Advances in Clinical and Experimental Medicine

Adv Clin Exp Med
Impact Factor (IF) – 1.514
Index Copernicus (ICV 2018) – 157.72
MNiSW – 40
Average rejection rate – 84.38%
ISSN 1899–5276 (print)
ISSN 2451-2680 (online)
Periodicity – monthly

Download PDF

Advances in Clinical and Experimental Medicine

2013, vol. 22, nr 2, March-April, p. 229–236

Publication type: original article

Language: English

Paraoxonase-1 Activity in Overweight and Obese Children and Adolescents: Association with Obesity- Related Inflammation and Oxidative Stress

Aktywność paraoksonazy-1 u dzieci i nastolatków z otyłością i nadwagą: związek ze stanem zapalnym i stresem oksydacyjnym

Małgorzata Krzystek-Korpacka1,A,B,C,D,E,F, Eliza Patryn2,A,B, Eliza Patryn3,A,B, Katarzyna Hotowy1,B, Elżbieta Czapińska1,B, Jacek Majda4,B, Irena Kustrzeba-Wójcicka1,B, Anna Noczyńska2,A,B, Andrzej Gamian1,A, Andrzej Gamian5,A

1 Department of Medical Biochemistry, Wroclaw Medical University, Wroclaw, Poland

2 Department of Endocrinology and Diabetology of Children and Adolescents, Wroclaw Medical University, Wroclaw, Poland

3 Department of Ophthalmology, AMC Amsterdam, Amsterdam, Netherlands

4 Department of Laboratory Diagnostics, 4 Military Clinical Hospital, Wroclaw, Poland

5 Institute of Immunology and Experimental Therapy, Polish Academy of Sciences, Wroclaw, Poland

Abstract

Background. Paraoxonase-1 (PON1) is a HDL-attached extracellular esterase which is believed to contribute to the anti-atherogenic and anti-inflammatory properties of HDL. A decrease in PON1 is a risk factor for cardiovascular disease and has recently been found to be associated with juvenile obesity. The issue of a possible association between enzyme activity and/or its phenotype distribution and obesity-related metabolic abnormalities, inflammation, and oxidative stress has not been addressed yet.
Objectives. To evaluate PON1 activity and phenotype distribution with respect to obesity and obesity-related metabolic disorders, inflammation and oxidative stress in children and adolescents.
Material and Methods. PON1 arylesterase activity was measured spectrophotometrically in 156 children and adolescents (47 lean, 27 overweight and 82 obese). Enzyme phenotype was determined using dual substrate (phenyl acetate/paraoxon) method. PON1 activity and phenotype distribution were related to the presence of obesity, metabolic syndrome, insulin resistance, hyperinsulinemia, hypertriglyceridemia, high blood pressure, low HDL level, impaired fasting glucose and/or glucose tolerance as well as inflammatory and oxidative stress indices.
Results. PON1 arylesterase activity decreased in general and central obesity, high blood pressure, and hyperinsulinemia conditions and correlated with BMI, CRP, adipocyte fatty acid-binding protein, superoxide dismutase, catalase, glutathione peroxidase, free thiols, and HOMA in a gender-dependent manner. PON1 decreases were independently associated with central obesity in girls, explaining 17% in PON1 variability, and with elevated CRP in boys, explaining 12% in its variability. PON1 phenotype was not associated with frequency of metabolic abnormalities.
Conclusion. PON1 decreases in central obesity, exacerbating obesity-related inflammation and oxidative stress. The enzyme associations are gender-dependent: obesity and oxidative stress affects PON1 in girls whereas inflammation in boys.

Streszczenie

Wprowadzenie.Paraoksonaza-1 (PON1) to zewnątrzkomórkowa esteraza związana z cząsteczkami HDL, która odpowiada za ich antyaterogenne i antyzapalne właściwości. Zmniejszenie aktywności PON1 jest czynnikiem ryzyka rozwoju chorób sercowo-naczyniowych. Ostatnie badania wskazują na związek między zmniejszeniem aktywności enzymu a otyłością u dzieci i młodzieży. Brakuje jednak danych literaturowych dotyczących aktywności i fenotypów enzymu w zaburzeniach metabolicznych, stanie zapalnym i stresie oksydacyjnym towarzyszących otyłości w tej grupie wiekowej.
Cel pracy. Ocena aktywności i rozkładu fenotypów PON1 w otyłości dziecięcej oraz związanych z otyłością zaburzeniach metabolicznych, stanie zapalnym i stresie oksydacyjnym.
Materiał i metody. Spektrofotometrycznie zmierzono aktywność arylesterazową PON1 u 156 dzieci i nastolatków (47 szczupłych, 27 z nadwagą i 82 otyłych). Fenotyp enzymu określano metodą dwóch substratów względem octanu fenylu i paraoksonu. Aktywność enzymu i rozkład fenotypów odniesiono do występowania otyłości, zespołu metabolicznego, insulinooporności, hiperinsulinizmu, hipertriglycerydemii, wysokiego ciśnienia, małego stężenia HDL, nieprawidłowej glikemii na czczo i/lub nietolerancji glukozy, a także stanu zapalnego i stresu oksydacyjnego.
Wyniki. Aktywność PON1 była zmniejszona w otyłości ogólnej i brzusznej, przy wysokim ciśnieniu i hiperinsulinemii. Aktywność PON1 korelowała z BMI, CRP, białkiem wiążącym kwasy tłuszczowe pochodzącym z adipocytów, dysmutazą nadtlenkową, katalazą, peroksydazą glutationową, wolnymi grupami sulfhydrylowymi oraz wskaźnikiem HOMA w sposób zależny od płci. U dziewcząt otyłość brzuszna była niezależnym czynnikiem predykcyjnym aktywności PON1, wyjaśniając 17% jej zmienności. U chłopców stężenie CRP wyjaśniało 12% zmienności w aktywności PON1. Nie wykazano związku między fenotypem PON1 a występowaniem zaburzeń metabolicznych.
Wnioski. Aktywność PON1 jest zmniejszona w otyłości brzusznej u dzieci, przyczyniając się do zaostrzenia współ- istniejącego stanu zapalnego i stresu oksydacyjnego. Otyłość wpływa na aktywność enzymu u dziewcząt, a u chłopców na stan zapalny.

Key words

paraoxonase-1 (PON1), obesity, metabolic syndrome, children, inflammation, oxidative stress.

Słowa kluczowe

paraoksonaza-1 (PON1), otyłość, zespół metaboliczny, dzieci, stan zapalny, stres oksydacyjny.

References (28)

  1. Camps J, Marsillach J, Joven J: The paraoxonases: role in human diseases and methodological difficulties in measurement. Crit Rev Clin Lab Sci 2009, 46, 83–106.
  2. Ferretti G, Bacchetti T, Moroni C, Savino S, Liuzzi A, Balzola F, Bicchiega V: Paraoxonase activity in highdensity lipoproteins: a comparison between healthy and obese females. J Clin Endocrinol Metab 2005, 90, 1728– 1733.
  3. Mackness M, Mackness B: Paraoxonase 1 and atherosclerosis: is the gene or the protein more important? Free Radic Biol Med 2004, 37, 1317–1323.
  4. Birjmohun RS, Vergeer M, Stroes ES, Sandhu MS, Ricketts SL, Tanck MW, Wareham NJ, Jukema JW, Kastelein JJ, Khaw KT, Boekholdt SM: Both paraoxonase-1 genotype and activity do not predict the risk of future coronary artery disease; the EPIC-Norfolk Prospective Population Study. PLoS One 2009, 4, e6809.
  5. Koncsos P, Seres I, Harangi M, Illyés I, Józsa L, Gönczi F, Bajnok L, Paragh G: Human paraoxonase-1 activity in childhood obesity and its relation to leptin and adiponectin levels. Pediatr Res 2010, 67, 309–313.
  6. Krzystek-Korpacka M, Patryn E, Boehm D, Berdowska I, Zieliński B, Noczyńska A: Advanced oxidation protein products (AOPPs) in juvenile overweight and obesity prior to and following weight reduction. Clin Biochem 2008, 41, 943–949.
  7. Krzystek-Korpacka M, Patryn E, Kustrzeba-Wójcicka I, Chrzanowska J, Gamian A, Noczyńska A: Genderspecific association of serum uric acid with metabolic syndrome and its components in juvenile obesity. Clin Chem Lab Med 2011, 49, 129–136.
  8. Krzystek-Korpacka M, Patryn E, Kustrzeba-Wójcicka I, Chrzanowska J, Gamian A, Noczyńska A: The effect of a one-year weight reduction program on serum uric acid in overweight/obese children and adolescents. Clin Chem Lab Med 2011, 49, 915–921.
  9. Krzystek-Korpacka M, Patryn E, Bednarz-Misa I, Hotowy K, Noczyńska A: Visfatin in juvenile obesity – the effect of obesity intervention and sex. Eur J Clin Invest 2011, 41, 1284–1291.
  10. Krzystek-Korpacka M, Patryn E, Bednarz-Misa I, Mierzchala M, Hotowy K, Czapińska E, Kustrzeba-Wójcicka I, Gamian A, Noczyńska A: Circulating adipocyte fatty acid-binding protein, juvenile obesity, and metabolic syndrome. J Pediatr Endocr Met 2011, 24, 921–928.
  11. Cole TJ, Bellizzi MC, Flegal KM, Dietz WH: Establishing a standard definition for child overweight and obesity worldwide: international survey. BMJ 2000, 320, 1240–1243.
  12. Palczewska I, Niedźwiecka Z: Wskaźniki rozwoju somatycznego dzieci i młodzieży warszawskiej. Med Wieku Rozw 2002, 2(supl. I), 52.
  13. Cole TJ, Faith MS, Pietrobelli A, Heo M: What is the best measure of adiposity change in growing children: BMI, BMI %, BMI z-score or BMI centile? Eur J Clin Nutr 2005, 59, 419–425.
  14. Nawarycz T, Ostrowska-Nawarycz L: Rozkłady centylowe obwodu pasa u dzieci i młodzieży. Pediatr Pol 2007, 82, 418–424.
  15. Atabek ME, Pirgon O: Assessment of insulin sensitivity from measurements in fasting state and during an oral glucose tolerance test in obese children. J Pediatr Endocrinol Metab 2007, 20, 187–195.
  16. National High Blood Pressure Education Program Working Group on High Blood Pressure in Children and Adolescents: The fourth report on the diagnosis, evaluation, and treatment of high blood pressure in children and adolescents. Pediatrics 2004, 114, 555–576.
  17. Cook S, Weitzman M, Auinger P, Nguyen M, Dietz WH: Prevalence of a metabolic syndrome phenotype in adolescents: findings from the third National Health and Nutrition Examination Survey, 1988–1994. Arch Pediatr Adolesc Med 2003, 157, 821–827.
  18. La Du BN, Billecke S, Hsu C, Haley RW, Broomfield CA: Serum paraoxonase (PON1) isoenzymes: the quantitative analysis of isoenzymes affecting individual sensitivity to environmental chemicals. Drug Metab Dispos 2001, 29, 566–569.
  19. Charlton-Menys V, Liu Y, Durrington PN: Semiautomated methods for determination of serum paraoxonase activity using paraoxon as substrate. Clin Chem 2006, 52, 453–457.
  20. Bartosz G: Druga twarz tlenu. Wolne rodniki w przyrodzie. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2004, 2nd ed.
  21. Rice-Evans CA, Diplock AT, Symons MCR: Techniques in free radical research, Elsevier Science Publishers BV, Amsterdam 1991.
  22. Friedewald WT, Levy RI, Fredrickson DS: Estimation of the concentration of low-density lipoprotein cholesterol in plasma, without use of the preparative ultracentrifuge. Clin Chem 1972, 18, 499–502.
  23. Dullaart RP, de Vries R, Sluiter WJ, Voorbij HA: High plasma C-reactive protein (CRP) is related to low paraoxonase-I (PON-I) activity independently of high leptin and low adiponectin in type 2 diabetes mellitus. Clin Endocrinol 2009, 70, 221–226.
  24. Sumegová K, Nagyová Z, Waczulíková I, Zitnanová I, Duracková Z: Activity of paraoxonase 1 and lipid profile in healthy children. Physiol Res 2007, 56, 351–357.
  25. Wheeler JG, Keavney BD, Watkins H, Collins R, Danesh J: Four paraoxonase gene polymorphisms in 11212 cases of coronary heart disease and 12786 controls: meta-analysis of 43 studies. Lancet 2004, 363, 689–695.
  26. Stoffel-Wagner B, Roth CL: Adipocyte fatty acid-binding protein in obese children before and after weight loss. Metabolism 2007, 56, 1735–1741.
  27. Chait A, Han CY, Oram JF, Heinecke JW: Thematic review series: The immune system and atherogenesis. Lipoprotein-associated inflammatory proteins: markers or mediators of cardiovascular disease? J Lipid Res 2005, 46, 389–403.
  28. Feingold KR, Memon RA, Moser AH, Grunfeld C: Paraoxonase activity in the serum and hepatic mRNA levels decrease during the acute phase response. Atherosclerosis 1998, 139, 307–315.