immuundisfunctie bij patiënten met diabetes mellitus (DM)

Abstract

patiënten met diabetes mellitus (DM) hebben vaker infecties dan patiënten zonder DM. Het verloop van de infecties is ook ingewikkelder in deze patiëntengroep. Een van de mogelijke oorzaken van deze verhoogde prevalentie van infecties is defecten in immuniteit. Naast enkele verminderde cellulaire responsen in vitro, zijn er geen stoornissen in de adaptieve immuniteit bij diabetespatiënten beschreven. Verschillende stoornissen (lage complementfactor 4, verminderde cytokine respons na stimulatie) in humorale aangeboren immuniteit zijn beschreven bij diabetespatiënten. De klinische relevantie van deze bevindingen is echter niet duidelijk. Wat betreft cellulaire aangeboren immuniteit tonen de meeste studies verminderde functies (chemotaxis, fagocytose, doden) van diabetische polymorfonucleaire cellen en diabetische monocyten/macrofagen in vergelijking met cellen van de controlegroep. In het algemeen leidt een betere regulering van de DM tot een verbetering van deze cellulaire functies. Bovendien worden sommige micro-organismen virulenter in een omgeving met hoge glucose. Een ander mechanisme dat kan leiden tot de verhoogde prevalentie van infecties bij diabetische patiënten is een verhoogde hechting van micro-organismen aan diabetische in vergelijking met niet-diabetische cellen. Dit is beschreven voor Candida albicans. Mogelijk speelt de koolhydraatsamenstelling van de receptor een rol in dit fenomeen.

1 Inleiding

de incidentie van infecties is verhoogd bij patiënten met diabetes mellitus (DM) . Sommige van deze infecties hebben ook meer kans op een ingewikkeld verloop bij diabetici dan bij niet-diabetische patiënten . Diabetische ketoacidose, bijvoorbeeld, wordt neergeslagen of gecompliceerd door een infectie in 75% van de gevallen. Het sterftecijfer van patiënten met een infectie en ketoacidose is 43% . In een prospectieve studie van 101 293 volwassen gehospitaliseerde patiënten werden 1640 episodes van bacteriëmie gediagnosticeerd. Van de 1000 onderzochte gehospitaliseerde patiënten werd 2/3 van de bacteremieën gevonden bij patiënten met DM vergeleken met 1/3 bij patiënten zonder DM (P<0,001) . De vraag rijst dan welke pathogenetische mechanismen verantwoordelijk zijn voor dit hoge infectiepercentage bij patiënten met DM. Mogelijke oorzaken zijn defecten in immuniteit, een verhoogde hechting van micro – organismen aan diabetische cellen, de aanwezigheid van micro-en macroangiopathie of neuropathie, en het hoge aantal medische interventies in deze groep patiënten.

het immuunsysteem kan worden onderverdeeld in het aangeboren en het adaptief-humorale of Cellulaire immuunsysteem. Wat de humorale adaptieve immuniteit betreft, zijn serum antilichaamconcentraties bij patiënten met DM normaal en reageren ze op vaccinatie met pneumokokkenvaccin en niet-diabetische controles . Verder zijn er geen verschillen aangetoond in de immuunrespons op intramusculair hepatitis B-vaccin tussen kinderen met DM type 1 en de controlegroep . Wat de adaptieve cellulaire immuniteit betreft, is remming van de proliferatieve respons op verschillende stimuli waargenomen in de lymfocyten van diabetici met een slecht gecontroleerde ziekte . Een abnormale vertraagde overgevoeligheidsreactie (celgemedieerde immuniteit) is ook beschreven bij DM type 1 en type 2 patiënten . Toch hebben patiënten met DM geen Pneumocystis carinii pneumonie of mycobacteriële infecties (zoals waargenomen bij patiënten met adaptief-cellulaire immuniteitsstoornissen zoals patiënten die geïnfecteerd zijn met het humaan immunodeficiëntievirus) vaker dan patiënten zonder DM. De vraag blijft dus hoe belangrijk deze in vitro stoornissen zijn in vivo.Gezien het bovenstaande lijkt het erop dat verschillen in aangeboren immuniteit tussen diabetische en niet-diabetische patiënten en in de therapietrouw van micro-organismen aan diabetische en niet-diabetische cellen belangrijker zijn voor de pathogenese van de verhoogde prevalentie van infecties bij deze patiënten. Studies over deze twee onderwerpen worden besproken in dit artikel.

2 defecten in aangeboren immuniteit

2.1 humorale aangeboren immuniteit

2.1.1 Complementfunctie

in een studie met 86 DM type 1 patiënten, hadden 22 (26%) een serumcomplement factor 4 concentratie (C4) Onder het normale bereik . De lage C4-waarden bleken niet het gevolg te zijn van het verbruik. Aangezien niet-diabetische identieke tweelingen ook een C4-concentratie onder normaal hadden, en de genen die C4 coderen verbonden zijn met de antigenen DR3 en DR4 (die tot expressie komen in 95% van de Kaukasische diabetespatiënten in tegenstelling tot 40% van de algemene bevolking), suggereren de auteurs dat dit verminderde C4 een erfelijk fenomeen kan zijn . Een geïsoleerde C4-deficiëntie is echter geen bekende risicofactor voor infecties bij niet-diabetische patiënten en lijkt daarom geen belangrijke rol te spelen bij het verhoogde risico op infecties bij patiënten met DM.

2.1.2 Cytokines

Studies met volbloed, mononucleaire cellen in perifeer bloed (PBMC ‘ s) en geïsoleerde monocyten van diabetici moeten worden onderverdeeld in studies met en zonder stimulatie. Zonder stimulatie zijn tumornecrosefactor a (TNF-α) concentraties onderzocht bij patiënten met DM type 1 , interleukine (IL) 6 concentraties bij patiënten met DM type 2 en IL-8 concentraties bij DM type 1 en 2 patiënten. Verhoogde rustwaarden van TNF-α, IL-6 en IL-8 werden gevonden bij diabetespatiënten in vergelijking met niet-diabetische controles.

onderzoeken met PBMC ‘ s en geïsoleerde monocyten van diabetespatiënten na stimulatie tonen de volgende resultaten: in één studie was de IL-1 secretie van PBMC ’s als reactie op lipopolysaccharide (LPS) verminderd bij diabetische (type 1 en 2) PBMC’ s, terwijl de TNF-α respons hetzelfde was als in de controlecellen. In een andere studie toonden monocyten van DM type 1 patiënten een significant lagere productie van IL-1 en IL-6, maar ook hier werden geen verschillen in TNF-α concentraties gemeten, na stimulatie met LPS, vergeleken met monocyten van DM type 2 patiënten en niet-diabetische controles . Mogelijk is het grootste deel van de TNF-α al verdwenen na de incubatietijd van 24 uur . Noch glucose noch insuline vertoonden enig effect op de productie van IL-1 of IL-6 in geïsoleerde monocyten, dus de verminderde productie na stimulatie met LPS leek een intrinsiek cellulair defect van diabetische cellen. Het is mogelijk dat de verhoogde rustwaarde van diabetische cellen leidt tot de inductie van tolerantie voor stimulatie, wat resulteert in lagere cytokineafscheiding na stimulatie. Dit fenomeen is al beschreven in niet-diabetische cellen .

Studies naar de excretie van cytokine door PBMC ‘ s bij niet-diabetische patiënten na toevoeging van verschillende glucoseconcentraties hebben vergelijkbare resultaten opgeleverd als studies met diabetische cellen. Eén studie toonde aan dat, na toevoeging van verschillende glucoseconcentraties, ongestimuleerde monocyten van nondiabetica een verhoogde TNF-α-en IL-6-respons vertoonden. Een andere studie toonde aan dat na pokeweed mitogen stimulatie lagere IL-2, IL-6 en IL-10 concentraties werden gevonden na de toevoeging van glucose (met een dosis-respons effect). Mogelijk kan de hierboven beschreven inductie van tolerantie ook deze resultaten verklaren. Met andere woorden, de aanwezigheid van glucose leidt tot een hogere productie van cytokine in rust; na stimulatie is deze productie van cytokine echter verminderd in vergelijking met de situatie zonder glucose. Een andere stof die een rol kan spelen in de verhoogde basale cytokinesecretie is de geavanceerde glycatie-eindproducten (AGEs, die producten zijn van glucose en lysine of arginineresiduen). Een verhoogde vorming van leeftijden vindt plaats bij slecht gereguleerde diabetespatiënten . Verschillende studies hebben aangetoond dat de binding van deze leeftijden aan niet-diabetische cellen, zonder stimulatie, leidt tot een verhoogde cytokineproductie , dus het leek erop dat de verhoogde vorming van deze leeftijden bij diabetici kan verantwoordelijk zijn voor de verhoogde basale cytokine secretie.

2.1.3 hyperglycemie / glucosurie

volgens de WHO-criteria van 1985 wordt DM gedefinieerd als een nuchtere glucoseconcentratie van ten minste 7,8 mmol L−1 of een 2-uur glucoseconcentratie van 11,1 mmol L−1 of hoger . Hierdoor hebben patiënten met DM (ook met medicatie) vaak hyperglycemie. Dit hyperglycemisch milieu kan de virulentie van bepaalde micro-organismen verbeteren. Een voorbeeld is Candida albicans, die een oppervlakteproteã ne uitdrukt die grote homologie met de receptor voor complementfactor 3b (CR3) heeft. Normaal gesproken vindt opsonisatie van micro-organismen plaats door aanhechting van complementfactor 3b (C3b). Receptoren op phagocytizing cellen herkennen deze gebonden C3b en hechten zich, waardoor inslikken en doden in werking. In een hyperglycemische omgeving, de expressie van de receptor-achtige proteã ne van C. albicans is verhoogd, wat resulteert in competitieve binding en remming van de complementgemedieerde fagocytose . Een ander voorbeeld is de aanwezigheid van glucosurie, zoals gevonden in slecht gereguleerde patiënten. We toonden aan dat glucosurie de bacteriegroei van verschillende Escherichia coli stammen versterkt, wat waarschijnlijk een rol speelt bij de verhoogde incidentie van urineweginfecties bij diabetespatiënten.

het leek er dus op dat een optimale regulering van diabetes de virulentie van sommige pathogene micro-organismen kan verminderen.

2.1.4 Andere serumfactoren

In vitro tests die de functies van niet-diabetische polymorfonucleaire cellen (PMNs) analyseren, worden uitgevoerd door deze cellen te incuberen met plasma afkomstig van patiënten met DM. Deze afwijkingen zijn niet gecorreleerd met de hoeveelheid glucose in plasma . Een voorbeeld is de verhoogde hechting van PMNs van niet-diabetische patiënten aan boviene aorta endotheel in aanwezigheid van diabetische plasma . Deze verhoogde therapietrouw leidt waarschijnlijk tot een afname van diapedese en exsudaatvorming van PMNs . De vraag rijst welke factor in diabetische serum verantwoordelijk is voor het hierboven genoemde verschil. Er is gesuggereerd dat leeftijden een rol spelen. Aangezien de vorming van leeftijden bij slecht gereguleerde patiënten is verhoogd, leek het erop dat een optimale regulering van diabetes mogelijk de reactie van de gastheer kan verbeteren.

een andere vaak genoemde stof in de pathogenese van infecties bij diabetespatiënten is zink. Lage zinkplasmaspiegels zijn gemeld bij DM type 1 en type 2 patiënten . In een andere studie werden echter geen verschillen in zinkspiegels gevonden tussen diabetische en niet-diabetische personen . In vitro studies beschreven een verstoorde lymfocytenrespons en depressie van chemotaxis bij diabetische PMNs wanneer zinkdeficiëntie aanwezig was . Andere in vitro onderzoeken met PBMC ‘ s bij niet-diabetische patiënten toonden een versterkte LPS-geïnduceerde excretie van pro-inflammatoire cytokines na toevoeging van zink . Gezien de tegenstrijdige epidemiologische gegevens over zinkdeficiëntie bij DM patiënten, blijft de klinische relevantie van de bovengenoemde in vitro resultaten in de pathogenese van infecties bij diabetespatiënten onduidelijk.Concluderend kan worden gesteld dat sommige aangeboren (cytokines, complementaire) humorale immuunfuncties zijn afgenomen en sommige blijven hetzelfde bij patiënten met DM in vergelijking met patiënten zonder DM.

2,2 cellulaire aangeboren immuniteit-PMNs

2,2.1 Chemotaxis

een significant lagere chemotaxis werd gevonden bij pmns van diabetespatiënten (type 1 en type 2) dan bij de controlegroep . We konden dit verschil echter niet aantonen in onze studie waarin we pmn-functie bestudeerden bij vrouwen met DM en asymptomatische bacteriurie in vergelijking met nonbacteriuric diabetespatiënten en gezonde controlepersonen . Alle studies gebruikten serum van gezonde controles. Het is mogelijk dat de verschillende stimuli (zymosan, aanvulling) van de PMNs en de verschillen in patiëntkenmerken (duur, regulatie en complicaties van DM, DM type 1 of DM type 2) in de bovengenoemde studies deze tegenstrijdige resultaten kunnen verklaren. Er werd geen correlatie gevonden tussen de glucoseconcentratie of hemoglobine A1c (HbA1c, een serummarker voor de regulering van de DM) en de chemotactische responsen, hoewel één studie een verdere vermindering van chemotaxis bij patiënten met hyperglycemie aantoonde . Interessant is dat een van de andere studies toonde aan dat de chemotactische reacties van de PMNs niet veranderde na de incubatie van glucose of insuline, maar terugkeerden naar normale waarden na de incubatie met glucose en insuline samen . Aangezien de meeste pmn-functies energieafhankelijke processen zijn, is een adequate energieproductie noodzakelijk voor een optimale pmn-functie. Glucose heeft insuline nodig om de PMNs in te voeren om deze energie op te wekken, wat de verbetering van de chemotactische respons na de toevoeging van deze twee stoffen kan verklaren.

2.2.Therapietrouw

er zijn tegenstrijdige gegevens gerapporteerd over de in vitro therapietrouw van diabetische pmn ‘ s zonder stimulatie . Er zijn daarentegen geen verschillen gevonden tussen diabetische en controle PMNs na stimulatie . Er werd geen correlatie gevonden tussen plasmaglucose of HbA1c en therapietrouw . Echter, in een klein aantal DM type 1 en DM type 2 patiënten met onbehandelde hyperglycemie, nam de verminderde hechting van pmns aan nylonvezelkolommen toe nadat de hyperglycemie was gecorrigeerd . Natuurlijk is de naleving van nylon vezel kolommen niet hetzelfde als endotheelcellen als een eerste stap in de ontstekingsreactie. Echter, opnieuw leek een betere regeling van de DM de reactie van de gastheer te verhogen.

2.2.3 fagocytose

PMNs van diabetespatiënten vertoonde hetzelfde en een lagere fagocytotische capaciteit in vergelijking met pmns van de controlegroep. De gemiddelde HbA1c-concentratie was lager (betere regulering) bij patiënten zonder verminderde fagocytose dan bij patiënten met verminderde fagocytose . Eén studie toonde een omgekeerd verband aan tussen de HbA1c-niveaus en de fagocytotische snelheid. Een andere studie toonde aan dat de verminderde fagocytose verbeterde, maar niet normaal werd na 36 h van normoglycemia. Daarom lijkt het erop dat de aantasting van fagocytose in pmns wordt gevonden die van slecht geregelde patiënten wordt geïsoleerd en dat betere regelgeving van DM tot een betere fagocytotic functie leidt.

2.2.4 oxidatieve burst

chemiluminescentie (Cl) komt overeen met de emissie van licht dat direct of indirect wordt geproduceerd tijdens een chemische reactie. Dit fenomeen wordt vaak gebruikt om het oxidatieve potentieel van PMNs te evalueren, een proces waarbij vrije radicalen vroeg in het fagocytotisch proces worden gesynthetiseerd . CL correleert goed met antimicrobiële activiteit en kan worden gebruikt als maat voor de fagocytotische capaciteit . Vergeleken met de controlegroep was de CL bij baseline hoger of gelijk bij pmns van diabetespatiënten. Deze studies toonden ook aan dat, na stimulatie, de CL van diabetische PMNs lager was dan die van controle PMNs. Het is mogelijk dat de reactie van diabetische PMNs op stimuli wordt gedoofd als gevolg van de hogere rust CL. In onze studie vonden we geen verschillen in CL na stimulatie tussen diabetespatiënten en controles. In het algemeen waren de patiënten in onze studie echter beter gereguleerd dan die in de eerdere studies, wat waarschijnlijk deze verschillende resultaten kan verklaren.

2.2.5 doden

gegevens over de bactericide activiteit van diabetische pmn ‘ s hebben tegenstrijdige resultaten opgeleverd . In het algemeen is het dodende vermogen van diabetische PMNs echter lager dan dat van controle-PMNs. Ook hier verschillen in de kenmerken van de patiënt (zie rubriek 2.2.1) of de gebruikte micro-organismen kunnen deze verschillende resultaten verklaren. Een verminderde dodende functie van diabetische PMNs werd gevonden in alle studies waarbij Staphylococcus aureus als micro-organisme werd gebruikt , maar niet in de studies waarin het doden van C. albicans als maatstaf werd gebruikt. Het doden was verminderd in één studie die niet-diabetisch serum voor opsonisatie gebruikte , maar niet in een andere . Op basis van deze studies kunnen we dus GEEN conclusies trekken over het effect van nietdiabetisch serum op het doden van diabetische cellen. Er werd geen correlatie gevonden met glycemisch niveau , hoewel sommige studies hebben aangetoond dat bactericide activiteit verbeterde, maar normaliseerde niet na het bereiken van normoglycemie .2.2.6 invloed van infecties

in een studie in ons ziekenhuis konden we geen verschillen in chemotaxis, fagocytose, CL en doding aantonen tussen pmns van diabetespatiënten met bacteriurie, diabetespatiënten zonder bacteriurie en niet-diabetespatiënten. Bovendien toonde een eerdere studie geen verschillen in fagocytose en doden tussen diabetespatiënten met en zonder recidiverende infecties . Deze studies wijzen er dus niet op dat de aanwezigheid van infecties pmn-functies beïnvloedt.Concluderend worden, naast enkele van de conflicterende resultaten in bovengenoemde studies, verschillende stoornissen bij diabetische in vergelijking met controle pmn functies beschreven. De klinische relevantie van deze in vitro onderzoeken blijft echter onzeker, voornamelijk vanwege de verschillen in de uitgevoerde tests. Het is mogelijk dat alleen een combinatie van defecten in pmn functies een rol speelt in vivo. De meeste studies tonen een verbetering van PMN functies na een betere metabolische regulering van DM.

2,3 cellulaire aangeboren immuniteit-monocyten / macrofagen

zowel verminderde chemotaxis als fagocytose van de monocyten van diabetespatiënten zijn beschreven . Aangezien plasma uit gezonde controles geen significante verandering in de fagocytotische capaciteit van diabetische monocyten veroorzaakt, lijkt het erop dat deze verminderde functie wordt veroorzaakt door een intrinsiek defect in de monocyten zelf.

een lagere immuunrespons bij kinderen met DM type 1 in vergelijking met de controlegroep werd gevonden na intradermale (in plaats van intramusculaire) toediening van het hepatitis B-vaccin . Er is gesuggereerd dat deze lagere respons waarschijnlijk gedeeltelijk het gevolg is van een verminderde macrofaagfunctie in deze patiëntengroep .

in combinatie met de eerder genoemde verminderde productie van pro-inflammatoire cytokines na LPS-stimulatie bij DM type 1-patiënten, leek het erop dat de monocyten/macrofaagfuncties bij DM type 1-patiënten verminderd zijn. Het pathogene mechanisme blijft onduidelijk. Er moet verder onderzoek worden gedaan om dit interessante fenomeen te verklaren.

3 therapietrouw

therapietrouw van een micro-organisme aan mucosale of epitheliale cellen is een belangrijke stap in de pathogenese van infecties. Gastheergerelateerde factoren kunnen deze hechting beïnvloeden. Vrouwen met terugkerende urineweginfecties hebben bijvoorbeeld een grotere hechting van E. coli aan hun vaginale en buccale cellen in vergelijking met controles .

C. albicans infectie wordt vaak gevonden bij diabetespatiënten. Aangezien infectie meestal wordt voorafgegaan door kolonisatie Aly et al. onderzocht welke risicofactoren het risico op Candida-drager bij diabetespatiënten verhoogden . Risicofactoren voor oraal Candida-dragerschap bij patiënten met DM type 1 waren een lagere leeftijd en een hogere HbA1c-spiegel (slechte regulering van DM). Continu dragen van een kunstgebit en de aanwezigheid van glucosurie (ook een indicatie van een slechte DM-Regulatie) verhoogde het risico van Candida-vervoer bij DM type 2-patiënten; het gemiddelde aantal gerookte sigaretten per dag werd gecorreleerd met Candida-vervoer in DM type 1 en type 2 gegroepeerd . Cameron et al. geëxtraheerde lipiden uit humane buccale epitheliale cellen en vonden, met behulp van chromatogram overlay assays, dat sommige stammen van C. albicans zich binden aan fucose-bevattende en andere stammen van C. albicans aan n-acetylgalactosamine-bevattende lipiden geëxtraheerd uit menselijke buccale cellen. De auteurs concluderen dat het bestaan van verschillende adhesine-receptor systemen bijdraagt aan de virulentie van C. albicans. De koolhydraatsamenstelling van receptoren speelt waarschijnlijk een belangrijke rol in de gevoeligheid voor infecties. Er is aangetoond dat ernstig zieke patiënten een verminderde hoeveelheid galactose en siaalzuur op hun buccale cellen hebben, vergeleken met minimaal zieke patiënten en gezonde controles. De onderzoekers vermeldden dat deze receptorveranderingen mogelijk leiden tot een verhoogde hechting van micro-organismen en een rol spelen in de hoge prevalentie van gramnegatieve bacteriële kolonisatie in de luchtwegen van deze patiënten . Dit mechanisme van verhoogde therapietrouw, als gevolg van een veranderde receptor-koolhydraatsamenstelling, is mogelijk ook aanwezig bij diabetespatiënten. Buccale cellen van 50 diabetespatiënten (DM type 1 en type 2) vertoonden een verhoogde in vitro therapietrouw van C. albicans in vergelijking met buccale cellen uit de controlegroep . Een significant hogere incidentie van Candida-infectie, maar geen Candida-drager, werd ook gevonden in deze patiëntengroep (12% versus 0%) . Er werden echter geen relaties gevonden tussen de frequentie of hoeveelheid Candida en leeftijd, duur, Regulatie of type DM . Deze verhoogde therapietrouw aan diabetische cellen kan ook een rol spelen voor andere micro-organismen, bijvoorbeeld de therapietrouw van E. coli aan uroepitheliale cellen, wat de verhoogde prevalentie van infecties bij patiënten met DM zou verklaren.Concluderend kan worden gesteld dat stoornissen in de cellulaire aangeboren immuniteit een rol spelen bij de pathogenese van de verhoogde prevalentie van infecties bij DM-patiënten (Tabel 1). In het algemeen leidt een betere regulering van de DM tot een verbetering van de cellulaire functie. Een tweede belangrijk mechanisme is de verhoogde hechting van het micro-organisme aan diabetische cellen. Bovendien worden sommige micro-organismen virulenter in een omgeving met hoge glucose.