Patologia
8. Diabete mellito di tipo 1
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).
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.
Diabete Mellito: differenze di presentazione
e caratteristiche del tipo 1 e 2
CARATTERISTICHE
DM 1
DM 2
Prevalenza
Circa 1:3000
Circa 1:750
Età iniziale
Tipicamente minore di 30 anni
Tipicamente maggiore di 40 anni
Sintomatologia
Acuta
A sviluppo insidioso
Obesità
Non si presenta alcuna associazione
Costituisce fattore di rischio
Presenza di autoanticorpi anti-insulae
SI
NO
Associazione HLA
SI (HLA-DR3, DR4, DQ8, DQ2)
NO
Associazione con disordini autoimmunitari
SI
NO
Presenza di altri autoanticorpi
Qualche volta
NO
Livelli plasmatici di insulina endogena
Inadequati od assenti
Varia a seconda dell'insulina (resistenza difetto di secrezione), può essere elevata
In terapia efficacia dei farmaci
ipoglicemizzanti orali
L'iperglicemia non diminuisce
Inizialmente si hanno effetti sull'iperglicemia
Basi genetiche (studi su gemelli)
elevato (50% dei casi)
quasi totale (90% dei casi)
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,
Fattori ambientali:
-associazione HLA,
-associazione con ed altri geni della risposta
immune e del metabolismo dell’insulina
-infezioni (virus coxackie, rubella etc),
-reattivita’ a proteine di origine alimentare
Diabete mellito di tipo 1 (2)
Le caratteristiche epidemiologiche permettono di
distinguere due tipi principali
DM 1a:
-rapporto F:M circa 1:1.2,
DM 1b:
-eta’ di esordio <15-20 anni,
-occasionale associazione con altre patologie
autoimmuni,
-presenza di pochi altri autoanticorpi
organo specifici
-rapporto F:M 5:1,
-eta’ di esordio qualsiasi,
-presenza di altri disordini,
-autoimmunitari (tiroide, anemia perniciosa),
-presenza di molti altri autoanticorpi organo
specifici
Eziopatologia del
Diabete mellito di tipo 1
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
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
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
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
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
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
Incidenza di malattie infettive prototipo e
disordini immunitari negli scorsi 4 decenni
Incidenza per 100000 abitanti
Bach JF. N Engl J Med 2002
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
Immunopatogenesi del diabete mellito di tipo 1
Immunopatogenesi del DM 1
Sommario eventi
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.
Distruzione delle cellule b delle insule
pancreatiche nel DM 1 (1)
Il pancreas normale
Acini e dotto
del pancreas
esocrino
Isola di Langerhans
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
Cellule b
Colorazione
immunoistochimica
con anti-insulina
Cellule a
Colorazione
immunoistochimica
con anti-glucagone
Cellule d
Colorazione
immunoistochimica
con anti-somatostatina
Le cellule delle insule di Langerhans sono di tre tipi distinti a, b e
d e secernono diversi ormoni. Rispettivamente, glucagone,
insulina e somatostatina.
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
Distruzione delle cellule b delle insule di Langerhans nel modello di diabete autoimmune nel topo
NOD (Non Obese Diabetic). Immunofluorescenza con anticorpo anti-insulina coniugato con
rodamina (in rosso) ed anticorpo anti-CD3 coniugato con fluoresceina (in verde)
Quartely-Papafio R. J Immunol 1995
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.
Distruzione delle cellule b delle insule
pancreatiche nel DM 1 (4)
Sommario schematico degli eventi
Le isole pancreatiche di
Langerhans contengono
diversi tipi cellulari che
secernono diversi ormoni.
Ciascun tipo cellulare
esprime diverse proteine
tessuto specifiche
Cellule a
Cellule b
Cellule d
Nel diabete di tipo 1, cellule
T effettrici riconoscono
peptidi di proteine
specifiche della cellule b, ed
uccidono selettivamente
questo tipo di cellule
Glucagone e somatostatina
sono ancora prodotte dalle
cellule a e d, ma l’insulina
non puo’ essere prodotta
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
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
MandrupPoulson
Sommario schematico degli eventi nella
patogenesi del DM1
Da Eisenbarth GS.
N Engl J Med 1986
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.
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 subunitrelated 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
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 IAg7
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
Complicazioni del
Diabete mellito di tipo 1
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
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)
Prevenzione del
Diabete mellito di tipo 1
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
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