Disfunzione immunitaria nei pazienti con diabete mellito (DM)

Abstract

I pazienti con diabete mellito (DM) hanno infezioni più spesso di quelli senza DM. Il decorso delle infezioni è anche più complicato in questo gruppo di pazienti. Una delle possibili cause di questa maggiore prevalenza di infezioni è difetti nell’immunità. Oltre ad alcune diminuite risposte cellulari in vitro, non sono stati descritti disturbi nell’immunità adattativa nei pazienti diabetici. Nei pazienti diabetici sono stati descritti diversi disturbi (basso fattore di complemento 4, diminuzione della risposta alle citochine dopo stimolazione) nell’immunità innata umorale. Tuttavia, la rilevanza clinica di questi risultati non è chiara. Per quanto riguarda l’immunità innata cellulare, la maggior parte degli studi mostra una diminuzione delle funzioni (chemiotassi, fagocitosi, uccisione) delle cellule polimorfonucleate diabetiche e dei monociti/macrofagi diabetici rispetto alle cellule dei controlli. In generale, una migliore regolazione del DM porta ad un miglioramento di queste funzioni cellulari. Inoltre, alcuni microrganismi diventano più virulenti in un ambiente ad alto contenuto di glucosio. Un altro meccanismo che può portare all’aumento della prevalenza di infezioni nei pazienti diabetici è una maggiore aderenza dei microrganismi al diabetico rispetto alle cellule non diabetiche. Questo è stato descritto per Candida albicans. Forse la composizione di carboidrati del recettore gioca un ruolo in questo fenomeno.

1 Introduzione

L’incidenza delle infezioni è aumentata nei pazienti con diabete mellito (DM) . Alcune di queste infezioni hanno anche maggiori probabilità di avere un decorso complicato nei pazienti diabetici rispetto ai pazienti non diabetici . La chetoacidosi diabetica, ad esempio, è precipitata o complicata da un’infezione nel 75% dei casi. Il tasso di mortalità dei pazienti con infezione e chetoacidosi è del 43%. In uno studio prospettico su 101 293 pazienti ospedalizzati adulti, sono stati diagnosticati 1640 episodi di batteriemia. Su 1000 pazienti ospedalizzati studiati, 2/3 dei batteriemie sono stati trovati in pazienti con DM rispetto a 1/3 in pazienti senza DM (P<0,001) . Sorge quindi la domanda su quali meccanismi patogenetici siano responsabili di questo alto tasso di infezione nei pazienti con DM. Le possibili cause includono difetti nell’immunità, una maggiore aderenza dei microrganismi alle cellule diabetiche, la presenza di micro e macroangiopatia o neuropatia e l’elevato numero di interventi medici in questo gruppo di pazienti.

Il sistema immunitario può essere suddiviso nei sistemi immunitari innati e adattivi-umorali o cellulari. Per quanto riguarda l’immunità adattativa umorale, le concentrazioni di anticorpi sierici nei pazienti con DM sono normali e rispondono alla vaccinazione con vaccino pneumococcico e ai controlli non diabetici . Inoltre, non sono state mostrate differenze nella risposta immunitaria al vaccino intramuscolare contro l’epatite B tra i bambini con DM di tipo 1 e i controlli . Per quanto riguarda l’immunità cellulare adattativa, l’inibizione della risposta proliferativa a diversi stimoli è stata osservata nei linfociti dei diabetici con malattia scarsamente controllata . Una reazione di ipersensibilità di tipo ritardato anormale (immunità cellulo-mediata) è stata descritta anche in pazienti con DM di tipo 1 e di tipo 2 . Tuttavia, i pazienti con DM non hanno polmonite da Pneumocystis carinii o infezioni micobatteriche (come visto in pazienti con disfunzioni dell’immunità cellulare adattativa come i pazienti infettati con il virus dell’immunodeficienza umana) più frequentemente rispetto ai pazienti senza DM. Quindi, la domanda rimane quanto siano importanti questi disturbi in vitro in vivo.

Considerando quanto sopra, sembra che le differenze nell’immunità innata tra pazienti diabetici e non diabetici e nell’aderenza di microrganismi alle cellule diabetiche e non diabetiche siano più importanti nella patogenesi dell’aumentata prevalenza di infezioni in questi pazienti. Gli studi su questi due argomenti sono esaminati in questo articolo.

2 Difetti nell’immunità innata

2.1 Immunità innata umorale

2.1.1 Funzione del complemento

In uno studio su 86 pazienti di tipo 1 DM, 22 (26%) avevano una concentrazione sierica del fattore del complemento 4 (C4) al di sotto del range di normalità . I bassi valori di C4 non sembrano essere il risultato del consumo. Poiché i gemelli identici non diabetici avevano anche una concentrazione di C4 inferiore al normale e i geni che codificano per C4 sono collegati con gli antigeni DR3 e DR4 (che sono espressi nel 95% dei pazienti diabetici caucasici in contrasto con il 40% della popolazione generale ), gli autori suggeriscono che questo ridotto C4 può essere un fenomeno ereditato . Tuttavia, una carenza isolata di C4 non è un fattore di rischio noto per le infezioni nei pazienti non diabetici e pertanto sembra non svolgere un ruolo importante nell’aumento del rischio di infezioni nei pazienti con DM.

2.1.2 Citochine

Gli studi con sangue intero, cellule mononucleate del sangue periferico (PBMCS) e monociti isolati di diabetici devono essere suddivisi in studi con e senza stimolazione. Senza stimolazione sono state studiate le concentrazioni del fattore di necrosi tumorale a (TNF-α) nei pazienti con DM di tipo 1 , le concentrazioni di interleuchina (IL) 6 nei pazienti con DM di tipo 2 e le concentrazioni di IL-8 nei pazienti con DM di tipo 1 e 2. Valori elevati di riposo di TNF-α, IL-6 e IL-8 sono stati riscontrati nei pazienti diabetici rispetto ai controlli non diabetici.

Gli studi con PBMC e monociti isolati di pazienti diabetici dopo la stimolazione mostrano i seguenti risultati: in uno studio la secrezione di IL-1 di PBMC in risposta al lipopolisaccaride (LPS) è stata ridotta nelle PBMC diabetiche (di tipo 1 e 2), mentre la risposta TNF-α è stata la stessa delle cellule di controllo. In un altro studio i monociti di pazienti di tipo DM 1 hanno mostrato una produzione significativamente inferiore di IL-1 e IL-6, ma ancora una volta non sono state misurate differenze nelle concentrazioni di TNF-α, dopo stimolazione con LPS, rispetto ai monociti di pazienti di tipo DM 2 e ai controlli non diabetici . Forse la maggior parte del TNF-α è già scomparsa dopo il periodo di incubazione di 24 h . Né il glucosio né l’insulina hanno mostrato alcun effetto sulla produzione di IL-1 o IL-6 in monociti isolati, quindi la diminuzione della produzione dopo la stimolazione con LPS sembrava un difetto cellulare intrinseco delle cellule diabetiche. È possibile che l’elevato valore di riposo delle cellule diabetiche porti all’induzione della tolleranza alla stimolazione, che si traduce in secrezioni di citochine inferiori dopo la stimolazione. Questo fenomeno è già stato descritto nelle cellule non diabetiche .

Gli studi sull’escrezione di citochine da parte delle PBMC di pazienti non diabetici dopo l’aggiunta di diverse concentrazioni di glucosio hanno mostrato risultati comparabili come gli studi con cellule diabetiche. Uno studio ha dimostrato che dopo l’aggiunta di diverse concentrazioni di glucosio, monociti non stimolati di non diabetici hanno mostrato un aumento della risposta TNF-α e IL-6. Un altro studio ha mostrato che dopo la stimolazione del mitogeno pokeweed sono state trovate concentrazioni inferiori di IL-2, IL-6 e IL-10 dopo l’aggiunta di glucosio (con un effetto dose-risposta). Forse, l’induzione della tolleranza, descritta sopra, può anche spiegare questi risultati. In altre parole, la presenza di glucosio porta ad una maggiore produzione di citochine a riposo; dopo la stimolazione, tuttavia, questa produzione di citochine è compromessa rispetto alla situazione senza glucosio. Un’altra sostanza che può svolgere un ruolo nell’aumento della secrezione basale di citochine è i prodotti finali di glicazione avanzata (età, che sono prodotti di glucosio e residui di lisina o arginina). Una maggiore formazione di età si verifica in pazienti diabetici scarsamente regolati . Diversi studi hanno dimostrato che il legame di queste età alle cellule non diabetiche, senza stimolazione, porta ad un aumento della produzione di citochine , quindi sembrava che l’aumento della formazione di queste età nei diabetici possa essere responsabile dell’aumento della secrezione basale di citochine.

2.1.3 Iperglicemia / glucosuria

Seguendo i criteri dell’OMS del 1985, il DM è definito come una concentrazione di glucosio a digiuno di almeno 7,8 mmol l−1 o una concentrazione di glucosio 2-h di 11,1 mmol l−1 o superiore . Come risultato di questo i pazienti con DM (anche con farmaci) hanno molto spesso iperglicemia. Questo ambiente iperglicemico può aumentare la virulenza di alcuni microrganismi. Un esempio è Candida albicans, che esprime una proteina di superficie che ha grande omologia con il recettore per il fattore di complemento 3b (CR3). Normalmente, l’opsonizzazione dei microrganismi avviene mediante l’attaccamento del fattore di complemento 3b (C3b). I recettori sulle cellule fagocitizzanti riconoscono questo C3b legato e si attaccano, avviando così l’ingestione e l’uccisione. In un ambiente iperglicemico, l’espressione della proteina simile al recettore di C. albicans è aumentato, che provoca il legame competitivo e l’inibizione della fagocitosi mediata dal complemento . Un altro esempio è la presenza di glucosuria, come si trova in pazienti scarsamente regolati. Abbiamo dimostrato che la glucosuria aumenta la crescita batterica di diversi ceppi di Escherichia coli, che probabilmente svolge un ruolo nell’aumento dell’incidenza di infezioni del tratto urinario nei pazienti diabetici.

Quindi sembrava che una regolazione ottimale del diabete potesse diminuire la virulenza di alcuni microrganismi patogeni.

2.1.4 Altri fattori sierici

I test in vitro che analizzano le funzioni delle cellule polimorfonucleate non diabetiche (PMNs) vengono effettuati incubando queste cellule con plasma derivato da pazienti con DM. Questi difetti non sono correlati con la quantità di glucosio presente nel plasma . Un esempio è l’aumentata aderenza del PMNs di pazienti non diabetici all’endotelio aortico bovino in presenza di plasma diabetico . Questa maggiore aderenza probabilmente porta ad una diminuzione della diapedesi e della formazione di essudato di PMNs . Sorge la domanda su quale fattore nel siero diabetico sia responsabile della differenza sopra menzionata. È stato suggerito che le ETÀ giocano un ruolo. Poiché la formazione delle età è aumentata nei pazienti scarsamente regolati, sembrava che una regolazione ottimale del diabete potesse migliorare la risposta dell’ospite.

Un’altra sostanza frequentemente menzionata nella patogenesi delle infezioni nei pazienti diabetici è lo zinco. Bassi livelli plasmatici di zinco sono stati riportati in pazienti di tipo DM 1 e tipo 2 . Tuttavia, in un altro studio non sono state riscontrate differenze nei livelli di zinco tra soggetti diabetici e non diabetici . Studi in vitro hanno descritto una risposta linfocitaria disturbata e una depressione della chemiotassi nel PMNs diabetico quando era presente carenza di zinco . Altri studi in vitro con PBMC di pazienti non diabetici hanno mostrato una maggiore escrezione indotta da LPS di citochine proinfiammatorie dopo l’aggiunta di zinco . Considerando i dati epidemiologici contraddittori sulla carenza di zinco nei pazienti con DM, la rilevanza clinica dei risultati in vitro sopra menzionati nella patogenesi delle infezioni nei pazienti diabetici rimane poco chiara.

In conclusione, alcune funzioni immunitarie umorali innate (citochine, complemento) sono diminuite e alcune rimangono le stesse nei pazienti con DM rispetto a quelli senza DM.

2.2 Immunità innata cellulare-PMNs

2.2.1 Chemiotassi

Una chemiotassi significativamente più bassa è stata riscontrata nel PMNs dei pazienti diabetici (tipo 1 e tipo 2) rispetto a quelli dei controlli . Tuttavia, non abbiamo potuto dimostrare questa differenza nel nostro studio in cui abbiamo studiato la funzione PMN nelle donne con DM e batteriuria asintomatica rispetto alle donne diabetiche nonbatteriche e ai controlli sani . Tutti gli studi hanno utilizzato siero da controlli sani. È possibile che i diversi stimoli (zymosan, complemento) del PMNs e le differenze nelle caratteristiche del paziente (durata, regolazione e complicanze di DM, DM tipo 1 o DM tipo 2) negli studi sopra menzionati possano spiegare questi risultati contraddittori. Non è stata trovata alcuna correlazione tra la concentrazione di glucosio o l’emoglobina A1c (HbA1c, che è un marcatore sierico per la regolazione del livello di DM) e le risposte chemiotattiche, sebbene uno studio abbia mostrato un’ulteriore riduzione della chemiotassi nei pazienti con iperglicemia . È interessante notare che uno degli altri studi ha dimostrato che le risposte chemiotattiche del PMNs non sono cambiate dopo l’incubazione di glucosio o insulina, ma sono tornate a valori normali dopo l’incubazione con glucosio e insulina insieme . Poiché la maggior parte delle funzioni PMN sono processi dipendenti dall’energia , è necessaria un’adeguata produzione di energia per una funzione PMN ottimale. Il glucosio ha bisogno di insulina per entrare nel PMNs per generare questa energia, che può spiegare il miglioramento della risposta chemiotattica dopo l’aggiunta di queste due sostanze.

2.2.2 Aderenza

Sono stati riportati dati contrastanti sull’aderenza in vitro del PMNs diabetico senza stimolazione . Al contrario, non sono state trovate differenze tra PMNs diabetici e di controllo dopo la stimolazione . Non è stata trovata alcuna correlazione tra glucosio plasmatico o HbA1c e aderenza . Tuttavia, in un piccolo numero di pazienti di tipo DM 1 e DM tipo 2 con iperglicemia non trattata, la ridotta aderenza di PMNs alle colonne di fibre di nylon è aumentata dopo che l’iperglicemia è stata corretta . Naturalmente l’aderenza alle colonne di fibre di nylon non è la stessa delle cellule endoteliali come primo passo nella reazione infiammatoria. Tuttavia, ancora una volta una migliore regolamentazione del DM sembrava aumentare la risposta dell’ospite.

2.2.3 Fagocitosi

Le PMNS dei pazienti diabetici hanno mostrato la stessa capacità fagocitotica e una minore capacità rispetto alle PMNs dei controlli. La concentrazione media di HbA1c è stata inferiore (better regulation) nei pazienti senza fagocitosi compromessa rispetto a quelli con fagocitosi compromessa . Uno studio ha mostrato una relazione inversa tra i livelli di HbA1c e il tasso fagocitotico. Un altro studio ha dimostrato che la fagocitosi diminuita è migliorata, ma non è diventata normale dopo 36 ore di normoglicemia. Pertanto, sembra che la compromissione della fagocitosi si trovi in PMNs isolati da pazienti scarsamente regolati e che una migliore regolazione del DM porti a una migliore funzione fagocitotica.

2.2.4 Scoppio ossidativo

La chemiluminescenza (CL) corrisponde all’emissione di luce prodotta direttamente o indirettamente nel corso di una reazione chimica. Questo fenomeno è spesso usato per valutare il potenziale ossidativo del PMNs, un processo durante il quale i radicali liberi sono sintetizzati all’inizio del processo fagocitotico . CL correla bene con attività antimicrobica e può essere usato come misura della capacità fagocitotica . Rispetto ai controlli, la CL al basale era più alta o uguale nel PMNs dei pazienti diabetici. Questi studi hanno anche dimostrato che, dopo la stimolazione, la CL del PMNs diabetico era inferiore a quella del PMNs di controllo. È possibile che la reazione del PMNs diabetico agli stimoli si estingua a causa del CL a riposo più alto. Nel nostro studio, non abbiamo trovato alcuna differenza nella CL dopo la stimolazione tra pazienti diabetici e controlli. In generale, tuttavia, i pazienti nel nostro studio erano meglio regolati rispetto a quelli negli studi precedenti, il che potrebbe probabilmente spiegare questi diversi risultati.

2.2.5 Uccisione

I dati sull’attività battericida del PMNs diabetico hanno dato risultati contrastanti . In generale, tuttavia, la capacità di uccisione del PMNs diabetico è inferiore a quella del PMNs di controllo. Anche in questo caso, differenze nelle caratteristiche del paziente (vedere Paragrafo 2.2.1) o i microrganismi utilizzati possono spiegare questi diversi risultati. Una funzione di uccisione alterata del PMNs diabetico è stata trovata in tutti gli studi che utilizzavano lo Staphylococcus aureus come microrganismo , ma non negli studi in cui l’uccisione di C. albicans è stata utilizzata come misura. L’uccisione è stata compromessa in uno studio che ha utilizzato siero non diabetico per l’opsonizzazione , ma non in un altro . Pertanto, sulla base di questi studi non possiamo trarre conclusioni sull’effetto del siero non diabetico sull’uccisione delle cellule diabetiche. Non è stata trovata alcuna correlazione con il livello glicemico, sebbene alcuni studi abbiano dimostrato che l’attività battericida è migliorata, ma non si è normalizzata dopo aver raggiunto la normoglicemia .

2.2.6 Influenza delle infezioni

In uno studio nel nostro ospedale , non siamo stati in grado di dimostrare alcuna differenza in chemiotassi, fagocitosi, CL e uccisione tra PMNS di donne diabetiche con batteriuria, donne diabetiche senza batteriuria e controlli non diabetici. Inoltre, uno studio precedente non ha mostrato differenze nella fagocitosi e nell’uccisione tra pazienti diabetici con e senza infezioni ricorrenti . Quindi, questi studi non indicano che la presenza di infezioni influenza le funzioni PMN.

In conclusione, oltre ad alcuni dei risultati contrastanti negli studi sopra menzionati, sono descritti diversi disturbi nel diabetico rispetto alle funzioni di controllo PMN. Tuttavia, la rilevanza clinica di questi studi in vitro rimane incerta, principalmente a causa delle differenze nei test eseguiti. È possibile che solo una combinazione di difetti nelle funzioni PMN svolga un ruolo in vivo. La maggior parte degli studi mostra un miglioramento delle funzioni PMN dopo una migliore regolazione metabolica del DM.

2.3 Immunità innata cellulare-monociti / macrofagi

Sono state descritte sia la chemiotassi compromessa che la fagocitosi dei monociti dei pazienti diabetici . Poiché il plasma da controlli sani non causa alcun cambiamento significativo nella capacità fagocitotica dei monociti diabetici , sembra che questa funzione compromessa sia causata da un difetto intrinseco nei monociti stessi.

Una risposta immunitaria inferiore nei bambini con DM di tipo 1 rispetto ai controlli è stata riscontrata dopo somministrazione intradermica (anziché intramuscolare) del vaccino contro l’epatite B. È stato suggerito che questa risposta inferiore sia probabilmente in parte il risultato di una compromissione della funzione dei macrofagi in questo gruppo di pazienti .

In combinazione con la precedente riduzione della produzione di citochine proinfiammatorie dopo stimolazione LPS nei pazienti di tipo 1 DM, sembrava che le funzioni dei monociti/macrofagi siano compromesse nei pazienti di tipo 1 DM. Il meccanismo patogeno rimane poco chiaro. Ulteriori ricerche devono essere fatte per spiegare questo interessante fenomeno.

3 Aderenza

L’aderenza di un microrganismo alle cellule mucose o epiteliali è un passo importante nella patogenesi delle infezioni. Fattori correlati all’ospite possono influenzare questa aderenza. Ad esempio, le donne con infezioni ricorrenti del tratto urinario hanno una maggiore aderenza di E. coli alle loro cellule vaginali e buccali rispetto ai controlli .

L’infezione di C. albicans è trovata frequentemente in pazienti diabetici. Poiché l’infezione per lo più è preceduta dalla colonizzazione Aly et al. ha studiato quali fattori di rischio aumentassero il rischio di trasporto di Candida nei pazienti diabetici . I fattori di rischio per il trasporto orale di Candida in pazienti con DM di tipo 1 erano un’età inferiore e un livello di HbA1c più elevato (scarsa regolazione della DM). L’uso continuo di protesi dentarie e la presenza di glucosuria (anche un’indicazione di una scarsa regolazione DM) hanno aumentato il rischio di trasporto di Candida nei pazienti di tipo DM 2, il numero medio di sigarette fumate al giorno è stato correlato con il trasporto di Candida in DM tipo 1 e tipo 2 raggruppati insieme . Cameron et al. lipidi estratti da cellule epiteliali buccali umane e trovato, utilizzando analisi di sovrapposizione cromatogramma, che alcuni ceppi C. albicans legano a contenenti fucosio e altri ceppi C. albicans a lipidi contenenti N-acetilgalattosamina estratti da cellule buccali umane. Gli autori concludono che l’esistenza di diversi sistemi di recettori dell’adesina contribuisce alla virulenza di C. albicans. La composizione di carboidrati dei recettori probabilmente gioca un ruolo importante nella suscettibilità alle infezioni. È stato dimostrato che i pazienti gravemente malati hanno una diminuzione della quantità di galattosio e acido sialico sulle loro cellule buccali, rispetto ai pazienti minimamente malati e ai controlli sani. I ricercatori hanno menzionato che questi cambiamenti del recettore potrebbero portare ad una maggiore aderenza dei microrganismi e svolgere un ruolo nell’alta prevalenza della colonizzazione batterica Gram-negativa nel tratto respiratorio di questi pazienti . Questo meccanismo di maggiore aderenza, a causa di una composizione alterata dei carboidrati del recettore, è probabilmente presente anche nei pazienti diabetici. Le cellule buccali di 50 pazienti diabetici (DM tipo 1 e tipo 2) hanno mostrato un aumento dell’aderenza in vitro di C. albicans rispetto alle cellule buccali dei controlli . In questo gruppo di pazienti è stata riscontrata anche un’incidenza significativamente più elevata di infezione da Candida, ma non di trasporto di Candida (12% contro 0%) . Nessuna relazione, tuttavia, è stata trovata tra la frequenza o la quantità di Candida e l’età, la durata, la regolazione o il tipo di DM . Questa maggiore aderenza alle cellule diabetiche potrebbe anche svolgere un ruolo per altri microrganismi, ad esempio l’aderenza di E. coli alle cellule uroepiteliali, che spiegherebbe l’aumento della prevalenza di infezioni nei pazienti con DM.

In conclusione, i disturbi nell’immunità innata cellulare svolgono un ruolo nella patogenesi dell’aumentata prevalenza di infezioni nei pazienti con DM (Tabella 1). In generale, una migliore regolazione del DM porta ad un miglioramento della funzione cellulare. Un secondo meccanismo importante è la maggiore aderenza del microrganismo alle cellule diabetiche. Inoltre, alcuni microrganismi diventano più virulenti in un ambiente ad alto contenuto di glucosio.