Soluble adhesion molecules in preclinical type 1 diabetes

Abstract

Tyypin 1 diabetes on T-soluvälitteinen autoimmuunisairaus, jossa elimistön oma puolustusjärjestelmä tuhoaa haiman Langerhansin saarekkeiden insuliinia tuottavat beetasolut. Taudin puhkeamista edeltää jopa vuosia kestävä esidiabeettinen vaihe, jonka aikana beetasolut tuhoutuvat asteittain niin, että vain 10-20% insuliinia tuottavista soluista on enää jäljellä taudin puhkeamishetkellä. Insuliinin puutteen vuoksi verensokeri kohoaa ja tällöin on aloitettava elinikäinen insuliinikorvaushoito pistoksin. Suomalaiset lapset ja nuoret sairastuvat tyypin 1 diabetekseen useammin kuin muiden maiden lapset ja nuoret. Emme tiedä tähän syytä. Nykykäsityksen mukaan sekä perimä että ympäristötekijät vaikuttavat sairastumisalttiuteen. Vaikka sairastumisriskiä voidaan jo nykyisin arvioida varsin hyvin perintötekijöiden, elimistön puolustusjärjestelmän toimintaa kuvastavien ilmaisimien eli autovasta-aineiden sekä varhaisen insuliinivasteen avulla, on sairauden puhkeamisen ennustaminen yksilötasolla vielä puutteellista. Tehokas taudin ennustaminen on edellytys taudin ehkäisylle niin, että alkanut beetasolutuho pystyttäisiin tällöin mahdollisesti pysäyttämään ja diabeteksen puhkeaminen estämään.

Edellytyksenä autoimmuunireaktion käynnistymiselle on T-solujen siirtyminen kohdekudokseensa eli haiman Langerhansin saarekkeisiin. Keskeinen osa tässä tapahtumassa on adheesio- eli ns. tarttumismolekyyleillä, jotka ilmentyvät valkosolujen ja verisuonten endoteelisolujen pinnalla. Nykyisin tunnetaan suuri joukko adheesiomolekyylejä, ja niitä pystytään määrittämään myös liukoisessa muodossaan perifeerisestä verenkierrosta. Kohonneita pitoisuuksia on tavattu sekä autoimmuunisairauksissa että monissa muissakin tulehduksellisissa tiloissa.

Omassa työssäni tutkin liukoisten adheesiomolekyylien (sICAM-1 ja sL-selektiini) pitoisuuksia verenkierrossa esidiabeteksen eri vaiheessa olevilla lapsilla ja nuorilla. Keskeistä oli selvittää peilautuuko diabeettinen tautiprosessi kohonneina pitoisuuksina ja voitaisiinko näiden molekyylien avulla parantaa entisestään taudin puhkeamisen ennustettavuutta lapsilla ja nuorilla. sICAM-1 ja sL-selektiinipitoisuudet määritettiin ELISA-menetelmällä useilta sadoilta eri-ikäisiltä DiMe ja DIPP-tutkimukseen sekä pohjoissuomalaiseen koululaistutkimukseen osallistuneilta lapsilta ja nuorilta.

Emme havainneet yhteyttä sICAM-1-pitoisuuksien ja luokan II HLA-geenien määräämän tautialttiuden välillä mutta HLA-DQB1-genotyypillä voi olla vaikutusta L-selektiinipitoisuuksiin niin, että vähäisen perinnöllisen riskin omaavilla lapsilla ja nuorilla sL-selektiinitasot olivat korkeammat kuin korkeamman riskin omaavilla lapsilla ja nuorilla. Tämä ero tuli tosin esiin vain yksilöillä, joilla ei ollut ensimmäisen asteen tyypin 1 diabetesta sairastavaa sukulaista.

Beetasoluautoimmuniteetti itsessään ei liittynyt kohonneisiin sICAM-1 tai sL-selektiinipitoisuuksiin sillä vaikka korkean sairastumisriskin autovasta-aineprofiili eli positiivisuus useammalle kuin yhdelle autovasta-aineelle, korkea ICA-taso sekä IA-2A-positiivisuus assosioituivatkin kohonneisiin sICAM-1 ja sL-selektiinipitoisuuksiin lapsilla, joiden sisar oli aiemmin sairastunut tyypin 1 diabetekseen, emme voineet nähdä vastaavaa yhteyttä terveillä koululaisilla. Heillä autovasta-aineiden lukumäärä tai spesifisyys ei näyttänyt vaikuttavan adheesiomolekyylitasoihin, vaikkakin korkea sICAM-1-pitoisuus assosioitui korkeaan IA-2A-tasoon IA-2A-positiivisilla koululaisilla. sL-selektiinitasot olivat korkeampia koululaisilla, joiden varhainen insuliinivaste todettiin alentuneeksi verrattuna niihin, joilla tämä vaste oli normaali kuvastaen mahdollisesti voimakasta valkosoluaktivaatiota liittyen vaikeaan ja etenevään beetasolutuhoon.

Varhain alkava, etenevä beetasoluautoimmuniteetti, tai edes sairastuminen tyypin 1 diabetekseen viidenteen ikävuoteen mennessä, ei heijastunut kohonneina liukoisten adheesiomolekyylien pitoisuuksina perifeerisessä verenkierrossa kahden ensimmäisen ikävuoden aikana perinnöllisesti tyypin 1 diabetekselle alttiilla lapsilla vaikkakin serokonversio autovasta-ainepositiiviseksi peilautui kolmen kuukauden ajan kohonneina sL-selektiinitasoina. Tyypin 1 diabetekseen sairastuneiden lasten sisaruksilla totesimme kohonneet sICAM-1-tasot 6-48 kuukautta ennen sairastumishetkeä mikä saattaa kuvastaa menossa olevaa immuuniaktivaatiota ja/tai kudostuhoa tänä aikana liittyen beetasolutuhoon. Toinen mahdollisuus voisi olla elimistön puolustuksellinen reaktio beetasolutuhon hillitsemiseksi. Kuitenkin sekä tautiin sairastuneilla että seurannan aikana terveinä pysyneillä lapsilla ja nuorilla liukoisten adheesiomolekyylien pitoisuudet vaihtelivat huomattavasti koko seurannan ajan niin, että niiden avulla ei pystytty ennustamaan sairastuvia riittävän hyvin. Tämä huomattava yksilöiden välinen, mutta myös sisäinen vaihtelu, tuli esiin myös perinnöllisesti tyypin 1 diabetekselle alttiilla pienillä lapsilla viitaten siihen, että monet beetasoluautoimmuniteettiin liittymättömät ja tässä työssä vakioimattomat seikat vaikuttavat näiden molekyylien tasoihin perifeerisessä verenkierrossa. Näin ollen sICAM-1 tai sL-selektiinipitoisuuksien määrittämisestä ei näyttäisi olevan käytännön hyötyä tyypin 1 diabeteksen ennustamisessa lapsilla ja nuorilla.

The aim of this work was to characterize the active autoimmune process preceding the clinical manifestation of human type 1 diabetes, both familial and non-familial, based on the quantification of circulating concentrations of sICAM-1 and sL-selectin, which are established markers of endothelial and leukocyte activation. We also aimed at assessing whether these markers could be used to discriminate between disease progressors and non-progressors, in order to improve the prediction of type 1 diabetes on an individual basis in children and adolescents. sICAM-1 and sL-selectin concentrations were analysed with specific ELISA kits. The subjects were derived from the nationwide Childhood Diabetes in Finland (DiMe) study, the Finnish Type 1 Diabetes Prediction and Prevention (DIPP) study and from the study of beta-cell autoimmunity in schoolchildren in northern Finland.

We did not observe any relationship between sICAM-1 and HLA class II-conferred susceptibility to type 1 diabetes, but sL-selectin concentrations were higher in autoantibody-negative schoolchildren carrying HLA-DQB1 genotypes conferring low or decreased risk for type 1 diabetes.

Autoimmunity per se is not associated with elevated concentrations of sICAM-1 or sL-selectin. Autoantibodies with strong predictive value, i.e. multiple autoantibodies, high ICA levels and positivity for IA-2A, are related to increased concentrations of soluble adhesion molecules in familial type 1 diabetes, but not in non-familial cases, indicating that these markers only partly overlap with conventional humoral immune markers, i.e. autoantibodies against islet cell antigens. They may reflect other characteristics of the autoimmune process, although intra-individual and inter-individual variation is substantial, indicating that there are several other unrelated factors affecting the concentrations of soluble adhesion molecules in the peripheral circulation. Increased concentrations of sL-selectin in subjects with impaired beta-cell function may reflect leukocyte activation associated with destructive insulitis.

Early-onset progressive beta-cell autoimmunity, or even progression to clinical type 1 diabetes by the age of 5 years, is not reflected in overall increased concentrations of soluble adhesion molecules in the peripheral circulation during the first 2 years of life in children with increased HLA-conferred disease susceptibility, although elevated concentrations of sL-selectin were found to be temporally associated with seroconversion to autoantibody positivity. The older children representing familial type 1 diabetes presented with increased levels of sICAM-1 6-48 months before diagnosis, which may reflect immune activation and/or tissue destruction going on in the progressors. Alternatively it may be a defensive attempt to reduce aggressive insulitis. The substantial overlapping in the circulating levels of soluble adhesion molecules between the progressors and non-progressors on all occasions implies, however, that peripheral sICAM-1 and sL-selectin concentrations cannot provide a clinically meaningful tool for differentiating those children who will develop clinical type 1 diabetes from those who will remain non-diabetic.