Association of leptin with anthropometric indexes, dyslipidemia and carbohydrate metabolism in Kazakh adults

• Raikul N. Kosmuratova
• Khatimya I. Kudabayeva
• Аndrej М. Grjibovski
• Alina S. Kerimkulova
• Yerlan Sh. Bazargaliyev

Abstract

Leptin plays an important role in eating behavior, the central action of this hormone is the regulation of appetite and energy expenditure. Anthroponutritiology as a new scientific direction uses the methods of medical anthropology and nutritional science. The study of the relationship between the regulation of energy metabolism, taking into account constitutional features, and anthropometric parameters provides relevance in this direction. The purpose of the research was to study of the relationship between blood serum leptin level and body mass index (BMI) and indicators of lipid profile, carbohydrate metabolism in adult Kazakh population.

Material and methods. The sample of the prospective study was 109 persons aged 18-60 years, who were divided depending on BMI into 5 groups, randomized by age and sex. We measured anthropometric parameters and biochemical parameters: serum leptin concentration, fasting blood glucose, insulin, glycated hemoglobin, HOMA-IR, lipid profile (concentration of cholesterol, low and high density lipoproteins, triglycerides, atherogenic index).

Results. In the sample studied, we found that in Kazakh adults, serum leptin level correlated with BMI (ρ=0.57; p<0.01). The highest values were observed at a BMI greater than 40 kg/m², amounting to 54.9 [33.3; 78.4] vs 10.0 [4.8; 23.1] ng/ml in overweight individuals (p≤0.005). In women, leptin levels were almost 2-fold higher than in men (24.2 vs 12.9 ng/ml, p≤0.001). No significant correlations of leptin level with age and lipid profile have been found. There was a positive association of leptin with insulin (ρ=0.28, p<0.01) and the HOMA-IR (ρ=0.21, p<0.05).

Conclusion. The study showed that leptin blood level is associated with constitutional features, the highest values were found in persons with a high degree of obesity. Perhaps this result is associated with leptin resistance. Diagnostic criteria of leptin resistance are currently poorly studied. Taking into consideration clinical and specific actions of leptin there is a place for its further study as a potential biomarker of obesity.

Keywords:leptin, obesity, Kazakh population, lipids, carbohydrate metabolism, insulin

REFERENCES

1. Trends in adult body-mass index in 200 countries from 1975 to 2014: a pooled analysis of 1698 population-based measurement studies with 19.2 million participants. Lancet. 2016; 387 (10 026): 1377–96. DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-6736(16)30054-X

2. Baturin A.K., Sorokina E.Yu., Pogozheva A.V., Tutelyan V.A. Genetic approaches to nutrition personalization. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2012; 81 (6): 4–11. (in Russian)

3. Kolesnikova L.I., Rychkova L.V., Darenskaya M.A., Grebenkina L.A., Gavrilova O.A., Zhdanova L.V., et al. Redox status parameters in adolescent-mongoloids with exogenously constitutional obesity and fatty hepatosis. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2018; 87 (5): 13–9. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10048 (in Russian)

4. Nikityuk D.B. Anthroponutriciology: the development of the ideas of the founders of a new scientific direction. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2020; 89 (4): 82–8. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10044 (in Russian)

5. Mechanick J.I., Zhao S., Garvey W.T. Leptin, an adipokine with central importance in the global obesity problem. Glob Heart. 2018; 13 (2): 113–27. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gheart.2017.10.003

6. Joshi R.K., Kim W.J., Lee S.A. Association between obesity-related adipokines and colorectal cancer: a case-control study and meta-analysis. World J Gastroenterol. 2014; 20 (24): 7941–9. DOI: https://doi.org/10.3748/wjg.v20.i24.7941

7. Gill P.S., Kai J., Bhopal R.S., Wild S. Healthcare needs assessment. Black and minority ethnic groups. URL: http://hcna.radcliffe-oxford.com/bemgframe.htm

8. Zuo H., Shi Z., Yuan B., Dai Y., Wu G., Hussain A. Association between serum leptin concentrations and insulin resistance: a population-based study from China. PLoS One. 2013; 8 (1): e54615. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0054615

9. Narkevich A.N., Vinogradov K.A., Grzhibovsky A.M. Multiple comparisons in biomedical research: the problem and its solutions. Ekologiya cheloveka [Human Ecology]. 2020; (10): 55–64. DOI: https://doi.org/10.33396/1728-0869-2020-10-55-64 (in Russian)

10. Kasacka I., Piotrowska Z., Niezgoda M., Lebkovski W. Differences in leptin biosynthesis in the stomach and in serum leptin level between men and women. J Gastroenterol Hepatol. 2019; 34 (11): 1922–8. DOI: https://doi.org/10.1111/jgh.14688

11. Selthofer-Relatić K., Radić R., Stupin A., Šišljagić V., Bošnjak I., Bulj N., et al. Leptin/adiponectin ratio in overweight patients – gender differences. Diabetes Vasc Dis Res. 2018; 15 (3): 260–2. DOI: https://doi.org/10.1177/1479164117752491

12. Redondo M.J., Siller A.F., Gu X., Tosur M., Bondy M., Devaraj S., et al. Sex differences in circulating leptin as a marker of adiposity in obese or overweight adolescents with type 1 diabetes. BMJ Open Diabetes Res. Care. 2020; 8 (1): e001683. DOI: https://doi.org/10.1136/bmjdrc-2020-001683

13. Zapata J.K., Catalán V., Rodríguez A., Ramírez B., Silva C., Escalada J., et al. Resting energy expenditure is not altered in children and adolescents with obesity. effect of age and gender and association with serum leptin levels. Nutrients. 2021; 13 (4): 1216. DOI: https://doi.org/10.3390/nu13041216

14. Verdeş G., DuŢă C.C., Popescu R., MituleŢu M., Ursoniu S., Lazăr O.F. Correlation between leptin and ghrelin expression in adipose visceral tissue and clinical-biological features in malignant obesity. Rom J Morphol Embryol. 2017; 58 (3): 923–9.

15. Kumar R., Mal K., Razaq M.K., Magsi M., Memon M.K., Memon S., et al. Association of leptin with obesity and insulin resistance. Cureus. 2020; 12 (12): e12178. DOI: https://doi.org/10.7759/cureus.12178

16. Henneicke H., Kim S., Swarbrick M.M., Li J., Gasparini S.J., Thai J., et al. Skeletal glucocorticoid signalling determines leptin resistance and obesity in aging mice. Mol Metab. 2020; 42: 101098. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molmet.2020.101098

17. Kang K.W., Ok M., Lee S.K. leptin as a key between obesity and cardiovascular disease. J Obes Metab Syndr. 2020; 29 (4): 248–59. DOI: https://doi.org/10.7570/jomes20120

18. Recinella L., Orlando G., Ferrante C., Chiavaroli A., Brunetti L., Leone S. Adipokines: new potential therapeutic target for obesity and metabolic, rheumatic, and cardiovascular diseases. Front Physiol. 2020; 11: 578966. DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2020.578966

19. Russo B., Menduni M., Borboni P., Picconi F., Frontoni S. autonomic nervous system in obesity and insulin-resistance – the complex interplay between leptinand central nervous system. Int J Mol Sci. 2021; 22 (10): 5187. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms22105187

20. Farkhondeh T., Llorens S., Pourbagher-Shahri A.M., Ashrafizadeh M., Talebi M., Shakibaei M., et al. An overview of the role of adipokines in cardiometabolic diseases. Molecules. 2020; 25 (21): 5218. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules25215218

21. Patel J.K., Rouster A.S. Infant Nutrition Requirements and Options. 2021 Aug 14. In: StatPearls [Electronic resource]. Treasure Island, FL: StatPearls Publishing, 2021. PMID: 32809593.

22. Zulfania, Khan A., Ghaffar T., Kainat A., Arabdin M., Rehman Orakzai S.U. Correlation between serum leptin level and body mass index (BMI) in patients with type 2 diabetes mellitus. J Pak Med Assoc. 2020; 70 (1): 3–6. DOI: https://doi.org/10.5455/JPMA.301135

23. Huang J., Peng X., Dong K., Tao J., Yang Y. the association between insulin resistance, leptin, and resistin and diabetic nephropathy in type 2 diabetes mellitus patients with different body mass indexes. Diabetes Metab Syndr Obes. 2021; 14: 2357–65. DOI: https://doi.org/10.2147/DMSO.S305054

Проведенный анализ содержания лептина сыворотки в зависимости от возраста (рис. 3) не выявил значимых различий между группами.

Рис. 3. Концентрация лептина в сыворотке крови обследованных разных возрастных групп

Fig. 3. Leptin serum concentrations across age groups

В нашем исследовании статистически значимое различие концентрации лептина в сыворотке крови обнаружено между женщинами и мужчинами (у женщин в среднем на 15,3 нг/мл выше, р<0,0001) (см. рис. 3). Сходные гендерные различия были выявлены в других работах, при этом также обнаружена положительная корреляция уровня лептина с ИМТ у обследованных обоих полов [10-12]. Гендерные различия, по-видимому, обусловлены влиянием половых гормонов, принимающих участие в контроле секреции лептина и имеющих решающее влияние на активность нейрогуморальной жировой ткани.

Рис. 4. Концентрация лептина в сыворотке крови в зависимости от пола

Fig. 4. Leptin serum concentrations across genders

Анализ взаимосвязи концентрации лептина с липидным профилем, углеводным обменом и антропометрическими данными показал, что имеется положительная связь лишь с ИМТ (ρ=0,57, p<0,01), с уровнем инсулина (ρ=0,28, p<0,01) и индексом НОМА (ρ=0,21, p<0,05).

Обсуждение

Разработка мер профилактики и лечения ряда заболеваний, в первую очередь алиментарно-зависимых, указывает на целесообразность учета конституциональных особенностей пациента [4]. Результаты научных исследований по изучению связи лептина с липидным спектром показали неоднозначные данные. В некоторых работах не выявлено связи между параметрами липидного профиля и уровнем лептина [13, 14]. Другие работы выявили значительную положительную корреляцию между уровнем ЛПВП, ХС и концентрацией лептина. В нашей работе не обнаружено связи между концентрацией липидов (ЛПНП, ЛПВП, ОХС, ТГ) и лептина в сыворотке крови. Корреляционный анализ между показателями углеводного обмена и концентрацией лептина выявил наличие связи только с уровнем инсулина и индексом НОМА, но не с гликированным гемоглобином или гликемией.

Как показали исследования последних лет, ведущим фактором нарушения процессов метаболизма глюкозы и липидного профиля, развития инсулинорезистентности при ожирении может служить нарушение выработки и функционирования гормона лептина [15-17], тем самым данный фактор способствует развитию социально значимых заболеваний, ассоциированных прежде всего с ожирением [18-20].

Определение уровня лептина дает возможность для более точной характеристики ожирения, лучшего прогноза в дальнейшем при лечении ожирения и профилактики риска сопутствующих заболеваний, связанных с гиперлептинемией. В нашей работе содержание лептина в сыворотке коррелирует с ИМТ, наиболее высокие показатели отмечались при ИМТ >40 кг/м²; выявлена прямая взаимосвязь лептина с инсулином и индексом НОМА. Аналогичная связь повышения уровня лептина в сыворотке с ожирением и инсулинорезистентностью показана в других исследованиях [21-23]. Очевидно, что необходимы более крупномасштабные исследования с изучением функций лептина с возможностью экстраполяции полученных результатов в различных этнических популяциях.

Литература

1. Trends in adult body-mass index in 200 countries from 1975 to 2014: a pooled analysis of 1698 population-based measurement studies with 19.2 million participants // Lancet. 2016. Vol. 387, N 10 026. Р. 1377-1396. DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-6736(16)30054-X

2. Батурин А.К., Сорокина Е.Ю., Погожева А.В., Тутельян В.А. Генетические подходы к персонализации питания // Вопросы питания. 2012. Т. 81, № 6. С. 4-11.

3. Колесникова Л.И., Рычкова Л.В., Даренская М.А., Гребенкина Л.А., Гаврилова О.А., Жданова Л.В. и др. Показатели редокс-статуса у подростков-монголоидов при развитии экзогенно-конституционального ожирения и жирового гепатоза // Вопросы питания. 2018. Т. 87, № 5. С. 13-19. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10048

4. Никитюк Д.Б. Антропонутрициология: развитие идей основоположников нового научного направления // Вопросы питания. 2020. Т. 89, № 4. С. 82-88. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10044

5. Mechanick J.I., Zhao S., Garvey W.T. Leptin, an adipokine with central importance in the global obesity problem // Glob. Heart. 2018. Vol. 13, N 2. Р. 113-127. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gheart.2017.10.003

6. Joshi R.K., Kim W.J., Lee S.A. Association between obesity-related adipokines and colorectal cancer: a case-control study and meta-analysis // World J. Gastroenterol. 2014. Vol. 20, N 24. Р. 7941-7949. DOI: https://doi.org/10.3748/wjg.v20.i24.7941

7. Gill P.S., Kai J., Bhopal R.S., Wild S. Healthcare needs assessment. Black and minority ethnic groups. URL: http://hcna.radcliffe-oxford.com/bemgframe.htm

8. Zuo H., Shi Z., Yuan B., Dai Y., Wu G., Hussain A. Association between serum leptin concentrations and insulin resistance: a population-based study from China // PLoS One. 2013. Vol. 8, N 1. Article ID e54615. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0054615

9. Наркевич А.Н., Виноградов К.А., Гржибовский А.М. Множественные сравнения в биомедицинских исследованиях: проблема и способы решения // Экология человека. 2020. № 10. C. 55-64. DOI: https://doi.org/10.33396/1728-0869-2020-10-55-64

10. Kasacka I., Piotrowska Z., Niezgoda M., Lebkovski W. Differences in leptin biosynthesis in the stomach and in serum leptin level between men and women // J. Gastroenterol. Hepatol. 2019. Vol. 34, N 11. Р. 1922-1928. DOI: https://doi.org/10.1111/jgh.14688

11. Selthofer-Relatić K., Radić R., Stupin A., Šišljagić V., Bošnjak I., Bulj N. et al. Leptin/adiponectin ratio in overweight patients - gender differences // Diabetes Vasc. Dis. Res. 2018. Vol. 15, N 3. Р. 260-262. DOI: https://doi.org/10.1177/1479164117752491

12. Redondo M.J., Siller A.F., Gu X., Tosur M., Bondy M., Devaraj S. et al. Sex differences in circulating leptin as a marker of adiposity in obese or overweight adolescents with type 1 diabetes // BMJ Open Diabetes Res. Care. 2020. Vol. 8, N 1. Article ID e001683. DOI: https://doi.org/10.1136/bmjdrc-2020-001683

13. Zapata J.K., Catalán V., Rodríguez A., Ramírez B., Silva C., Escalada J. et al. Resting energy expenditure is not altered in children and adolescents with obesity. effect of age and gender and association with serum leptin levels // Nutrients. 2021. Vol. 13, N 4. Р. 1216. DOI: https://doi.org/10.3390/nu13041216

14. Verdeş G., DuŢă C.C., Popescu R., MituleŢu M., Ursoniu S., Lazăr O.F. Correlation between leptin and ghrelin expression in adipose visceral tissue and clinical-biological features in malignant obesity // Rom. J. Morphol. Embryol. 2017. Vol. 58, N 3. Р. 923-929.

15. Kumar R., Mal K., Razaq M.K., Magsi M., Memon M.K., Memon S. et al. Association of leptin with obesity and insulin resistance // Cureus. 2020. Vol. 12, N 12. Article ID e12178. DOI: https://doi.org/10.7759/cureus.12178

16. Henneicke H., Kim S., Swarbrick M.M., Li J., Gasparini S.J., Thai J. et al. Skeletal glucocorticoid signalling determines leptin resistance and obesity in aging mice // Mol. Metab. 2020. Vol. 42. Article ID 101098. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molmet.2020.101098

17. Kang K.W., Ok M., Lee S.K. leptin as a key between obesity and cardiovascular disease // J. Obes. Metab. Syndr. 2020. Vol. 29, N 4. Р. 248-259. DOI: https://doi.org/10.7570/jomes20120

18. Recinella L., Orlando G., Ferrante C., Chiavaroli A., Brunetti L., Leone S. Adipokines: new potential therapeutic target for obesity and metabolic, rheumatic, and cardiovascular diseases // Front. Physiol. 2020. Vol. 11. Article ID 578966. DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2020.578966

19. Russo B., Menduni M., Borboni P., Picconi F., Frontoni S. autonomic nervous system in obesity and insulin-resistance - the complex interplay between leptinand central nervous system // Int. J. Mol. Sci. 2021. Vol. 22, N 10. Р. 5187. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms22105187

20. Farkhondeh T., Llorens S., Pourbagher-Shahri A.M., Ashrafizadeh M., Talebi M., Shakibaei M. et al. An overview of the role of adipokines in cardiometabolic diseases // Molecules. 2020. Vol. 25, N 21. Р. 5218. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules25215218

21. Patel J.K., Rouster A.S. Infant Nutrition Requirements and Options. 2021 Aug 14 // StatPearls [Electronic resource]. Treasure Island, FL : StatPearls Publishing, 2021. PMID: 32809593.

22. Zulfania, Khan A., Ghaffar T., Kainat A., Arabdin M., Rehman Orakzai S.U. Correlation between serum leptin level and body mass index (BMI) in patients with type 2 diabetes mellitus // J. Pak. Med. Assoc. 2020. Vol. 70, N 1. Р. 3-6. DOI: https://doi.org/10.5455/JPMA.301135

23. Huang J., Peng X., Dong K., Tao J., Yang Y. the association between insulin resistance, leptin, and resistin and diabetic nephropathy in type 2 diabetes mellitus patients with different body mass indexes // Diabetes Metab. Syndr. Obes. 2021. Vol. 14. Р. 2357-2365. DOI: https://doi.org/10.2147/DMSO.S305054

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.