Physiology, 5. https://doi.org/10.3389/fphys.2014.00228

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. D, Medica
ISSN: 0355-3221
ISSN-E: 1796-2234
ISSN-L: 0355-3221
ISBN: 978-952-62-2646-0
ISBN Print: 978-952-62-2645-3
Issue: 1577
Type of Publication: G5 Doctoral dissertation (articles)
Field of Science: 3111 Biomedicine
Subjects:
Copyright information: © University of Oulu, 2020. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.