To examine the mechanism by which free fatty acids (FFA) induce insulin resistance in human skeletal muscle, glycogen, glucose-6-phosphate, and intracellular glucose concentrations were measured using carbon-13 and phosphorous-31 nuclear magnetic resonance spectroscopy in seven healthy subjects before and after a hyperinsulinemic-euglycemic clamp following a five-hour infusion of either lipid/heparin or glycerol/heparin. IRS-1–associated phosphatidylinositol 3-kinase (PI 3-kinase) activity was also measured in muscle biopsy samples obtained from seven additional subjects before and after an identical protocol. Rates of insulin stimulated whole-body glucose uptake. Glucose oxidation and muscle glycogen synthesis were 50%–60% lower following the lipid infusion compared with the glycerol infusion and were associated with a ∼90% decrease in the increment in intramuscular glucose-6-phosphate concentration, implying diminished glucose transport or phosphorylation activity. To distinguish between these two possibilities, intracellular glucose concentration was measured and found to be significantly lower in the lipid infusion studies, implying that glucose transport is the rate-controlling step. Insulin stimulation, during the glycerol infusion, resulted in a fourfold increase in PI 3-kinase activity over basal that was abolished during the lipid infusion. Taken together, these data suggest that increased concentrations of plasma FFA induce insulin resistance in humans through inhibition of glucose transport activity; this may be a consequence of decreased IRS-1–associated PI 3-kinase activity.

The immunopathogenesis of type 1 diabetes mellitus is associated with T-lymphocyte autoimmunity. However, there is growing evidence that B lymphocytes play a role in many T-lymphocyte-mediated diseases. It is possible to achieve selective depletion of B lymphocytes with rituximab, an anti-CD20 monoclonal antibody. This phase 2 study evaluated the role of B-lymphocyte depletion in patients with type 1 diabetes.We conducted a randomized, double-blind study in which 87 patients between 8 and 40 years of age who had newly diagnosed type 1 diabetes were assigned to receive infusions of rituximab or placebo on days 1, 8, 15, and 22 of the study. The primary outcome, assessed 1 year after the first infusion, was the geometric mean area under the curve (AUC) for the serum C-peptide level during the first 2 hours of a mixed-meal tolerance test. Secondary outcomes included safety and changes in the glycated hemoglobin level and insulin dose.At 1 year, the mean AUC for the level of C peptide was significantly higher in the rituximab group than in the placebo group. The rituximab group also had significantly lower levels of glycated hemoglobin and required less insulin. Between 3 months and 12 months, the rate of decline in C-peptide levels in the rituximab group was significantly less than that in the placebo group. CD19+ B lymphocytes were depleted in patients in the rituximab group, but levels increased to 69% of baseline values at 12 months. More patients in the rituximab group than in the placebo group had adverse events, mostly grade 1 or grade 2, after the first infusion. The reactions appeared to be minimal with subsequent infusions. There was no increase in infections or neutropenia with rituximab.A four-dose course of rituximab partially preserved beta-cell function over a period of 1 year in patients with type 1 diabetes. The finding that B lymphocytes contribute to the pathogenesis of type 1 diabetes may open a new pathway for exploration in the treatment of patients with this condition. (ClinicalTrials.gov number, NCT00279305.)

It is unknown whether insulin therapy can delay or prevent diabetes in nondiabetic relatives of patients with diabetes.

Dysregulation of fatty acid oxidation (FAO) is recognized as important in the pathophysiology of obesity and insulin resistance (IR). However, demonstrating FAO defects in vivo in humans has entailed complex and invasive methodologies. Recently, the identification of genetic blocks in FAO has been vastly simplified by using tandem mass spectrometry (MS/MS) of dried bloodspots to specify acylcarnitine (AcylCN) alterations characteristic for each disorder. This technology has recently been applied to examine FAO alterations in human and animal models of obesity and type 2 diabetes mellitus (T2DM). This study focused on characterizing AcylCN profiles in human plasma from individuals with obesity and T2DM during fasting and insulin‐stimulated conditions. Following an overnight fast, plasma was obtained from lean (n = 12), obese nondiabetic ( n = 14), and T2DM ( n = 10) participants and analyzed for AcylCN using MS/MS. Plasma samples were also obtained at the end of a 4‐h insulin‐stimulated euglycemic clamp. In obesity and T2DM, long‐chain AcylCNs were similarly significantly increased in the fasted state; free‐CN levels were also elevated. Additionally, T2DM subjects of comparable BMI had increased short‐ and medium‐chain AcylCNs, both saturated and hydroxy, as well as increased C 4 ‐dicarboxylcarnitine (C 4 DC–CN) that correlated with an index of poor glycemic control (HbA 1c ; r = 0.74; P < 0.0001). Insulin infusion reduced all species of plasma AcylCN but this reduction was blunted in T2DM. Plasma long‐chain AcylCN species are increased in obesity and T2DM, suggesting that more fatty acids can enter mitochondria. In T2DM, many shorter species accumulate, suggesting that they have a generalized complex oxidation defect.

Summary

Background

 The immunopathogenesis of type 1 diabetes mellitus is associated with T-cell autoimmunity. To be fully active, immune T cells need a co-stimulatory signal in addition to the main antigen-driven signal. Abatacept modulates co-stimulation and prevents full T-cell activation. We evaluated the effect of abatacept in recent-onset type 1 diabetes. 

Methods

 In this multicentre, double-blind, randomised controlled trial, patients aged 6–45 years recently diagnosed with type 1 diabetes were randomly assigned (2:1) to receive abatacept (10 mg/kg, maximum 1000 mg per dose) or placebo infusions intravenously on days 1, 14, 28, and monthly for a total of 27 infusions over 2 years. Computer-generated permuted block randomisation was used, with a block size of 3 and stratified by participating site. Neither patients nor research personnel were aware of treatment assignments. The primary outcome was baseline-adjusted geometric mean 2-h area-under-the-curve (AUC) serum C-peptide concentration after a mixed-meal tolerance test at 2 years' follow-up. Analysis was by intention to treat for all patients for whom data were available. This trial is registered at ClinicalTrials.gov, NCT00505375. 

Findings

 112 patients were assigned to treatment groups (77 abatacept, 35 placebo). Adjusted C-peptide AUC was 59% (95% CI 6·1–112) higher at 2 years with abatacept (n=73, 0·378 nmol/L) than with placebo (n=30, 0·238 nmol/L; p=0·0029). The difference between groups was present throughout the trial, with an estimated 9·6 months' delay (95% CI 3·47–15·6) in C-peptide reduction with abatacept. There were few infusion-related adverse events (36 reactions occurred in 17 [22%] patients on abatacept and 11 reactions in six [17%] on placebo). There was no increase in infections (32 [42%] patients on abatacept vs 15 [43%] on placebo) or neutropenia (seven [9%] vs five [14%]). 

Interpretation

 Co-stimulation modulation with abatacept slowed reduction in β-cell function over 2 years. The beneficial effect suggests that T-cell activation still occurs around the time of clinical diagnosis of type 1 diabetes. Yet, despite continued administration of abatacept over 24 months, the decrease in β-cell function with abatacept was parallel to that with placebo after 6 months of treatment, causing us to speculate that T-cell activation lessens with time. Further observation will establish whether the beneficial effect continues after cessation of abatacept infusions. 

Funding

 US National Institutes of Health.

We previously reported an “athlete's paradox” in which endurance-trained athletes, who possess a high oxidative capacity and enhanced insulin sensitivity, also have higher intramyocellular lipid (IMCL) content. The purpose of this study was to determine whether moderate exercise training would increase IMCL, oxidative capacity of muscle, and insulin sensitivity in previously sedentary overweight to obese, insulin-resistant, older subjects. Twenty-five older (66.4 ± 0.8 yr) obese (BMI = 30.3 ± 0.7 kg/m 2 ) men ( n = 9) and women ( n = 16) completed a 16-wk moderate but progressive exercise training program. Body weight and fat mass modestly but significantly ( P < 0.01) decreased. Insulin sensitivity, measured using the euglycemic hyperinsulinemic clamp, was increased (21%, P = 0.02), with modest improvements (7%, P = 0.04) in aerobic fitness (V̇o 2peak ). Histochemical analyses of IMCL (Oil Red O staining), oxidative capacity [succinate dehydrogenase activity (SDH)], glycogen content, capillary density, and fiber type were performed on skeletal muscle biopsies. Exercise training increased IMCL by 21%. In contrast, diacylglycerol and ceramide, measured by mass spectroscopy, were decreased ( n = 13; −29% and −24%, respectively, P < 0.05) with exercise training. SDH (19%), glycogen content (15%), capillary density (7%), and the percentage of type I slow oxidative fibers (from 50.8 to 55.7%), all P ≤ 0.05, were increased after exercise. In summary, these results extend the athlete's paradox by demonstrating that chronic exercise in overweight to obese older adults improves insulin sensitivity in conjunction with favorable alterations in lipid partitioning and an enhanced oxidative capacity within muscle. Therefore, several key deleterious effects of aging and/or obesity on the metabolic profile of skeletal muscle can be reversed with only moderate increases in physical activity.

OBJECTIVE Chronic exercise and obesity both increase intramyocellular triglycerides (IMTGs) despite having opposing effects on insulin sensitivity. We hypothesized that chronically exercise-trained muscle would be characterized by lower skeletal muscle diacylglycerols (DAGs) and ceramides despite higher IMTGs and would account for its higher insulin sensitivity. We also hypothesized that the expression of key skeletal muscle proteins involved in lipid droplet hydrolysis, DAG formation, and fatty-acid partitioning and oxidation would be associated with the lipotoxic phenotype. RESEARCH DESIGN AND METHODS A total of 14 normal-weight, endurance-trained athletes (NWA group) and 7 normal-weight sedentary (NWS group) and 21 obese sedentary (OBS group) volunteers were studied. Insulin sensitivity was assessed by glucose clamps. IMTGs, DAGs, ceramides, and protein expression were measured in muscle biopsies. RESULTS DAG content in the NWA group was approximately twofold higher than in the OBS group and ~50% higher than in the NWS group, corresponding to higher insulin sensitivity. While certain DAG moieties clearly were associated with better insulin sensitivity, other species were not. Ceramide content was higher in insulin-resistant obese muscle. The expression of OXPAT/perilipin-5, adipose triglyceride lipase, and stearoyl-CoA desaturase protein was higher in the NWA group, corresponding to a higher mitochondrial content, proportion of type 1 myocytes, IMTGs, DAGs, and insulin sensitivity. CONCLUSIONS Total myocellular DAGs were markedly higher in highly trained athletes, corresponding with higher insulin sensitivity, and suggest a more complex role for DAGs in insulin action. Our data also provide additional evidence in humans linking ceramides to insulin resistance. Finally, this study provides novel evidence supporting a role for specific skeletal muscle proteins involved in intramyocellular lipids, mitochondrial oxidative capacity, and insulin resistance.

Abstract Gene expression in skeletal muscle of older individuals may reflect compensatory adaptations in response to oxidative damage that preserve tissue integrity and maintain function. Identifying associations between oxidative stress response gene expression patterns and mitochondrial function, physical performance, and muscle mass in older individuals would further our knowledge of mechanisms related to managing molecular damage that may be targeted to preserve physical resilience. To characterize expression patterns of genes responsible for the oxidative stress response, RNA was extracted and sequenced from skeletal muscle biopsies collected from 575 participants (≥70 years old) from the Study of Muscle, Mobility, and Aging. Expression levels of 21 protein‐coding RNAs related to the oxidative stress response were analyzed in relation to six phenotypic measures, including maximal mitochondrial respiration from muscle biopsies (Max OXPHOS), physical performance (VO 2 peak, 400‐m walking speed, and leg strength), and muscle size (thigh muscle volume and whole‐body D3Cr muscle mass). The mRNA level of the oxidative stress response genes most consistently associated across outcomes are preferentially expressed within the mitochondria. Higher expression of mRNAs that encode generally mitochondria located proteins SOD2 , TRX2 , PRX3 , PRX5 , and GRX2 were associated with higher levels of mitochondrial respiration and VO 2 peak. In addition, greater SOD2, PRX3, and GRX2 expression was associated with higher physical performance and muscle size. Identifying specific mechanisms associated with high functioning across multiple performance and physical domains may lead to targeted antioxidant interventions with greater impacts on mobility and independence.

Abstract Objectives Non-Hispanic Black women (BW) have a greater risk of type 2 diabetes (T2D) and insulin resistance (IR) compared to non-Hispanic White women (WW). The mechanisms leading to these differences are not understood, and it is unclear whether synergistic effects of race and obesity impact disease risk. To understand the interaction of race and weight, hepatic and peripheral IR were compared in WW and BW with and without obesity. Methods Hepatic and peripheral IR were measured by a labeled, hyperinsulinemic-euglycemic clamp in BW (n = 32) and WW (n = 32) with and without obesity. Measurements of body composition, cardiorespiratory fitness, and skeletal muscle (SM) respiration were completed. Data were analyzed by mixed model ANOVA. Results Subjects with obesity had greater hepatic and peripheral IR and lower SM respiration (P &lt; .001). Despite 14% greater insulin (P = .066), BW tended to have lower peripheral glucose disposal (Rd; P = .062), which was driven by women without obesity (P = .002). BW had significantly lower glucose production (P = .005), hepatic IR (P = .024), and maximal coupled and uncoupled respiration (P &lt; .001) than WW. Maximal coupled and uncoupled SM mitochondrial respiration was strongly correlated with peripheral and hepatic IR (P &lt; .01). Conclusion While BW without obesity had lower Rd than WW, race and obesity did not synergistically impact peripheral IR. Paradoxically, WW with obesity had greater hepatic IR compared to BW. Relationships between SM respiration and IR persisted across a range of body weights. These data provide support for therapies in BW, like exercise, that improve SM mitochondrial respiration to reduce IR and T2D risk.

Abstract Objective The aim of this study was to examine associations of ectopic adipose tissue (AT) with skeletal muscle (SM) mitochondrial bioenergetics in older adults. Methods Cross‐sectional data from 829 adults ≥70 years of age were used. Abdominal, subcutaneous, and visceral AT and thigh muscle fat infiltration (MFI) were quantified by magnetic resonance imaging. SM mitochondrial energetics were characterized in vivo ( 31 P‐magnetic resonance spectroscopy; ATP max ) and ex vivo (high‐resolution respirometry maximal oxidative phosphorylation [OXPHOS]). ActivPal was used to measure physical activity ([PA]; step count). Linear regression adjusted for covariates was applied, with sequential adjustment for BMI and PA. Results Independent of BMI, total abdominal AT (standardized [Std.] β = −0.21; R 2 = 0.09) and visceral AT (Std. β = −0.16; R 2 = 0.09) were associated with ATP max ( p < 0.01; n = 770) but not following adjustment for PA ( p ≥ 0.05; n = 658). Visceral AT (Std. β = −0.16; R 2 = 0.25) and thigh MFI (Std. β = −0.11; R 2 = 0.24) were associated with carbohydrate‐supported maximal OXPHOS independent of BMI and PA ( p < 0.05; n = 609). Total abdominal AT (Std. β = −0.19; R 2 = 0.24) and visceral AT (Std. β = −0.17; R 2 = 0.24) were associated with fatty acid‐supported maximal OXPHOS independent of BMI and PA ( p < 0.05; n = 447). Conclusions Skeletal MFI and abdominal visceral, but not subcutaneous, AT are inversely associated with SM mitochondrial bioenergetics in older adults independent of BMI. Associations between ectopic AT and in vivo mitochondrial bioenergetics are attenuated by PA.