Although interleukin-6 (IL-6) has been associated with insulin resistance, little is known regarding the effects of IL-6 on insulin sensitivity in humans in vivo. Here, we show that IL-6 infusion increases glucose disposal without affecting the complete suppression of endogenous glucose production during a hyperinsulinemic-euglycemic clamp in healthy humans. Because skeletal muscle accounts for most of the insulin-stimulated glucose disposal in vivo, we examined the mechanism(s) by which IL-6 may affect muscle metabolism using L6 myotubes. IL-6 treatment increased fatty acid oxidation, basal and insulin-stimulated glucose uptake, and translocation of GLUT4 to the plasma membrane. Furthermore, IL-6 rapidly and markedly increased AMP-activated protein kinase (AMPK). To determine whether the activation of AMPK mediated cellular metabolic events, we conducted experiments using L6 myotubes infected with dominant-negative AMPK α-subunit. The effects described above were abrogated in AMPK dominant-negative–infected cells. Our results demonstrate that acute IL-6 treatment enhances insulin-stimulated glucose disposal in humans in vivo, while the effects of IL-6 on glucose and fatty acid metabolism in vitro appear to be mediated by AMPK.

Chronic reactive oxygen species (ROS) production by mitochondria may contribute to the development of insulin resistance, a primary feature of type 2 diabetes. In recent years it has become apparent that ROS generation in response to physiological stimuli such as insulin may also facilitate signaling by reversibly oxidizing and inhibiting protein tyrosine phosphatases (PTPs). Here we report that mice lacking one of the key enzymes involved in the elimination of physiological ROS, glutathione peroxidase 1 (Gpx1), were protected from high-fat-diet-induced insulin resistance. The increased insulin sensitivity in Gpx1−/− mice was attributed to insulin-induced phosphatidylinositol-3-kinase/Akt signaling and glucose uptake in muscle and could be reversed by the antioxidant N-acetylcysteine. Increased insulin signaling correlated with enhanced oxidation of the PTP family member PTEN, which terminates signals generated by phosphatidylinositol-3-kinase. These studies provide causal evidence for the enhancement of insulin signaling by ROS in vivo.

Patients with type 2 diabetes have reduced gene expression of heat shock protein (HSP) 72, which correlates with reduced insulin sensitivity. Heat therapy, which activates HSP72, improves clinical parameters in these patients. Activation of several inflammatory signaling proteins such as c-jun amino terminal kinase (JNK), inhibitor of κB kinase, and tumor necrosis factor-α, can induce insulin resistance, but HSP 72 can block the induction of these molecules in vitro . Accordingly, we examined whether activation of HSP72 can protect against the development of insulin resistance. First, we show that obese, insulin resistant humans have reduced HSP72 protein expression and increased JNK phosphorylation in skeletal muscle. We next used heat shock therapy, transgenic overexpression, and pharmacologic means to overexpress HSP72 either specifically in skeletal muscle or globally in mice. Herein, we show that regardless of the means used to achieve an elevation in HSP72 protein, protection against diet- or obesity-induced hyperglycemia, hyperinsulinemia, glucose intolerance, and insulin resistance was observed. This protection was tightly associated with the prevention of JNK phosphorylation. These findings identify an essential role for HSP72 in blocking inflammation and preventing insulin resistance in the context of genetic obesity or high-fat feeding.

Hepatic steatosis, the accumulation of lipids in the liver, is widely believed to result in insulin resistance. To test the causal relationship between hepatic steatosis and insulin resistance, we generated mice that overexpress acyl-CoA:diacylglycerol acyltransferase 2 (DGAT2), which catalyzes the final step of triacylglycerol (TG) biosynthesis, in the liver (Liv-DGAT2 mice). Liv-DGAT2 mice developed hepatic steatosis, with increased amounts of TG, diacylglycerol, ceramides, and unsaturated long-chain fatty acyl-CoAs in the liver. However, they had no abnormalities in plasma glucose and insulin levels, glucose and insulin tolerance, rates of glucose infusion and hepatic glucose production during hyperinsulinemic-euglycemic clamp studies, or activities of insulin-stimulated signaling proteins in the liver. DGAT1 overexpression in the liver also failed to induce glucose or insulin intolerance. Our results indicate that DGAT-mediated lipid accumulation in the liver is insufficient to cause insulin resistance and show that hepatic steatosis can occur independently of insulin resistance.

PPAR gamma is required for fat cell development and is the molecular target of antidiabetic thiazolidinediones (TZDs), which exert insulin-sensitizing effects in adipose tissue, skeletal muscle, and liver. Unexpectedly, we found that inactivation of PPAR gamma in macrophages results in the development of significant glucose intolerance plus skeletal muscle and hepatic insulin resistance in lean mice fed a normal diet. This phenotype was associated with increased expression of inflammatory markers and impaired insulin signaling in adipose tissue, muscle, and liver. PPAR gamma-deficient macrophages secreted elevated levels of factors that impair insulin responsiveness in muscle cells in a manner that was enhanced by exposure to FFAs. Consistent with this, the relative degree of insulin resistance became more severe in mice lacking macrophage PPAR gamma following high-fat feeding, and these mice were only partially responsive to TZD treatment. These findings reveal an essential role of PPAR gamma in macrophages for the maintenance of whole-body insulin action and in mediating the antidiabetic actions of TZDs.

BACKGROUND

 Particulate air pollution has been associated with excess deaths from, and increases in hospital admissions for, cardiovascular disease among older people. A study was undertaken to determine whether this may be a consequence of alterations in the blood, secondary to pulmonary inflammation caused by the action of fine particles on alveolar cells, by repeatedly measuring haematological factors in older people and relating them to measurements of exposure to airborne particles. 

METHODS

 One hundred and twelve individuals aged 60+ years in two UK cities provided repeated blood samples over 18 months, 108 providing the maximum of 12 samples. Estimates of individual exposure to particles of less than 10 μm diameter (PM₁₀), derived from a mathematical model based on activity diaries and comparative measurements of PM₁₀ at multiple sites and during a variety of activities, were made for each three day period prior to blood sampling. The relationships between blood values and estimates of both personal exposure and city centre measurements of PM₁₀ were investigated by analysis of covariance, adjusting for city, season, temperature, and repeated individual measurements. 

RESULTS

 Estimated personal exposure to PM₁₀ over the previous three days showed negative correlations with haemoglobin concentration, packed cell volume (PCV), and red blood cell count (p<0.001), and with platelets and factor VII levels (p<0.05). The changes in red cell indices persisted after adjustment for plasma albumin in a sample of 60 of the subjects. City centre PM₁₀ measurements over three days also showed negative correlations with haemoglobin and red cell count (p<0.001) and with PCV and fibrinogen (p<0.05), the relationship with haemoglobin persisting after adjustment for albumin. C reactive protein levels showed a positive association with city centre measurements of PM₁₀ (p<0.01). Based on a linear relationship, the estimated change in haemoglobin associated with an alteration in particle concentration of 100 μg/m³ is estimated to have been 0.44 g/dl (95% CI 0.62 to 0.26) for personal PM₁₀ and 0.73 g/dl (95% CI 1.11 to 0.36) for city centre PM₁₀ measurements. 

CONCLUSIONS

 This investigation is the first to estimate personal exposures to PM₁₀ and to demonstrate associations between haematological indices and air pollution. The changes in haemoglobin adjusted for albumin suggest that inhalation of some component of PM₁₀may cause sequestration of red cells in the circulation. We propose that an action of such particles either on lung endothelial cells or on erythrocytes themselves may be responsible for changing red cell adhesiveness. Peripheral sequestration of red cells offers an explanation for the observed cardiovascular effects of particulate air pollution.

Elevated levels of tumor necrosis factor (TNFα) are implicated in the development of insulin resistance, but the mechanisms mediating these chronic effects are not completely understood. We demonstrate that TNFα signaling through TNF receptor (TNFR) 1 suppresses AMPK activity via transcriptional upregulation of protein phosphatase 2C (PP2C). This in turn reduces ACC phosphorylation, suppressing fatty-acid oxidation, increasing intramuscular diacylglycerol accumulation, and causing insulin resistance in skeletal muscle, effects observed both in vitro and in vivo. Importantly even at pathologically elevated levels of TNFα observed in obesity, the suppressive effects of TNFα on AMPK signaling are reversed in mice null for both TNFR1 and 2 or following treatment with a TNFα neutralizing antibody. Our data demonstrate that AMPK is an important TNFα signaling target and is a contributing factor to the suppression of fatty-acid oxidation and the development of lipid-induced insulin resistance in obesity.

Skeletal muscle insulin resistance is associated with lipid accumulation, but whether insulin resistance is due to reduced or enhanced flux of long-chain fatty acids into the mitochondria is both controversial and unclear. We hypothesized that skeletal muscle-specific overexpression of the muscle isoform of carnitine palmitoyltransferase 1 (CPT1), the enzyme that controls the entry of long-chain fatty acyl CoA into mitochondria, would enhance rates of fatty acid oxidation and improve insulin action in muscle in high-fat diet insulin-resistant rats.Rats were fed a standard (chow) or high-fat diet for 4 weeks. After 3 weeks, in vivo electrotransfer was used to overexpress the muscle isoform of CPT1 in the distal hindlimb muscles (tibialis anterior and extensor digitorum longus [EDL]). Skeletal muscle insulin action was examined in vivo during a hyperinsulinemic-euglycemic clamp.In vivo electrotransfer produced a physiologically relevant increase of approximately 20% in enzyme activity; and although the high-fat diet produced insulin resistance in the sham-treated muscle, insulin action was improved in the CPT1-overexpressing muscle. This improvement was associated with a reduction in triacylglycerol content, the membrane-to-cytosolic ratio of diacylglycerol, and protein kinase C theta activity. Importantly, overexpression of CPT1 did not affect markers of mitochondrial capacity or function, nor did it alter skeletal muscle acylcarnitine profiles irrespective of diet.Our data provide clear evidence that a physiological increase in the capacity of long-chain fatty acyl CoA entry into mitochondria is sufficient to ameliorate lipid-induced insulin resistance in muscle.

Obesity is a major driver of cancer, especially hepatocellular carcinoma (HCC). The prevailing view is that non-alcoholic steatohepatitis (NASH) and fibrosis or cirrhosis are required for HCC in obesity. Here, we report that NASH and fibrosis and HCC in obesity can be dissociated. We show that the oxidative hepatic environment in obesity inactivates the STAT-1 and STAT-3 phosphatase T cell protein tyrosine phosphatase (TCPTP) and increases STAT-1 and STAT-3 signaling. TCPTP deletion in hepatocytes promoted T cell recruitment and ensuing NASH and fibrosis as well as HCC in obese C57BL/6 mice that normally do not develop NASH and fibrosis or HCC. Attenuating the enhanced STAT-1 signaling prevented T cell recruitment and NASH and fibrosis but did not prevent HCC. By contrast, correcting STAT-3 signaling prevented HCC without affecting NASH and fibrosis. TCPTP-deletion in hepatocytes also markedly accelerated HCC in mice treated with a chemical carcinogen that promotes HCC without NASH and fibrosis. Our studies reveal how obesity-associated hepatic oxidative stress can independently contribute to the pathogenesis of NASH, fibrosis, and HCC.