Exercise promotes longevity and ameliorates type 2 diabetes mellitus and insulin resistance. However, exercise also increases mitochondrial formation of presumably harmful reactive oxygen species (ROS). Antioxidants are widely used as supplements but whether they affect the health-promoting effects of exercise is unknown. We evaluated the effects of a combination of vitamin C (1000 mg/day) and vitamin E (400 IU/day) on insulin sensitivity as measured by glucose infusion rates (GIR) during a hyperinsulinemic, euglycemic clamp in previously untrained ( n = 19) and pretrained ( n = 20) healthy young men. Before and after a 4 week intervention of physical exercise, GIR was determined, and muscle biopsies for gene expression analyses as well as plasma samples were obtained to compare changes over baseline and potential influences of vitamins on exercise effects. Exercise increased parameters of insulin sensitivity (GIR and plasma adiponectin) only in the absence of antioxidants in both previously untrained ( P < 0.001) and pretrained ( P < 0.001) individuals. This was paralleled by increased expression of ROS-sensitive transcriptional regulators of insulin sensitivity and ROS defense capacity, peroxisome-proliferator-activated receptor gamma (PPARγ), and PPARγ coactivators PGC1α and PGC1β only in the absence of antioxidants ( P < 0.001 for all). Molecular mediators of endogenous ROS defense (superoxide dismutases 1 and 2; glutathione peroxidase) were also induced by exercise, and this effect too was blocked by antioxidant supplementation. Consistent with the concept of mitohormesis, exercise-induced oxidative stress ameliorates insulin resistance and causes an adaptive response promoting endogenous antioxidant defense capacity. Supplementation with antioxidants may preclude these health-promoting effects of exercise in humans.

The association between obesity and impaired insulin sensitivity has long been recognized, although a subgroup of obese individuals seems to be protected from insulin resistance. In this study, we systematically studied differences in adipose tissue biology between insulin-sensitive (IS) and insulin-resistant (IR) individuals with morbid obesity. On the basis of glucose infusion rate during euglycemic hyperinsulinemic clamps, 60 individuals with a BMI of 45 ± 1.3 kg/m 2 were divided into an IS and IR group matched for age, sex, and body fat prior to elective surgery. We measured fat distribution, circulating adipokines, and parameters of inflammation, glucose, and lipid metabolism and characterized adipose tissue morphology, function, and mRNA expression in abdominal subcutaneous (sc) and omental fat. IS compared with IR obese individuals have significantly lower visceral fat area (138 ± 27 vs. 316 ± 91 cm 2 ), number of macrophages in omental adipose tissue (4.9 ± 0.8 vs. 13.2 ± 1.4%), mean omental adipocyte size (528 ± 76 vs. 715 ± 81 pl), circulating C-reactive protein, progranulin, chemerin, and retinol-binding protein-4 (all P values <0.05), and higher serum adiponectin (6.9 ± 3.4 vs. 3.4 ± 1.7 ng/ml) and omental adipocyte insulin sensitivity (all P values <0.01). The strongest predictors of insulin sensitivity by far were macrophage infiltration together with circulating adiponectin ( r 2 = 0.98, P < 0.0001). In conclusion, independently of total body fat mass, increased visceral fat accumulation and adipose tissue dysfunction are associated with IR obesity. This suggests that mechanisms beyond a positive caloric balance such as inflammation and adipokine release determine the pathological metabolic consequences in patients with obesity.

Visceral and subcutaneous adipose tissue display important metabolic differences that underlie the association of visceral obesity with obesity-related cardiovascular and metabolic alterations. Recently, visfatin was identified as an adipokine, which is predominantly secreted from visceral adipose tissue both in humans and mice. In this study, we examined whether visfatin plasma concentrations (using enzyme immunosorbent assay) and mRNA expression (using RT-PCR) in visceral and subcutaneous fat correlates with anthropometric and metabolic parameters in 189 subjects with a wide range of obesity, body fat distribution, insulin sensitivity, and glucose tolerance. Visfatin plasma concentration correlates positively with the visceral visfatin mRNA expression (r2 = 0.17, P &lt; 0.0001), BMI (r2 = 0.062, P = 0.004), percent body fat (r2 = 0.048, P = 0.01), and negatively with subcutaneous visfatin mRNA expression (r2 = 0.18, P &lt; 0.0001). However, in a subgroup of 73 individuals, in which visceral fat mass was calculated from computed tomography scans, there was no correlation between plasma visfatin concentrations and visceral fat mass. We found no significant correlation between visfatin plasma concentrations and parameters of insulin sensitivity, including fasting insulin, fasting plasma glucose concentrations, and the glucose infusion rate during the steady state of an euglycemic-hyperinsulinemic clamp independent of percent body fat. Visfatin gene expression was not different between visceral and subcutaneous adipose tissue in the entire study group nor in selected subgroups. We found a significant correlation between visceral visfatin gene expression and BMI (r2 = 0.06, P = 0.001) and percent body fat (measured using dual-energy X-ray absorptiometry) (r2 = 0.044, P = 0.004), whereas no significant association between BMI or percent body fat and subcutaneous visfatin mRNA expression existed (both P &gt;0.5). In conclusion, visfatin plasma concentrations and visceral visfatin mRNA expression correlated with measures of obesity but not with visceral fat mass or waist-to-hip ratio. In addition, we did not find differences in visfatin mRNA expression between visceral and subcutaneous adipose tissue in humans.

Context: Macrophage infiltration into adipose tissue has been demonstrated to accompany obesity, with a potential preferential infiltration into intraabdominal vs. sc fat. Objective: Our objective was to determine whether this occurs across different populations with a range of body mass indexes and to assess the relationship with regional adiposity and comorbidity of obesity. Setting and Patients: In two independent cohorts, we used paired omental (OM) and sc fat biopsies from lean controls or predominantly sc or intraabdominally obese persons with minimal comorbidity (n = 60, cohort 1), or from severely obese women with a significant rate of comorbidity (n = 29, cohort 2). Results: Elevated macrophage infiltration into OM vs. sc fat was observable in lean subjects and exaggerated by obesity, particularly if predominantly intraabdominal. This was paralleled by increased monocyte chemoattractant protein-1 (MCP1) and colony-stimulating factor-1 (CSF1) mRNA levels. Level of CSF1 and MCP1 mRNA correlated with the number of OM macrophages (r = 0.521, P < 0.0001 and r = 0.258, P < 0.051, respectively). In severely obese women (mean body mass index = 43.0 ± 1.1 kg/m2), higher protein expression of both MCP1 and CSF1 was detected in OM vs. sc fat. Number of OM macrophages, but not of sc macrophages, correlated with waist circumference (r = 0.636, P = 0.001 vs. r = 0.170, P = 0.427) and with the number of metabolic syndrome parameters (r = 0.385, P = 0.065 vs. r = −0.158, P = 0.472, respectively). Preferential macrophage infiltration into OM fat was mainly observed in a subgroup in whom obesity was associated with impaired glucose homeostasis. Conclusions: Preferential macrophage infiltration into OM fat is a general phenomenon exaggerated by central obesity, potentially linking central adiposity with increased risk of diabetes and coronary heart disease.

The endocannabinoid system has been suspected to contribute to the association of visceral fat accumulation with metabolic diseases. We determined whether circulating endocannabinoids are related to visceral adipose tissue mass in lean, subcutaneous obese, and visceral obese subjects (10 men and 10 women in each group). We further measured expression of the cannabinoid type 1 (CB1) receptor and fatty acid amide hydrolase (FAAH) genes in paired samples of subcutaneous and visceral adipose tissue in all 60 subjects. Circulating 2-arachidonoyl glycerol (2-AG) was significantly correlated with body fat (r = 0.45, P = 0.03), visceral fat mass (r = 0.44, P = 0.003), and fasting plasma insulin concentrations (r = 0.41, P = 0.001) but negatively correlated to glucose infusion rate during clamp (r = 0.39, P = 0.009). In visceral adipose tissue, CB1 mRNA expression was negatively correlated with visceral fat mass (r = 0.32, P = 0.01), fasting insulin (r = 0.48, P &lt; 0.001), and circulating 2-AG (r = 0.5, P &lt; 0.001), whereas FAAH gene expression was negatively correlated with visceral fat mass (r = 0.39, P = 0.01) and circulating 2-AG (r = 0.77, P &lt; 0.001). Our findings suggest that abdominal fat accumulation is a critical correlate of the dysregulation of the peripheral endocannabinoid system in human obesity. Thus, the endocannabinoid system may represent a primary target for the treatment of abdominal obesity and associated metabolic changes.

OBJECTIVE— Vaspin was identified as an adipokine with insulin-sensitizing effects, which is predominantly secreted from visceral adipose tissue in a rat model of type 2 diabetes. We have recently shown that vaspin mRNA expression in adipose tissue is related to parameters of obesity and glucose metabolism. However, the regulation of vaspin serum concentrations in human obesity and type 2 diabetes is unknown. RESEARCH DESIGN AND METHODS— For the measurement of vaspin serum concentrations, we developed an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Using this ELISA, we assessed circulating vaspin in a cross-sectional study of 187 subjects with a wide range of obesity, body fat distribution, insulin sensitivity, and glucose tolerance and in 60 individuals with normal glucose tolerance (NGT), impaired glucose tolerance (IGT), or type 2 diabetes before and after a 4-week physical training program. RESULTS— Vaspin serum concentrations were significantly higher in female compared with male subjects. There was no difference in circulating vaspin between individuals with NGT and type 2 diabetes. In the normal glucose-tolerant group, circulating vaspin significantly correlated with BMI and insulin sensitivity. Moreover, physical training for 4 weeks resulted in significantly increased circulating vaspin levels. CONCLUSIONS— We found a sexual dimorphism in circulating vaspin. Elevated vaspin serum concentrations are associated with obesity and impaired insulin sensitivity, whereas type 2 diabetes seems to abrogate the correlation between increased circulating vaspin, higher body weight, and decreased insulin sensitivity. Low circulating vaspin correlates with a high fitness level, whereas physical training in untrained individuals causes increased vaspin serum concentrations.

Summary

 Intra-abdominal fat is associated with insulin resistance and cardiovascular risk. Levels of serum retinol-binding protein (RBP4), secreted by fat and liver cells, are increased in obesity and type 2 diabetes (T2D). Here we report that, in 196 subjects, RBP4 is preferentially expressed in visceral (Vis) versus subcutaneous (SC) fat. Vis fat RBP4 mRNA was increased ∼60-fold and 12-fold in Vis and SC obese subjects respectively versus lean subjects, and ∼2-fold with impaired glucose tolerance/T2D subjects versus normoglycemic subjects. In obese subjects, serum RBP4 was increased 2- to 3-fold, and serum transthyretin, which stabilizes RBP4 in the circulation, was increased 35%. Serum RBP4 correlated positively with adipose RBP4 mRNA and intra-abdominal fat mass and inversely with insulin sensitivity, independently of age, gender, and body mass index. RBP4 mRNA correlated inversely with GLUT4 mRNA in Vis fat and positively with adipocyte size in both depots. RBP4 levels are therefore linked to Vis adiposity, and Vis fat may be a major source of RBP4 in insulin-resistant states.

Recently, vaspin was identified as an adipokine with insulin-sensitizing effects, which is predominantly secreted from visceral adipose tissue in a rat model of type 2 diabetes. In this study, we examined whether vaspin mRNA expression is a marker of visceral obesity and correlates with anthropometric and metabolic parameters in paired samples of visceral and subcutaneous adipose tissue from 196 subjects with a wide range of obesity, body fat distribution, insulin sensitivity, and glucose tolerance. Vaspin mRNA expression was only detectable in 23% of the visceral and in 15% of the subcutaneous (SC) adipose tissue samples. Vaspin mRNA expression was not detectable in lean subjects (BMI < 25) and was more frequently detected in patients with type 2 diabetes. No significant correlations were found between visceral vaspin gene expression and visceral fat area or SC vaspin expression. However, visceral vaspin expression significantly correlates with BMI, % body fat, and 2 h OGTT plasma glucose. Subcutaneous vaspin mRNA expression is significantly correlated with WHR, fasting plasma insulin concentration, and glucose infusion rate during steady state of an euglycemic–hyperinsulinemic clamp. Multivariate linear regression analysis revealed % body fat as strongest predictor of visceral vaspin and insulin sensitivity as strongest determinant of SC vaspin mRNA expression. In conclusion, our data indicate that induction of human vaspin mRNA expression in adipose tissue is regulated in a fat depot-specific manner and could be associated with parameters of obesity, insulin resistance, and glucose metabolism.

MicroRNAs (miRNAs) are small non-coding RNAs, that play important regulatory roles in a variety of biological processes, including development, differentiation, apoptosis, and metabolism. In mammals, miRNAs have been shown to modulate adipocyte differentiation. Therefore, we performed a global miRNA gene expression assay in different fat depots of overweight and obese individuals to investigate whether miRNA expression in human adipose tissue is fat-depot specific and associated with parameters of obesity and glucose metabolism. Paired samples of abdominal subcutaneous (SC) and intraabdominal omental adipose tissue were obtained from fifteen individuals with either normal glucose tolerance (NGT, n = 9) or newly diagnosed type 2 diabetes (T2D, n = 6). Expression of 155 miRNAs was carried out using the TaqMan®MicroRNA Assays Human Panel Early Access Kit (Applied Biosystems, Darmstadt, Germany). We identified expression of 106 (68%) miRNAs in human omental and SC adipose tissue. There was no miRNA exclusively expressed in either fat depot, suggesting common developmental origin of both fat depots. Sixteen miRNAs (4 in NGT, 12 in T2D group) showed a significant fat depot specific expression pattern. We identified significant correlations between the expression of miRNA-17-5p, -132, -99a, -134, 181a, -145, -197 and both adipose tissue morphology and key metabolic parameters, including visceral fat area, HbA1c, fasting plasma glucose, and circulating leptin, adiponectin, interleukin-6. In conclusion, microRNA expression differences may contribute to intrinsic differences between omental and subcutaneous adipose tissue. In addition, human adipose tissue miRNA expression correlates with adipocyte phenotype, parameters of obesity and glucose metabolism.

Autophagy is a housekeeping mechanism, involved in metabolic regulation and stress response, shown recently to regulate lipid droplets biogenesis/breakdown and adipose tissue phenotype. We hypothesized that in human obesity autophagy may be altered in adipose tissue in a fat depot and distribution-dependent manner. Paired omental (Om) and subcutaneous (Sc) adipose tissue samples were used from obese and nonobese (n = 65, cohort 1); lean, Sc-obese and intraabdominally obese (n = 196, cohort 2); severely obese persons without diabetes or obesity-associated morbidity, matched for being insulin sensitive or resistant (n = 60, cohort 3). Protein and mRNA levels of the autophagy genes Atg5, LC3A, and LC3B were increased in Om compared with Sc, more pronounced among obese persons, particularly with intraabdominal fat accumulation. Both adipocytes and stromal-vascular cells contribute to the expression of autophagy genes. An increased number of autophagosomes and elevated autophagic flux assessed in fat explants incubated with lysosomal inhibitors were observed in obesity, particularly in Om. The degree of visceral adiposity and adipocyte hypertrophy accounted for approximately 50% of the variance in omental Atg5 mRNA levels by multivariate regression analysis, whereas age, sex, measures of insulin sensitivity, inflammation, and adipose tissue stress were excluded from the model. Moreover, in cohort 3, the autophagy marker genes were increased in those who were insulin resistant compared with insulin sensitive, particularly in Om. Autophagy is up-regulated in adipose tissue of obese persons, especially in Om, correlating with the degree of obesity, visceral fat distribution, and adipocyte hypertrophy. This may co-occur with insulin resistance but precede the occurrence of obesity-associated morbidity.