Monogenní formy autoimunitního diabetu jako součást dysregulace imunitního systému

Overview

Diabetes 1.
typu (T1D), vznikající na podkladě kombinace polygenní dědičnosti a vlivu prostředí, se vyskytuje u 95 % všech dětí s diabetem. Monogenní formy autoimunitního diabetu byly donedávna považovány za extrémně vzácné, ale v posledních letech se čím dál častěji objevují zprávy o tom, že mezi dětmi s „běžnou“ formou T1D se skrývají pacienti, jejichž diabetes je způsoben změnou v jediném genu. Tyto změny vedou k dysregulaci imunitního systému s rozvojem autoimunitních onemocnění včetně diabetu.

Mezi kandidátní geny pro monogenní formu autoimunitního diabetu patří gen AIRE způsobující APS-1, gen FOXP3 zodpovědný za IPEX syndrom a IL2RA, jehož mutace mají za následek syndrom IPEXu podobný. Mutace v genech STAT3, CTLA4, LRBA nebo STAT1 jsou popisovány u pacientů, kde se T1D častěji kombinuje s autoimunitní cytopenií (neutropenií, trombocytopenií či autoimunitní hemolytickou anémií). Velmi vzácné jsou mutace v genu ITCH, který způsobuje multisystémové autoimunitní onemocnění.

Správná a včasná diagnostika monogenních forem autoimunitního diabetu je zásadní pro volbu kauzální léčby, kterou může v některých případech být i alogenní transplantace kostní dřeně.

Klíčová slova:
autoimunitní diabetes, APS-1, STAT3, CTLA4, AIRE, monogenní diabetes

ÚVOD

Diabetes mellitus je jedno z nejzávažnějších a nejčastějších onemocnění postihující v České republice až 7 % populace. Z hlediska etiologie se diabetes mellitus dělí na diabetes 1. typu (T1D), který je způsobený autoimunitní destrukcí beta buněk, diabetes 2. typu (T2D), který je nejčastěji spojován s inzulinovou rezistencí a vyšším věkem při manifestaci diabetu, gestační diabetes a ostatní specifické typy diabetu, mezi které patří např. diabetes způsobený geneticky podmíněnou poruchou funkce beta buněk. V dětském věku se nejčastěji vyskytuje T1D (až u 95 % všech dětí s diabetem).

Předpokládá se, že na vzniku T1D se z 50 % podílejí genetické faktory a z 50 % jsou to vlivy prostředí [1]. T1D je z genetického hlediska typické polygenní onemocnění způsobené kombinací nosičství rizikových alel HLA II. třídy a polymorfismů v dalších kandidátních genech, které riziko vzniku T1D modifikují [2].

Autoimunitní diabetes je způsoben ztrátou tolerance buněk imunitního systému k vlastním buňkám organismu vedoucí k selektivní destrukci beta buněk Langerhansových ostrůvků pankreatu. Postupná destrukce vede ke snížení až k úplné ztrátě produkce inzulinu s následným rozvojem diabetu a nutností celoživotní léčby inzulinem [3]. Autoimunitní formy diabetu, které vznikají na monogenním podkladě, byly donedávna považovány za extrémně vzácné. V posledních letech se však objevují zprávy o tom, že mezi dětmi s „běžnou“ formou T1D jsou pacienti, kteří mají autoimunitní diabetes způsobený mutací v jednom konkrétním genu zapojeném do regulační kaskády některých imunitních buněk a jehož porucha vede k dysregulaci imunitního systému a rozvoji řady autoimunitních nemocí. Mechanismus příčin monogenních autoimunitních onemocnění v endokrinním systému je zobrazen na obrázku 1.

První popsané formy monogenně podmíněného autoimunitního diabetu zahrnují diabetes vzniklý u dětí s autoimunitním polyglandulárním syndromem typu 1 (APS-1) způsobený nosičstvím mutací v genu AIRE [4] a se zvláštní formou novorozeneckého diabetu označovanou jako IPEX syndrom (Immune dysregulation, polyendocrinopathy, enteropathy, X-linked) [5].

Genů, jejichž poruchy by mohly způsobovat dysregulaci imunitního systému vedoucí k rozvoji autoimunitních nemocí, je mnoho [6]. Vzhledem k tomu, že se jedná o vzácná onemocnění, vychází popis fenotypu často z jednotlivých kazuistik. Autoimunitní diabetes se může objevovat jak velmi časně (v novorozeneckém věku), tak později v průběhu dětství. I když je diabetes častou součástí autoimunitních projevů deregulace imunitního systému, nemusí se vyskytovat vždy [7, 8]. U některých stavů je častější (např. je typickou součástí syndromu IPEX), jindy se vyskytuje spíše vzácně (např. u mutací v genech STAT1 nebo LRBA).

Pro klinickou diagnostiku pacientů je nejdůležitější nápadná kombinace autoimunitního diabetu s rozvojem dalších autoimunitních nemocí nebo jiných nápadných projevů poruch imunity, mezi které patří: časně vznikající autoimunitní tyreoiditida [9], autoimunitní cytopenie (leukopenie, autoimunitní hemolytická anémie (AIHA), trombocytopenie) [10], velmi časně vznikající chronické střevní zánětlivé onemocnění (VEO-IBD) [11], rozsáhlé ekzémy, autoimunitní hepatitida, plicní fibróza nebo kloubní onemocnění revmatoidního charakteru [6]. Někdy může klinický obraz komplikovat imunodeficit projevující se recidivujícími infekty. Velmi důležitým projevem je tendence k malému vzrůstu těchto dětí [12] (tab. 1).

Včasná diagnostika nemoci na molekulární úrovni má pro pacienta zásadní význam:

1. Umožní volit kauzální léčbu zasahující do porušené regulace imunitního systému (např. použití léku Abatacept [13] nebo časnou indikaci k transplantaci kostní dřeně [14, 15]). Cílená léčba může zcela zvrátit často velmi nepříznivou životní prognózu těchto pacientů.
2. Umožní cíleně pátrat po možných sdružených onemocněních, diagnostikovat a léčit je ještě před závažným postižením orgánů.

Hlavními kandidátními geny, které by mohly být příčinou vzniku monogenní formy autoimunitního diabetu, jsou AIRE, FOXP3, IL2RA, CTLA4, STAT3, STAT1, LRBA, ITCH. Umístění v genomu, jejich funkce a typ dědičnosti jsou znázorněny v tabulce 1.

AIRE

Kritickou roli v udržování autotolerance imunitních T lymfocytů má na starosti gen známý jako autoimunitní regulátor (AIRE). AIRE je hlavně exprimován v epiteliálních buňkách thymu, ale i v monocytech, lymfatických uzlinách a slezině. Jde o transkripční faktor, který reguluje expresi tkáňově specifických antigenů a negativní selekci autoreaktivních T lymfocytů, hlavně jejich schopnost rozpoznávat vlastní buňky jednotlivých tkání [16].

AIRE je zodpovědný za vzácné, autosomálně recesivně dědičné onemocnění APECED (autoimunitní polyendokrinopatie – kandidóza – ektodermální dystrofie), také známé jako APS-1. Mutace v genu AIRE vedou ke ztrátě tolerance k vlastním buňkám, k destrukci buněk endokrinních orgánů a následně k rozvoji autoimunitních nemocí. Do typického klinického obrazu patří mukokutánní kandidóza, hypoparatyreóza a Addisonova choroba. Další autoimunitní onemocnění mohou obraz nemoci modifikovat: autoimunitní hepatitida, střevní malabsorpce, alopecie, vitiligo a další [17]. Ve 2–23 % případů je onemocnění spojeno se vznikem diabetu, který se klinicky neliší od T1D. O rozvoji autoimunitního diabetes mellitus u těchto pacientů nicméně rozhodují zřejmě i další faktory – např. oblast HLA DQB1*0602 má protektivní charakter podobně jako u běžné populace.

V české populaci vzniká APS-1 naštěstí jen sporadicky. Všichni dosud diagnostikovaní čeští pacienti nesou mutaci p.Arg257Ter v exonu 6 v genu AIRE [18]. Kauzální léčba APS-1 neexistuje. U postižených dětí spočívá v hormonální náhradě poškozených endokrinních tkání a symptomatické léčbě. I přes optimální péči je délka života většiny pacientů bohužel zkrácená. Využití transplantace kostní dřeně či konkrétních buněk z ní se testuje zatím na myších modelech [18].

FOXP3

Druhým popsaným genem v poznání monogenních forem autoimunitního diabetu je gen FOXP3, jehož mutace způsobují X-vázaný IPEX syndrom. FOXP3 (forkhead box p3) je transkripční faktor převážně exprimovaný v Treg (T regulační lymfocyty) buňkách, které jsou důležité pro udržení imunitní tolerance. Tento transkripční faktor se skládá ze čtyř domén (prolin bohatá N-terminální doména, zinc finger, leucinový zip důležitý pro protein-proteinovou interakci a FKH domény) a jedné smyčky (LZ-FKH loop) [19]. Pokud je funkce genu narušena, dochází ke snížení exprese proteinu, to vede k rozvoji IPEX syndromu.

IPEX syndrom je X-vázané recesivní onemocnění, proto jsou postiženi pouze muži a ženy jsou přenašečky. V rodinné anamnéze především upoutá výskyt závažného onemocnění u chlapců v kojeneckém věku, často spojené s časným úmrtím. Klinické projevy se objevují brzy po narození – dominuje především (často již v novorozeneckém věku) manifestace diabetes mellitus s vysokým titrem autoprotilátek. V dalším průběhu se rozvíjí autoimunitní tyreoiditida, rozsáhlé ekzémy a následně závažné neprospívání způsobené enteropatií s průjmy. V krvi je přítomna trvalá aktivace autoagresivních T lymfocytů CD4⁺.

Bez léčby umírali pacienti nejpozději v batolecím věku.  Dnes je díky molekulárně genetickému vyšetření možné stanovit diagnózu velmi časně a indikovat dítě k alogenní transplantaci kostní dřeně, která je jedinou kauzální možností léčby. Z publikovaných prací se ukazuje, že čím časněji se transplantace indikuje a provede, tím větší je šance na remisi onemocnění [15, 20, 21].

IL2RA

Podjednotka interleukin 2 receptor α (IL2RA) je umístěna na buněčném povrchu T lymfocytu, který na sebe váže cytokin IL-2. Má důležitou funkci při přijímání signálu od cytokinů v JAK/STAT signální dráze. Je konstitutivně exprimován v Treg buňkách a díky navázání ligandu IL-2 zajišťuje jejich růst a přežití [22]. V roce 2007 byl poprvé popsán případ osmiletého chlapce, u kterého se manifestoval diabetes ve věku 6 týdnů a byl u něj diagnostikován IPEX-like syndrom. Podobně jako v případě klasického IPEX syndromu se brzy přidaly průjmy a rozsáhlý ekzém. Následně se rozvinula autoimunitní tyreoiditida a AIHA [23].

Kromě kauzálních mutací v genu IL2RA se často studují i nepatogenní polymorfismy asociované s T1D, jako jsou rs706778, rs11594656 a rs2104286 [24–26].

CTLA4

Dalším kandidátním genem, jehož mutace se podílejí na vzniku monogenní formy autoimunitního diabetu, je cytotoxický T lymfocyt-asociovaný protein 4 (CTLA4). Je to proteinový receptor ve vysoké míře exprimovaný v Treg buňkách. Gen CTLA4 je esenciálním negativním regulátorem pro homeostázu T lymfocytů a jejich schopnosti periferní tolerance. Váže se na CD80/86 ligand (sdílený ligand s receptorem CD28) umístěný na povrchu antigen prezentujících buněk (APC), čímž dojde k útlumu aktivace T lymfocytů. CTLA4 je lokalizován na 2. chromosomu ve stejném regionu jako gen CD28, který má protikladnou funkci a stimuluje signál v Treg buňkách [27, 28]. Gen CTLA4 je v genetice T1D znám již dlouho. Jeho poměrně často se vyskytující polymorfismus p.Thr17Ala [29, 30] patří mezi modifikující faktory v riziku rozvoje polygenního T1D.

Heterozygotní mutace v tomto genu jsou mnohem vzácnější. Způsobují CTLA4 deficienci, která má za následek především rozvoj autoimunitních cytopenií. V klinickém obraze dominuje přítomnost mnohočetných autoimunit, jako jsou trombocytopenická purpura, AIHA, autoimunitní neutropenie, častěji se vyskytuje také autoimunitní tyreoiditida a T1D.

U pacientů s geneticky diagnostikovanou ztrátou funkce CTLA4 genu je indikovaná kauzální terapie pomocí léku Abatacept (rekombinantní CTLA-4/Ig protein). Abatacept nahrazuje ztracenou funkci CTLA4 receptoru a snižuje autoreaktivitu T lymfocytů k vlastním buňkám [13]. Nicméně léčba má i řadu nežádoucích účinků, které mohou stav komplikovat. V krajních případech může být jediným léčebným přístupem transplantace kostní dřeně [31].

STAT3

Důležitým regulátorem imunitního systému je transkripční faktor STAT3 (signal transducer and activator of transcription 3). Je zodpovědný za zprostředkování přenosu signálu od cytokinů z buněčné membrány do jádra. Má důležitou roli v JAK/STAT signální dráze. Patří do rodiny STAT proteinů. Po aktivaci JAK kinázy navázáním cytokinů na receptor dojde k fosforylaci STAT proteinů. Klasická JAK/STAT signální dráha funguje tak, že na membráně sedí cytokinový receptor s asociovanou JAK kinázou. Potom, co se na něj naváže příslušný cytokin, dojde k aktivaci kinázy a fosforylaci receptoru, což vede k aktivaci transkripčního faktoru STAT, který se přemístí do jádra a spustí expresi konkrétních genů. STAT3 je aktivován pomocí cytokinového receptoru IL-6 (klasický aktivátor STAT3) [32].

Dosud nalezené varianty v genu STAT3 mají pestrý fenotyp, který se liší podle charakteru mutace. Zárodečné aktivační mutace byly popsány u pacientů s velmi časným nástupem autoimunitních cytopenií, tendencí k hepatosplenomegalii a zvětšení lymfatických uzlin. Pacienti mají malý vzrůst a zvýšenou predispozici k mykobakteriálním a ostatním infekcím. Do klinického obrazu patří u některých pacientů také autoimunitní diabetes [7, 12, 33, 34]. Naopak inaktivační mutace vede k HyperIgE syndromu, který je charakterizován jako primární imunodeficit se zvýšenou produkcí IgE, deficiencí Th17, poškozením kostí a vývoje zubů [35–37]. Úplně odlišná je skupina somatických mutací v genu STAT3, které se vyskytují u onkologických onemocnění, jako jsou lymfocytární leukémie, myelodysplastický syndrom a aplastická anémie [38, 39].

STAT1

Do rodiny proteinu STAT patří také STAT1 (signal tranducer and activator of transcription 1), který je dalším z transkripčních faktorů. Funguje na stejném principu jako STAT3, jen je navíc schopný vázat interferon gama. Jeho role je jak ve vrozené, tak v adaptivní imunitě, v odpovědi na virové a bakteriální patogeny. Má důležitou funkci v signální kaskádě u interferonů α, β i γ [40].

STAT1 deficience má heterogenní genetické i klinické projevy, proto je těžká její diagnostika. Dědičnost může být autosomálně dominantní i recesivní. Většina pacientů se manifestuje imunodeficitem s časnou chronickou mukokutánní kandidózou, mají častý výskyt bakteriálních a virových infekcí, enteropatii, autoimunitní tyreoiditidu a velmi vzácně také T1D [41]. Tyto imunodeficity mají velmi heterogenní projevy a u pacientů se mohou projevit jen některé symptomy.

LRBA

V roce 2015 byla poprvé popsána souvislost mutací v genu LRBA s rozvojem autoimunitního diabetu [42]. LRBA (lypopolysaccharide-responsive beige-like anchor) reguluje expresi genu CTLA4 a má důležitou roli v signální dráze CTLA4.

Autoimunitní porucha na podkladě změny v genu LRBA je autosomálně recesivní onemocnění a je tedy větší pravděpodobnost výskytu v příbuzenských sňatcích než v běžné populaci [42, 43]. Bialelické mutace v LRBA způsobují CVID-8 (common variable immunodeficiency-8). U pacientů s imunologickou dysregulací CVID-8 se v dětském věku objevují časté respirační infekty a dochází k rozvoji různých autoimunit, jako je idiopatická trombocytopenní purpura (ITP), AIHA a velmi časné střevní zánětlivé onemocnění [11, 44, 45], které může vést k obtížně zvladatelnému neprospívání dítěte. T1D je spíše raritním projevem podobně jako malý vzrůst [8]. Nedávno však byly popsány případy autoimunitního novorozeneckého diabetu vzniklého na podkladě homozygotní mutace v genu LRBA. Současně pacienti rozvinuli další autoimunitní onemocnění, jako je trombocytopenie, enteropatie, autoimunitní tyreoiditida, celiakie a chronické průjmy. Tři pacienti zemřeli kvůli následným komplikacím (krvácení do mozku, septický šok, nefroblastom) [46].

Po stanovení genetické diagnózy mohou být pacienti s mutací v genu LRBA léčeni pomocí léku Abatacept, další možností je opět alogenní transplantace kostní dřeně [47].

ITCH

Jedním z nejnovějších kandidátních genů hrajících možnou roli v rozvoji monogenní formy T1D je ITCH. Gen ITCH kóduje ubiquitin ligázu, která připojuje ubiquitin na proteiny a tím dává signál k jejich degradaci. Ztráta funkce tohoto genu vede k nekontrolované aktivaci efektorových T lymfocytů, které spustí autoimunitní reakci [48].

Dosud byla popsána varianta c.394dupA v souvislosti s multisystémovým autoimunitním onemocněním v rodině Amišů, ve které byly časté příbuzenské sňatky. Onemocnění se projevuje kombinací autoimunit, jako jsou např. T1D, autoimunitní hepatitida, autoimunitní postižení střeva a tyreoiditida [48].

ZÁVĚR

Monogenní formy diabetes mellitus 1. typu jsou velmi vzácnou, ale o to závažnější formou diabetu. Jsou jedním z projevů dysregulace imunitního systému. Klinicky na sebe upozorní především souběhem více autoimunitních onemocnění, které mají společného vyvolavatele. Molekulárně genetické vyšetření dokáže v mnoha případech odhalit příčinu dysfunkce imunitního systému a díky tomu nasměrovat lékaře ke kauzální léčbě. Včasně indikovaná léčba pak může nejen zastavit rozvoj dalších autoimunitních projevů, ale často zvrátit jinak nepříznivou prognózu pacienta.

Vzhledem ke komplexitě genů ovlivňujících imunitní systém je často nutné vyšetřit mnoho genů najednou. Jednou z velmi slibných molekulárních metod pro takové vyšetření je celoexomové sekvenování, které dokáže identifikovat změny v tisících genů. Vhodným filtrováním a pečlivým rozborem nalezených variant je pak možné odhalit příčinu nemoci na genové úrovni.

V České republice je možnost diagnostikovat monogenní formy diabetu díky unikátnímu projektu, jehož cílem je hledat příčiny vzniku diabetu u dětí. Molekulárně genetická diagnostika monogenní formy autoimunitního diabetu je v České republice dostupná v Laboratoři molekulární genetiky (www.lmg.cz) Pediatrické kliniky 2. lékařské fakulty Univerzity Karlovy a Fakultní nemocnice Motol a je podpořena grantem GAUK 216217 a Projektem konceptuálního rozvoje výzkumné organizace č. 00064203/6001 Ministerstva zdravotnictví České republiky.

Korespondenční autor:

Doc. MUDr. Štěpánka Průhová, Ph.D.

Pediatrická klinika 2. LF UK

 a FN Motol

V Úvalu 84

150 06 Praha 5

e-mail: stepanka.pruhova@fnmotol.cz