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).

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: definizione (2)

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

CARATTERISTICHE DM 1 DM 2Prevalenza  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 autoimmuneInfiltrazione di linfociti T CD4+ e CD8+ e macrofagi nelle isole pancreatichePresenza di autoanticorpi verso le cellule dell’isole di LangheransDistruzione delle cellule- 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 

Diabete mellito di tipo 1 (2)Le caratteristiche epidemiologiche permettono di

distinguere due tipi principaliDM 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

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 omozigoti5-10% nei gemelli dizigoticisimilmente 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 DR4Rischio relativo alleli associati HLA-DQ>DR>DP>classe I

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 delle associazioni genetiche nella eziopatogenesi del diabete mellito di tipo 1

Evidenze della presenza di fattori ambientali nella eziopatogenesi del diabete mellito di tipo

1Una 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

1Una 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 ambientaliCome 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

Bach JF. N Engl J Med 2002

Incidenza per 100000 abitanti

Evidenze della presenza di fattori ambientali nella eziopatogenesi del diabete mellito di tipo

1Una 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 ambientaliCome 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 autoimmunitarieDiverse 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 1Sommario 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  del pancreas;Vi  e’  una  risposta  immunitaria  specifica  diretta contro le cellule  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 pancreaticheNe  consegue  la  distruzione  progressiva    delle cellule  ed il crollo la produzione di insulina;Le  manifestazioni  cliniche  diventano  evidenti quando  la distruzione delle cellule  e’ quasi  totale, in quanto inizialmente una ipertrofia compensatoria delle cellule  ancora attive permette la secrezione di una quantita’ sufficiente di insulina ed il controllo dei livelli ematici di glucosio.

Distruzione delle cellule delle insule pancreatiche nel DM 1 (1)

Il pancreas normale

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

Isola di Langerhans

Acini e dotto del pancreas

esocrino

Le cellule delle insule di Langerhans sono di tre tipi distinti ee secernono diversi ormoni. Rispettivamente,

glucagone, insulina e somatostatina.

Cellule Colorazione

immunoistochimica con anti-insulina

Cellule Colorazione

immunoistochimica con anti-glucagone

Cellule Colorazione

immunoistochimica con anti-somatostatina

Distruzione delle cellule delle insule pancreatiche nel DM 1 (2)

Infiltrato linfocitario nel DM1 e distruzione progressiva delle cellule

Insula di Langerhans intatta

Quartely-Papafio R. J Immunol 1995

Massiva penetrazione dei linfociti T infiltranti

nell’insula di Langerhans

Iniziale infiltrazione di linfociti T peri-insulare

Distruzione delle cellule producenti

insulina con sostituzione da parte dei linfociti T infiltrati

Distruzione delle cellule 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)

Distruzione delle cellule delle insule pancreatiche nel DM 1 (3)

Distruzione selettiva delle cellule delle insule di Langerhans nel DM 1

Pancreas normale Colorazione immunoistochimica con anticorpi anti-insulina (in marrone) e anti-glucagone (in nero) delle cellule  e , rispettivamente, delle insule di Langerhans. 

Pancreas in modello murino di DM 1I linfociti infiltrano l’insula di Langerhans e si ha una distruzione selettiva delle cellule , mentre le cellule  sono risparmiate. Si osserva anche la perdita della caratteristica morfologia dell’insula.

Cellule Cellule Cellule

Le isole pancreatiche di Langerhans contengono diversi tipi cellulari che

secernono diversi ormoni. Ciascun tipo cellulare

esprime diverse proteine tessuto specifiche

Nel diabete di tipo 1, cellule T effettrici riconoscono

peptidi di proteine specifiche della cellule ,

ed uccidono selettivamente questo tipo di cellule

Glucagone e somatostatina sono ancora prodotte dalle cellule e , ma l’insulina non puo’ essere prodotta

Distruzione delle cellule delle insule pancreatiche nel DM 1 (4)

Sommario schematico degli eventi

Meccanismo immunopatogenetico nel DM 11. Evento scatenante. Fattori ambientali determinano determinano la distruzione delle cellule . 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  . 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 . Lo stato infiammatorio alimenta come un circolo vizioso la distruzione in quanto le cellule  stesse in risposta a stimoli quali IFN- producono molecole che inducono danno cellulare ed espongono molecole HLA di classe II

Danno a carico delle cellule

Mandrup-Poulson

Meccanismo immunopatogenetico nel DM 1

Durante la fase effetrice vi e’ una amplificazione dei meccanismi capaci di indurre danno cellulare a carico delle cellule delle insule di Langerhans che in parte sono a carico dei linfociti T attivati che riconoscono

antigeni self delle cellule in parte sono dovuti alla risposta infiammatoria locale, in parte alla produzione di molecole da parte delle cellule di Langerhans in risposta agli stimoli proinfiammatori

Inizio del processo effettore

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  [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 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  (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 57 del HLA-DQ con la capacita’ di presentazione del pocket 9 del HLA-DQ2/8 del

peptide 9-23 dell’insulinaTutti 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 57. 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 delDiabete 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

Complicazioni del diabete mellito di tipo 1

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:RetinopatiaAterosclerosiNeuropatie perifiericheVasculopatie 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

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

Prevenzione del DM 1 (2)

Eisenbarth GS. Ann NY Acad Sci 2008