immun dysfunktion hos patienter med diabetes mellitus (DM)

abstrakt

patienter med diabetes mellitus (DM) har infektioner oftere end dem uden DM. Infektionsforløbet er også mere kompliceret i denne patientgruppe. En af de mulige årsager til denne øgede forekomst af infektioner er defekter i immunitet. Udover nogle nedsatte cellulære reaktioner in vitro er der ikke beskrevet nogen forstyrrelser i adaptiv immunitet hos diabetespatienter. Forskellige forstyrrelser (lav komplementfaktor 4, nedsat cytokinrespons efter stimulering) i humoral medfødt immunitet er beskrevet hos diabetespatienter. Den kliniske relevans af disse fund er imidlertid ikke klar. Med hensyn til cellulær medfødt immunitet viser de fleste undersøgelser nedsatte funktioner (kemotakse, fagocytose, drab) af diabetiske polymorfonukleære celler og diabetiske monocytter/makrofager sammenlignet med kontrolceller. Generelt fører en bedre regulering af DM til en forbedring af disse cellulære funktioner. Desuden bliver nogle mikroorganismer mere virulente i et højt glukosemiljø. En anden mekanisme, der kan føre til den øgede forekomst af infektioner hos diabetespatienter, er en øget vedhæftning af mikroorganismer til diabetiker sammenlignet med ikke-diabetiske celler. Dette er blevet beskrevet for Candida albicans. Muligvis spiller kulhydratsammensætningen af receptoren en rolle i dette fænomen.

1 Introduktion

forekomsten af infektioner øges hos patienter med diabetes mellitus (DM) . Nogle af disse infektioner er også mere tilbøjelige til at have et kompliceret forløb hos diabetiker end hos ikke-diabetiske patienter . Diabetisk ketoacidose udfældes eller kompliceres for eksempel af en infektion i 75% af tilfældene. Dødeligheden hos patienter med en infektion og ketoacidose er 43% . I en prospektiv undersøgelse af 101 293 voksne indlagte patienter blev 1640 episoder af bakteriæmi diagnosticeret. Af 1000 undersøgte indlagte patienter blev 2/3 af bakteriemierne fundet hos patienter med DM sammenlignet med 1/3 hos patienter uden DM (P<0,001) . Spørgsmålet opstår derefter, hvilke patogenetiske mekanismer der er ansvarlige for denne høje infektionsrate hos patienter med DM. Mulige årsager inkluderer defekter i immunitet, en øget vedhæftning af mikroorganismer til diabetesceller, tilstedeværelsen af mikro – og makroangiopati eller neuropati og det høje antal medicinske indgreb i denne gruppe af patienter.

immunsystemet kan opdeles i det medfødte og adaptive-humorale eller cellulære immunsystem. Med hensyn til den humorale adaptive immunitet er serumantistofkoncentrationer hos patienter med DM normale, og de reagerer på vaccination med pneumokokvaccine såvel som ikke-diabetiske kontroller . Desuden er der ikke vist nogen forskelle i immunresponset mod intramuskulær hepatitis B-vaccine mellem børn med DM type 1 og kontroller . Med hensyn til den adaptive cellulære immunitet er inhibering af det proliferative respons på forskellige stimuli blevet observeret i lymfocytter hos diabetikere med dårligt kontrolleret sygdom . En unormal forsinket overfølsomhedsreaktion (cellemedieret immunitet) er også blevet beskrevet hos DM type 1 og type 2 patienter . Ikke desto mindre har patienter med DM ikke Pneumocystis carinii lungebetændelse eller mycobakterielle infektioner (som det ses hos patienter med adaptiv-cellulær immunitetsdysfunktioner som patienter inficeret med den humane immundefektvirus) oftere end patienter uden DM. Så spørgsmålet er stadig, hvor vigtigt disse in vitro-forstyrrelser er in vivo.

i betragtning af ovenstående ser det ud til, at forskelle i medfødt immunitet mellem diabetiske og ikke-diabetiske patienter og i vedhæftning af mikroorganismer til diabetiske og ikke-diabetiske celler er vigtigere i patogenesen af den øgede forekomst af infektioner hos disse patienter. Undersøgelser om disse to emner gennemgås i denne artikel.

2 defekter i medfødt immunitet

2.1 Humoral medfødt immunitet

2.1.1 Komplementfunktion

i en undersøgelse af 86 DM type 1-patienter havde 22 (26%) en serumkomplementfaktor 4-koncentration (C4) under det normale interval . De lave C4-værdier syntes ikke at være resultatet af forbruget. Da ikke-diabetiske identiske tvillinger også havde en C4-koncentration under normal, og generne, der koder for C4, er forbundet med antigenerne DR3 og DR4 (som udtrykkes i 95% af de kaukasiske diabetespatienter i modsætning til 40% af den generelle befolkning), forfatterne antyder, at denne reducerede C4 kan være et nedarvet fænomen . En isoleret C4-mangel er imidlertid ikke en kendt risikofaktor for infektioner hos ikke-diabetiske patienter og synes derfor ikke at spille en vigtig rolle i den øgede risiko for infektioner hos patienter med DM.

2.1.2 cytokiner

undersøgelser med fuldblod, perifere blodmononukleære celler (Pbmc ‘ er) og isolerede monocytter af diabetikere skal opdeles i undersøgelser med og uden stimulering. Uden stimulation tumornekrosefaktor a (TNF-Kurt) koncentrationer hos patienter med DM type 1 , interleukin (IL) 6 koncentrationer hos patienter med DM type 2 og IL-8 koncentrationer hos DM type 1 og 2 patienter er blevet undersøgt. Forhøjede hvileværdier af TNF-kurr, IL-6 og IL-8 blev fundet hos diabetespatienter sammenlignet med ikke-diabetiske kontroller.

undersøgelser med Pbmc ‘ er og isolerede monocytter af diabetespatienter efter stimulering viser følgende resultater: i en undersøgelse blev IL – 1-sekretionen af Pbmc ‘er som respons på lipopolysaccharid (LPS) reduceret i diabetiske (type 1 og 2) Pbmc’ er, mens TNF-release-responsen var den samme som i kontrolcellerne. I en anden undersøgelse viste monocytter af DM-type 1-patienter en signifikant lavere produktion af IL-1 og IL-6, men igen blev der ikke målt nogen forskelle i TNF-oprensningskoncentrationer efter stimulering med LPS sammenlignet med monocytter af DM-type 2-patienter og ikke-diabetiske kontroller . Muligvis forsvandt det meste af TNF-kruset allerede efter inkubationsperioden på 24 timer . Hverken glukose eller insulin viste nogen effekt på produktionen af IL-1 eller IL-6 i isolerede monocytter, så den nedsatte produktion efter stimulering med LPS syntes en iboende cellulær defekt af diabetesceller. Det er muligt, at den forhøjede hvileværdi af diabetesceller fører til induktion af tolerance over for stimulering, hvilket resulterer i lavere cytokinsekretioner efter stimulering. Dette fænomen er allerede beskrevet i ikke-diabetiske celler .

undersøgelser af cytokinudskillelse med Pbmc ‘ er af ikke-diabetiske patienter efter tilsætning af forskellige glukosekoncentrationer har vist sammenlignelige resultater som studier med diabetesceller. En undersøgelse viste, at ustimulerede monocytter af nondiabetika efter tilsætning af forskellige glucosekoncentrationer viste en øget TNF-kurr og IL-6 respons. En anden undersøgelse viste, at efter poke-mitogenstimulering blev der fundet lavere IL-2, IL-6 og IL-10 koncentrationer efter tilsætning af glucose (med en dosis-respons effekt). Eventuelt kan induktionen af tolerance, beskrevet ovenfor, også forklare disse resultater. Med andre ord fører tilstedeværelsen af glukose til en højere hvilende cytokinproduktion; efter stimulering er denne cytokinproduktion imidlertid nedsat sammenlignet med situationen uden glukose. Et andet stof, der kan spille en rolle i den øgede basal cytokinsekretion, er de avancerede glyceringsendeprodukter (AGEs, som er produkter af glucose og lysin-eller argininrester). En øget aldersdannelse finder sted hos dårligt regulerede diabetespatienter . Forskellige undersøgelser har vist, at binding af disse aldre til ikke-diabetiske celler uden stimulering fører til en øget cytokinproduktion, så det så ud til , at den øgede dannelse af disse aldre hos diabetikere kan være ansvarlig for den øgede basale cytokinsekretion.

2.1.3 hyperglykæmi/glukosuri

efter 1985 hvem kriterier DM defineres som en fastende glukosekoncentration på mindst 7,8 mmol l−1 eller en 2-h glukosekoncentration på 11,1 mmol l−1 eller højere . Som følge heraf har patienter med DM (også med medicin) meget ofte hyperglykæmi. Dette hyperglykæmiske miljø kan forbedre virulensen af visse mikroorganismer. Et eksempel er Candida albicans, som udtrykker et overfladeprotein, der har stor homologi med receptoren for komplementfaktor 3b (CR3). Normalt finder opsonisering af mikroorganismer sted ved fastgørelse af komplementfaktor 3b (C3b). Receptorer på fagocytiserende celler genkender denne bundne C3b og vedhæfter, hvorved indtagelse og drab påbegyndes. I et hyperglykæmisk miljø er ekspressionen af det receptorlignende protein af C. albicans øges, hvilket resulterer i konkurrencedygtig binding og hæmning af den komplementmedierede fagocytose . Et andet eksempel er tilstedeværelsen af glukosuri, som det findes hos dårligt regulerede patienter. Vi viste, at glukosuri forbedrer bakterievækst af forskellige Escherichia coli-stammer, som sandsynligvis spiller en rolle i den øgede forekomst af urinvejsinfektioner hos diabetespatienter.

så det syntes at en optimal diabetesregulering kan mindske virulensen af nogle patogene mikroorganismer.

2.1.4 andre serumfaktorer

in vitro-test, der analyserer funktionerne af ikke-diabetiske polymorfonukleære celler (PMN ‘ er) udføres ved at inkubere disse celler med plasma afledt af patienter med DM. Disse defekter er ikke korreleret med mængden af glukose til stede i plasma . Et eksempel er den øgede vedhæftning af pmns af ikke-diabetiske patienter til bovint aortaendotel i nærvær af diabetisk plasma . Denne øgede vedhæftning fører sandsynligvis til et fald i diapedese og ekssudatdannelse af PMNs . Spørgsmålet opstår, hvilken faktor i diabetisk serum der er ansvarlig for forskellen nævnt ovenfor. Det er blevet foreslået, at aldre spiller en rolle. Da Aldersdannelsen øges hos dårligt regulerede patienter, så det ud til, at en optimal diabetesregulering muligvis kan forbedre værtsresponsen.

et andet hyppigt nævnt stof i patogenesen af infektioner hos diabetespatienter er sinc. Der er rapporteret om lave plasmakoncentrationer hos DM type 1 og type 2 patienter . Ikke desto mindre blev der i en anden undersøgelse ikke fundet nogen forskelle i sinc-niveauer mellem diabetiske og ikke-diabetiske personer . In vitro-undersøgelser beskrev et forstyrret lymfocytrespons og depression af kemotaksi hos diabetiske PMN ‘ er, når der var en mangel på blod . Andre in vitro-undersøgelser med Pbmc ‘ er af ikke-diabetiske patienter viste en forbedret LPS-induceret udskillelse af proinflammatoriske cytokiner efter tilsætning af sinc . I betragtning af de modstridende epidemiologiske data om DM-mangel hos DM-patienter er den kliniske relevans af de ovennævnte in vitro-resultater i patogenesen af infektioner hos diabetespatienter fortsat uklar.

afslutningsvis reduceres nogle medfødte (cytokiner, komplement) humorale immunfunktioner, og nogle forbliver de samme hos patienter med DM sammenlignet med dem uden DM.

2.2 cellulær medfødt immunitet — PMNs

2.2.1 kemotakse

der er fundet en signifikant lavere kemotakse hos PMN ‘ er hos diabetespatienter (type 1 og type 2) end hos kontroller . Vi kunne imidlertid ikke demonstrere denne forskel i vores undersøgelse, hvor vi studerede PMN-funktion hos kvinder med DM og asymptomatisk bakteriuri sammenlignet med ikke-bakteriuriske diabetiske kvinder og sunde kontroller . Alle undersøgelser anvendte serum fra sunde kontroller. Det er muligt, at de forskellige stimuli af PMNs og forskellene i patientkarakteristika (varighed, regulering og komplikationer af DM, DM type 1 eller DM type 2) i ovennævnte undersøgelser kan forklare disse modstridende resultater. Der blev ikke fundet nogen sammenhæng mellem glukosekoncentration eller hæmoglobin A1c (HbA1c, som er en serummarkør til regulering af DM) – niveauet og de kemotaktiske responser, skønt en undersøgelse viste en yderligere reduktion i kemotaksi hos patienter med hyperglykæmi . Interessant nok viste en af de andre undersøgelser, at de kemotaktiske reaktioner fra PMNs ikke ændrede sig efter inkubationen af hverken glukose eller insulin, men vendte tilbage til normale værdier efter inkubationen med glukose og insulin sammen . Da de fleste PMN-funktioner er energiafhængige processer , er en passende energiproduktion nødvendig for en optimal PMN-funktion. Glukose har brug for insulin for at komme ind i PMNs for at generere denne energi, hvilket kan forklare forbedringen af det kemotaktiske respons efter tilsætning af disse to stoffer.

2.2.2 adhærens

modstridende data er blevet rapporteret om in vitro adhærens af diabetiske PMN ‘ er uden stimulering . I modsætning hertil er der ikke fundet nogen forskelle mellem diabetiker og kontrol PMNs efter stimulering . Der blev ikke fundet nogen korrelation mellem plasmaglucose eller HbA1c og adhærens . Hos et lille antal DM type 1-og DM type 2-patienter med ubehandlet hyperglykæmi steg den nedsatte vedhæftning af PMN ‘ er til nylonfiberkolonner imidlertid, efter at hyperglykæmi blev korrigeret . Selvfølgelig er overholdelse af nylonfiberkolonner ikke det samme som endotelceller som et første trin i inflammationsreaktionen. Imidlertid syntes en bedre regulering af DM igen at øge værtsresponsen.

2.2.3 fagocytose

pmns af diabetespatienter har vist den samme og en lavere fagocytotisk kapacitet sammenlignet med pmns af kontroller. Den gennemsnitlige HbA1c-koncentration var lavere (bedre regulering) hos patienter uden nedsat fagocytose end hos patienter med nedsat fagocytose . En undersøgelse viste et omvendt forhold mellem HbA1c-niveauerne og den fagocytotiske hastighed. En anden undersøgelse viste, at den nedsatte fagocytose forbedredes, men blev ikke normal efter 36 timer normoglykæmi. Derfor ser det ud til, at svækkelse af fagocytose findes i PMN ‘ er isoleret fra dårligt regulerede patienter, og at bedre regulering af DM fører til en forbedret fagocytotisk funktion.

2.2.4 Oksidativ burst

kemiluminescens (CL) svarer til emission af lys direkte eller indirekte produceret i løbet af en kemisk reaktion. Dette fænomen bruges ofte til at evaluere det oksidative potentiale af PMN ‘ er, en proces, hvor frie radikaler syntetiseres tidligt i den fagocytotiske proces . CL korrelerer godt med antimikrobiel aktivitet og kan anvendes som et mål for fagocytotisk kapacitet . Sammenlignet med kontroller var CL ved baseline højere eller den samme hos pmns hos diabetespatienter. Disse undersøgelser viste også, at CL af diabetiske PMNs efter stimulering var lavere end for kontrol PMNs. Det er muligt, at reaktionen af diabetiske PMN ‘ er på stimuli slukkes som et resultat af den højere hvilende CL. I vores undersøgelse fandt vi ingen forskelle i CL efter stimulering mellem diabetespatienter og kontroller. Generelt var patienterne i vores undersøgelse dog bedre reguleret end dem i de tidligere undersøgelser, hvilket sandsynligvis kan forklare disse forskellige resultater.

2.2.5 drab

Data om den bakteriedræbende aktivitet af diabetiske PMN ‘ er har givet modstridende resultater . Generelt er dræbningskapaciteten for diabetiske PMNs imidlertid lavere end for kontrol PMNs. Igen forskelle i enten patientkarakteristika (se pkt.2.2.1) eller de anvendte mikroorganismer kan forklare disse forskellige resultater. En nedsat drabsfunktion af diabetiske PMNs blev fundet i alle undersøgelser , der anvendte Staphylococcus aureus som mikroorganisme, men ikke i de undersøgelser, hvor drab af C. albicans blev brugt som mål. Drab blev nedsat i en undersøgelse , der brugte nondiabetisk serum til opsonisering, men ikke i en anden . Baseret på disse undersøgelser kan vi således ikke drage nogen konklusioner om virkningen af ikke-diabetisk serum på drab af diabetesceller. Der blev ikke fundet nogen sammenhæng med glykæmisk niveau , selvom nogle undersøgelser har vist, at bakteriedræbende aktivitet forbedredes, men normaliserede ikke efter opnåelse af normoglykæmi .

2.2.6 indflydelse af infektioner

i en undersøgelse på vores hospital var vi ikke i stand til at demonstrere nogen forskelle i kemotakse , fagocytose, CL og drab mellem PMN ‘ er af diabetiske kvinder med bakteriuri, diabetiske kvinder uden bakteriuri og ikke-diabetiske kontroller. Desuden viste en tidligere undersøgelse ingen forskelle i fagocytose og drab mellem diabetespatienter med og uden tilbagevendende infektioner . Så disse undersøgelser indikerer ikke, at tilstedeværelsen af infektioner påvirker PMN-funktioner.

som konklusion beskrives foruden nogle af de modstridende resultater i ovennævnte undersøgelser forskellige forstyrrelser i diabetiker sammenlignet med kontrol PMN-funktioner. Den kliniske relevans af disse in vitro-undersøgelser forbliver imidlertid usikker, hovedsageligt på grund af forskellene i de udførte tests. Det er muligt, at kun en kombination af defekter i PMN-funktioner spiller en rolle in vivo. De fleste undersøgelser viser en forbedring af PMN-funktioner efter en bedre metabolisk regulering af DM.

2.3 cellulær medfødt immunitet — monocytter/makrofager

både nedsat kemotakse og fagocytose af monocytterne hos diabetespatienter er blevet beskrevet . Da plasma fra sunde kontroller ikke forårsager nogen signifikant ændring i den fagocytotiske kapacitet af diabetiske monocytter , ser det ud til, at denne nedsatte funktion er forårsaget af en iboende defekt i selve monocytterne.

et lavere immunrespons hos børn med DM type 1 sammenlignet med kontroller blev fundet efter intradermal (i stedet for intramuskulær) administration af hepatitis B-vaccinen . Det er blevet antydet, at dette lavere respons sandsynligvis delvis er resultatet af en nedsat makrofagfunktion i denne patientgruppe .

i kombination med den tidligere nævnte nedsatte produktion af proinflammatoriske cytokiner efter LPS-stimulering hos DM type 1-patienter syntes det, at monocyt/makrofagfunktioner er nedsat hos DM type 1-patienter. Den patogene mekanisme forbliver uklar. Yderligere forskning skal gøres for at forklare dette interessante fænomen.

3 adhærens

adhærens af en mikroorganisme til mucosale eller epithelceller er et vigtigt skridt i patogenesen af infektioner. Værtsrelaterede faktorer kan påvirke denne vedhæftning. For eksempel har kvinder med tilbagevendende urinvejsinfektioner en større vedhæftning af E. coli til deres vaginale og bukkale celler sammenlignet med kontroller .

C. albicans-infektion findes ofte hos diabetespatienter. Da infektion for det meste indledes med kolonisering Aly et al. undersøgt, hvilke risikofaktorer der øgede risikoen for Candida-transport hos diabetespatienter . Risikofaktorer for Oral Candida carriage hos patienter med DM type 1 var en lavere alder og et højere HbA1c-niveau (dårlig regulering af DM). Kontinuerlig brug af proteser og tilstedeværelsen af glukosuri (også en indikation af en dårlig DM-regulering) øgede risikoen for Candida-transport hos DM type 2-patienter var det gennemsnitlige antal cigaretter, der blev røget om dagen, korreleret med Candida-transport i DM type 1 og type 2 grupperet sammen . Cameron et al. ekstraheret lipider fra humane bukkale epitelceller og fundet, ved hjælp af chromatogram overlay assays, at nogle C. albicans stammer binder til fucose-holdige og andre C. albicans stammer til N-acetylgalactosamin-holdige lipider ekstraheret fra humane bukkale celler. Forfatterne konkluderer, at eksistensen af flere adhesin-receptorsystemer bidrager til virulensen af C. albicans. Kulhydratsammensætningen af receptorer spiller sandsynligvis en vigtig rolle i modtageligheden for infektioner. Det har vist sig, at alvorligt syge patienter har en nedsat mængde galactose og sialinsyre på deres bukkale celler sammenlignet med minimalt syge patienter og sunde kontroller. Efterforskerne nævnte, at disse receptorændringer muligvis fører til en øget vedhæftning af mikroorganismer og spiller en rolle i den høje forekomst af Gram-negativ bakteriekolonisering i luftvejene hos disse patienter . Denne mekanisme med øget vedhæftning på grund af en ændret receptor-kulhydratsammensætning er muligvis også til stede hos diabetespatienter. Bukkale celler fra 50 diabetespatienter (DM type 1 og type 2) viste en øget in vitro-adhærens af C. albicans sammenlignet med bukkale celler fra kontroller . En signifikant højere forekomst af Candida-infektion, men ikke Candida carriage, blev også fundet i denne patientgruppe (12% versus 0%) . Ingen forhold, imidlertid, blev fundet mellem hyppigheden eller mængden af Candida og alder, varighed, regulering, eller type DM . Denne øgede adhærens til diabetiske celler kan også spille en rolle for andre mikroorganismer, for eksempel adhærens af E. til uroepiteliale celler, hvilket ville forklare den øgede forekomst af infektioner hos patienter med DM.

afslutningsvis spiller forstyrrelser i cellulær medfødt immunitet en rolle i patogenesen af den øgede forekomst af infektioner hos DM-patienter (tabel 1). Generelt fører en bedre regulering af DM til en forbedring af cellulær funktion. En anden vigtig mekanisme er den øgede vedhæftning af mikroorganismen til diabetesceller. Desuden bliver nogle mikroorganismer mere virulente i et højt glukosemiljø.