dysfunkcja immunologiczna u pacjentów z cukrzycą (DM)

Streszczenie

u pacjentów z cukrzycą (DM) zakażenia występują częściej niż u pacjentów bez DM. Przebieg zakażeń jest również bardziej skomplikowany w tej grupie pacjentów. Jedną z możliwych przyczyn tego zwiększonego występowania zakażeń są wady odporności. Poza zmniejszeniem odpowiedzi komórkowej in vitro nie opisano zaburzeń odporności adaptacyjnej u pacjentów z cukrzycą. U pacjentów z cukrzycą opisano różne zaburzenia (niski współczynnik dopełniacza 4, zmniejszona odpowiedź cytokin po stymulacji) w odporności wrodzonej humoralnej. Jednak kliniczne znaczenie tych wyników nie jest jasne. W odniesieniu do komórkowej odporności wrodzonej większość badań wykazuje zmniejszone funkcje (chemotaksja, fagocytoza, zabijanie) cukrzycowych komórek polimorfojądrzastych i cukrzycowych monocytów/makrofagów w porównaniu z komórkami kontrolnymi. Ogólnie rzecz biorąc, lepsza Regulacja DM prowadzi do poprawy tych funkcji komórkowych. Ponadto niektóre mikroorganizmy stają się bardziej zjadliwe w środowisku o wysokiej zawartości glukozy. Innym mechanizmem, który może prowadzić do zwiększenia częstości występowania zakażeń u pacjentów z cukrzycą, jest zwiększone przyleganie mikroorganizmów do komórek cukrzycowych w porównaniu z komórkami bezcukrzycowymi. Zostało to opisane dla Candida albicans. Możliwe, że skład węglowodanowy receptora odgrywa rolę w tym zjawisku.

1 Wprowadzenie

częstość występowania zakażeń jest zwiększona u pacjentów z cukrzycą (DM) . Niektóre z tych zakażeń są również bardziej narażone na powikłany przebieg u pacjentów z cukrzycą niż u pacjentów bez cukrzycy . Cukrzycowa kwasica ketonowa, na przykład, jest wytrącona lub skomplikowana przez zakażenie w 75% przypadków. Śmiertelność pacjentów z zakażeniem i kwasicą ketonową wynosi 43%. W prospektywnym badaniu z udziałem 101 293 dorosłych pacjentów hospitalizowanych zdiagnozowano 1640 epizodów bakteriemii. Spośród 1000 badanych pacjentów hospitalizowanych, 2/3 bakterii stwierdzono u pacjentów z DM w porównaniu do 1/3 u pacjentów bez DM (P<0, 001). Powstaje zatem pytanie, które mechanizmy patogenetyczne są odpowiedzialne za ten wysoki wskaźnik infekcji u pacjentów z DM. Możliwe przyczyny obejmują wady odporności, zwiększone przyleganie mikroorganizmów do komórek cukrzycowych, obecność mikro-i makroangiopatii lub neuropatii oraz dużą liczbę interwencji medycznych w tej grupie pacjentów.

układ odpornościowy można podzielić na wrodzony i adaptacyjno-humoralny lub komórkowy układ odpornościowy. Jeśli chodzi o humoralną odporność adaptacyjną, stężenia przeciwciał w surowicy u pacjentów z DM są prawidłowe i odpowiadają na szczepienie szczepionką przeciw pneumokokom, jak również bezcukrzycowe kontrole. Ponadto nie wykazano różnic w odpowiedzi immunologicznej na domięśniową szczepionkę przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby typu B pomiędzy dziećmi z DM typu 1 i grupą kontrolną . W odniesieniu do adaptacyjnej odporności komórkowej, w limfocytach diabetyków z słabo kontrolowaną chorobą obserwowano hamowanie odpowiedzi proliferacyjnej na różne bodźce . U pacjentów z DM typu 1 i typu 2 opisano również nieprawidłową reakcję nadwrażliwości typu opóźnionego (odporność komórkowa). Niemniej jednak, u pacjentów z DM nie występuje zapalenie płuc wywołane przez Pneumocystis carinii ani zakażenia prątkami (obserwowane u pacjentów z zaburzeniami odporności adaptacyjno-komórkowej, takich jak pacjenci zakażeni ludzkim wirusem niedoboru odporności) częściej niż u pacjentów bez DM. Pozostaje więc pytanie, jak ważne są te zaburzenia in vitro in vivo.

biorąc pod uwagę powyższe, wydaje się, że różnice w odporności wrodzonej między pacjentami z cukrzycą i bez cukrzycy oraz w przyleganiu mikroorganizmów do komórek cukrzycowych i bez cukrzycy są ważniejsze w patogenezie zwiększonej częstości zakażeń u tych pacjentów. Badania na te dwa tematy są recenzowane w tym artykule.

2 wady odporności wrodzonej

2, 1 humoralna odporność wrodzona

2, 1.1 Funkcja dopełniacza

w badaniu z udziałem 86 pacjentów z DMC typu 1 U 22 (26%) pacjentów stężenie czynnika dopełniacza 4 (C4) w surowicy było poniżej normy . Niskie wartości C4 nie wydają się być wynikiem konsumpcji. Ponieważ bliźnięta jednojajowe miały również stężenie C4 poniżej normy, a geny kodujące C4 są powiązane z antygenami DR3 i DR4 (które ulegają ekspresji u 95% pacjentów rasy kaukaskiej z cukrzycą w przeciwieństwie do 40% populacji ogólnej), autorzy sugerują, że obniżony poziom C4 może być zjawiskiem dziedzicznym . Jednakże izolowany niedobór C4 nie jest znanym czynnikiem ryzyka zakażeń u pacjentów bez cukrzycy i dlatego wydaje się nie odgrywać istotnej roli w zwiększonym ryzyku zakażeń u pacjentów z DM.

2, 1, 2 cytokiny

badania z użyciem krwi pełnej, komórek jednojądrzastych krwi obwodowej (PBMC) i izolowanych monocytów diabetyków należy podzielić na badania z stymulacją i bez stymulacji. Bez stymulacji badano stężenia czynnika martwicy nowotworu a (TNF-α) u pacjentów z DM typu 1 , stężenia interleukiny (IL) 6 u pacjentów z DM typu 2 oraz stężenia IL-8 u pacjentów z DM typu 1 i 2. U pacjentów z cukrzycą stwierdzono podwyższone wartości spoczynkowe TNF-α, IL-6 i IL-8 w porównaniu z grupą kontrolną bezcukrzycową.

badania z PBMC i izolowanymi monocytami pacjentów z cukrzycą po stymulacji pokazują następujące wyniki: w jednym badaniu wydzielanie IL-1 PBMC w odpowiedzi na lipopolisacharyd (LPS) było zmniejszone u pacjentów z cukrzycą (typu 1 i 2), podczas gdy odpowiedź TNF-α była taka sama jak w komórkach kontrolnych. W innym badaniu monocyty pacjentów z DM typu 1 wykazały znacznie mniejszą produkcję IL-1 i IL-6, ale ponownie nie mierzono różnic w stężeniach TNF-α, po stymulacji LPS, w porównaniu z monocytami pacjentów z DM typu 2 i bezcukrzycowymi grupami kontrolnymi . Prawdopodobnie większość TNF-α zniknęła już po okresie inkubacji trwającym 24 godziny . Ani glukoza, ani insulina nie wykazały żadnego wpływu na wytwarzanie IL-1 lub IL-6 w izolowanych monocytach, więc zmniejszona produkcja po stymulacji LPS wydawała się wewnętrzną wadą komórkową komórek cukrzycowych. Możliwe, że podwyższona wartość spoczynkowa komórek cukrzycowych prowadzi do indukcji tolerancji na stymulację, co skutkuje niższą wydzieliną cytokin po stymulacji. Zjawisko to zostało już opisane w komórkach niediabetycznych .

badania dotyczące wydalania cytokin przez PBMC u pacjentów bez cukrzycy po dodaniu różnych stężeń glukozy wykazały porównywalne wyniki jak badania z komórkami cukrzycy. Jedno z badań wykazało, że po dodaniu różnych stężeń glukozy, niesymulowane monocyty bezcukrzycowe wykazywały zwiększoną odpowiedź TNF-α i IL-6. Inne badanie wykazało, że po stymulacji mitogenu pokeweed stwierdzono niższe stężenia IL-2, IL-6 i IL-10 po dodaniu glukozy (z efektem reakcji na dawkę). Możliwe, że indukcja tolerancji, opisana powyżej, może również wyjaśnić te wyniki. Innymi słowy, obecność glukozy prowadzi do większej spoczynkowej produkcji cytokin; po stymulacji jednak ta produkcja cytokin jest upośledzona w porównaniu do sytuacji bez glukozy. Inną substancją, która może odgrywać rolę w zwiększonym wydzielaniu bazalnych cytokin, są zaawansowane produkty końcowe glikacji (AGEs, które są produktami pozostałości glukozy i lizyny lub argininy). Zwiększone tworzenie wieku ma miejsce u pacjentów z cukrzycą słabo regulowanych . Różne badania wykazały, że Wiązanie tych grup wiekowych z komórkami bezcukrzycowymi, bez stymulacji , prowadzi do zwiększonej produkcji cytokin, więc wydawało się, że zwiększone tworzenie się tych grup wiekowych u diabetyków może być odpowiedzialne za zwiększone wydzielanie cytokin podstawowych.

2, 1, 3 hiperglikemia/glukozuria

zgodnie z kryteriami WHO z 1985 r .DM jest definiowana jako stężenie glukozy na czczo wynoszące co najmniej 7, 8 mmol l−1 lub stężenie glukozy 2-h wynoszące 11, 1 mmol L−1 lub wyższe. W wyniku tego pacjenci z DM (również z lekami) bardzo często mają hiperglikemię. To środowisko hiperglikemiczne może zwiększyć zjadliwość niektórych mikroorganizmów. Przykładem jest Candida albicans, który wyraża białko powierzchniowe, które ma wielką homologię z receptorem dla czynnika dopełniacza 3B (CR3). Zwykle opsonizacja mikroorganizmów odbywa się przez przyłączenie czynnika dopełniacza 3b (C3B). Receptory na komórkach fagocytycznych rozpoznają ten związany C3b i przyłączają się, inicjując w ten sposób spożycie i zabijanie. W środowisku hiperglikemicznym ekspresja białka podobnego do receptora C. zwiększa się stężenie leku albicans, co powoduje kompetycyjne wiązanie i hamowanie fagocytozy zależnej od dopełniacza . Innym przykładem jest obecność glukozurii, jak stwierdzono u pacjentów słabo uregulowanych. Wykazaliśmy, że glukozuria zwiększa wzrost bakterii różnych szczepów Escherichia coli, co prawdopodobnie odgrywa rolę w zwiększonej częstości zakażeń dróg moczowych u pacjentów z cukrzycą.

wydawało się więc, że optymalna Regulacja cukrzycy może zmniejszyć zjadliwość niektórych patogennych mikroorganizmów.

2.1.Inne czynniki w surowicy

testy in vitro analizujące funkcje niediabetycznych komórek polimorficznych (PMN) przeprowadza się przez inkubację tych komórek z osoczem pochodzącym od pacjentów z DM. Wady te nie są skorelowane z ilością glukozy w osoczu. Przykładem jest zwiększone przyleganie PMN u pacjentów bezcukrzycowych do śródbłonka aorty bydlęcej w obecności osocza cukrzycowego . To zwiększone przyleganie prawdopodobnie prowadzi do zmniejszenia diapedezy i wysięku tworzenia PMNs . Powstaje pytanie, który czynnik w surowicy cukrzycowej jest odpowiedzialny za wspomnianą powyżej różnicę. Zasugerowano, że wiek odgrywa rolę. Ponieważ powstawanie wieku zwiększa się u słabo uregulowanych pacjentów, wydawało się, że optymalna Regulacja cukrzycy może poprawić odpowiedź gospodarza.

inną często wymienianą substancją w patogenezie zakażeń u pacjentów z cukrzycą jest cynk. U pacjentów z DM typu 1 i typu 2 donoszono o małym stężeniu cynku w osoczu . Niemniej jednak, w innym badaniu nie stwierdzono różnic w poziomie cynku pomiędzy pacjentami z cukrzycą i bezcukrzycowymi . Badania in vitro opisywały zaburzoną odpowiedź limfocytów i zahamowanie chemotaksji u diabetycznych PMN w przypadku niedoboru cynku . Inne badania in vitro z PBMC u pacjentów bezcukrzycowych wykazały zwiększone wydalanie cytokin prozapalnych indukowane przez LPS po dodaniu cynku . Biorąc pod uwagę sprzeczne dane epidemiologiczne dotyczące niedoboru cynku u pacjentów z DM, znaczenie kliniczne wyżej wymienionych wyników in vitro w patogenezie zakażeń u pacjentów z cukrzycą pozostaje niejasne.

podsumowując, niektóre wrodzone (cytokiny, dopełniacz) humoralne funkcje immunologiczne są zmniejszone, a niektóre pozostają takie same u pacjentów z DM w porównaniu z tymi bez DM.

2, 2 odporność wrodzona komórkowa — PMNs

2, 2.1 chemotaksja

stwierdzono znamiennie mniejszą chemotaksję u pacjentów z PMN z cukrzycą (typu 1 i typu 2) niż u pacjentów z grupy kontrolnej . My, jednak, nie mógł wykazać tej różnicy w naszym badaniu, w którym badaliśmy funkcję PMN u kobiet z DM i bezobjawowym bakteriurią w porównaniu do kobiet z cukrzycą bezobjawową i zdrowych kontroli . We wszystkich badaniach stosowano surowicę ze zdrowych kontroli. Możliwe, że różne bodźce (zymosan, dopełniacz) PMNs i różnice w cechach pacjenta (czas trwania, Regulacja i powikłania DM, DM typu 1 lub DM typu 2) w wyżej wymienionych badaniach mogą wyjaśniać te sprzeczne wyniki. Nie stwierdzono korelacji między stężeniem glukozy lub hemoglobiny A1c (HbA1c, który jest markerem surowicy do regulacji poziomu DM) a odpowiedziami chemotaktycznymi, chociaż jedno z badań wykazało dalsze zmniejszenie chemotaksji u pacjentów z hiperglikemią . Co ciekawe, jedno z innych badań wykazało, że reakcje chemotaktyczne PMN nie zmieniły się po inkubacji glukozy lub insuliny, ale powróciły do normalnych wartości po inkubacji z glukozą i insuliną razem . Ponieważ większość funkcji PMN to procesy zależne od energii, odpowiednia produkcja energii jest niezbędna do uzyskania optymalnej funkcji PMN. Glukoza potrzebuje insuliny, aby wprowadzić PMN w celu wytworzenia tej energii, co może tłumaczyć poprawę odpowiedzi chemotaktycznej po dodaniu tych dwóch substancji.

2.2.

zgłaszano sprzeczne dane dotyczące przestrzegania in vitro PMN cukrzycy bez stymulacji . W przeciwieństwie do tego, nie stwierdzono różnic między PMN cukrzycy i kontroli po stymulacji . Nie stwierdzono korelacji pomiędzy stężeniem glukozy w osoczu i HbA1c a przestrzeganiem zasad . Jednak u niewielkiej liczby pacjentów z nieleczoną hiperglikemią typu DM 1 i DM 2 zmniejszone przyleganie PMN do kolumn z włókien nylonowych zwiększyło się po skorygowaniu hiperglikemii . Oczywiście przyleganie do kolumn z włókien nylonowych nie jest tym samym, co do komórek śródbłonka jako pierwszy krok w reakcji zapalnej. Jednak ponownie lepsze uregulowanie DM wydawało się zwiększyć reakcję gospodarza.

2, 2, 3 fagocytoza

PMN u pacjentów z cukrzycą wykazały taką samą i mniejszą zdolność fagocytozy w porównaniu z PMN u pacjentów z grupy kontrolnej. Średnie stężenie HbA1c było niższe (lepsza Regulacja) u pacjentów bez zaburzonej fagocytozy niż u pacjentów z zaburzoną fagocytozą . Jedno z badań wykazało odwrotną zależność między poziomem HbA1c a szybkością fagocytozy. Inne badanie wykazało, że zmniejszona fagocytoza poprawiła się, ale nie stała się normalna po 36 godzinach normoglikemii. W związku z tym wydaje się, że zaburzenie fagocytozy występuje u PMN wyizolowanych od pacjentów o złej regulacji i że lepsza Regulacja DM prowadzi do poprawy funkcji fagocytozy.

2.2.4 wybuch oksydacyjny

Chemiluminescencja (Cl) odpowiada emisji światła bezpośrednio lub pośrednio wytwarzanego w trakcie reakcji chemicznej. Zjawisko to jest często używane do oceny potencjału oksydacyjnego PMNs, procesu, w którym wolne rodniki są syntetyzowane na początku procesu fagocytozy . CL dobrze koreluje z aktywnością przeciwdrobnoustrojową i może być stosowany jako miara zdolności fagocytotycznej . W porównaniu z grupą kontrolną, wartość CL na początku badania była większa lub taka sama u pacjentów z PMN chorych na cukrzycę. Badania te wykazały również, że po stymulacji CL PMN cukrzycy był niższy niż PMN kontroli. Możliwe jest, że reakcja PMN cukrzycy na bodźce jest gaszona w wyniku wyższego spoczynkowego CL. W naszym badaniu nie znaleźliśmy żadnych różnic w CL po stymulacji między pacjentami z cukrzycą a grupą kontrolną. Ogólnie rzecz biorąc, pacjenci w naszym badaniu byli lepiej uregulowani niż ci we wcześniejszych badaniach, co prawdopodobnie może wyjaśniać te różne wyniki.

2, 2, 5 zabijanie

dane dotyczące działania bakteriobójczego PMN cukrzycy dały sprzeczne wyniki . Ogólnie jednak zdolność zabijania PMN dla diabetyków jest niższa niż PMN dla kontroli. Ponownie, różnice w charakterystyce pacjenta (patrz punkt 2.2.1) lub mikroorganizmy stosowane mogą wyjaśnić te różne wyniki. Zaburzoną funkcję zabijania PMNs cukrzycy stwierdzono we wszystkich badaniach, w których stosowano Staphylococcus aureus jako mikroorganizm , ale nie w badaniach, w których stosowano zabijanie C. albicans jako środek. Zabijanie było zaburzone w jednym badaniu , w którym stosowano surowicę bezcukrzycową do opsonizacji, ale nie w innym . Dlatego na podstawie tych badań nie można wyciągnąć żadnych wniosków na temat wpływu surowicy bezcukrzycowej na zabijanie komórek cukrzycowych. Nie stwierdzono korelacji z poziomem glikemii, chociaż niektóre badania wykazały, że działanie bakteriobójcze poprawiło się, ale nie normalizowało się po osiągnięciu normoglikemii .

2 , 2, 6 wpływ zakażeń

w badaniu przeprowadzonym w naszym szpitalu nie byliśmy w stanie wykazać żadnych różnic w chemotaksji, fagocytozie, CL i zabijaniu między PMN kobiet z cukrzycą z bakteriurią, kobiet z cukrzycą bez bakteriurii i bezcukrzycowych kontroli. Ponadto wcześniejsze badanie nie wykazało różnic w fagocytozie i zabijaniu pacjentów z cukrzycą z nawracającymi zakażeniami lub bez nich . Badania te nie wskazują więc, że obecność infekcji wpływa na funkcje PMN.

podsumowując, oprócz niektórych sprzecznych wyników badań wymienionych powyżej, opisano różne zaburzenia czynności cukrzycy w porównaniu z kontrolnymi funkcjami PMN. Jednakże znaczenie kliniczne tych badań in vitro pozostaje niepewne, głównie ze względu na różnice w przeprowadzonych testach. Możliwe jest, że tylko kombinacja defektów w funkcjach PMN odgrywa rolę in vivo. Większość badań wykazuje poprawę funkcji PMN po lepszej regulacji metabolicznej DM.

2 .3 komórkowa odporność wrodzona — monocyty/makrofagi

opisano zarówno zaburzoną chemotaksję, jak i fagocytozę monocytów pacjentów z cukrzycą. Ponieważ osocze pochodzące od zdrowych kontrolerów nie powoduje istotnej zmiany zdolności fagocytotycznej monocytów cukrzycowych , wydaje się, że zaburzenie tej funkcji jest spowodowane wewnętrzną wadą samych monocytów.

po śródskórnym (zamiast domięśniowym) podaniu szczepionki przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby typu B stwierdzono mniejszą odpowiedź immunologiczną u dzieci z DM typu 1 w porównaniu z grupą kontrolną . Sugerowano, że ta niższa odpowiedź jest prawdopodobnie częściowo wynikiem upośledzenia funkcji makrofagów w tej grupie pacjentów .

w połączeniu z wcześniej wspomnianym zmniejszeniem wytwarzania cytokin prozapalnych po stymulacji LPS u pacjentów z DM typu 1, wydawało się, że funkcje monocytów/makrofagów są zaburzone u pacjentów z DM typu 1. Mechanizm patogenny pozostaje niejasny. Dalsze badania muszą być wykonane w celu wyjaśnienia tego interesującego zjawiska.

3 przyleganie

przyleganie mikroorganizmu do komórek śluzówki lub nabłonka jest ważnym krokiem w patogenezie zakażeń. Czynniki związane z gospodarzem mogą wpływać na to przyleganie. Na przykład kobiety z nawracającymi infekcjami dróg moczowych mają większą przyczepność E. coli do ich komórek pochwy i policzka w porównaniu do kontroli .

zakażenie C. albicans występuje często u pacjentów z cukrzycą. Ponieważ zakażenie w większości jest poprzedzone kolonizacją Aly et al. zbadano, które czynniki ryzyka zwiększają ryzyko zakażenia Candida u pacjentów z cukrzycą . Czynnikami ryzyka stosowania doustnego Candida u pacjentów z DM typu 1 był niższy wiek i wyższy poziom HbA1c (słaba Regulacja DM). Ciągłe noszenie protezy zębowej i obecność glukozurii (również wskazanie na słabą regulację DM) zwiększały ryzyko przewozu Candida u pacjentów z DM typu 2, średnia liczba papierosów palonych dziennie była skorelowana z przewozem Candida w DM typu 1 i 2 zgrupowanych razem . Cameron et al. wyekstrahowano lipidy z ludzkich komórek nabłonka policzkowego i za pomocą testów chromatograficznych stwierdzono, że niektóre szczepy C. albicans wiążą się z zawierającymi fukozę i innymi szczepami C. albicans z lipidami zawierającymi N-acetylogalaktozaminę wyekstrahowanymi z ludzkich komórek policzkowych. Autorzy wnioskują, że istnienie kilku układów adhezyn-receptorowych przyczynia się do zjadliwości C. albicans. Skład węglowodanów receptorów prawdopodobnie odgrywa ważną rolę w podatności na infekcje. Wykazano, że ciężko chorzy pacjenci mają zmniejszoną ilość galaktozy i kwasu sialowego na komórkach policzkowych, w porównaniu z minimalnie chorymi pacjentami i zdrowymi kontrolami. Badacze wspomnieli, że te zmiany receptorów mogą prowadzić do zwiększonego przylegania mikroorganizmów i odgrywają rolę w wysokiej częstości występowania Gram-ujemnej kolonizacji bakteryjnej w drogach oddechowych tych pacjentów . Ten mechanizm zwiększonego przylegania, ze względu na zmieniony skład węglowodanów receptora, jest prawdopodobnie obecny również u pacjentów z cukrzycą. Komórki policzkowe u 50 pacjentów z cukrzycą (DM typu 1 i typu 2) wykazywały zwiększone in vitro przestrzeganie C. albicans w porównaniu z komórkami policzkowymi z grupy kontrolnej . W tej grupie pacjentów stwierdzono również znacznie większą częstość występowania zakażenia Candida, ale nie zakażenia Candida carriage (12% w porównaniu z 0%) . Nie stwierdzono jednak związku między częstością lub ilością Candida a wiekiem, czasem trwania, regulacją lub rodzajem DM . To zwiększone przyleganie do komórek cukrzycowych może również odgrywać rolę dla innych mikroorganizmów, na przykład przyleganie do E. coli do komórek uroepitelialnych, co wyjaśniałoby zwiększoną częstość występowania zakażeń u pacjentów z DM.

podsumowując, zaburzenia odporności wrodzonej komórek odgrywają rolę w patogenezie zwiększonej częstości występowania zakażeń u pacjentów z DM(Tabela 1). Ogólnie rzecz biorąc, lepsza Regulacja DM prowadzi do poprawy funkcji komórkowej. Drugim ważnym mechanizmem jest zwiększone przyleganie mikroorganizmu do komórek cukrzycowych. Ponadto niektóre mikroorganizmy stają się bardziej zjadliwe w środowisku o wysokiej zawartości glukozy.