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.

Recently, it has been demonstrated that the fat-derived protein adiponectin is an important insulin-sensitizing adipocytokine which is downregulated in insulin resistance and obesity and replenishment of which in adiponectin-deficient states improves insulin sensitivity. To clarify the regulation of adiponectin gene expression, 3T3-L1 adipocytes were treated with various hormones known to induce insulin resistance in vivo and adiponectin mRNA was measured by quantitative real-time reverse transcription–polymerase chain reaction. Interestingly, treatment of 3T3-L1 cells with 100 nM insulin, 10 ng/ml tumor necrosis factor (TNF) α, or 100 nM dexamethasone for 16 h suppressed adiponectin gene expression by about 50 to 85% while angiotensin 2, growth hormone, and triiodothyronine did not have any effect. Furthermore, insulin reduced the level of adiponectin mRNA in a dose- and time-dependent fashion with inhibition detectable at concentrations as low as 10 nM insulin and as early as 4 h after effector addition. The inhibitory effect of insulin was partially reversed by pretreatment of 3T3-L1 cells with pharmacological inhibitors of p44/42 mitogen-activated protein (MAP) kinase, phosphatidylinositol (PI) 3-kinase, and p70S6 kinase. Moreover, the negative effects of insulin, TNFα, and dexamethasone on adiponectin gene expression could be completely reversed by withdrawal of the hormones for 24 h. Taken together, our results suggest that adiponectin gene expression is reversibly downregulated by insulin, TNFα, and dexamethasone. The data support the concept of adiponectin being an important selectively controlled modulator of insulin sensitivity.

Recently, it has been shown that adiponectin is an important insulin-sensitizing fat-derived protein which is downregulated in insulin resistance and obesity, and replenishment of which improves insulin sensitivity. In contrast, interleukin (IL)-6 appears as an adipocytokine serum concentrations of which are elevated in these states. However, it has not been determined whether IL-6 might impact on expression and secretion of adiponectin. To clarify this, 3T3-L1 adipocytes were treated with different concentrations of IL-6 for various periods of time. Adiponectin mRNA was measured by quantitative real-time reverse transcription-polymerase chain reaction and secretion was determined by radioimmunoassays. Interestingly, treatment of 3T3-L1 cells with 30 ng/ml IL-6 significantly decreased adiponectin secretion to 75% of control levels. Adiponectin secretion was also inhibited between 25% and 45% by chronic treatment with forskolin (50 μM), tumor necrosis factor α (100 ng/ml), and dexamethasone (100 nM). Furthermore, adiponectin mRNA expression was downregulated by up to 50% in a time- and dose-dependent manner, with significant inhibition detectable at concentrations as low as 3 ng/ml IL-6 and as early as 8 h after effector addition. The inhibitory effect of IL-6 was partially reversed by pretreatment of 3T3-L1 cells with pharmacological inhibitors of a p44/42 mitogen-activated protein (MAP) kinase. Moreover, the negative effect of IL-6 on adiponectin mRNA expression could be reversed by withdrawal of the hormone for 24 h. Taken together, our results suggest that adiponectin gene expression is reversibly downregulated by IL-6 and support the concept of adiponectin being an important selectively controlled modulator of insulin sensitivity.

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.

Context Chronic systemic inflammation in obesity originates from local immune responses in visceral adipose tissue. However, assessment of a broad range of inflammation-mediating cytokines and their relationship to physical activity and adipometrics has scarcely been reported to date. Objective To characterize the profile of a broad range of pro- and anti-inflammatory cytokines and the impact of physical activity and energy expenditure in individuals with general obesity, central obesity, and non-obese subjects. Design, Setting, and Participants A cross-sectional study comprising 117 obese patients (body mass index (BMI) ≥ 30) and 83 non-obese community-based volunteers. Main Outcomes Measures Serum levels of interleukin (IL)-2, IL-4, IL-5, IL-10, IL-12, IL-13, granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF), interferon (IFN)-γ and tumor necrosis factor (TNF)-α were measured. Physical activity and energy expenditure (MET) were assessed with actigraphy. Adipometrics comprised BMI, weight, abdominal-, waist- and hip-circumference, waist to hip ratio (WHR), and waist-to-height-ratio (WHtR). Results General obesity was associated with significantly elevated levels of IL-5, IL-10, IL-12, IL-13, IFN-γ and TNF-α, central obesity with significantly elevated IL-5, IL-10, IL-12, IL-13 and IFN-γ-levels. In participants with general obesity, levels of IL-4, IL-10 and IL-13 were significantly elevated in participants with low physical activity, even when controlled for BMI which was negatively associated with physical acitivity. Cytokines significantly correlated with adipometrics, particularly in obese participants. Conclusions Results confirm up-regulation of certain pro- and anti-inflammatory cytokines in obesity. In obese subjects, physical activity may lower levels and thus reduce pro-inflammatory effects of cytokines that may link obesity, insulin resistance and diabetes.

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.