Hypoglykemian monimuotoinen etiologia

Transkriptio

1 Hypoglykemian monimuotoinen etiologia - beetasolututkijan näkökulma Timo Otonkoski HYKS lasten ja nuorten sairaala Biomedicum Helsinki

2 Glukoosimetabolia Glukoosin tuotto absorptio glykogenolyysi glukoneogeneesi (maksa) Glukoosin käyttö aivot lihaskudos rasvakudos muut kudokset

3 Hypoglykemian määritelmä plasman glukoosipitoisuus alle 2.8 mmol/l oireet, jotka häviävät glukoosipitoisuuden noustessa

4 Hypoglykemian oireet Autonomiset Neuroglukopeeniset Sydämentykytys Hikoilu Vapina Ihon kalpeus Levottomuus Ärtyneisyys Näläntunne Päänsärky Väsymys Aloitekyvyttömyys Keskittymiskyvyn puute Näköhäiriöt Huimaus Muistihäiriöt Käyttäytymishäiriöt Tuntohäiriöt Sekavuus Kouristelu Tajuttomuus

5 Glukoosin säätelijät Insuliini (4.6 mm) Glukagoni (3.8 mm) Adrenaliini (3.8 mm) Kasvuhormoni (3.7 mm) Kortisoli (3.2 mm) Glukoosi autoregulaatio (<2.8 mm)

6 Hypoglykemian syyt Liiallinen insuliinivaikutus synnynnäinen hyperinsulinismi (CHI) insuliinia tuottavat kasvaimet iatrogeeninen Alentunut glukoosintuotanto glykogenolyysi/glukoneogeneesi monogeeniset defektit, maksasairaudet Counter-regulaation defekti hypopituitarismi / lisämunuaisinsuffisienssi Hyvänlaatuinen ketoottinen hypoglykemia ( accelerated starving )

7 Mitä beetasolu tekee? food intake glucose Glucose transporter glucokinase mitochondria pyruvate GLP1 GIP Incretin receptors Metabolic signals Acyl CoA ATP NADPH camp MAPkinases insulin release

8 Beetasolu mittaa glukoosia ja välttää anaerobista glykolyysiä food intake glucose pyruvate pyruvate LDH lactate Acyl CoA ATP NADPH Insulin release

9 glucose GLUT2 glucokinase G6P ATP ATP Insulin + Diatsoksidi + K ATP channel K + - Ψ sulfonyyliureat (tolbutamidi) Ca calcium channel - - nifedipiini somatostatiini

10 Synnynnäinen hyperinsulinismi (CHI) 1. Vika solukalvolla (ionikanavissa) - K-ATP CHI glucose G6P glucokinase 2. Väärät metaboliset signaalit - HI-HA, GCK-CHI, EIHI ATP AT Insulin Ca ++ K + Ψ calcium channel K ATP channel

11 Beetasolun K ATP kanavan vikojen spektri Synn. hyperinsulinismi Normaali lisäänt. tyypin 2 DM riski Synn. diabetes synn. diabetes + neurol. oireet E23K R201H V59M Q52R kanavan aktiivisuus HYPO- NORMO- HYPERGLYKEMIA

12 K ATP CHI CHI insidenssi n. 1:50,000. Savossa ad 1:3200. Ainakin 50% johtuu KATP-geenien (ABCC8= SUR1; KCNJ11 = Kir6.2) mutaatioista

13 Hanna Huopion väitöskirja CHI potilasta 9/44 diagnoosi vastasyntyneisyyskauden jälkeen imeväisiässä 4/9 ilmeinen neurologinen ongelma SUR1 tai Kir6.2 -mutaatio 60% tapauksista kaksi SUR1 founder mutaatiota yksi vaikea glukokinaasimutaatio

14 Yksi SUR1 geenin mutaatio selittää suurimman osan suomalaisista vaikeista hyperinsulinismi-tapauksista V187D carriers No identified mutations Otonkoski et al. Diabetes 1999; 48: V 187 D N (Birth wt±sd) I ns / glu c ( m U/mM ) Pa n c re at ec tomy -/ ± ± 6 2/9 ( 22 %) + / ± ± 18 9/9 ( 100 %)** + / ± 0.6* 54 ± 16 6/6 ( 100 %)** Mutaatio-diagnostiikka tarjolla Kuopiossa (

15 K ATP -CHI: 2 muotoa Diffuusi Fokaali % tapauksista Kaikki saarekkeet toimivat poikkeavasti geenimutaatio (Sur1, Kir6.2, GDH, GCK) osoitettavissa n. 50 % tapauksista, Suomessa > 50 % Lääkehoito: Diatsoksidi, Somatostatiini, Jos ei tehoa: 95 % pankreatektomia Myöhemmin: diabetes % tapauksista Pieni osa haimaa hyperfunktionaalinen, muuten normaali Fokaalinen adenomatoottinen hyperplasia

16 Fokaalisen hyperinsulinismin syntymekanismi chr 11p15 P57 Kip2 H19 Maternally expressed growth suppressor genes p57kip2 IGF-2 Paternally expressed growth stimulating gene Pat Mat SUR1 Kir 6.2 paternal mutation in K-ATP channel gene loss of K-ATP channel function continuous insulin release in focal HI Endocrine hyperplasia p57kip2 in normal islets insulin

17 Esimerkkitapaus lasten päivystyksestä 6 kk ikäinen tyttö, jolla ollut itkuisuutta, mutta muuten terve. Nyt ollut vrk:n verran lievää vatsatautia ja ruokahaluttomuutta. Tuodaan kouristuksen ja sitä seuranneen oksennuksen vuoksi. Verensokeri pikamittarilla kouristuksen jälkeen Low.

18 Hypoglykemian aikaiset laboratoriotutkimukset Kriittinen näyte (Pkl:lle tullessa klo 24): B-gluk 2.4 (huom: pikamittarit vain seulontaan!) B-OH-But mmol/l S-ins 5 mu/l (viitearvo 2-20) s-korsol 150 nmol/l ( ) s-gh 0,8 mu/l s-ffa 0.29 mmol/l ( ) B-Laktaatti 1.20 mmol/l S-Karni-V 45 umol/l (25-60) Asyylikarnitiiniprofiili norm P-NH4 39 umol/l (<50) Tulkinta: nonketoottinen hypoglykemia puutteellinen insuliinin suppressio counter-regulaation ekshaustiota? Sopii hyperinsulinismiin

19 Potilaalla fokaalinen hyperinsulinismi MRI 18 F-DOPA PET haiman corpus-osan hyperaktiivisen fokuksen resektio johti potilaan hypoglykemian häviämiseen

20 Ensimmäiset 14 potilasta Patient PET Surgery / Histology 1 focal / head focal resection/ posterior neck PAD: focus 6.8 x 4 mm 2 focal / body focal resection /body. PAD: focus 5 x 4 mm 3 focal / head focal resection /head. PAD: focus 8 x 5 mm 4 diffuse ND 5 diffuse Near-total pancreatectomy. PAD: diffuse 6 diffuse ND 7 diffuse Pancreas biopsy. PAD: diffuse 8 diffuse Near-total pancreatectomy. PAD: diffuse 9 focal / head focal resection /uncinate process. PAD: focus 8 x 4 mm 10 diffuse ND 11 diffuse ND 12 diffuse Near-total pancreatectomy. PAD diffuse 13 focal / body focal resection / body. PAD: focus 10 x 6 mm 14 diffuse ND

21 Tapaukset PET:n herkkyys ei aina riitä? Kummallakin potilaalla paternaalinen SUR1- V187D-mutaatio PET: ei selvää fokusta verrattain lievä tauti, jonka hoidoksi vuosia kestävä oktreotidi-pumppuhoito -> lievä kasvuhäiriö Molemmilla potilailla hoito lopettu onnistuneesti 4 v iässä -> saavutuskasvu, normaali paastonsieto

22 CHI: Toimintamalli vaikea/pitkittyvä hypoglykemia HI:n kriteerit + kliiniset indikaatiot lääkehoitoon + : aloita diatsoksidi + tiatsidi ota suppea CHI geenitutkimus ( hyvä hoitovaste 72 t kuluessa ei hoitovastetta säädä lääkitys vasteen mukaan (lopeta tiatsidi?) pura pois 1-3 kk kuluttua osastoseurannassa jos normoglykemia, ei erityisseurantaa jos hypoglykemia palautuu, aloita lääkitys uud. --> PHHI:n tutkimukset ja seuranta lopeta diatsoksidi+ tiatsidi aloita oktreotidi (+ mahd glukagoni-infuusio) laaja geenitutkimus, jos mut. ei tiedossa F-DOPA PET konservatiivinen tai kirurginen hoito TO

23 Dominantti SUR1 mutaatio: Lapsena hypoglykemia, aikuisena T2DM NGT IFG/IGT Diabetes CHI-patient Huopio et al. 2000&2003

24 T2D genetiikka: beetasolun geenit! GENE VARIANTS INCREASING RISK OF T2D Gene Chromosome OR Risk allele (%) TCF7L IGFBP2 (IMP2) CDKN2A/CDKN2B CDKAL HHEX KCNJ PPARG SLC30A FTO

25 Glukokinaasi CHI AKTIVOIVA INAKTIVOIVA Aktivoiva mutaatio: insuliinieritys aktivoituu liian matalalla glukoosipitoisuudella insuliini- eritys Inaktivoiva mutaatio: insuliinieritys aktivoituu liian korkealla glukoosipitoisuudella (MODY2 - monogeeninen lievä diabetes)

26 Glukokinaasi CHI: Suomalainen potilas perheen 2. lapsi, 4350g/52 cm, Apgar 5/7 syanoosia kouristelua ym., b-gluk max glukoosiinfuusioista huolimatta kardiomegalia, hepatomegalia neurologinen vammautuminen normaali syntyessä EEG vahvasti poikkeava 6 kk iässä vaikea raterdaatio, epilepsia, laitoshoito kuolema 29 v iässä. Verensokerin maksimi koko elämän 2.6 mmol/l Glukokinaasigeenissä (GCK) mutaatio Y214C

27 Toistaiseksi löydetyt aktivoivat GCK mutaatiot Y214C

28 GDH CHI = HIHA HIHA= hyperinsulinemia-hyperammonemia sdr. K ATP CHI:n jälkeen toiseksi tavallisin muoto Glutamaattidehydrogenaasin (GDH) aktivoivat mutaatiot Proteiini (leusiini) herkkyys Konstantti hyperammonemia (kliinisesti merkityksetön) hypoglykemia estettävissä diatsoksidilla Suomessa kaksi tapausta

29 GDH CHI = HIHA proteiini-indusoitu hypo

30 EIHI = Exercise induced hyperinsulinism

31 Synnynnäinen hyperinsulinismi ei ole ainoastaan pikkulasten ongelma Potilastapaus 16-v tyttö tuodaan päivystykseen koska menettänyt tajuntansa koulun urheilutunnilla uidessa ensiavussa todetaan b-gluk 1.4 aiemminkin epäselviä hypoglykemioita, paastonsieto ollut kuitenkin normaali

32

33 Kaksi suomalaista EIHI sukua PEDIGREE 2 PEDIGREE 1

34 EIHI: vaihteleva oirekuva, hyvä adaptaatio Case Age Clinical features Nr. (yr) 1 55 No symptoms. Obesity; BMI Symptoms associated with PE since childhood 3 61 Hypoglycemic symptoms since childhood, avoidance of PE Hypoglycemic symptoms associated with PE since childhood 5 28 Hyperinsulinemic hypoglycemia and epilepsy diagnosed at the age of 1.2 years. Diazoxide treatment with partial response for 18 years. PEassociated symptoms persist. Obesity; BMI Hypoglycemic symptoms since childhood 7 9 Hypoglycemic symptoms associated with PE 8 7 No symptoms 9 39 PE-associated mild hypoglycemic symptoms Impaired excercise tolerance and need of frequent snacks during the day Prolonged mild neonatal hypoglycemia Unexplained hypoglycemic episodes since infancy. After puberty clearly associated with PE. Intermittent use of diazoxide with partial effect.

35 EIHI: laboratorioarvot ennen rasituskokeita Control EIHI patients subjects N 8 12 Age (years) (1.5-60) Sex (M/F) 3/5 4/8 BMI (kg/m 2 ) ( ) Fasting blood ( ) * glucose (mmol/l) Fasting serum (18-102) insulin (pm) Max heart rate in ( ; n=10) exercise (% of target) Serum cortisol (nmol/l) - before - 20 min after (46-343) 414 ( ) Serum GH (mu/l) - before - 20 min after Plasma glucagon (ng/l) - before - 20 min after ( ) 14.0 ( ) 61.8 (41-82) * 66.0 (47-82) *

36 EIHI: polkupyörärasitus B-glucose (mm) B-pyruvate (µm) S-insulin (mu/l) * * ** * * * * ** * * * Min * * * Min Control (n=4) EIHI (n=8) * * Min Otonkoski et al. Diabetes 2003; 52:

37 Normaali beetasolu Anaerobinen rasitus glucose glukoosi Pyruvaatti Laktaatti glukokinaasi G6P Pyruvaatti ATP ATP LDH MCT-1 Laktaatti Insulin + Glucose K ATP channel K + Ψ Ca calcium channel

38 EIHI: insuliinieritys stimuloituu iv-pyruvaatin vaikutuksesta glukoosi (mm) pyruvaatti (µm) insuliini (mu/l) Min * Min Control, n=6 EIHI, n= ** ** * * Min Otonkoski et al. Diabetes 2003; 52: Otonkoski et al. Diabetes 2003; 52:

39 EIHI: genominlaajuinen kytkentäanalyysi osoittaa geenin sijaitsevan kromosomissa 1 LOD score 3.6

40 Kaikista EIHI suvuista löytyy MCT-1 promoottorialueen mutaatio Otonkoski et al. Am J Hum Genet 2007; 81:

41 MCT1 geeni ilmentyy kaikissa muissa kudoksissa paitsi Langerhansin saarekkeissa Otonkoski et al. Am J Hum Genet 2007; 81:

42 EIHI-potilaiden mutaatio aktivoi MCT-1 geenin luennan beetasoluissa Otonkoski et al. Am J Hum Genet 2007; 81:

43 EIHI-potilaan beetasolu Anaerobinen rasitus glucose glukoosi Pyruvaatti Laktaatti glukokinaasi MCT-1 G6P Pyruvaatti ATP ATP Insulin + Glucose K ATP channel K + Ψ Ca calcium channel

44 Fyysisen rasituksen laukaisema hyperinsulinismi (EIHI) Dominantisti periytyvä anaerobiseen rasitukseen liittyvä hypoglykemia Kliinisesti osoitettavissa rasituskokeella ja iv-pyruvaattikokeella Johtuu MCT-1 geenin säätelyalueen mutaatiosta; Mutaatio osoitettu kaikilla tunnetuilla potilailla (n=13; 3 sukua). ONKO TODELLA NÄIN HARVINAINEN? Aiemmin kuvaamaton molekyyligeneettinen mekanismi ihmisen sairaudelle: Geenin sammutusmekanismin pettäminen yhdessä solutyypissä (beetasolu)

45 Kiitokset Hanna Huopio, Markku Laakso (KuY) Jacques Rahier (Brysseli) Heikki Minn, Pirjo Nuutila (Turun PET-keskus) Juha Kere (Karolinska, HY) Ilkka Sipilä (HYKS LNS) Jarkko Ustinov (Biomedicum) Andrew Halestrap (Bristol) Guy Rutter (Bristol, London) Frans Schuit (Leuven) Thomas Meissner (Düsseldorf) Lastentautien tutkimussäätiö