Patologia 8. Diabete mellito di tipo 1

1. Patologia 8. Diabete mellito di tipo 1

2. Diabete Mellito: definizione (1) • Il Diabete mellito e’ un gruppo di patologie caratterizzate da una alterata omeostasi del glucosio, con una persistente instabilità del livello glicemico del sangue, dovuta ad una insufficienza assoluta o relativa di insulina (o della capacita’ di rispondere ad essa). • Puo’ essere di tipo primario o secondario ad altre patologie (pancreatite cronica, emocromatosi, acromegalia, sindrome di Cushing).

3. Diabete Mellito: definizione (2) • Si riconoscono due tipi di diabete mellito primario • Diabete mellito di tipo 1 (DM-1): immunomediato, caratterizzato dalla distruzione delle cellule B pancreatiche, che comprende circa il 10% di tutte le forme. Precedentemente noto come “insulin dependend diabetes mellitus (IDDM)”. • Diabete mellito di tipo 2 (DM-2): A patogenesi non immunitaria, per lo piu’ dovuto ad alterata risposta all’insulina. Detto anche non chetosico. Comprende circa il 90% di tutte le forme di diabete mellito.

4. Diabete Mellito: differenze di presentazione e caratteristiche del tipo 1 e 2

5. Diabete mellito di tipo 1 (1) • A base autoimmune • Infiltrazione di linfociti T CD4+ e CD8+ e macrofagi nelle isole pancreatiche • Presenza di autoanticorpi verso le cellule dell’isole di Langherans • Distruzione delle cellule-b pancreatiche comportando la insulino deficienza • Eziopatologia multifattoriale: • Basi Genetiche: -50% di presenza in gemelli, -associazione HLA, • -associazione con ed altri geni della risposta immune e del metabolismo dell’insulina • Fattori ambientali: -infezioni (virus coxackie, rubella etc), • -reattivita’ a proteine di origine alimentare

6. Diabete mellito di tipo 1 (2) Le caratteristiche epidemiologiche permettono di distinguere due tipi principali DM 1a: -rapporto F:M circa 1:1.2, -eta’ di esordio <15-20 anni, -occasionale associazione con altre patologie autoimmuni, -presenza di pochi altri autoanticorpi organo specifici DM 1b: -rapporto F:M 5:1, -eta’ di esordio qualsiasi, -presenza di altri disordini, -autoimmunitari (tiroide, anemia perniciosa), -presenza di molti altri autoanticorpi organo specifici

7. Eziopatologia del Diabete mellito di tipo 1

8. Evidenze delle associazioni genetiche nella eziopatogenesi del diabete mellito di tipo 1 • Il rischio di sviluppare DM1 nella popolazione generale e’ di circa 0.3%-0.5%. Al contrario il rischio tra familiari e’: • 30-50% nei gemelli omozigoti • 5-10% nei gemelli dizigotici • similmente tra fratelli il rischio e’ approsimativamente del 6% • Una forte associazione (Rischio Relativo >6) e’ stata trovata con alcune varianti alleliche del HLA di classe II • Inizialmente trovati associati HLA-DR3 e –DR4 ed eterozigosi per DR3/DR4, • Associazione principale con HLA-DQ2 e -DQ8 che sono in linkage disequilibrium con DR3 e DR4 • Rischio relativo alleli associati HLA-DQ>DR>DP>classe I

9. Evidenze delle associazioni genetiche nella eziopatogenesi del diabete mellito di tipo 1 Fratelli che condividono entrambi gli aplotipi HLA-DR3/4 -DQ2/DQ8 hanno un rischio estremamente piu’ elevato di sviluppare autoanticorpi contro le isole pancreatiche e DM1 nel tempo rispetto a fratelli che condividono un solo o nessun aplotipo Aly et al. PNAS 2006

10. Evidenze delle associazioni genetiche nella eziopatogenesi del diabete mellito di tipo 1 Studi di genomica hanno identificato svariati polimorfismi presenti in diversi geni della risposta immune, del metabolismo dell’insulina, della resistenza alla apoptosi etc significativamente associati allo sviluppo di DM1. Tutto questo suggerisce una componente multigenica di due o piu’ fattori predisponenti nello sviluppo del DM1, dove il gene della risposta immune specifica presentendo il rischio relativo piu’ alto gioca il ruolo principale Concannon, N Engl J Med 2009

11. Evidenze della presenza di fattori ambientali nella eziopatogenesi del diabete mellito di tipo 1 • Una componente ambientale nello sviluppo del DM1 e’ evidente dagli studi di genetica classica dove i gemelli omozigoti sviluppano entrambi DM1 solo in circa il 50% dei casi • Studi di popolazione evidenziano che soggetti provenienti da aree a bassa frequenza di DM1, quando vivono in aree a maggior frequenza presentano lo stesso rischio e la stessa proporzione di incidenza

12. Incidenza di DM1 in bambini migranti dal Pakistan in Yorkshire L’incidenza di DM1 incrementa drammaticamente nella prima generazione di Pakistani immigrati in UK raggiungendo la frequenza osservata nei bambini inglesi. Questo suggerisce che le differenze geografiche nella incidenza di DM1 coinvolge fattori ambientali Staines A 1997

13. Evidenze della presenza di fattori ambientali nella eziopatogenesi del diabete mellito di tipo 1 • Una componente ambientale nello sviluppo del DM1 e’ evidente dagli studi di genetica classica dove i gemelli omozigoti sviluppano entrambi DM1 solo in circa il 50% dei casi • Studi di popolazione evidenziano che soggetti provenienti da aree a bassa frequenza di DM1, quando vivono in aree a maggior frequenza presentano lo stesso rischio e la stessa proporzione di incidenza, suggerendo che le differenze geografiche nella incidenza di DM1 coinvolge fattori ambientali • Come per altre patologie autoimmuni, anche per il DM1 e’ stata formulata “l’ipotesi dell’igiene”. Alla riduzione dell’incidenza di diverse patologie infettive e verosimilmente alla ridotta circolazione di batteri patogeni per il miglioramento della condizioni igieniche si e’ osservato un aumento delle patologie autoimmunitarie

14. Incidenza di malattie infettive prototipo e disordini immunitari negli scorsi 4 decenni Incidenza per 100000 abitanti Bach JF. N Engl J Med 2002

15. Evidenze della presenza di fattori ambientali nella eziopatogenesi del diabete mellito di tipo 1 • Una componente ambientale nello sviluppo del DM1 e’ evidente dagli studi di genetica classica dove i gemelli omozigoti sviluppano entrambi DM1 solo in circa il 50% dei casi • Studi di popolazione evidenziano che soggetti provenienti da aree a bassa frequenza di DM1, quando vivono in aree a maggior frequenza presentano lo stesso rischio e la stessa proporzione di incidenza, suggerendo che le differenze geografiche nella incidenza di DM1 coinvolge fattori ambientali • Come per altre patologie autoimmuni, anche per il DM1 e’ stata formulata “l’ipotesi dell’igiene”. Alla riduzione dell’incidenza di diverse patologie infettive e verosimilmente alla ridotta circolazione di batteri patogeni per il miglioramento della condizioni igieniche si e’ osservato un aumento delle patologie autoimmunitarie • Diverse infezioni virali sono state chiamate in causa quali fattore scatenante DM1 (virus coxackie, rubella etc). Ad esempio nel modello del ratto, l’infezione da Kilham rat virus (KRV) induce diabete in ceppi di ratto resistenti. • E’ ora anche noto che diversi ceppi di ratto, tutti con lo stesso MHC di classe II, sviluppano diabete quando infettati con diversi virus o quando stimolati con agonisti dei Toll Like Receptors (TLR). • La reazione avversa a diversi alimenti (es: latte di mucca) oppure l’introduzione precoce di cereali nella dieta, sono stati indicati come fattori predisponenti DM1

16. Immunopatogenesi del diabete mellito di tipo 1

17. Immunopatogenesi del DM 1 Sommarioeventi • Il diabete mellito di tipo 1 e’ un malattia autoimmune organo-specifica. Quindi I meccanismi di sviluppo sono comuni a quella di altre patologie autoimmunitarie: • In un background di predisposizione genetica vi e’ un evento scatenante che abbatte la tollerenza periferica contro le cellule b del pancreas; • Vi e’ una risposta immunitaria specifica diretta contro le cellule b del pancreas; • Si osserva un infiltrato di linfociti T (CD4+ e CD8+) e macrofagi nelle insule pancreatiche; • Si ha produzione di autoanticorpi contro le isole pancreatiche • Ne consegue la distruzione progressiva delle cellule b ed il crollo la produzione di insulina; • Le manifestazioni cliniche diventano evidenti quando la distruzione delle cellule b e’ quasi totale, in quanto inizialmente una ipertrofia compensatoria delle cellule b ancora attive permette la secrezione di una quantita’ sufficiente di insulina ed il controllo dei livelli ematici di glucosio.

18. Distruzione delle cellule b delle insule pancreatiche nel DM 1 (1) Il pancreas normale Acini e dotto del pancreas esocrino Isola di Langerhans Cellule b Colorazione immunoistochimica con anti-insulina Cellule a Colorazione immunoistochimica con anti-glucagone Cellule d Colorazione immunoistochimica con anti-somatostatina Il pancreas e’ un organo a funzione sia esocrina che endocrina. La funzione endocrina e’ svolta dalle cellule delle insule di Langerhans distintamente presenti nel diffuso tessuto a funzione esocrina Le cellule delle insule di Langerhans sono di tre tipi distinti a, b e d e secernono diversi ormoni. Rispettivamente, glucagone, insulina e somatostatina.

19. Distruzione delle cellule b delle insule pancreatiche nel DM 1 (2) Infiltrato linfocitario nel DM1 e distruzione progressiva delle cellule b Insula di Langerhans intatta Iniziale infiltrazione di linfociti T peri-insulare Massiva penetrazione dei linfociti T infiltranti nell’insula di Langerhans Distruzione delle cellule b producenti insulina con sostituzione da parte dei linfociti T infiltrati Distruzionedelle cellule bdelleinsulediLangerhansnelmodellodidiabete autoimmune neltopo NOD (Non Obese Diabetic). Immunofluorescenza con anticorpo anti-insulinaconiugato con rodamina (in rosso) edanticorpo anti-CD3 coniugato con fluoresceina (in verde) Quartely-Papafio R. J Immunol 1995

20. Distruzione delle cellule b delle insule pancreatiche nel DM 1 (3) Distruzione selettiva delle cellule b delle insule di Langerhans nel DM 1 Pancreas normale Colorazione immunoistochimica con anticorpi anti-insulina (in marrone) e anti-glucagone (in nero) delle cellule b e a, rispettivamente, delle insule di Langerhans. Pancreas in modello murino di DM 1 I linfociti infiltrano l’insula di Langerhans e si ha una distruzione selettiva delle cellule b, mentre le cellule a sono risparmiate. Si osserva anche la perdita della caratteristica morfologia dell’insula.

21. Distruzione delle cellule b delle insule pancreatiche nel DM 1 (4) Sommario schematico degli eventi Le isolepancreatichediLangerhanscontengonodiversi tipi cellularichesecernonodiversiormoni. Ciascuntipocellulareesprime diverse proteinetessutospecifiche Neldiabeteditipo 1, cellule T effettriciriconosconopeptididiproteinespecifichedella cellule b, educcidonoselettivamentequestotipodi cellule Glucagone e somatostatinasonoancoraprodottedalle cellule a e d, ma l’insulina non puo’ essereprodotta Cellule a Cellule b Cellule d

22. Meccanismo immunopatogenetico nel DM 1 1. Evento scatenante. Fattori ambientali determinano determinano la distruzione delle cellule b. Le cellule dendritiche tissutali fagocitano i detriti e migrano nel linfonodo pancreatico 2. Alterazione della tolleranza periferica. A livello del linfonodo pancreatico si ha attivazione dei linfociti T che riconoscono come autoantigeni le proteine delle cellule b. Meccanismi di mimicra molecolare con proteine virali, lo stato infiammatorio durante l’infezione virale, sono stati suggeriti come alla base della alterazione della tolleranza periferica. 3. Fase effetrice. Linfociti T attivati che riconoscono antigeni self delle cellule b dell’isole di Langerhans migrano nell’insula e determinano la distruzione delle cellule b. Lo stato infiammatorio alimenta come un circolo vizioso la distruzione in quanto le cellule b stesse in risposta a stimoli quali IFN-g producono molecole che inducono danno cellulare ed espongono molecole HLA di classe II

23. Meccanismo immunopatogenetico nel DM 1 Durante la fase effetrice vi e’ una amplificazione dei meccanismi capaci di indurre danno cellulare a carico delle cellule b delle insule di Langerhans che in parte sono a carico dei linfociti T attivati che riconoscono antigeni self delle cellule b, in parte sono dovuti alla risposta infiammatoria locale, in parte alla produzione di molecole da parte delle cellule b di Langerhans in risposta agli stimoli proinfiammatori Danno a carico delle cellule b Inizio del processo effettore Mandrup-Poulson

24. Sommarioschematicodeglieventinellapatogenesi del DM1 Da Eisenbarth GS. N Engl J Med 1986

25. Autoanticorpi nel DM1 • Diversi autoantigeni specifici per il DM1 sono stati identificati. • Gli autoanticorpi “classicamente denominati” anti isole pancreatiche sono un mix di autoanticorpi di cui 4 antigeni principali sono stati definiti e validati in workshop internazionali: • Insulina, • La Acido Glutammico Decarbossilasi [Glutamic Acid Decarboxylase (GAD o GAD65)], • Una Tirosin Fosfatasi denominata Islet antigen 2 (IA-2), • Trasportatore di zinco specifico delle cellule b [islet-specific zinc transporter (Znt8)] recentemente identificato. • Sono disponibili test immunochimici specifici per determinare il livello di ciascun di questi anticorpi di cui e’ possibile farne un uso prognostico.

26. Autoantigeni per linfociti T nel DM1 • Gli stessi antigeni target degli anticorpi sono il maggior target del riconoscimento dei linfociti T insieme alla “islet-specific glucose-6-phosphatase catalytic subunit-related protein” (IGRP) ed al precursore dell’insulina [PrePro-Insuline (PPI)] • Nei modelli murini l’insulina funziona da antigene principale per i linfociti T CD4 con oltre il 90% delle cellule infiltranti diretti contro il peptide 9-23 dell’insulina. Da questo riconoscimento vi e’ una attivazione “downstream” sia dei CD4 che dei CD8 specifici sia per l’insulina ed altri antigeni delle cellule b (GAD, IA-2 e IGRP) • Nell’uomo sono stati riscontrati sia linfociti T CD4-specifici per l’insulina e GAD che linfociti T CD8-specifici per PPI, IA-2, Insulina e IGRP • Il presenza di linfociti T CD8 circolanti diretti contro PPI, IA-2, Insulina e IGRP e’ stato osservato in soggetti con recente esordio di DM1

27. Associazione funzionale della posizione b57 del HLA-DQ con la capacita’ di presentazione del pocket 9 del HLA-DQ2/8 del peptide 9-23 dell’insulina • Tutti i ceppi murini NOD che sviluppano diabete di tipo 1 condividono un MHC di classe II di tipo I-Ag7 • L’equivalente nell’uomo del I-A e’ HLA-DQ. • Gli HLA-DQ2 ed –DQ8 associati con la suscettibilita’ al DM1, cosi’ come I-Ag7, condividono un atipico pocket 9 nel “peptide binding groove” che manca di un acido aspartico in posizione b57. Questo pocket favorisce il legame con peptidi che presentano carichi negativamente, come il peptide 9-23 dell’insulina e GAD, favorendo quindi la presentazione di peptidi antoantigenici. Lee Nat Immunol 2001

28. Complicazioni del Diabete mellito di tipo 1

29. Complicazioni del diabete mellito di tipo 1 La chetoacidosi e’ la complicazione tipica del DM1 che e’ solo occasionalmente presente nel DM2. Una sequenza di alterazioni metaboliche determinano lo stato di chetoacidosi che possono portare a coma. La mancanza assoluta di insulina determina uno stato catabolico in cui a parte l’eccesso di glucosio si ha attivita’ chetogenica nl fegato. L’iperglicemia e la chetoacidosi possono alterare la capacita’ di filtrazione renale con poliuria e conseguente riduzione del volume ematico. Queste cause nel loro insieme sono sufficientemente compromettenti per il sistema nervoso centrale, determinando lo stato di coma ed eventualmente la morte se non trattato

30. Altre complicazioni del diabete mellito • Altre complicazioni sono comuni sia al DM1 che al DM2. Si presentano normalmente diversi anni dopo che la patologia diabetica e’ iniziata. Le principali sono: • Retinopatia • Aterosclerosi • Neuropatie perifieriche • Vasculopatie periferiche con gangrena • Aumentata suscettibilita’ alle infezioni da funghi e piogeni (neutropenia)

31. Prevenzione del Diabete mellito di tipo 1

32. Prevenzione del DM 1 (1) Per molti anni si e’ discussa sulla validita’/opportunita’ della ricerca di autoanticorpi anti isole pancreatiche ed il trattamento precoce di familiari di soggetti con DM1. I dati di follow-up indicano chiaramente che la progressione verso il DM1 di soggetti con autoanticorpi anti insulina, GAD o IA-2 dipende da quanti autoanticorpi presentano. Si ha una progressione piu’ rapida con la contemporanea presenza di 3 anticorpi rispetto a che 2 od un solo anticorpo positivo Verge. Diabetes 1996

33. Prevenzione del DM 1 (2) Il trattamento orale con insulina al fine di indurre tolleranza mucosale in familiari di soggetti con DM1 che presentano autoanticorpi contro le isole pancreatiche determina un ritardo (in proiezione fino a 10 anni) della progressione a DM 1 Eisenbarth GS. Ann NY Acad Sci 2008