Etiopatogenia Etiopatogenia Diabetului Zaharat de tip 1Diabetului Zaharat de tip 1

Dr. Cristian GujaDr. Cristian Guja MD, PhD MD, PhD

Institutul de Diabet, Nutriţie şi Boli Metabolice “Prof. NC Paulescu”, Bucureşti, România

IntroducereIntroducere

ClasificareClasificare

Diabet Zaharat tip 1aDiabet Zaharat tip 1a – Distrucţie autoimună a celulelor beta pancreatice secretante de insulină

Diabet Zaharat tip 1bDiabet Zaharat tip 1b – Distrucţia celulelor beta pancreatice prin mecanisme idiopatice

IntroducereIntroducere

Diabet Zaharat de tip 1Diabet Zaharat de tip 1

Boală cronică frecventă, cu patogenie autoimunăpatogenie autoimună

Distrugere masivă şi specifică a celulelor betaDistrugere masivă şi specifică a celulelor beta pancreatice secretante de insulină, cu prezervarea celulelor alfa secretante de glucagon.

Distrugerea celulelor beta prin mecanism autoimun mediat de mecanism autoimun mediat de limfocitele Tlimfocitele T la subiecţii predispuşi genetic.

Procesul autoimun este îndreptat împotriva unor antigene antigene beta celularebeta celulare (autoantigene) parţial identificateparţial identificate

Împotriva acestor antigene apar aauto-auto-anticorpi specifici - nticorpi specifici - marker al autoimunităţiimarker al autoimunităţii

Împotriva acestor antigene se dezvoltă răspunsuri imune de răspunsuri imune de tip celulartip celular

Diabetul Zaharat tip 1aDiabetul Zaharat tip 1a

Insulina şi proinsulinaInsulina şi proinsulina

GAD65GAD65 (Fragmentul de 65 kDa al GAD - Glutamic Acid Decarboxylase)

Proteinele din familia de Proteine Tirozin FosfatazăTirozin Fosfatază like (IA-2IA-2)

Altele (ICA69, Carboxipeptidaza, Heat Shock Protein 60, Periferina, Glima38, etc.)

Autoantigene beta celulareAutoantigene beta celulare

ICA (Islet Cell Antibodies)ICA (Islet Cell Antibodies)70-80% din pacienţi la debut; cei mai predictivi

Anti-insulinici – IAA Anti-insulinici – IAA (Insulin Autoantibodies)50-70% din pacienţi la debut; mai frecvent la copii

AntiAnti GAD65 – GADA GAD65 – GADA (GAD Autoantibodies)

70-80% din pacienţi la debut

Anti Tirozin FosfatazăAnti Tirozin Fosfatază - IA2A IA2A (IA2 Autoantibodies)

55-75% din pacienţi la debut; mai frecvent la copii

Autoanticorpi anti beta celulariAutoanticorpi anti beta celulari

Marker al procesului autoimun

Nu sunt patogenici – Cazuri de DZ tip 1 la subiecţi cu a-gammaglobulinemie congenitală

Valoare predictivă pentru apariţia DZ tip 1 la subiecţii aflaţi la risc

Diferenţiere între DZ tip 1 autoimun şi alte forme de DZ (DZ tip 1b, DZ tip 2, MODY, etc.)

Diferenţiere între DZ tip 1 lent (LADA) şi DZ tip 2

Semnificaţia autoanticorpilor Semnificaţia autoanticorpilor

Riscul DZ tip 1 în funcţie de numărul ACRiscul DZ tip 1 în funcţie de numărul AC(IAA, GADA şi IA2A)(IAA, GADA şi IA2A)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Ani de urmarire

% F

ara

diab

et

0 ab

1 ab

2 ab

3 ab

P < 0.0001

Verge et al. Diabetes 1996

Număr redus de celule pancreatice, lipsite de granule insulinice.

Infiltrate inflamatorii cu limfocite T citotoxice CD8(+), limfocite T helper CD4(+), celule mononucleare şi celule K - insulită distructivă [Kolb 1997].

Uneori, acumularea de limfocite T, monocite şi macrofage nu se însoţeşte de distrugerea progresivă a celulelor beta cu evoluţie ulterioară spre diabet zaharat clinic manifest - insulită benignă [Kolb 1997].

Frecvent procesul de insulită benignă poate fi evidenţiat la rude de gradul 1 ale pacienţilor DZ tip 1 care nu vor evolua spre DZ clinic manifest.

Insulita în DZ tip 1Insulita în DZ tip 1

Aspect de insulită în DZ tip 1Aspect de insulită în DZ tip 1

Infiltrat mononuclear

Din colecţia Willi Gepts

FathmanFathman et al. et al. Nature ImmunologyNature Immunology (9): 759-761 (2001) (9): 759-761 (2001)

Factori necesari pentru apariţia unei boli autoimune Factori necesari pentru apariţia unei boli autoimune

DZ tip 1DZ tip 1 apare la subiecţii predispuşi genetic.

DZ tip 1DZ tip 1 este o boală multifactorială a cărei etiopatogenie include pe lângă factorii geneticifactorii genetici şi unii factori de mediufactori de mediu, incomplet elucidaţi încă.

DZ tip 1 este oo afecţiune complexă, poligenică afecţiune complexă, poligenică cu multe alele multe alele predispozante şi protectoarepredispozante şi protectoare care interacţionează unele cu interacţionează unele cu celelaltecelelalte dar şi cu diverşi factori de mediufactori de mediu în generarea riscului global de boală

Diabetul Zaharat tip 1aDiabetul Zaharat tip 1a

Există o agregare familială semnificativă a cazurilor de diabet zaharat [Todd et al. Diabetes 1992]

Riscul de apariţie a DZ tip 1 pe parcursul vieţii este de 0.4% în populaţia generală dar 6% pentru rudele de gradul 1 şi la 33% în cazul gemenilor identici

s = 15 (6%/0.4%) [Risch et al. AmJ Hum Genet 1987]

Frecvenţa afectării gemenilor monozigoţi este mai mare decât a gemenilor dizigoţi [Barnett et al. Diabetologia 1981]

Concordanţa maximă la gemenii monozigoţi este de 34-50% [Olmos et al. Diabetologia 1988]

Argumente geneticăArgumente genetică

Discriminarea self/non-self de către sistemul imun este asigurată de molecule codificate în regiunea MHC

MHC - Braţul scurt al cromozomului 6: 6p21

Regiunea cuprinde peste 200 de gene grupate în trei mari Clase (Clasa I, Clasa a II-a, Clasa a III-a)

Principalul grup de gene - Antigenele HLA

IDDM1IDDM1

Regiunea MHC de pe cromozomul 6p21Regiunea MHC de pe cromozomul 6p21

Klein et al, NEJM 2000

Structura HLA de clasa I si a II-aStructura HLA de clasa I si a II-a

HLA de clasa I şi a II-aHLA de clasa I şi a II-a

HLA clasa I

• HLA A, B, C, E, F, G; moleculele clasice - HLA A, B, CHLA A, B, C

• Genele HLA A, B şi C codifică lanţul şi sunt polimorfe (250 alele HLA-A, 488 HLA-B, 118 HLA-C)

HLA clasa a II-a

HLAHLA DP, DQ, DRDP, DQ, DR, DM, DN, DO

Două seturi de gene: unul codifică lanţul (gene DPA, DQA, DRA); celălalt lanţul (gene DPB, DQB, DRB)

Atât genele de tip A cât şi cele de tip B sunt polimorfe

Marea variabilitate derivă din polimorfismele genelor B (peste 260 alele diferite pentru HLA DRB)

Antigene HLA Diabetogene Antigene HLA Diabetogene

HLA Clasa IHLA Clasa I

HLA B8, B15 şi B18 descrise încă din anii 70 (Singal şi Blajchman

1973, Nerup et al. 1974).

Asocierea se datorează existenţei fenomenului de linkage linkage disequlibriumdisequlibrium cu antigenele HLA de clasa a II-a

Super-haplotip ancestral A1-B8-DR3-DQ2

Asociere HLA A24 cu debutul precoce al DZ la asiatici (Fujisawa et al. 1995), posibil şi în România (Guja et al. 1999).

Posibil efect independent al HLA B39 (Nejentsev et al. 1997)

Antigene HLA Diabetogene Antigene HLA Diabetogene

HLA Clasa a II-aHLA Clasa a II-a

HLA - DR3 şi sau DR4Peste 90-95% din diabetici purtători ai DR3 sau DR4 comparativ cu 50% în populaţia generală

HLA-DQ2

HLA-DQ8

Riscul maxim la heterozigoţii HLA DR3-DQ2 / DR4-DQ8Până la 30-35% din pacienţii DZ tip 1 comparativ cu 2.5% din populaţia generală

Antigene HLA Protectoare Antigene HLA Protectoare

HLA DR2 (Lanţurile β codificate de DRB1*0403 şi *0406)

HLA DQ6 (DQA1*0102/DQB1*0602)

HLA DQ6 (DQA1*0103/DQB1*0603)

HLA DQ9 (DQB1*0303)

HLA DQ7 (DQB1*0301)

Julier et al. Nature 1991 – primele dovezi ale asocierii genei insulinei cu DZ tip I

Minisatelit (Variable Number of Tandem Repeats – VNTRVariable Number of Tandem Repeats – VNTR) în regiunea 5’ a promoter-ului genei insulinei; secvenţa ACAGGGGTGTGGGG

- Alele clasa I – 20-60 repetiţii, aproximativ 570 bp.- Alele clasa II – 80-100 repetiţii, aproximativ 1200 bp.- Alele clasa III – 140-200 repetiţii, aproximativ 2200 bp.

“Susceptibility to human type 1 diabetes at IDDM2 is determined by tandem repeat variation at the insulin gene minisatellite locus” [Bennett, Todd et al. Nature Genetics 1995]

IDDM2IDDM2

Gena insulinei de pe cromozomul 11p15Gena insulinei de pe cromozomul 11p15

Gena insulinei de pe cromozomul 11p15Gena insulinei de pe cromozomul 11p15

Alelele de clasa I Ins-VNTR conferă susceptibilitate

Alelele de clasa III Ins-VNTR conferă protecţie de aproximativ 70% pentru apariţia DZ tip 1 pe parcursul întregii vieţi, indiferent de prezenţa sau absenţa unor molecule HLA diabetogene [Bennett şi

Todd 1996]

Asocierea IDDM2 confirmată pentru toate grupurile etnice

Mecanimsul intervenţei genei insulineiMecanimsul intervenţei genei insulinei

VNTR Clasa IPredispozante

VNTR Clasa III Protectoare

Transcripţia INS în Timus

VNTR Clasa IPredispozante

VNTR Clasa IIIProtectoare

Transcripţia INS în Pancreas

In vivo, alelele de clasa I determină o creştere a expresiei insulinei în celulele pancreatice comparativ cu alelele de clasa III [Lucassen et al. Hum Mol Genet 1994]

Expresia timică a proinsulinei se corelează cu genotipul INS-VNTR, alelele de clasa a III-a INS-VNTR fiind asociate cu o expresie crescută la nivel timic iar alelele de clasa I cu o expresie scăzută [Pugliese et al. Nature 1997, Vafiadis et al. Nature 1997].

Mecanimsul intervenţei genei insulineiMecanimsul intervenţei genei insulinei

Concentraţiile crescute de proinsulină la nivel timicConcentraţiile crescute de proinsulină la nivel timic ar putea contribui la o selecţie negativăselecţie negativă eficientă eficientă a clonelor de limfocite T limfocite T potenţial autoreactivepotenţial autoreactive împotriva insulinei.

Astfel s-ar putea explica inducerea toleranţei imune pentru acest autoantigen cheie în patogenia diabetului şi ar putea fi explicat efectul protector al alelelor de clasa a III-a.

Dimpotrivă, la subiecţii homozigoţi pentru alelele de clasa Ihomozigoţi pentru alelele de clasa I INS-VNTR, expresia scăzută a insulineiexpresia scăzută a insulinei la nivelul celulelor stromale timice ar contribui la o selecţie negativă “mai defectuoasă”selecţie negativă “mai defectuoasă”, cu eliberarea în periferie a unor limfocite T mature potenţial limfocite T mature potenţial autoreactiveautoreactive.

IDDM1 – Genele HLA de pe cromozomul 6p21

IDDM2 – Gena insulinei de pe cromozomul 11p15

IDDM12 – Gena CTLA4 de pe cromozomul 2q33

Gena Lyp/PTPN de pe cromozomul 1p13

Regiunea IL2RA/CD25 de pe cromozomul 10p15

CinciCinci gene implicate cu siguranţă în gene implicate cu siguranţă în patogenia DZ tip 1 la ompatogenia DZ tip 1 la om

Concluzie Genetica DZ tip 1Concluzie Genetica DZ tip 1

45%

15%10%

30% IDDM1IDDM1 – HLA – HLA

IDDM2IDDM2 – – INSINS/VNTR/VNTR CTLA4 – IDDM12CTLA4 – IDDM12

PTPN/LypPTPN/LypIL2RAIL2RA/CD25/CD25

ÎNCĂ NEELUCIDATÎNCĂ NEELUCIDAT

Concordanţa maximă la gemenii monozigoţi este de 34-50%

Diferenţele geografice mari în incidenţa DZ tip 1. S-a susţinut chiar existenţa unui aşa-zis “Gradient Nord-Sud”“Gradient Nord-Sud”.

Incidenţa DZ tip 1 printre copiii imigranţilorcopiii imigranţilor se apropie de incidenţa bolii din regiunea lor de adopţieincidenţa bolii din regiunea lor de adopţie şi nu de incidenţa din ţara de origine [Feltbower et al. Diabetologia 2000].

Argumente factori de mediuArgumente factori de mediu

Incidenţa DZ tip 1 în Europa conform Incidenţa DZ tip 1 în Europa conform studiului EURODIABstudiului EURODIAB

Green et al. Lancet, 1992

Creşterea incidenţei boliiCreşterea incidenţei bolii înregistrată în ultimele decenii,

procentul mediu fiind de 3% pe an.

Creşterea spectaculoasă a incidenţei DZ tip 1 în ţările din Europa de Est după anul 1989

Este puţin probabilpuţin probabil ca explicaţia să fie o modificare a modificare a factorilor genetici de susceptibilitatefactorilor genetici de susceptibilitate dat fiind intervalul scurt (10-30 ani), insuficient pentru a admite posibilitatea unor schimbări majore în informaţia genetică.

Argumente factori de mediuArgumente factori de mediu

Creşterea incidenţei DZ tip 1 în FinlandaCreşterea incidenţei DZ tip 1 în Finlanda(copii 0-14 ani)(copii 0-14 ani)

0

10

20

30

40

50

60

1950 1960 1970 1980 1995

Creşterea incidenţei DZ tip 1 în RomâniaCreşterea incidenţei DZ tip 1 în România(copii 0-14 ani)(copii 0-14 ani)

0

1

2

3

4

5

6

1988. 1989. 1990. 1991. 1992. 1993. 1994. 1995. 1996. 1997. 1998. 1999. 2000. 2001. 2002. 2003. 2004.

Factori ViraliFactori Virali

Enterovirusurile (Coxsackie B3, Coxsackie B4)RetrovirusurileRotavirusurileVirusurile urlian, rubeolic, citomegalic, hepatită C, etc.

Factori Alimentari/NutriţionaliFactori Alimentari/Nutriţionali

Introducerea precoce a alimentaţiei artificiale cu lapte de vacă

Carenţa de Vitamina DConţinutul crescut de Nitraţi – Nitriţi – NitrozamineCarenţa de Zinc

Factori de mediu posibil implicaţiFactori de mediu posibil implicaţi

Atkinson et al, NEJM 1994

TeoriaMimetismului

Molecular

AsemAsemănare GAD65 cu ănare GAD65 cu secvenţe proteice ale secvenţe proteice ale Coxsackie B4 sau a Coxsackie B4 sau a peptidului ABBOS din peptidului ABBOS din serumalbumina bovină serumalbumina bovină cu ICA69.cu ICA69.

Pacienţii diabetici nou descoperiţi prezintă anticorpi sau anticorpi sau răspunsuri T celulare împotriva serum-albuminei bovinerăspunsuri T celulare împotriva serum-albuminei bovine sau a altor proteine din laptele de vacă [Karjalainen et al. 1992, Lèvy-Marchal et

al. 1995, Saukkonen et al. 1998].

Frecvenţa boliiFrecvenţa bolii la modelele animale de DZ tip 1 (şoarecii NOD, şoarecii NOD, şobolanii BBşobolanii BB, etc) poate fi redusăredusă în cazul în care proteinele proteinele laptelui de vacălaptelui de vacă sunt îndepărtate din dieta animalelorîndepărtate din dieta animalelor [Elliot şi

Martin 1984, Elliot et al. 1988].

Nou născuţii care nu au fost alăptaţi la sânNou născuţii care nu au fost alăptaţi la sân sau care au fost alăptaţi doar pentru o perioadă scurtă prezintă un risc crescut de risc crescut de apariţie a DZ tip 1apariţie a DZ tip 1 [Borch-Johnsen et al. 1984, Mayer et al. 1988].

Rolul laptelui de vacăRolul laptelui de vacă

Vitamina DVitamina D, prin receptorul său specific, exercită importante şi multiple acţiuni imunomodulatoriimultiple acţiuni imunomodulatorii [Thomasset 1994].

Administrarea de Vitamina D la şoarecii NOD poate preveni Vitamina D la şoarecii NOD poate preveni apariţia insuliteiapariţia insulitei şi deci a diabetului [Mathieu et al. 1994].

CorelaţieCorelaţie între incidenţa DZ tip 1 şi numărul mediu de ore cu numărul mediu de ore cu soaresoare pentru anumite regiuni.

Studiul EURODIAB AEURODIAB ACECE a arătat că administrarea suplimentelor de Vitamina D în prima copilăriesuplimentelor de Vitamina D în prima copilărie determină o scădere semnificativă a riscului de apariţie a DZ tip 1.scădere semnificativă a riscului de apariţie a DZ tip 1.

Gena Gena VDRVDR posibil implicatăposibil implicată în susceptibilitatea genetică pentru DZ tip 1

Rolul Vitaminei DRolul Vitaminei D

ŞoareciiŞoarecii care au primit o dietă de carne afumatădietă de carne afumată, bogată în nitrozamine, au dezvoltat diabet zaharatau dezvoltat diabet zaharat cu dovezi morfologice de afectare a celulelor beta [Helgason et al. 1982].

Riscul de DZ tip 1 creşte la copiii care au consumat alimente cu conţinut ridicat de nitraţi, nitriţi şi nitrozamine [Dahlquist et al. 1990].

Corelaţie semnificativăCorelaţie semnificativă între conţinutul de nitraţi al apei de nitraţi al apei de

băut şi incidenţa DZ tip 1băut şi incidenţa DZ tip 1 în Colorado SUAColorado SUA [Kostraba et al. 1992],

Asociaţie a fost reconfirmată pentru provincia Yorkshire, UKYorkshire, UK [Parslow et al. 1997].

Nitraţii, Nitriţii şi NitrozamineleNitraţii, Nitriţii şi Nitrozaminele

Evoluţia naturală a DZ tip 1Evoluţia naturală a DZ tip 1

AUTOIMMUNITAUTOIMMUNITATE TIP ATE TIP CELULAR (CELULAR (CELULE CELULE T) T)

PIERDEREA PRIMEI FAZE A PIERDEREA PRIMEI FAZE A INSULINOSECREŢIEI INSULINOSECREŢIEI (IVGTT) (IVGTT)

TOLERANŢĂ ALTERATĂ TOLERANŢĂ ALTERATĂ LA GLUCOZĂ LA GLUCOZĂ (OGTT)(OGTT)

AUTOANTICORPI (AUTOANTICORPI (ICA, IAA, GADICA, IAA, GADAA, IA2, IA2A)A)

TRIGGERTRIGGERDIN MEDIUDIN MEDIU

DECLANŞATORDECLANŞATOR

DEBUTDEBUTCLINICCLINIC

TIMTIMPP

MA

SĂ

M

AS

Ă B

ET

A C

EL

BE

TA

CE

LUU

LLA

RĂ

AR

Ă

DIABETDIABET

““PRE”-PRE”-DIABETDIABET

PREDISPOPREDISPOZIŢIEZIŢIEGENETICGENETICĂĂ

INSULITINSULITĂĂDISTRUGEREADISTRUGEREACELULELOR CELULELOR BETABETA

aniani luni, aniluni, ani luniluni aniani