Діабет дитини для науки
Десять років тому ми виявили новий діабет, який вражає новонароджених та маленьких дітей. Беруть участь генетичні відхилення; діабетологи починають їх виявляти та з’ясовувати механізми розвитку цієї хвороби.
Всі симптоми дуже раннього діабету є. Матіса швидко доглядають у відділенні інтенсивної терапії для дітей. Через 48 годин введення інсуліну параметри крові нормалізуються, після чого він переводиться у відділення, присвячене дитячому діабету. Матіс повільно відновлюється, нормально харчується, але оснащений зовнішнім насосом, який подає інсулін підшкірно. Він страждає від так званого новонародженого діабету, причина якого на момент виявлення невідома.
Виходячи з лікарні, Матіс веде майже нормальне життя. Він отримує ін’єкції інсуліну щодня, і він разом з родиною робить все, щоб рівень цукру в крові був якомога стабільнішим.
Однак у 2004 році відкриття змінило його життя. Наша команда виявила, що значна кількість випадків діабету у новонароджених зумовлена мутацією гена, що кодує калієвий канал - білка в клітинній мембрані, який пасивно випускає іони калію - що бере участь у вивільненні інсуліну. Матіс є носієм цієї мутації, відповідальним за діабет, і єдиний у його родині має її.
Це відкриття також має грізний терапевтичний результат для Матіса: як частина французького протоколу терапевтичних досліджень, він відмовляється від ін'єкцій інсуліну, щоб приймати таблетки іншого препарату - сульфонілсечовини -, який діє саме на ці калієві канали (до цього ми повернемось пізніше) . Це лікування виявляється ефективним; Цукор у крові Матіса нормалізується.
Однак не всі випадки діабету у новонароджених з’ясовані. Історія Матіса та його сім'ї є частиною дослідження, проведеного нашою командою, яка вивчає причини діабету у зовсім маленьких дітей. Розуміння механізмів розвитку цього раннього діабету дозволить нам знайти нові методи лікування. У цій статті ми обговоримо різні типи діабету, деякі причини діабету новонароджених, сучасні методи лікування та сподівання на майбутнє.
Нестача інсуліну
Існує два типи діабету: діабет I типу, інсулінозалежний та діабет II типу, відомий як жирний. Діабет типу I у дітей та підлітків - десять відсотків випадків діабету - викликаний імунною системою, що руйнує бета-клітини на острівцях Лангерганса, спеціалізованих клітин підшлункової залози, що виробляють 1 інсулін (див. Рисунок 1). Це аутоімунне захворювання, яке лікується за допомогою регулярних ін’єкцій інсуліну. Цукровий діабет II типу, про який говорять, що не залежить від інсуліну - 90 відсотків випадків - зустрічається переважно у дорослих із надмірною вагою у віці від 40 до 50 років. Однак ми зазначаємо, що це все частіше спостерігається у дітей та підлітків (див. Рамку на протилежній сторінці). У цьому випадку клітини підшлункової залози працюють погано, але можуть стимулюватися препаратами для вивільнення інсуліну, доки вони не стануть неефективними (бета-клітини навіть при стимуляції вже не виділяють інсулін); Тоді необхідні ін’єкції інсуліну. Але десять років тому ми виявили діабет третього типу: діабет новонароджених.
Цукровий діабет третього типу
Що таке діабет новонароджених? Характеризується гіперглікемією - надмірно високою концентрацією цукру в крові, яка з’являється в перші дні або місяці життя і вимагає лікування ін’єкцією інсуліну, що називається інсулінотерапією. На відміну від діабету I типу, він, як правило, не є аутоімунним захворюванням: бета-клітини підшлункової залози не руйнуються. У 2002 році команда Даріо Яфуско з Неаполітанського університету показала, що діти, які захворіли на цукровий діабет у перші шість місяців життя, мали менше маркерів аутоімунітету - молекул, що підтверджують атаку підшлункової залози з антитілами до себе - ніж ті, у кого діабет розпочався пізніше (15 відсотків проти 65 відсотків).
З клінічної точки зору існує дві форми діабету у новонароджених: постійна форма, що вимагає довічної інсулінотерапії, і перехідна форма, яка припиняється через тиждень-рік життя і з часом з’являється знову, часто в пубертатному віці. Ці дві форми обумовлені генетичними відхиленнями; ми деталізуємо деякі з них.
Діабет новонароджених зустрічається рідко - він вражає близько трьох новонароджених на рік у Франції, - але може бути серйозним через низьку вагу деяких дітей. У новонароджених прогноз залежить від тяжкості захворювання, фізіологічних наслідків - зневоднення дитини, кислотності його крові - швидкості виявлення патології та початку лікування. Генетична аномалія - крім її наслідків з точки зору гіперглікемії - іноді призводить до вад розвитку та уражень. Наприклад, у випадку цукрового діабету через аномалію калієвого каналу можуть бути присутніми нейропсихологічні та м’язові розлади. Але, як і при будь-якому діабеті, перебіг захворювання залежить, перш за все, від метаболічного балансу дитини, зокрема від цукру в крові та концентрації кетонових тіл, що відповідає за появу довгострокових ускладнень (див. Рамку на сторінці 71). ).
Тимчасовий діабет характеризується порушенням у виробництві інсуліну, яке спонтанно проходить протягом декількох місяців. На нього припадає від 50 до 60 відсотків випадків діабету у новонароджених. Діти народжуються з низькою вагою і короткими, оскільки інсулін відіграє важливу роль у зростанні плода, особливо в останньому триместрі вагітності. Дитина має гіперглікемію, не набирає вагу і зневоднена. Спочатку потрібна інсулінотерапія.
Ремісія з’являється через кілька місяців, що дає змогу припинити ін’єкції інсуліну. Але діти часто залишаються непереносимими до глюкози - їх клітини важко використовують глюкозу, ми говоримо про переддіабетичний стан; вони іноді рецидивують в пізньому дитинстві або в зрілому віці. Ці рецидиви виглядають як цукровий діабет I типу, який не є аутоімунним, але залишається з’ясувати, чи пов’язані вони з дефіцитом інсуліну - недостатньо виробляється інсулін - або з резистентністю до інсуліну. - Інсулін не ефективний, він більше не сприяє вступу цукру в клітини. Таким чином, тимчасовий діабет відповідав би зміні бета-клітин, які секретують інсулін, але наслідки цієї аномалії будуть різнитися залежно від стадії розвитку дитини. Дійсно, гормональні потрясіння в статевому дозріванні завжди супроводжуються резистентністю до інсуліну (гормони знижують ефективність інсуліну), тож часто, коли діабет повертається.
Більшість випадків транзиторного діабету поодинокі, але приблизно в третині описаних випадків страждають кілька членів однієї сім'ї. Тоді батько передає діабет, хоча він не обов'язково хворий. Хромосома має два плечі, один довгий і один короткий, і кожна хромосома існує у двох примірниках, один успадкований від батька, один від матері. Аномалії довгого плеча 6 батьківської хромосоми першими асоціюються з тимчасовим діабетом. А у деяких пацієнтів було продемонстровано часткове дублювання цієї руки - частина ДНК існує у двох примірниках замість одного.
Перехідний проти постійного
Постійний діабет новонароджених рідше, ніж минущий. За визначенням, він з’являється в неонатальному періоді і зберігається протягом усього життя без будь-якої фази ремісії. У новонародженого діабетика немає клінічних ознак, тимчасовий чи постійний діабет. Тим не менше, внутрішньоутробна затримка росту, завжди присутня в минущій формі з аномалією хромосоми 6, іноді відсутня у випадку постійного діабету. Виявлено кілька генетичних відхилень, що відповідають за постійний діабет новонароджених або пов'язаний з ним синдром; ми збираємось розробити деякі з них, оскільки вони проливають світло на механізм вивільнення інсуліну бета-клітинами.
Нещодавно було показано, що мутації в генах, що кодують бета-клітинні калієві канали, відповідають за постійний неонатальний діабет. Для чого цей канал? Під час травлення їжа, яка потрапляє всередину, частково перетворюється на цукор, необхідний для метаболізму організму. Пройшовши через кишкову стінку, цукор потрапляє в кров, де рівень цукру в крові підвищується.
Цей сигнал виявляється бета-клітинами підшлункової залози, які виділяють інсулін. Останнє дозволяє клітинам організму споживати або зберігати цукор. Потім цукор розщеплюється на атт - енергію клітини. У бета-клітинах підшлункової залози atp прикріплюється до калієвого каналу і блокує його; оскільки позитивні іони калію вже не можуть залишати клітину, різниця в електричному потенціалі по обидві сторони мембрани змінюється, і клітина деполяризується. Однак у мембрані клітин є також кальцієві канали, які відкриваються під впливом деполяризації (див. Рисунок 1). Отже, іони кальцію потрапляють у клітину і дозволяють виділяти інсулін за допомогою механізму, який називається екзоцитоз (кальцій та інші молекули змушують мембрани інсулінових пухирців зливатися з плазматичною мембраною бета-клітини та вивільняти вміст везикул поза клітиною). Тому калієвий канал відіграє вирішальну роль у виділенні інсуліну у відповідь на глюкозу. Він складається з різних субодиниць, названих Kir6.2, які утворюють власне калієвий канал, та регуляторної субодиниці, названих sur1.
У 2004 році у 10 із 29 дітей, які пройшли тестування на постійний діабет новонароджених, Ендрю Хаттерслі з Медичного факультету півострова в Англії та його колеги виявили шість мутацій гена kcnj11, який кодує субодиницю калієвих каналів Kir6.2. Мутував лише один із двох алелів у гені. Для двох із цих дітей діабет був сімейним, тоді як інші вісім були єдиними в їх сім'ї, що мали мутацію - ми говоримо про неомутацію. Ці цукровий діабет характеризуються значним кетоацидозом та гіперглікемією. У чотирьох пацієнтів були затримки розвитку та аномалії м'язів, а троє з них страждали на епілепсію (ці аномалії обумовлені наслідками мутації в інших клітинах та органах тіла).
Аномалії калієвих каналів бета-клітин
Підшлункова залоза цих дітей не виділяла інсулін у відповідь на глюкозу. З іншого боку, випадково було виявлено, що троє з них відреагували на несподіване лікування: толбутамід, сульфонілсечовина. Останній зв'язується з регуляторною субодиницею sur1 калієвого каналу - як atp -, блокує його і, отже, викликає вивільнення інсуліну (див. Малюнок 3). Цю молекулу вже використовували у дорослих з діабетом II типу для посилення вивільнення інсуліну бета-клітинами за тим же механізмом. Потім ми шукали in vitro наслідки найчастішої мутації: це спричиняє постійне розкриття калієвого каналу, незалежно від того, приєднаний до нього ATP чи ні. Тому мутований канал менш чутливий до atp. Таким чином, у мутованих бета-клітинах глюкоза більше не може блокувати цей канал через atp, кальцієві канали більше не відкриваються і інсулін більше не виділяється.
Цікаво, що більшість із 29 пацієнтів мали малу вагу при народженні, що підкріплює уявлення про необхідність інсуліну для росту плода. У 2004 році в нашій команді cnrs в Інституті Пастера де Лілля Мартін Ваксілер вивчала 17 пацієнтів із постійним неонатальним діабетом. Дев'ять з них несли мутацію гена kcnj11, що кодує Kir6.2. Шість з цих дев'яти дітей народилися низькими. Вважається, що мутації kcnj11 пояснюють близько 50 відсотків випадків постійного діабету у новонароджених. Але ми не можемо пов’язати аномалії цього гена з ідентифікованими клінічними ознаками; необхідно зробити генетичний тест, щоб з’ясувати, чи є у дитини цей діабет.
У 2006 році у співпраці з французькою мережею з вивчення діабету новонароджених, створеною під керівництвом Пола Черніхоу в Паризькій лікарні Неккер-Енфантс, ми пройшли дослідження у 34 дітей, які страждають на діабет новонароджених не через відомі генетичні аномалії., ген abcc8, який кодує субодиницю sur1 калієвого каналу. У дев'яти дітей (двоє з постійним діабетом і семеро з тимчасовим діабетом) мутували цей ген. У чотирьох випадках мутація передалася батькам, у яких у підлітковому або зрілому віці розвинувся діабет ІІ типу. Інші п’ять мали нові мутації, відсутні у їхніх батьків. Як пояснити в цьому випадку відсутність викиду інсуліну? Мутована субодиниця sur1 зменшує здатність калієвого каналу закриватися, так що у відповідь на глюкозу канал більше не закривається належним чином. Електричні струми бета-клітин, що генеруються калієвим каналом, порушуються, тому інсулін не виділяється.
Чи можемо ми знайти молекулярний механізм, спільний для транзиторного та постійного діабету? Так, іноді і клінічні відмінності між двома цукровим діабетом не завжди залежать від окремих молекулярних механізмів. Аномалії метилювання ДНК - аномалії батьківських відбитків - ніколи не були виявлені при постійному діабеті. Однак нещодавно було показано, що мутації в генах, що кодують субодиниці Kir6.2 та sur1, можуть брати участь у постійних та перехідних формах. Зауважте, що, хоча у дітей з мутаціями kcnj11 часто розвивається діабет до досягнення одного року, форми, пов’язані з мутаціями гена abcc8, є більш варіабельними - від кетоацидозу у немовлят до діабету типу II у молодих дорослих.
Крім того, існують інші синдроми, при яких зменшення викиду інсуліну призводить до раннього діабету (див. Малюнок 4). Ці захворювання часто пов’язані з дефектом одного гена. Коли функції відповідного гена відомі, вивчення цих форм діабету дозволяє нам краще зрозуміти механізми секреції інсуліну бета-клітиною.
Тому різні механізми можуть призвести до діабету новонароджених. Розуміння деяких причин цього рідкісного діабету мало серйозні терапевтичні наслідки, покращуючи якість життя дітей.
Вважалося, що єдиним методом лікування діабету новонароджених є ін’єкція інсуліну підшкірно. Але у випадках, коли калієвий канал мутує (понад 50 відсотків випадків постійного діабету), лікування відбувається зовсім інакше; хоча мутований канал залишається відкритим у присутності atp і перешкоджає вивільненню інсуліну, він часто чутливий до сульфонілсечовини. Однак сульфаніламіди діють як atp: вони зв’язуються з каналом і закривають його, сприяючи вивільненню інсуліну.
Отже, тут є альтернатива інсулінотерапії: прийом оральних гіпоглікемічних сульфаніламідних таблеток, який є менш обмежувальним та більш ефективним. Ми показали, що п’ятеро дітей з діабетом з мутацією гена, що кодує sur1, можуть припинити інсулін і приймати ці таблетки. І це лікування також можливо у деяких пацієнтів з мутацією гена, що кодує Kir6.2. Але ми не знаємо, чому це не ефективно у всіх випадках.
Від ін’єкцій до таблеток
В даний час ми проводимо клінічні дослідження в лікарні Некер-Енфантс-Маладес, щоб дозволити дітям скористатися цими терапевтичними досягненнями за французькими нормативними умовами, оскільки сульфонілсечовини в даний час протипоказані дітям. Це лікування можна розглядати лише після генетичного діагнозу та початкової інсулінотерапії, що дозволяє відновити задовільний метаболічний баланс. Досліджується, чи є у дорослих з діабетом II типу також мутація калієвих каналів, і в цьому випадку їм може бути корисно лікування сульфаніламідами.
Як ви лікуєте новонароджену дитину з діабетом? Спочатку інсулінотерапія необхідна для нормального розвитку дитини. Споживання калорій та цукру у цих дітей іноді зменшується, намагаючись уникнути інсулінотерапії, але цей захід заважає дитині набирати вагу. Насправді, у цих новонароджених необхідно підтримувати високу калорійність і давати інсулін.
Багаторазові ін’єкції інсуліну часом важко здійснити. У деяких центрах Франції кращою є безперервна та підшкірна інфузія інсуліну за допомогою насоса. Ми вивчали цю терапевтичну модальність: перші дні вводять інсулін та глюкозу шляхом внутрішньовенної інфузії для визначення добової потреби в інсуліні. Після досягнення задовільного контролю рівня цукру в крові починається терапія інсуліновою помпою. Тоді рівень цукру в крові у дітей стабільний. Ці хороші результати доводять, що протягом періоду новонародженості інсулінотерапія на насосі добре переноситься, вона є більш фізіологічною, точнішою та легшою у використанні, ніж ін’єкції. Однак це лікування має проводити група досвідчених лікарів та медсестер. Тоді ін’єкція інсуліну шприцом можлива; з іншого боку, коли у дитини є мутація калієвих каналів, він тепер може приймати сульфаніламідні таблетки в рамках терапевтичного дослідження ...
Знання про діабет новонароджених ще перебувають у зародковому стані, але вже було виявлено кілька генетичних відхилень, відповідальних за хворобу. Вивчення цих випадків дасть змогу краще зрозуміти функціонування бета-клітини, що секретує інсулін, а отже, і поліпшити лікування людей із діабетом i і ІІ типу, або неонатальним діабетом.