Effect of statins on insulin secretion in human pancreatic islet

Abstract

Objectives: Statins are recommended for managing low density lipoprotein-cholesterol levels in patients with type 2 diabetes mellitus by inhibiting HMG-CoA reductase. However, statin use has been reported to increase the risk of new-onset diabetes; however, the underlying mechanisms are not well understood. This study analyzed the effect of statins on insulin secretion. Additionally, most statin studies used pancreatic cell lines from rodents; however, whether the pancreas and beta cells of rodents and humans share the same secretory mechanisms is unclear. Therefore, we investigated the effect of human pancreatic islets. Methods: Human pancreatic islets were isolated from normal pancreatic tissue. Human islet and INS-1E cells were used in the study, with each cell type divided into control and statin treatment groups. Data from human islets were normalized to genomic DNA extraction. Insulin levels were measured in both cell line using ELISA, and gene expression was analyzed by whole transcriptome sequencing. Subsequently, based on the results, ATP and cellular cholesterol were measured using cell extracts. Results: Changes were primarily observed in processes related to lipid and cholesterol metabolism when comparing the gene expression patterns of statin-treated cells. Specifically, the expression of ATP-binding cassette transporters, A1 and G1, decreased, indicating their involvement in cholesterol efflux via ATP hydrolysis. Indeed, intracellular cholesterol levels were significantly increased. Excessive cholesterol accumulation can exert cytotoxic effects. Additionally, an ATP production was reduced in statin-treated groups. By introducing mevalonate downstream of the mevalonate pathway, which is inhibited by statins, ATP was restored. Therefore, statin-induced reduction in ATP levels is associated with the mevalonate pathway. Conclusions: Statins reduce ATP production and alter the gene expression related to lipid and cholesterol metabolism. Particularly, A1 and G1 downregulation decreases cholesterol efflux, causing excess cholesterol accumulation within the cells, inducing cellular toxicity. Therefore, statins may negatively affect insulin secretion, potentially increasing diabetes onset risk. 목표: 스타틴은 제 2형 당뇨병 환자의 LDL-콜레스테롤 수치를 관리하기 위해 권장되어 사용된다. 하지만 스타틴의 사용이 새로운 당뇨가 발생하는데 위험성이 증가된다고 보고된 바 있으며 그 기전에 대한 이해는 제대로 이루어져 있지 않다. 당뇨병의 발생은 주로 비정상적인 인슐린의 작용과 밀접한데 본 연구에서는 스타틴이 인슐린의 분비에 미치는 영향에 초점을 맞추고자 했다. 또한 기존의 스타틴 연구는 설치류의 췌도나 베타 세포주를 사용하여 수행되었으나 사람과 동일한 분비기전을 가졌는지는 불확실하다. 때문에 직접 사람 췌도를 분리하여 그 영향을 확인하고자 했다. 방법: 환자의 췌장조직 일부를 이용하여 사람 췌도를 분리하였다. 사람의 췌도와 INS-1E를 각각 대조군과 스타틴 처리군으로 나누어 연구가 진행되었다. 사람 췌도의 모든 데이터는 genomic DNA 추출을 통해 정규화하였다. 인슐린은 ELISA를 통해 각각의 세포에서 측정되었고, 전사체 분석을 통해 유전자 발현을 비교하였다. 결과를 토대로 세포에서 ATP와 세포 내 콜레스테롤을 측정하였다. 결과: 스타틴을 처리하여 유전자 발현 패턴을 비교했을 때, 주로 지질, 콜레스테롤과 관련된 대사들에서 변화가 나타나는 것을 확인했으며 실제로 세포 외부로 콜레스테롤을 이동시키는 ATP-binding cassettetransporter A1과 G1의 발현이 감소되었음을 보여주었다. 실제로 세포 내의 콜레스테롤 수준이 상승되어있음을 확인했으며 이전의 연구들을 통해 세포 내의 과도한 콜레스테롤 축적은 세포독성을 나타내는 것을 확인했다. 또한 스타틴 처리군에서 ATP 수준이 감소했으며 스타틴이 작용하는 하위 product인 Mevalonate를 같이 처리한 그룹에서 ATP가 회복되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 스타틴의 ATP감소가 mevalonate pathway에서 기인했음을 알 수 있다. 결론: 스타틴은 ATP 생산을 감소시키고 지질 및 콜레스테롤 대사와 관련된 유전자의 발현을 변화시킨다. 특히 ATP-binding cassette transporter A1과 G1의 발현 저하는 세포 외부로 콜레스테롤의 이동을 감소시켜 세포 내에 과도한 콜레스테롤이 축적되고 이는 세포독성을 유발할 수 있다. 이는 스타틴이 인슐린 분비에 부정적인 영향을 주어 당뇨 발생의 위험성을 높일 수 있음을 시사한다.Objectives: Statins are recommended for managing low density lipoprotein-cholesterol levels in patients with type 2 diabetes mellitus by inhibiting HMG-CoA reductase. However, statin use has been reported to increase the risk of new-onset diabetes; however, the underlying mechanisms are not well understood. This study analyzed the effect of statins on insulin secretion. Additionally, most statin studies used pancreatic cell lines from rodents; however, whether the pancreas and beta cells of rodents and humans share the same secretory mechanisms is unclear. Therefore, we investigated the effect of human pancreatic islets. Methods: Human pancreatic islets were isolated from normal pancreatic tissue. Human islet and INS-1E cells were used in the study, with each cell type divided into control and statin treatment groups. Data from human islets were normalized to genomic DNA extraction. Insulin levels were measured in both cell line using ELISA, and gene expression was analyzed by whole transcriptome sequencing. Subsequently, based on the results, ATP and cellular cholesterol were measured using cell extracts. Results: Changes were primarily observed in processes related to lipid and cholesterol metabolism when comparing the gene expression patterns of statin-treated cells. Specifically, the expression of ATP-binding cassette transporters, A1 and G1, decreased, indicating their involvement in cholesterol efflux via ATP hydrolysis. Indeed, intracellular cholesterol levels were significantly increased. Excessive cholesterol accumulation can exert cytotoxic effects. Additionally, an ATP production was reduced in statin-treated groups. By introducing mevalonate downstream of the mevalonate pathway, which is inhibited by statins, ATP was restored. Therefore, statin-induced reduction in ATP levels is associated with the mevalonate pathway. Conclusions: Statins reduce ATP production and alter the gene expression related to lipid and cholesterol metabolism. Particularly, A1 and G1 downregulation decreases cholesterol efflux, causing excess cholesterol accumulation within the cells, inducing cellular toxicity. Therefore, statins may negatively affect insulin secretion, potentially increasing diabetes onset risk. 목표: 스타틴은 제 2형 당뇨병 환자의 LDL-콜레스테롤 수치를 관리하기 위해 권장되어 사용된다. 하지만 스타틴의 사용이 새로운 당뇨가 발생하는데 위험성이 증가된다고 보고된 바 있으며 그 기전에 대한 이해는 제대로 이루어져 있지 않다. 당뇨병의 발생은 주로 비정상적인 인슐린의 작용과 밀접한데 본 연구에서는 스타틴이 인슐린의 분비에 미치는 영향에 초점을 맞추고자 했다. 또한 기존의 스타틴 연구는 설치류의 췌도나 베타 세포주를 사용하여 수행되었으나 사람과 동일한 분비기전을 가졌는지는 불확실하다. 때문에 직접 사람 췌도를 분리하여 그 영향을 확인하고자 했다. 방법: 환자의 췌장조직 일부를 이용하여 사람 췌도를 분리하였다. 사람의 췌도와 INS-1E를 각각 대조군과 스타틴 처리군으로 나누어 연구가 진행되었다. 사람 췌도의 모든 데이터는 genomic DNA 추출을 통해 정규화하였다. 인슐린은 ELISA를 통해 각각의 세포에서 측정되었고, 전사체 분석을 통해 유전자 발현을 비교하였다. 결과를 토대로 세포에서 ATP와 세포 내 콜레스테롤을 측정하였다. 결과: 스타틴을 처리하여 유전자 발현 패턴을 비교했을 때, 주로 지질, 콜레스테롤과 관련된 대사들에서 변화가 나타나는 것을 확인했으며 실제로 세포 외부로 콜레스테롤을 이동시키는 ATP-binding cassettetransporter A1과 G1의 발현이 감소되었음을 보여주었다. 실제로 세포 내의 콜레스테롤 수준이 상승되어있음을 확인했으며 이전의 연구들을 통해 세포 내의 과도한 콜레스테롤 축적은 세포독성을 나타내는 것을 확인했다. 또한 스타틴 처리군에서 ATP 수준이 감소했으며 스타틴이 작용하는 하위 product인 Mevalonate를 같이 처리한 그룹에서 ATP가 회복되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 스타틴의 ATP감소가 mevalonate pathway에서 기인했음을 알 수 있다. 결론: 스타틴은 ATP 생산을 감소시키고 지질 및 콜레스테롤 대사와 관련된 유전자의 발현을 변화시킨다. 특히 ATP-binding cassette transporter A1과 G1의 발현 저하는 세포 외부로 콜레스테롤의 이동을 감소시켜 세포 내에 과도한 콜레스테롤이 축적되고 이는 세포독성을 유발할 수 있다. 이는 스타틴이 인슐린 분비에 부정적인 영향을 주어 당뇨 발생의 위험성을 높일 수 있음을 시사한다.