ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΘΑΝΑΤΟΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ Β-ΚΥΤΤΑΡΟΥ ΝΕΟΤΕΡΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΙΑ ΤΗ ΘΕΡΑΠΕΙΑ ΤΟΥ ΣΑΚΧΑΡΩΔΗ ΔΙΑΒΗΤΗ

ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΘΑΝΑΤΟΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ Β-ΚΥΤΤΑΡΟΥ ΝΕΟΤΕΡΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΙΑ ΤΗ ΘΕΡΑΠΕΙΑ ΤΟΥ ΣΑΚΧΑΡΩΔΗ ΔΙΑΒΗΤΗ ΚΑΛΛΙΟΠΗ ΚΩΤΣΑ ΕΠΙΚ. ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΕΝΔΟΚΡΙΝΟΛΟΓΙΑΣ ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ Α.Π.Θ ΤΜΗΜΑ ΕΝΔΟΚΡΙΝΟΛΟΓΙΑΣ-ΔΙΑΒΗΤΟΛΟΓΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ Α ΠΑΘΟΛΟΓΙΚΗ ΚΛΙΝΙΚΗ-ΝΟΣ. ΑΧΕΠΑ- ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

Η περιπέτεια του β-κυττάρου Κεντρική θέση στην παθογένεια του ΣΔ1 ΣΔ2 Αρχές 20ου αιώνα Η δυσλειτουργία του β-κυττάρου σημαντική για την εκδήλωση ΣΔ 1960 Μετρήσεις ινσουλίνης-αυξημένες τιμές σε ΣΔ2- κεντρικός ρόλος αντίστασης στην ινσουλίνη στην παθογένεια 2000 Πάλι η ανεπάρκεια του β-κυττάρου κεντρική διαταραχή

Β-κύτταρο 2% της μάζας του παγκρέατος στον ενήλικα (1-2 γρ) 1 εκ. Νησίδια---1 δισ. Β-κύτταρα 1955 Maclean and Ogilvie 50% των β-κυττάρων σε ηλικιωμένα άτομα με ΣΔ (2??)-φυσιολογική μάζα α- κυττάρων. 2003 επιβεβαίωση από Butler and Butler σχετικός όγκος β-κυττάρων 30-70% σε σχέση με μη διαβητικούς Μείωση στο 60% σε προδιαβήτη Αύξηση κατά 20-40% σε παχύσαρκους μη διαβητικούς

Προτεινόμενοι κυτταρικοί μηχανισμοί θανάτου των β κυττάρων Α. Σύµφωνα µε µηχανισµούς αναγνώρισης το Τ λεµφοκύτταρο (CD8+) ενεργοποιείται από την άµεση αναγνώριση αντιγόνων των β-κυττάρων που παρουσιάζονται από µόρια MHC (τάξης Ι) στα β κύτταρα. Η ενεργοποίηση οδηγεί στο θάνατο του β κυττάρου µέσω κυτταρικής επαφής χρησιµοποιώντας το δρόµο Fas/FasL ή περφορίνης. Β. Σύµφωνα µε µηχανισµούς ενεργοποίησης το Τ λεµφοκύτταρο (CD8+ή CD4+ ) ενεργοποιείται από αναγνώριση αντιγόνων των β-κυττάρων που παρουσιάζονται από ειδικά APC κύτταρα Η ενεργοποίηση οδηγεί στο θάνατο του β κυττάρου µέσω κυτταρικών υποδοχέων (Fas/ FasL, TNFa/TNF-R) µέσω : I)κυτοκινών και άλλων µορίων θανάτου που παράγονται από Τ κύτταρα, ΙΙ) ενεργοποίηση των µακροφάγων και διέγερση των κυτταροτοξικών τους ιδιοτήτων ΙΙΙ) ενεργοποίηση των β κυττάρων και διέγερση της παραγωγής σηµάτων κυτταρικού θανάτου. NATURE 2001; 414 : 792-8

Ιστολογική εικόνα παγκρεατικού ιστού από ασθενή με πρόσφατη εκδήλωση ΣΔ τύπου 1 A Τομή με χρώση για γλυκαγόνη, σωματοστατίνη και PP με μια μέθοδο με αλκαλική φωσφατάση (x1150). ;λα τα ενδοκρινικά κύτταρα απεικονίζονται επιβεβαιώνοντας την απουσία β κυττάρων B Νησίδιο διηθημένο με φλεγμονώδη κύτταρα (ινσουλινίτιδα) (hematoxylin and eosin, x700).

Β-κύτταρο και ΣΔ1 50% λειτουργικά στην εκδήλωση της νόσου Πιθανολογείται η επιβίωση αριθμού β- κυττάρων ακόμη και σε προχωρημένα στάδια της νόσου Joslin Medalist Study άτομα με ΣΔ1 διάρκειας >50 χρόνων=αναγνωρίστηκαν β-κύτταρα σε όλα (28) β-κύτταρα που επιβίωσαν ή κύτταρα που δημιουργήθηκαν με πολλαπλασιασμό ή/και νεογένεση (και μετά καταστράφηκαν λόγω αυτοανοσίας???)

Μέτρηση μάζας β-κυττάρου Τype 2 vesicular monoamine transporter (VMAT2), που εκφράζεται στα β-κύτταρα, μπορεί να σημανθεί με [11C]- dihydrotetrabenazine, και να μετρηθεί με PET scanning----μη ειδικός σε ανθρώπους Υποδοχέας GLP-1 ειδικός για β-κύτταρα Δείκτες φλεγμονής στα β-κύτταρα ΔΥΣΚΟΛΙΑ Αδυναμία εντοπισμού μεταβολών έως 5% που είναι κλινικά σημαντικές

NATURE 2001; 414 : 788-91

Παλµικότητα στην έκκριση της ινσουλίνης G lu c o s e ( m M ) 14 12 10 8 6 4 2 0 Glucose ISR 0 240 480 720 Type 2 Diabetes Glucose ISR 900 800 700 600 500 400 300 200 0 240 480 720 Non-diabetic I S R ( p m ol / m in ) Adapted from Cavaghan M. J Clin Invest 1997;100:530-

Υπερτροφία και ατροφία β-κυττάρου Γλυκόζη=κυρίαρχος παράγοντας Χρόνια υπογλυκαιμία=ινσουλίνωμα==ατροφία Χρόνια υπεργλυκαιμία=υπερτροφία + υπερπλασία Παγκρεατεκτομή=υπερπλασία 85% Υπεργλυκαιμία=πολλαπλασιασμός σε 1 μέρα

Αντιρρόπηση ινσουλινοαντίστασης Φυσιολογικά επίπεδα γλυκόζης??? Μικρές μεταβολές στη γλυκόζη οδηγούν σε ταχείες προσαρμογές Αυξημένη δραστικότητα γλυκοκινάσης=πιο ευαίσθητο β-κύτταρο Σηματοδοτικά μόρια από το ήπαρ=βητατροφίνη????

Μειονεκτική έκκριση ινσουλίνης και ΣΔ2 FG<100 mg/dl=πρώτη αιχμή σε λίγα λεπτά FG>115 mg/dl= Απώλλεια 1ης φάσης Διατήρηση 2ης φάσης Απάντηση σε GLP, αμινοξέα

Απώλεια της πρώτης φάσης έκκρισης της ινσουλίνης στην οξεία απάντηση στη γλυκόζη 100 80 Control (n=18) Type 2 Diabetes (n=15) IRI (mu/ml) 60 40 20 0-30 0 30-30 0 30 Time (min) Kahn SE. Diabetes 2001;50:S160-163.

Μεταβολές στη γλυκόζη νηστείας µετά από εγχείρηση γαστρικής παράκαµψης 10 Glucose mmol/l 8 6 4 2 0 1 2 3 4 Weeks Guidone et al, Diabetes 2006

Λιποτοξικότητα- Γλυκολιποτοξικότητα

Διαταραχέςπαραγωγής ινσουλίνης Ινσουλίνη=10% του πρωτεινικού περιεχομένου στο β-κύτταρο (20pg) Σύνθεση ινσουλίνης=έκκριση ινσουλίνης + καταστροφή κοκκίων Μεταγευματικές απώλειες αναπληρώνονται με γλυκοζοεξαρτώμενη αύξηση μετάφρασης Σε διαβητική κατάσταση το περιεχόμενο των κοκκίων είναι <5%=διαταραχή στη σύνθεση

Δυσανάλογη αύξηση στην έκκριση προινσουλίνης σε ΣΔ τύπου 2 70 60 50 PI Basal IRI (%) 40 30 20 10 0 Controls (n=28) Type 2 Diabetes (n=22) (P<0.001) Ward WK, et al. Diabetologia 1987;30:698-702.

Στάδια Διαβήτη 1. Φυσιολογικά επίπεδα γλυκόζης: αντιρρόπηση ινσουλινοαντίστασης µε αυξηµένη λειτουργία και µάζα β- κυττάρου. Στην πρώτη φάση του ΣΔ1 αυξηµένη έκκριση αντιρροπεί την αυτοάνοση καταστροφή του β-κυττάρου. 2. Σταθερή προσαρµογή: IGT, IFG, pre-t1d, µεταµόσχευση νησιδίων. Ανεπαρκής µάζα β-κυττάρων οδηγεί σε µέτρια υπεργλυκαιµία που προκαλεί δυσλειτουργική GSIS λόγω γλυκοτοξικότητας. 3. Αποσταθεροποίηση: ΣΔ2 και πρώιµος ΣΔ1-επιδεινούµενη γλυκοτοξικότητα στα β-κύτταρα και άλλους ιστούς-στόχους της ινσουλίνης οδηγεί σε ταχεία αύξηση επιπέδων γλυκόζης 4. Σταθερή απορρύθµιση: Υψηλότερα επίπεδα γλυκόζης σε ΣΔ2 και πρώιµο ΣΔ1, αλλά παρουσία ινσουλίνης ώστε να αποφεύγεται η κέτωση. 5. Πλήρης απορρύθµιση: ΣΔ1, κλασσικά συµπτώµατα και κέτωση. Μεγάλη µείωση της µάζας των β-κυττάρων.

Σταδιακή έκπτωση λειτουργίας β-κυττάρου στον ΣΔΤ2

Σταδιακή έκπτωση λειτουργίας β-κυττάρου στον ΣΔΤ2

Σταδιακή έκπτωση λειτουργίας β-κυττάρου στον ΣΔΤ2

Η µάζα των β κυττάρων είναι δυναµική και προσαρµόζεται στις µεταβολικές ανάγκες στη διάρκεια της ζωής Πολλαπλασιασµός Απόπτωση ΕΚΠΤΥΞ Η Μάζα β b-cell Mass κυττάρων ΣΥΜΠΤΥΞ Η Νεογένεσ η Νέκρωση d(β-cell mass)/dt = rate β-cell replication + rate β-cell neogenesis rate β-cell death. Adapted from Vinik A et al. Diabetes Rev 1996;4(2):235-63; Bonner-Weir S. Trends Endocrinol Metab 2000 11(9):375-378

Νεογένεση β-κυττάρων Κύτταρα θετικά στη χρώση με ινσουλίνη που συγκεντρώνονται γύρω από τους πόρους Κύτταρα με διπλή χρώση για ινσουλίνη και κυτοκερατίνη Σοβαρή υπογλυκαιμία μετά απο βαριατρικές επεμβάσεις ενδεικτική νεογένεσης Πολύ υψηλά επίπεδα GΙP σε αυτούς τους ασθενείς

Κυτταρική αύξηση Σε ανθρώπους η αύξηση της μάζας των β- κυττάρων συμβαίνει στην πρώτη παιδική ηλικία με συμμετοχή κυρίως πολλαπλασιασμού παρά νεογένεσης Αντιφατικές μελέτες, διαφορετικές συνθήκες, από απουσία πολλαπλασιασμού έως ποσοστό 0,7% (ποσοστό 0,5% για 12 ώρες=διπλασιασμός της μάζας σε 1 χρόνο) Ισορροπία μεταξύ κυτταρικού θανάτου και αναγέννησης=διατήρηση μάζας β-κυττάρων

ΣΔ και μείωση μάζας β- κυττάρων Η γλυκοτοξικότητα οδηγεί σε αυξημένο ρυθμό κυτταρικού θανάτου από απόπτωση ή νέκρωση. Στάδιο 2=μείωση 40% της κυτταρικής μάζας Στάδιο 1= πιθανολογείται διατήρηση αλλά μειωμένη ικανότητα αναγέννησης - πολλαπλασιασμού ώστε επικρατεί πληθυσμός «γερασμένων» κυττάρων με αυξημένο ποσοστό κυτταρικού θανάτου στη συνέχεια της νόσου.

Γήρανση των κυττάρων Η αναγεννητική ικανότητα κυττάρων και ιστών μειώνεται με την ηλικία Μείωση της έκφρασης του μεταγραφικού παράγοντα Forkhead Box M1 (FoxM1) FoxM1 ρυθμίζει την έκφραση γονιδίων που εμπλέκονται στον κυτταρικό κύκλο και στην κυτταρική διαίρεση Υπερεκφράζεται σε κύτταρα με ταχύ πολλαπλασιασμό, ενώ η έκφρασή του μειώνεται με την πάροδο του χρόνου στα περισσότερα κύτταρα (β-κύτταρα). Απενεργοποίηση του γονιδίου Foxm1 στο παγκρεατικό επιθήλιο έχει σαν αποτέλεσμα μειωμένο ρυθμό αύξησης β-κυττάρων

Μηχανισμοί θανάτου Οξειδωτικό στρες Εναπόθεση αμυλοειδούς Στρες ενδοπλασματικού δικτύου Αποδιαφοροποίηση β-κυττάρου

Production of superoxide by the mitochondrial electron-transport chain NATURE 2001; 414 : 813-20

Εναπόθεση αµυλοειδούς και δυσλειτουργία β κυττάρου

Αποδιαφοροποίηση β- κυττάρου Σε υπεργλυκαιμία Μειωμένη έκφραση μεταγραφικών παραγόντων Αύξηση έκφρασης γονιδίων που σχετίζονται με το στρες?κφραση Neurogen3, Oct-4, Nanog, L-Myc Απουσία ινσουλίνης

Αποκατάσταση κυτταρικής μάζας Ομαλοποίηση επιπέδων γλυκόζης σε ΣΔ1 και ΣΔ2 Μεταμόσχευση νησιδίων (ΣΔ1) και παγκρέατος (ΣΔ2)=πρόβλημα=πτωματικό μόσχευμα + ανοσοκαταστολή human embryonic stem cells / induced pluripotent stem (IPS) cells Αποδιαφοροποίηση κυττάρων, καλλιέργεια και αύξηση και επαναδιαφοροποίηση ή διαφοροποίηση από κύτταρα των πόρων Ενεργοποίηση κυτταρικού πολλαπλασιασμού Ενεργοποίηση αναγέννησης β-κυττάρων στο πάγκρεας

Ενεργοποίηση αναγέννησης β-κυττάρων Gastrin and Epidermal Growth Factor Reg Proteins Islet Neogenesis-Associated Protein Glucagon-like Peptide-1

Ο κυτταρικός κύκλος θεραπευτικός στόχος??? Go G1 S G2 M

A schematic overview of cell cycle proteins that control the G1/S phase transition. Cozar-Castellano I et al. Endocrine Reviews 2006;27:356-370 2006 by Endocrine Society

Παράγοντες ενεργοποίησης και καταστολής του κυτταρικού κύκλου Το β-κύτταρο εκφράζει Κυρίως cell cycle inhibitors, p16ink4a, p18ink4c, p21cip1, p27kip1, p53, and Rb Λιγότερους cell cycle activators π.χ στον αρουραίο Cdk4 (cyclin-dependent kinase 4) και όχι Cdk6 3 D cyclins, D1, D2, D3 (σε ποντίκια), αλλά μόνο έκφραση D2 mrna με ανοσοιστοχημεία και D3 mrna στον άνθρωπο.

Παράγοντες ενεργοποίησης και καταστολής του κυτταρικού κύκλου Απώλεια ενός cell cycle inhibitor δεν επιταχύνει τον κυτταρικό κύκλο, αλλά απώλεια πολλών inhibitors προάγει την αύξηση του β-κυττάρου (ρυθμός αντιγραφής, περιεκτικότητα σε ινσουλίνη και μάζα β- κυττάρων). Απώλεια ενός cell cycle activator οδηγεί σε σημαντική μείωση του ρυθμού αντιγραφής και της μάζας των β- κυττάρων (π.χ. Απώλεια του Cdk4 οδηγεί σε μείωση του mrna της ινσουλίνης, του islet amyloid polypeptide, και του Glut2 αλλά και μείωση της επιφάνειας που καταλαμβάνουν τα β-κύτταρα.

Παράγοντες ενεργοποίησης και καταστολής του κυτταρικού κύκλου Με την πάροδο του χρόνου τα β-κύτταρα εκφράζουν λιγότερους ενεργοποιητές (π.χ. FoxM1) και περισσότερους ανασταλτές

Μείωση δράσης αυξητικών παραγόντων Θεραπεία με εξενατίδη αυξάνει τη μάζα των β- κυττάρων σε νεαρά ποντίκια (6 εβδομάδων) αλλά όχι σε μεγαλύτερα (7-8 μηνών) Η εξενατίδη προκαλεί μείωση των επιπέδων p16ink4a σε νεαρά αλλά όχι σε μεγαλύτερα ποντίκια (πιθανός μηχανισμός δράσης)

Τι γνωρίζουμε? genome-wide association μελέτες έχουν συνδέσει το ομόλογο γονίδιο (C19ORF80) στον άνθρωπο με τα επίπεδα λιπιδίων στο αίμα Παράγοντας που ρυθμίζεται διατροφικά και ελέγχει το μεταβολισμό των λιπαρών οξέων και τα επίπεδα τριγλυκεριδίων

Τι δε γνωρίζουμε? Είναι η δράση στα λιπίδια σημαντική για τη δράση στο β-κύτταρο? Είναι η δράση απευθείας στο β-κύτταρο? Υπάρχει συνεργική δράση με τη γλυκόζη ή τα λιπαρά οξέα? Δρα μόνη της ή υπάρχουν και άλλοι ανάλογοι παράγοντες? Είναι δραστική σε «γηράσκοντα» β-κύτταρα? Είναι ασφαλής ως αυξητικός παράγοντας?