Dokument: Circulating concentrations of cytokines as markers for pathogenic processes in type 1 diabetes and their association with ß-cell function, ß-cell stress and metabolic status

Titel:Circulating concentrations of cytokines as markers for pathogenic processes in type 1 diabetes and their association with ß-cell function, ß-cell stress and metabolic status
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URN (NBN):urn:nbn:de:hbz:061-20090112-121854-2
Kollektion:Dissertationen
Sprache:Englisch
Dokumententyp:Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:Text
Autor: Pfleger, Christian [Autor]
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Dateien vom 19.12.2008 / geändert 19.12.2008
Beitragende:PD Dr. Schloot, Nanette C. [Gutachter]
Prof. Dr. Kassack, Matthias U. [Gutachter]
Stichwörter:type 1 diabetes, circulating cytokines, C-peptide, HbA1c, disease progression
Dewey Dezimal-Klassifikation:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:Der Typ 1 Diabetes ist eine immun-mediierte Erkrankung, welche selektiv die Insulin produzierenden ß-Zellen zerstört. T-Lymphozyten, Zytokine und Chemokine spielen eine wichtige Rolle bei der Insulitis und ß-Zell Zerstörung. Interleukin (IL)-1ß, Interferon (IFN)-γ und Tumor Nekrose Faktor (TNF)-α zeigen in vitro direkte zytotoxische Effekte auf die ß-Zelle, während das anti-inflammatorische Adiponektin und das pro-inflammatorische IL-6 neben ihrer inflammatorischen Rolle auch eine Beteidigung im Metabolismus und in der Glukoseaufnahme zeigen. Im Tiermodell moduliert die Blockade des Chemokinrezeptors 5 (CCR5) die T-Zell Migration, und führte zu einem Schutz der ß-Zellen.
Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung von systemischen Zytokinkonzentrationen und die Zytokinsekretion von T-Zellen und deren Verhältnis zu pathogenetischen Prozessen beim Typ 1 Diabetes, welche definiert wurde durch ß-Zellfunktion, ß-Zellstress und metabolische Kontrolle. In Zusammenarbeit mit der Hvidøre Studiengruppe sowie der p520/p521-Studiengruppe hatten wir Zugang zu Blutproben und metabolischen Daten von Patienten mit neu diagnostiziertem Type 1 Diabetes.
Im ersten Schritt optimierten wir die Messung der Zytokine in Serum durch Auswahl eines geeigneten Diluents für den Multiplex-Bead-Based-Immunoassay. Danach untersuchten wir die CCR5 Liganden CCL3, CCL4 und CCL5. Die Th1 Chemokine CCL3 und CCL5 waren mit verminderten ß-Zellfunktion assoziert, was vorherige Arbeiten, die eine destruktive Rolle dieser Chemokine im Tiermodell beschrieben, bestätigte. Die unterschiedlichen Assoziationen von CCL3 und CCL5 mit Remission und metabolischen Parametern legen aber eine differentielle Rolle der beiden Chemokine im Krankheitsverlauf nahe. Das Th2 Chemokin CCL4 war negativ assoziert mit ß-Zellstress, welcher durch die Bestimmung von Proinsulin festgestellt wurde, und weist auf eine protektive Rolle von CCL4 hin. Die Antagonisierung von Chemokinen oder CCR5 durch Medikamente wie Maraviroc könnte ein neues therapeutisches Prinzip sein, um den Krankheitsverlauf des Typ 1 Diabetes zu verlangsamen.
Als nächstes untersuchten wir das Verhältnis des pro-inflammatorischen IL-1ß und seines anti-inflammatorischen Rezeptorantagonisten IL-1ra mit der ß-Zellfunktion. IL-1ra war positiv mit der ß-Zellfunktion assoziert, während IL-1ß eine negative Assoziation mit der endogenen Insulinsekretion zeigte. Diese hier erstmals beschriebene Beobachtung legt nahe, dass die direkte Antagonisierung IL-1ß’s durch IL-1ra ß-Zell protektiv sein könnte. Interessant ist, dass eine vorangehende Studie am Menschen zeigen konnte, dass die Applikation von IL-1ra im Typ 2 Diabetes erfolgreich die ß-Zellfunktion verbessert, und somit auch eine therapeutische Option für den Typ 1 Diabetes sein könnte. Im September 2008 startet die Interventionsstudie AIDA, in der frisch diagnostizierten Typ 1 Diabetikern IL-1ra (Anakinra) verabreicht werden wird.
Darüberhinaus zeigten andere anti- und pro-inflammatorische Zytokine wie Adiponektin und IL-6 keine Assoziation mit ß-Zellfunktion, aber mit Remission, metabolischer Kontrolle und Glukoseaufnahme. Die positive Assoziation von Adiponektin mit metabolischer Kontrolle und das Verhältnis mit Remission scheint eher auf einen kompensatorischen Versuch hinzuweisen die metabolische Situation zu verbessern. Die Assoziation von proinflammatorischem IL-6 mit Remission und Glukoseaufnahme deutet auch auf eine gutartige Rolle von IL-6 in Typ 1 Diabetes.
Im vierten Schritt erweiterten wir unsere Untersuchungen auf eine unabhängige Kohorte von Kindern und Erwachsenen mit Typ 1 Diabetes. Wir konnten unsere Ergebnisse von IL-1ra und CCL4 mit ß-Zellfunktionin in der p520 Kohorte bestätigen und zeigen, dass Antigen stimulierte Zytokinsekretion von T-Zellen gemessen durch ELISPOT-Aktivität assoziert ist mit ß-Zellfunktion.
Kritisch muss darauf aufmerksam gemacht werden, dass unsere Ergebnisse deskriptiv und das Resultat von Assoziationen sind, da sie das Ergebnis von Kohortenstudien sind, in welchen die Zytokinkonzentrationen zwischen Gruppen zum großen Teil überlappen. Deshalb kann zum gegenwärtigen Zeitpunkt anhand der Zytokinmessung keine Aussage getroffen werden über den individuellen Krankheitsstatus oder Verlauf. Es ist wahrscheinlich, dass weniger Einzelmessungen von Zytokinen als Zytokinmusteranalysen ein individuelles Profil erkennen lassen, mit dem auch Vorhersagen für einzelne Personen möglich sind.
Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit zum ersten Mal, dass systemische Zytokine assoziert sind mit verschiedenen Stadien des Typ 1 Diabetes und mit dem metabolischen Status, ß-Zellfunktion und klinischem Status zusammenhängen. Weiterhin lassen die Ergebnisse vermuten, dass systemische Zytokine genutzt werden können, um die komplexen Interaktionen des Immunsystems und des Metabolismus wiederzuspiegeln und zeigen systemische Zytokine als wertvolle Marker, um neue Erkenntnisse in der Pathogenese des Typ 1 Diabetes zu erlangen.

Type 1 diabetes is an immune mediated disease resulting in selective destruction of insulin producing ß-cells. T-lymphocytes and cytokines play an important role in the process of ß-cell destruction. Cytokines and chemokines have been shown to be major contributors in insulitis and ß-cell destruction. In vitro, IL-1ß, IFN-γ and TNF-α reveal direct cytotoxic effect on ß-cells whereas anti-inflammatory adiponectin and pro-inflammatory IL-6 beside their role in inflammation have been shown to be involved in metabolic control and glucose disposal. In animal models, blockage of chemokine receptor 5 (CCR5) leads to altered T-cell trafficking and was associated with diabetes prevention and preserved ß-cell function.
The aim of this thesis was to investigate systemic cytokine concentrations and cytokine secretion of T-cells and their relation to the pathogenic processes of type 1 diabetes determined by ß-cell function, ß-cell stress and metabolic control. In collaboration with the Hvidøre study group and the p520/p521- study group, we had access to blood samples and metabolic data of patients with recent onset type 1 diabetes.
First, we optimized the protocol for measuring circulating cytokines and chemokines in the peripheral blood by defining an optimized diluent for the multiplex bead based immunoassay.
Second, we investigated CCR5 ligands CCL3, CCL4 and CCL5. Both Th1 related chemokines CCL3 and CCL5 were associated with decreased ß-cell function confirming previous work that suggested a deleterious role of these chemokines. However, differential associations with remission and metabolic parameters suggest a differential role in disease progression of these two chemokines. The Th2 related CCL4 was negatively related to ß-cell stress which was determined by proinsulin. This finding suggests a potential protective role of CCL4. Since all these chemokines bind to the same receptor, the balanced reaction of theses three chemokines may influence the disease process of type 1 diabetes. As blockage of chemokines or antagonism of CCR5 by therapeutic agents such as maraviroc is available, they may provide a new therapeutic target to ameliorate disease progression in type 1 diabetes.
Third, we determined the relation of pro-inflammatory IL-1ß and its anti-inflammatory receptor antagonist IL-1ra with ß-cell function. IL-1ra was positively associated with stimulated C-peptide whereas IL-1ß was negatively associated with endogenous insulin production. This novel finding is suggestive of a protective role of IL-1ra by the direct antagonism of IL-1ß. Interestingly enough, IL-1ra administration successfully improved ß-cell function in type 2 diabetes, and may also be a new therapeutic approach in type 1 diabetes. Indeed, in September 2008, a trial named AIDA is going to be conducted applying IL-1ra (Anakinra) to newly diagnosed patients with type 1 diabetes.
Interestingly, other anti- and pro-inflammatory cytokines such as adiponectin and IL-6 showed no relation to ß-cell function but to remission, metabolic control and glucose disposal. The positive association of adiponectin with metabolic control and the relation with remission may reflect a compensatory effort to improve the metabolic situation. In addition, association of proinflammatory IL-6 with remission and glucose disposal indicated also a benign role of IL-6 in type 1 diabetes.
Fourth, we extended our study to an independent cohort of paediatric and adult patients with type 1 diabetes. We reproduced our findings on IL-1ra and CCL4 with ß-cell function in the p520 cohort and demonstrated that antigen-stimulated cytokine secretion of T-cells as determined by ELISPOT activity is influenced by anthropometric and genetic variables and independently related to ß-cell function.
However, it needs to be kept in mind that our findings are descriptive, the outcome of associations and based on cohort studies in which cytokine concentrations largely overlap between groups. Therefore, individual cytokine measurements are presently not of help to define the individual disease stage or progress. Hopefully, pattern analysis will extend those findings to an individual basis.
In summary, results of this thesis show for the first time, that circulating cytokines are associated with different stages of type 1 diabetes and relate to metabolic status, ß-cell function and clinical status. In addition, these results suggest that circulating cytokines can be used as a mirror the complex interactions of immune system and metabolism and indicate circulating cytokines as valuable parameter to get insights in the pathogenesis of type 1 diabetes.
Lizenz:In Copyright
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Fachbereich / Einrichtung:Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Pharmazie » Pharmazeutische und Medizinische Chemie
Dokument erstellt am:12.01.2009
Dateien geändert am:19.12.2008
Promotionsantrag am:02.06.2008
Datum der Promotion:04.11.2008
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