immundysfunktion hos patienter med diabetes mellitus (DM)

Abstrakt

patienter med diabetes mellitus (DM) har infektioner oftare än de utan DM. Infektionsförloppet är också mer komplicerat i denna patientgrupp. En av de möjliga orsakerna till denna ökade förekomst av infektioner är defekter i immunitet. Förutom vissa minskade cellulära svar in vitro har inga störningar i adaptiv immunitet hos diabetespatienter beskrivits. Olika störningar (låg komplementfaktor 4, minskat cytokinrespons efter stimulering) i humoral medfödd immunitet har beskrivits hos diabetespatienter. Den kliniska relevansen av dessa fynd är dock inte tydlig. När det gäller cellulär medfödd immunitet visar de flesta studier minskade funktioner (kemotaxi, fagocytos, dödande) av diabetiska polymorfonukleära celler och diabetiska monocyter/makrofager jämfört med celler av kontroller. I allmänhet leder en bättre reglering av DM till en förbättring av dessa cellulära funktioner. Dessutom blir vissa mikroorganismer mer virulenta i en hög glukosmiljö. En annan mekanism som kan leda till ökad förekomst av infektioner hos diabetespatienter är en ökad vidhäftning av mikroorganismer till diabetiker jämfört med icke-diabetiska celler. Detta har beskrivits för Candida albicans. Eventuellt spelar receptorns kolhydratkomposition en roll i detta fenomen.

1 Introduktion

förekomsten av infektioner är ökad hos patienter med diabetes mellitus (DM) . Vissa av dessa infektioner är också mer benägna att ha en komplicerad kurs hos diabetiker än hos icke-diabetiska patienter . Diabetisk ketoacidos, till exempel, utfälls eller kompliceras av en infektion i 75% av fallen. Dödligheten hos patienter med infektion och ketoacidos är 43% . I en prospektiv studie av 101 293 vuxna sjukhuspatienter diagnostiserades 1640 episoder av bakteriemi. Av de studerade 1000 sjukhuspatienter hittades 2/3 av bakteriemierna hos patienter med DM jämfört med 1/3 hos patienter utan DM (P<0,001) . Frågan uppstår då vilka patogenetiska mekanismer som är ansvariga för denna höga infektionshastighet hos patienter med DM. Möjliga orsaker är defekter i immunitet, ökad vidhäftning av mikroorganismer till diabetiska celler, närvaron av mikro – och makroangiopati eller neuropati och det stora antalet medicinska ingrepp i denna patientgrupp.

immunsystemet kan delas in i det medfödda och adaptiva humorala eller cellulära immunsystemet. När det gäller den humorala adaptiva immuniteten är serumantikroppskoncentrationer hos patienter med DM normala och de svarar på vaccination med pneumokockvaccin såväl som icke-diabetiska kontroller . Vidare har inga skillnader visats i immunsvaret mot intramuskulärt hepatit B-vaccin mellan barn med DM typ 1 och kontroller . När det gäller den adaptiva cellulära immuniteten har inhibering av det proliferativa svaret på olika stimuli observerats i lymfocyterna hos diabetiker med dåligt kontrollerad sjukdom . En onormal fördröjd överkänslighetsreaktion (cellmedierad immunitet) har också beskrivits hos patienter med DM typ 1 och typ 2 . Ändå har patienter med DM inte Pneumocystis carinii lunginflammation eller mykobakteriella infektioner (som ses hos patienter med adaptiv-cellulär immunitetsdysfunktioner som patienter infekterade med humant immunbristvirus) oftare än patienter utan DM. Så frågan kvarstår hur viktigt dessa in vitro-störningar är in vivo.

med tanke på ovanstående verkar det som om skillnader i medfödd immunitet mellan diabetiska och icke-diabetiska patienter och i vidhäftning av mikroorganismer till diabetiska och icke-diabetiska celler är viktigare i patogenesen av den ökade förekomsten av infektioner hos dessa patienter. Studier om dessa två ämnen granskas i den här artikeln.

2 defekter i medfödd immunitet

2.1 Humoral medfödd immunitet

2.1.1 Komplementfunktion

i en studie med 86 DM typ 1-patienter hade 22 (26%) en serumkomplementfaktor 4-koncentration (C4) under det normala intervallet . De låga C4-värdena verkade inte vara resultatet av konsumtionen. Eftersom icke-diabetiska identiska tvillingar också hade en C4-koncentration under normala, och generna som kodar för C4 är kopplade till antigenerna DR3 och DR4 (som uttrycks hos 95% av de kaukasiska diabetespatienterna i motsats till 40% av den allmänna befolkningen ), föreslår författarna att denna reducerade C4 kan vara ett ärftligt fenomen . En isolerad C4-brist är emellertid inte en känd riskfaktor för infektioner hos icke-diabetiska patienter och verkar därför inte spela en viktig roll i den ökade risken för infektioner hos patienter med DM.

2.1.2 cytokiner

studier med helblod, perifera mononukleära blodceller (Pbmc) och isolerade monocyter hos diabetiker måste delas in i studier med och utan stimulering. Utan stimulering har tumörnekrosfaktor a (TNF-Tubi) koncentrationer hos patienter med DM typ 1 , interleukin (IL) 6 koncentrationer hos patienter med DM typ 2 och IL-8 koncentrationer hos DM typ 1 och 2 patienter studerats. Förhöjda viloperioder för TNF-XXL, IL-6 och IL-8 hittades hos diabetespatienter jämfört med icke-diabetiska kontroller.

studier med Pbmc och isolerade monocyter hos diabetespatienter efter stimulering visar följande resultat: i en studie reducerades IL-1-sekretionen av Pbmc som svar på lipopolysackarid (LPS) i diabetiska (typ 1 och 2) Pbmc, medan TNF-Kazaki-svaret var detsamma som i kontrollcellerna. I en annan studie visade monocyter av DM-typ 1-patienter en signifikant lägre produktion av IL-1 och IL-6, men återigen mättes inga skillnader i TNF-askorbinkoncentrationer efter stimulering med LPS jämfört med monocyter av DM-typ 2-patienter och icke-diabetiska kontroller . Möjligen försvann det mesta av TNF-GHz redan efter inkubationsperioden på 24 timmar . Varken glukos eller insulin visade någon effekt på produktionen av IL-1 eller IL-6 i isolerade monocyter, så den minskade produktionen efter stimulering med LPS verkade vara en inneboende cellulär defekt hos diabetiska celler. Det är möjligt att det förhöjda vilovärdet för diabetiska celler leder till induktion av tolerans mot stimulering, vilket resulterar i lägre cytokinsekretioner efter stimulering. Detta fenomen har redan beskrivits i icke-diabetiska celler .

studier av cytokinutsöndring av Pbmc av icke-diabetiska patienter efter tillsats av olika glukoskoncentrationer har visat jämförbara resultat som studier med diabetiska celler. En studie visade att efter tillsatsen av olika glukoskoncentrationer visade ostimulerade monocyter av nondiabetika ett ökat TNF-Kazaki och IL-6-Svar. En annan studie visade att efter pokeweed mitogen stimulering hittades lägre IL-2, IL-6 och IL-10 koncentrationer efter tillsats av glukos (med en dos-responseffekt). Eventuellt kan induktionen av tolerans, som beskrivs ovan, också förklara dessa resultat. Med andra ord leder närvaron av glukos till en högre vilande cytokinproduktion; efter stimulering försämras emellertid denna cytokinproduktion jämfört med situationen utan glukos. Ett annat ämne som kan spela en roll i den ökade basala cytokinsekretionen är de avancerade glykationslutprodukterna (åldrar, som är produkter av glukos och lysin eller argininrester). En ökad åldersbildning sker hos dåligt reglerade diabetespatienter . Olika studier har visat att bindning av dessa åldrar till icke-diabetiska celler, utan stimulering, leder till en ökad cytokinproduktion , så det verkade som om den ökade bildningen av dessa åldrar hos diabetiker kan vara ansvarig för den ökade basala cytokinsekretionen.

2.1.3 hyperglykemi/glukosuri

efter 1985 who−kriterierna definieras DM som en fastande glukoskoncentration på minst 7, 8 mmol l-1 eller en 2−h glukoskoncentration på 11, 1 mmol l-1 eller högre . Som ett resultat av detta har patienter med DM (även med medicinering) ofta hyperglykemi. Denna hyperglykemiska miljö kan förbättra virulensen hos vissa mikroorganismer. Ett exempel är Candida albicans, som uttrycker ett ytprotein som har stor homologi med receptorn för komplementfaktor 3b (CR3). Normalt sker opsonisering av mikroorganismer genom bindning av komplementfaktor 3b (C3b). Receptorer på fagocytiserande celler känner igen denna bundna C3b och fäster och initierar därmed intag och dödande. I en hyperglykemisk miljö, uttrycket av det receptorliknande proteinet av C. albicans ökas, vilket resulterar i konkurrenskraftig bindning och hämning av den komplementmedierade fagocytosen . Ett annat exempel är närvaron av glukosuri, som finns hos dåligt reglerade patienter. Vi visade att glukosuri ökar bakterietillväxten av olika Escherichia coli-stammar, vilket förmodligen spelar en roll i den ökade förekomsten av urinvägsinfektioner hos diabetespatienter.

så det verkade som om en optimal diabetesreglering kan minska virulensen hos vissa patogena mikroorganismer.

2.1.4 andra serumfaktorer

in vitro-tester som analyserar funktionerna hos icke-diabetiska polymorfonukleära celler (PMNs) utförs genom att inkubera dessa celler med plasma härledd från patienter med DM. Dessa defekter är inte korrelerade med mängden glukos som finns i plasma . Ett exempel är den ökade vidhäftningen av pmns hos icke-diabetiska patienter till bovint aortaendotel i närvaro av diabetisk plasma . Denna ökade vidhäftning leder troligen till en minskning av diapedes och exudatbildning av PMNs . Frågan uppstår vilken faktor i diabetiskt serum som är ansvarig för skillnaden som nämns ovan. Det har föreslagits att åldrar spelar en roll. Eftersom bildandet av åldrar ökar hos dåligt reglerade patienter verkade det som om en optimal diabetesreglering möjligen kan förbättra värdresponsen.

ett annat ofta nämnt ämne i patogenesen av infektioner hos diabetespatienter är zink. Låga zinknivåer i plasma har rapporterats hos patienter med DM typ 1 och typ 2 . I en annan studie hittades dock inga skillnader i zinknivåer mellan diabetiker och icke-diabetiska personer . In vitro-studier beskrev ett stört lymfocytsvar och depression av kemotaxi hos diabetiska PMNs när zinkbrist var närvarande . Andra in vitro-studier med Pbmc hos icke-diabetiska patienter visade en förbättrad LPS-inducerad utsöndring av proinflammatoriska cytokiner efter tillsats av zink . Med tanke på motsägelsefulla epidemiologiska data om zinkbrist hos DM-patienter är den kliniska relevansen av ovan nämnda in vitro-resultat i patogenesen av infektioner hos diabetespatienter fortfarande oklar.

Sammanfattningsvis minskar vissa medfödda (cytokiner, komplement) humorala immunfunktioner och vissa förblir desamma hos patienter med DM jämfört med de utan DM.

2.2 cellulär medfödd immunitet — PMNs

2.2.1 kemotaxi

en signifikant lägre kemotaxi har hittats hos pmns hos diabetespatienter (typ 1 och typ 2) än hos kontrollerna . Vi kunde dock inte visa denna skillnad i vår studie där vi studerade PMN-funktion hos kvinnor med DM och asymptomatisk bakteriuri jämfört med icke-bakteriella diabetiska kvinnor och friska kontroller . Alla studier använde serum från friska kontroller. Det är möjligt att de olika stimuli (zymosan, komplement) av PMNs och skillnaderna i patientegenskaper (varaktighet, reglering och komplikationer av DM, DM typ 1 eller DM typ 2) i ovan nämnda studier kan förklara dessa motstridiga resultat. Ingen korrelation hittades mellan glukoskoncentration eller hemoglobin A1c (HbA1c, som är en serummarkör för reglering av DM) – nivån och de kemotaktiska svaren, även om en studie visade en ytterligare minskning av kemotaxi hos patienter med hyperglykemi . Intressant visade en av de andra studierna att de kemotaktiska svaren hos PMNs inte förändrades efter inkubationen av antingen glukos eller insulin, men återvände till normala värden efter inkubationen med glukos och insulin tillsammans . Eftersom de flesta PMN-funktioner är energiberoende processer är en tillräcklig energiproduktion nödvändig för en optimal PMN-funktion. Glukos behöver insulin för att komma in i PMNs för att generera denna energi, vilket kan förklara förbättringen av det kemotaktiska svaret efter tillsatsen av dessa två ämnen.

2.2.2 vidhäftning

motstridiga data har rapporterats om in vitro-vidhäftning av diabetiska PMNs utan stimulering . Däremot har inga skillnader hittats mellan diabetiker och kontroll PMNs efter stimulering . Ingen korrelation hittades mellan plasmaglukos eller HbA1c och vidhäftning . I ett litet antal DM-typ 1-och DM-typ 2-patienter med obehandlad hyperglykemi ökade emellertid den minskade vidhäftningen av pmns till nylonfiberkolonner efter att hyperglykemin korrigerades . Naturligtvis är vidhäftning till nylonfiberkolonner inte detsamma som för endotelceller som ett första steg i inflammationsreaktionen. Men återigen verkade en bättre reglering av DM öka värdens svar.

2.2.3 fagocytos

pmns hos diabetespatienter har visat samma och lägre fagocytotisk kapacitet jämfört med pmns hos kontroller. Den genomsnittliga HbA1c-koncentrationen var lägre (bättre reglering) hos patienter utan nedsatt fagocytos än hos dem med nedsatt fagocytos . En studie visade ett omvänt förhållande mellan HbA1c-nivåerna och den fagocytotiska hastigheten. En annan studie visade att den minskade fagocytosen förbättrades, men blev inte normal efter 36 h normoglykemi. Därför verkar det som om försämring av fagocytos finns i pmns isolerade från dåligt reglerade patienter och att bättre reglering av DM leder till en förbättrad fagocytotisk funktion.

2.2.4 oxidativ burst

kemiluminescens (CL) motsvarar utsläpp av ljus som direkt eller indirekt produceras under en kemisk reaktion. Detta fenomen används ofta för att utvärdera den oxidativa potentialen hos PMNs, en process under vilken fria radikaler syntetiseras tidigt i den fagocytotiska processen . CL korrelerar väl med antimikrobiell aktivitet och kan användas som ett mått på fagocytotisk kapacitet . Jämfört med kontroller var CL vid baslinjen högre eller densamma hos pmns hos diabetespatienter. Dessa studier visade också att CL av diabetiska PMNs efter stimulering var lägre än för kontroll PMNs. Det är möjligt att reaktionen av diabetiska PMNs till stimuli släckes som ett resultat av den högre vilande CL. I vår studie hittade vi inga skillnader i CL efter stimulering mellan diabetespatienter och kontroller. I allmänhet var dock patienterna i vår studie bättre reglerade än de i de tidigare studierna, vilket förmodligen kan förklara dessa olika resultat.

2.2.5 dödande

Data om bakteriedödande aktivitet hos diabetiska pmns har gett motstridiga resultat . I allmänhet är dock dödningskapaciteten hos diabetiska PMNs lägre än för kontroll PMNs. Återigen skillnader i antingen patientens egenskaper (se Avsnitt 2.2.1) eller de använda mikroorganismerna kan förklara dessa olika resultat. En nedsatt dödsfunktion hos diabetiska PMNs hittades i alla studier med användning av Staphylococcus aureus som mikroorganism , men inte i studierna där dödandet av C. albicans användes som mått. Dödandet försämrades i en studie som använde nondiabetiskt serum för opsonisering , men inte i en annan . Baserat på dessa studier kan vi således inte dra några slutsatser om effekten av nondiabetiskt serum på dödandet av diabetiska celler. Ingen korrelation hittades med glykemisk nivå, även om vissa studier har visat att bakteriedödande aktivitet förbättrades, men normaliserades inte efter att ha uppnått normoglykemi .

2.2.6 påverkan av infektioner

i en studie på vårt sjukhus kunde vi inte visa några skillnader i kemotaxi, fagocytos, CL och dödande mellan pmns av diabetiska kvinnor med bakteriuri, diabetiska kvinnor utan bakteriuri och icke-diabetiska kontroller. Vidare visade en tidigare studie inga skillnader i fagocytos och dödande mellan diabetespatienter med och utan återkommande infektioner . Så, dessa studier indikerar inte att förekomsten av infektioner påverkar PMN-funktioner.

Sammanfattningsvis beskrivs förutom några av de motstridiga resultaten i ovan nämnda studier olika störningar i diabetiker jämfört med kontroll PMN-funktioner. Den kliniska relevansen av dessa in vitro-studier är dock fortfarande osäker, främst på grund av skillnaderna i de utförda testerna. Det är möjligt att endast en kombination av defekter i PMN-funktioner spelar en roll in vivo. De flesta studier visar en förbättring av PMN-funktioner efter en bättre metabolisk reglering av DM.

2.3 cellulär medfödd immunitet — monocyter/makrofager

både nedsatt kemotaxi och fagocytos hos monocyterna hos diabetespatienter har beskrivits . Eftersom plasma från friska kontroller inte orsakar någon signifikant förändring i den fagocytotiska kapaciteten hos diabetiska monocyter , verkar det som om denna nedsatta funktion orsakas av en inneboende defekt i monocyterna själva.

ett lägre immunsvar hos barn med DM typ 1 jämfört med kontroller hittades efter intradermal (istället för intramuskulär) administrering av hepatit B-vaccinet . Det har föreslagits att detta Lägre svar troligen delvis är resultatet av en nedsatt makrofagfunktion i denna patientgrupp .

i kombination med den tidigare nämnda minskade produktionen av proinflammatoriska cytokiner efter LPS-stimulering hos DM typ 1-patienter verkade det som om monocyt/makrofagfunktioner försämras hos DM typ 1-patienter. Den patogena mekanismen förblir oklar. Ytterligare forskning måste göras för att förklara detta intressanta fenomen.

3 vidhäftning

vidhäftning av en mikroorganism till slemhinnor eller epitelceller är ett viktigt steg i patogenesen av infektioner. Värdrelaterade faktorer kan påverka denna vidhäftning. Till exempel har kvinnor med återkommande urinvägsinfektioner en större vidhäftning av E. coli till sina vaginala och buckala celler jämfört med kontroller .

C. albicans infektion finns ofta hos diabetespatienter. Eftersom infektion oftast föregås av kolonisering Aly et al. undersökte vilka riskfaktorer som ökade risken för Candida-transport hos diabetespatienter . Riskfaktorer för oral Candida-vagn hos patienter med DM typ 1 var en lägre ålder och en högre HbA1c-nivå (dålig reglering av DM). Kontinuerlig användning av proteser och närvaron av glukosuri (även en indikation på en dålig DM-reglering) ökade risken för Candida-vagn hos DM typ 2-patienter, det genomsnittliga antalet cigaretter som röktes per dag korrelerades med Candida-vagn i DM typ 1 och typ 2 grupperade tillsammans . Cameron et al. extraherade lipider från humana buckala epitelceller och fann, med användning av kromatogramöverlagringsanalyser, att vissa C. albicans-stammar binder till fukosinnehållande och andra C. albicans-stammar till n-acetylgalaktosaminhaltiga lipider extraherade från humana buckala celler. Författarna drar slutsatsen att förekomsten av flera adhesin-receptorsystem bidrar till virulensen hos C. albicans. Kolhydratkompositionen av receptorer spelar förmodligen en viktig roll i mottagligheten för infektioner. Det har visats att svårt sjuka patienter har en minskad mängd galaktos och sialinsyra på sina buccalceller, jämfört med minimalt sjuka patienter och friska kontroller. Utredarna nämnde att dessa receptorförändringar möjligen leder till en ökad vidhäftning av mikroorganismer och spelar en roll i den höga förekomsten av gramnegativ bakteriekolonisering i luftvägarna hos dessa patienter . Denna mekanism för ökad vidhäftning, på grund av en förändrad receptorkolhydratkomposition, är möjligen också närvarande hos diabetespatienter. Buccal celler från 50 diabetespatienter (DM typ 1 och typ 2) visade en ökad in vitro-vidhäftning av C. albicans jämfört med buccal celler från kontroller . En signifikant högre förekomst av Candida-infektion, men inte Candida-vagn, hittades också i denna patientgrupp (12% mot 0%) . Inga förhållanden hittades emellertid mellan frekvensen eller kvantiteten Candida och ålder, Varaktighet, reglering eller typ av DM . Denna ökade vidhäftning till diabetiska celler kan också spela en roll för andra mikroorganismer, till exempel vidhäftning av E. coli till uroepiteliala celler, vilket skulle förklara den ökade förekomsten av infektioner hos patienter med DM.

Sammanfattningsvis spelar störningar i cellulär medfödd immunitet en roll i patogenesen av den ökade förekomsten av infektioner hos DM-patienter (Tabell 1). I allmänhet leder en bättre reglering av DM till en förbättring av cellfunktionen. En andra viktig mekanism är den ökade vidhäftningen av mikroorganismen till diabetiska celler. Dessutom blir vissa mikroorganismer mer virulenta i en hög glukosmiljö.