Diabetes glukoosiaineenvaihdunnan säätelyn perinnöllinen häiriö

Äyräpään luento 2007 Markku Laakso Diabetes glukoosiaineenvaihdunnan säätelyn perinnöllinen häiriö D iabeteksen esiintyvyys on lisääntynyt huomattavasti viime vuosien aikana kaikkialla maailmassa erityisesti ylipainon, runsasenergiaisen ruokavalion ja vähäisen liikunnan yleistyessä. Valtaosa diabeetikoista (noin 70 80 %) sairastaa tyypin 2 diabetesta. On arvioitu, että seuraavien kymmenen vuoden aikana tyypin 2 diabeetikkojen määrä maailmassa kaksinkertaistuu. Suomi ei ole tässä suhteessa poikkeus. Tyypin 2 diabeteksen esiintyvyys on maassamme länsieurooppalaista tasoa (noin 10 % väestöstä) mutta tyypin 1 diabeteksen esiintyvyys maailman suurin (noin 1 %). Viitteitä siitä, että diabetes todella yleistyy, olemme saaneet käynnissä olevasta tutkimuksestamme. Tähän mennessä tutkituista 4 237 kuopiolaisesta 50 70-vuotiaasta miehestä 14,1 % sairastaa diabetesta (aikaisemmin todettuja diabeetikkoja 7,6 % ja tutkimuksessa todettuja 6,5 %). Tutkimuksen kestettyä tähän mennessä vähän yli kaksi vuotta on glukoosirasituskokeessa löydettyjen uusien diabeetikkojen osuus lisääntynyt 4,3 %:sta 6,5 %:iin. Lievät glukoosiaineenvaihdunnan häiriöt ovat aineistossa vieläkin yleisempiä, sillä verenglukoosin suurentunut paastoarvo (impaired fasting glucose) tai heikentynyt glukoosinsieto (impaired glucose tolerance) todettiin 26,2 %:lla tutkittavista. T yypin 2 diabeteksen epidemiaa näyttää kaikkialla maailmassa edeltävän liikapainon huomattava yleistyminen. Koska tyypin 2 diabetekseen liittyy moninkertainen sydän- ja Duodecim 2007;123:2195 204 verisuonisairauksien riski (sepelvaltimotauti, aivovaltimotauti, alaraajojen valtimotauti), seuraa diabetesepidemiaa 10 20 vuoden viiveellä väistämättä sydänsairauksien huomattava lisääntyminen. Yhdysvalloissa onkin arvioitu, että sepelvaltimotaudin esiintyvyys väestössä saattaa jopa alkaa uudelleen kasvaa tyypin 2 diabeteksen jatkuvasti yleistyessä. Tämä kehitys on kuitenkin vain jäävuoren huippu. Jos tyypin diabeteksen esiintyvyys eri länsimaiden väestöissä on keskimäärin 5 10 %, niin lievemmät glukoosiaineenvaihdunnan häiriöt ovat vieläkin yleisempiä (esiintyvyys noin 20 30 %). Sydänsairauksien vaara on niillä, joille ei vielä ole kehittynyt diabetesta, myös noin kaksinkertainen verrattuna niihin, joiden glukoosinsieto on täysin normaali. Tyypin 2 diabetes on periytyvä sairaus, mutta periytymistapa ei noudata Mendelin lakeja. Periytyvyyden puolesta puhuvat monet seikat. Tyypin 2 diabetes kasautuu joihinkin perheisiin, ja sen periytyvyys on voimakkaampi monotsygoottisilla kaksosilla verrattuna ditsygoottisiin. Lisäksi sairauden esiintyvyydessä on suuria eroja väestöjen välillä. Esimerkiksi kiinalaisilla tyypin 2 diabetesta esiintyy vähän (noin 3 % väestöstä), kun taas Pima-intiaaneilla yli puolet aikuisista sairastaa sitä. Mistä tyypin 2 diabeteksen epidemia johtuu? Perimämme ei voi muuttua parissa vuosikymmenessä, siihen tarvitaan tuhansia vuosia. Sen sijaan elinympäristömme ja elintapamme ovat muuttuneet olennaisesti parissa vuosikymmenes 2195

sä. Tyypin 2 diabeteksen syntyyn tarvitaan useiden riskigeenien yhteisvaikutus ympäristömme ja elintapojemme kanssa. Yksinkertaistaen voisi sanoa, että tyypin 2 diabetes kehittyy ympäristö- ja elintapojen muuttuessa epäedulliseen suuntaan niille henkilöille, joilla on geneettinen alttius tähän sairauteen. Diabeteksesta tunnetaan myös yhden geenin aiheuttamia sairausmuotoja, joista tunnetuin on ns. MODY (maturity onset diabetes of the young). Se kuvattiin ensimmäisen kerran 1960- luvulla. MODY alkaa tavallisesti alle 25 vuoden iässä, eikä siihen liity ketoasidoosia eikä välttämätöntä insuliinihoidon tarvetta. Tauti periytyy autosomissa vallitsevasti. Tämän diabetesmuodon geneettinen perusta alkoi selvitä 1990-luvulla (Bell ja Polonsky 2001). Tähän mennessä on löydetty kuusi eri geeniä, jotka aiheuttavat tätä sairautta (MODY1 6). MODY on lähes ainut diabetesmuoto (3 5 % kaikista tapauksista), joka voidaan yksikäsitteisesti määritellä, koska diagnoosi perustuu DA-analyysiin. Vaikka diabeteksen monogeeniset alamuodot ovat varsin harvinaisia, on niiden tutkimus auttanut olennaisella tavalla ymmärtämään myös tyypin 2 diabeteksen etiologiaa ja patofysiologiaa sekä erityisesti insuliininerityksen häiriöiden mekanismeja. Tässä käsittelen yhden geenin aiheuttamia diabetesmuotoja ja tyypin 2 diabetesta. Katsaus ei pyri olemaan kattava, vaan se painottuu pääosin siihen tutkimukseen, jossa olen ollut itse mukana. Glukoosipitoisuuden säätelyn häiriöt Glukoosi on elämälle välttämätön energianlähde. Se on peräisin ravinnon hiilihydraateista, varastoituneen glykogeenin hajoamisesta tai maksan glukoosituotannosta. Glukoosin pitoisuutta verenkierrossa säätelee elimistömme»glukoositermostaatti», jonka tarkoituksena on pitää glukoosi normaalialueella hypo- ja hyperglykemian haitallisten vaikutusten välttämiseksi (kuva 1). Plasman glukoosipitoisuuden pienentyessä äkillisesti alle arvon 3 mmol/l käynnistyvät monet aineenvaihdunnan mekanismit, jotka pyrkivät palauttamaan pitoisuuden normaaliksi. Insuliinin eritys vähenee, glukoosin uudismuodostus kiihtyy Plasmanglukoosin paastoarvo (mmol/l) 11 10 9 Diabetes 8 Insuliinin eritys 7 6 Suurentunut paastoarvo (IFG) 5 4 ormoglykemia 3 2 1 Hypoglykemia Glukoosin tuotto, glykogeenin hajotus Kuva 1. Glukoosipitoisuuden säätely. ja glykogeenin hajoaminen glukoosiksi lisääntyy. Lisäksi insuliinin vastavaikuttajahormonien (glukagoni, adrenaliini, noradrenaliini, kortisoli, kasvuhormoni) pitoisuudet lisääntyvät. Glukoosipitoisuuden kasvaessa insuliinineritys lisääntyy, glukoosia varastoituu glykogeeniksi maksassa ja lihaksessa ja glukoosin uudismuodostus vähenee. Pitkään kestävässä hyperglykemiassa insuliinineritys ja insuliiniherkkyys vähenevät, mikä pahentaa edelleen hyperglykemiaa. Haiman insuliinineritys on tarkan säätelyn alainen. Tärkein insuliininerityksen säätelijä on glukoosi, joka fosforyloituu haiman beetasoluissa glukoosi-6-fosfaatiksi. Viimeksi mainitun metaboloituminen suurentaa solunsisäistä ATP/ADP-suhdetta, jolloin ATP:stä riippuvaiset kaliumkanavat sulkeutuvat ja beetasolun solukalvo depolarisoituu. Tämä puolestaan johtaa solukalvon kalsiumkanavien avautumiseen, kalsiumin virtaamiseen solunulkoisesta tilasta solun sisälle ja tätä kautta insuliinin erittymiseen beetasoluista. Insuliinineritystä voivat stimuloida myös aminohapot ja suolistohormonit. Hypo- ja hyperglykemia voivat johtua joko hankinnaisista tai perinnöllisistä syistä. Hypoglykemian tärkeä perinnöllinen syy on synnynnäinen hyperinsulismi (congenital hyperinsulinism, persistent hyperinsulinemic hypoglycemia). Hyperglykemian perinnöllisiä syitä taas ovat yhden geenin virheistä johtuvat diabetesmuodot, kuten MODY ja usean geenin alttiusvaikutuksesta johtuva tyypin 2 diabetes. 2196 M. Laakso

Glukokinaasigeenin mutaatioiden kahdet kasvot: hypoglykemia ja diabetes Haimasaarekkeiden glukokinaasiaktiivisuus (%) 100 Y214C Glukokinaasia voidaan pitää elimistön tärkeimpänä»glukoosisensorina». Se säätelee beetasoluissa glukoosin muuttumista glukoosi-6- fosfaatiksi. Entsyymi aktivoituu plasman glukoosipitoisuuden ylittäessä arvon 5 mmol/l ja inaktivoituu pitoisuuksissa alle 3 mmol/l. Glukokinaasia koodaavan geenin mutaatiot voivat aiheuttaa joko diabeteksen (MODY2) tai hypoglykemian, joten saman geenin mutaatioilla saattaa olla vastakkaiset vaikutukset. Synnynnäinen hyperinsulinismi johtuu mutaatioista useissa geeneissä, joita Hanna Huopio on selvittänyt väitöskirjatyössään. äistä tärkeimmät ovat sulfonyyliureareseptori 1 (SUR1; sitä koodaa geeni ABCC8) ja Kir6.2 (koodaava geeni KCJ11). e ovat ATP:stä riippuvaisia kaliumkanavageenejä, jotka koostuvat neljän SUR1- proteiinin ja neljän Kir6.2-proteiinin muodostamasta oktameerista. Lisäksi mm. glukokinaasia ja glutamaattidehydrogenaasia koodaavien geenien mutaatiot voivat aiheuttaa synnynnäisen hyperinsulismin (Huopio ym. 2005). Ohimenevää insuliinin liikaeritystä saattavat aiheuttaa myös muut geenit. Suomalaisilta vastasyntyneiltä on löytynyt mutaatioita kaikissa edellä mainituissa geeneissä lukuun ottamatta glutamaattidehydrogenaasia koodittavaa geeniä. ABCC8-, KCJ11- ja glukokinaasigeenit voivat aiheuttaa sekä vastasyntyneen hypoglykemiaa että diabetesta mutaation ja sen sijainnin mukaan. Potilastapaus. Vastasyntyneellä todettiin hypoglykemia ja hyperinsulinemia, joka reagoi huonosti glukoosi-infuusioon ja muuhun lääkitykseen. Kahden kuukauden iässä hänelle tehtiin haiman poisto (80 %), joka ei kuitenkaan korjannut hypoglykemiataipumusta. Potilaalle kehittyi alle yhden vuoden iässä EEG:n perusteella vakava aivovaurio. Suurin elämän aikana mitattu verenglukoosiarvo oli 2,9 mmol/l kaikesta lääkityksestä huolimatta. Potilas joutui olemaan koko elämänsä ajan sairaalassa ja menehtyi keuhkokuumeeseen 28-vuotiaana. Löysimme potilaalta glukokinaasigeenin pistemutaation (Y214C), joka aiheutti glukokinaasigeenin normaalia suuremman aktivaation (aktivoiva mutaatio) (Cuesta-Munoz ym. 2004). ormaalisti glukoosipitoisuus 5 mmol/l aiheuttaa haiman insuliininerityksen selvän lisääntymisen, mutta edellä kuvattu mutaatio lisäsi 80 60 ~4,5 mmol/l 40 ~0,8 mmol/l 20 ormaali 0 0 5 10 15 20 Plasman glukoosipitoisuus (mmol/l) Kuva 2. Haiman insuliinineritystä säätelevä plasman glukoosipitoisuus terveellä henkilöllä ja potilaalla, jolla oli glukokinaasigeenin mutaatio Y214C (Cuesta-Munoz ym. 2004). insuliinineritystä jo glukoosipitoisuudella 0,8 mmol/l (kuva 2). Tämä selittää varsin hyvin potilaan koko elämän ajan jatkuneen vaikean hypoglykemian. Miten glukokinaasigeenin mutaatiot aiheuttavat diabetesta? äissä tapauksissa mutaatio muuttaa glukokinaasientsyymiä siten, että insuliinin erittyminen edellyttää normaalia suurempaa glukoosipitoisuutta. Tällöin glukoosin stimuloiman insuliininerityksen annos-vastekuvaaja siirtyy oikealle, kun se hypoglykemiaa aiheuttavien mutaatioiden seurauksena siirtyy vasemmalle. Tämän vuoksi glukokinaasimutaatioista johtuva diabetes (MODY2) johtuu aina insuliininerityksen vähäisyydestä glukoosipitoisuuteen suhteutettuna. Glukokinaasiproteiinin rakenne tunnetaan, ja tiedetään varsin tarkkaan, milloin mutaation seurauksena syntyy MODY2 ja milloin synnynnäinen hyperinsulismi. Jos mutaatio aiheuttaa muutoksen glukokinaasiproteiinissa glukoosin (yleisin muoto), ATP:n tai magnesiumin sitoutumiskohdissa, on seurauksena diabetes. Mutaatiot, jotka vaikuttavat glukokinaasigeenin allosteeriseen aktivaatiopaikkaan, aiheuttavat puolestaan synnynnäisen hyperinsulismin (kuva 3). Toisin sanoen saman geenin eri mutaatiot voivat johtaa aivan erilaiseen glukoosiaineenvaihdunnan sairauteen hypoglykemiaan tai diabetekseen. Diabetes glukoosiaineenvaihdunnan säätelyn perinnöllinen häiriö 2197

Y214C Allosteerinen aktivaatiokohta Hypoglykemiaa aiheuttavat mutaatiot Glukoosi Magnesium ATP MODY2:ta aiheuttavat mutaatiot Kuva 3. Glukokinaasiproteiinin rakenne. MODY2-diabetesta aiheuttavat mutaatiot sijaitsevat glukokinaasimolekyylin glukoosia, magnesiumia tai ATP:tä sitovalla alueella. Hypoglykemiaa aiheuttavat mutaatiot (esimerkkinä Y214C) sijaitsevat allosteerisella aktivaatiokohdalla. Hypoglykemia muuttuu diabetekseksi Hanna Huopio kuvasi pistemutaation (E1506K) ABCC8-geenissä tutkiessaan synnynnäisen hyperinsulismin syitä (Huopio ym. 2000 ja 2003). Erikoista indeksipotilaan sukupuussa oli se, että usein toisella vanhemmista oli diabetes, joka oli alkanut keski-iässä (tavallisesti 40 ikävuoden jälkeen) (kuva 4). Tämä havainto johti aikuisikäisten sukulaisten tarkempiin tutkimuksiin, ja ne osoittivat, että mutaation heterotsygoottisilta kantajilta puuttui kokonaan ensimmäisen vaiheen insuliinineritys. Myös raskausdiabetes oli varsin tavallista, kuten on todettu myös MODYpotilailla. Insuliiniherkkyys»clamp»-tekniikalla mitattuna oli sen sijaan täysin normaali, jos tutkittavalla ei ollut diabetesta, eikä insuliiniherkkyys ollut merkitsevästi huonontunut diabeetikoillakaan. Mielenkiintoista tässä suvussa oli se, että vaikka joiltakin henkilöiltä puuttui kokonaan ensimmäisen vaiheen insuliinineritys, he eivät saaneet diabetesta, jos he olivat insuliiniherkkiä ja normaalipainoisia. Sen sijaan niille, joiden insuliiniherkkyys vähentyi mm. painon lisääntymisen vuoksi, kehittyi diabetes. äin ollen tutkitussa suvussa suuri insuliiniherkkyys kompensoi insuliinin puutosta. Vasta insuliiniherkkyyden olennainen vähentyminen esimerkiksi ikääntymisen tai painonnousun seurauksena johti diabetekseen. Tämä diabeteksen kehityskulku on vastakkainen yleisen käsityksen kanssa, jonka mukaan tyypin 2 diabetes kehittyy silloin, kun haima ei pysty enää»kompensoimaan» lisääntyneellä insuliininerityksellä insuliinin puutteellista vaikutusta insuliiniherkissä kudoksissa (lihas, rasvakudos, maksa). Toistaiseksi on epäselvää, mikä johtaa haiman insuliininerityksen vähenemiseen mutaation E1506K kantajilla tavallisesti jo ennen 20 vuoden ikää (kuva 5). Tällä ongelmalla saattaa olla laajempaakin merkitystä, koska myös tyypin 2 diabeteksessa insuliinineritys vähenee taudin keston myötä. Ainoa luotettava keino asian tutkimiseen on eläinmallien käyttö. Tämän vuoksi olemme kehittäneet»knock-in»-hiirilinjan, johon kuuluvilla on perimässään ihmisellä havaittu E1506K-mutaatio. Alustavien tulosten mukaan hiirelle kehittyy diabetes. Jatkotutkimuksissa selvitetään, millä mekanismilla diabetes syntyy. Mielenkiintoista kyllä tämä esimerkki ei näytä olevan ainoa tapaus, jossa hypoglykemia muuttuu diabetekseksi. Äskettäin julkaistun tutkimuksen mukaan myös HF4A-geenin (hepatic nuclear receptor 4α) mutaatiot saavat ai 2198 M. Laakso

+ + + DM DM DM + + + + + + + + DM DM DM O O O /DM O O Kuva 4. ABCC8-geenin mutaation E1506K kantajien sukupuu. Heterotsygoottiset kantajat on merkitty puoliksi täytetyillä symboleilla ja normaalit henkilöt symbolilla. = synnynnäistä hyperinsulinismia sairastava, DM = diabeetikko, + = henkilö, jolle tehtiin metabolinen tutkimus, o = henkilö, jolle tehtiin suonensisäinen glukoosinsietotesti (Huopio ym. 2003). kaan hypoglykemian vastasyntyneellä ja diabeteksen myöhemmällä iällä (Pearson ym. 2007). HF4A-geenin polymorfiat ovat myös altistegeenejä tyypin 2 diabetekselle. Tyypin 2 diabeteksen alttiusgeenit Verrattuna monogeenisten diabetesmuotojen tutkimukseen on tyypin 2 diabeteksen genetiikka selvinnyt paljon hitaammin. Tämä johtuu lähinnä siitä, että heikkotehoisten alttiusgeenien löytäminen ennen koko genomin kattavia SPassosiaatioanalyysejä (single nucleotide polymorphism, snippi) oli varsin vaikeaa (kuva 6). Vuosi 2006 on kuitenkin ollut läpimurto tyypin 2 diabeteksen genetiikassa. Kalpaiini 10. Vuonna 1996 Graeme Bell ym. raportoivat tyypin 2 diabeteksen kytkennästä kromosomiin 2q. Sama tutkijaryhmä osoitti myöhemmin, että kytkennän selitti kalpaiini 10 -geeni (Horikawa ym. 2000). Hämmästystä herätti se, että tyypin 2 diabeteksen liittyivät geenimuutokset, jotka sijaitsivat introneissa. Metaanalyyseissä kalpaiini 10:n on havaittu liittyvän tyypin 2 diabeteksen riskiin, mutta viimeaikaiset koko genomin kattavat SP-analyysit eivät ole antaneet lisävahvistusta tämän geenin merkitykselle diabetesriskin kannalta (Groop ym. 2007). Millä mekanismeilla kalpaiini 10 aiheuttaa diabetesta, on edelleen selvittämättä, mutta Plasman insuliinipitoisuus (1+3 min, pmol/l) 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Ikä (v) Verrokki ABCC8-E1506K DM+ ABCC8-E1506K DM Kuva 5. Plasman insuliinipitoisuus suonensisäisessä glukoosinsietotestissä (1 ja 3 minuutin summa) henkilöillä, joilla oli synnynnäinen hyperinsulinismi (), verrokeilla sekä diabeetikoilla (DM+) ja ei-diabeetikoilla (DM-), joilla oli ABCC8-geenin mutaatio E1506K (ABCC8-E1506K) (Huopio ym. 2003). Diabetes glukoosiaineenvaihdunnan säätelyn perinnöllinen häiriö 2199

MODY1 (HF4α) MODY3 (HF1α) MODY4 (IPF1) MODY5 (HF1β) Glukokinaasi MODY 2 MODY6 (euro D1/ Beta2) 1996 1998 2003 1992 1996 1997 2000 PPARG2 (Pro12Ala) KCJ11 (E23K) 2006 2007 TCF7L2 Koko genomin SP-analyysit IDDM1 (kalpaiini 10) Kuva 6. MODYn eri alamuotojen ja tyypin 2 diabeteksen alttiusgeenien löytyminen. IDDM1 = kalpaiini 10. insuliiniresistenssi lienee tärkein mekanismi. Itse havaitsimme, että tämän geenin snipit liittyvät keskivartalolihavuuteen, mikä voi olla yksi diabetesriskiä välittävä mekanismi (Pihlajamäki ym. 2006). PPARG2 (peroxisome proliferator-activated receptor γ 2). Vuonna 1998 raportoimme tyypin 2 diabeteksen riskiä lisäävästä PPARγ 2-geenin (PPARG2) polymorfiasta (Pro12Ala) (Deeb ym. 1998). Tämä polymorfia inaktivoi PPARG2- geeniä, ja sen havaittiin liittyvän insuliiniherkkyyden säätelyyn suomalaisessa aineistossa. Henkilöt, joilla oli Ala12-alleeli, olivat herkempiä insuliinille kuin ne, joilla oli Pro12Pro-genotyyppi, ja myös heidän painoindeksinsä oli pienempi. Samassa tutkimuksessa osoitimme, että Yhdysvalloissa asuvilla japanilaisilla Pro12Progenotyyppi liittyi tyypin 2 diabeteksen riskiin. PPARG2-geenistä on löytynyt myös harvinaisia mutaatioita, joista jotkin aiheuttavat insuliiniresistenssiä ja osittaista lipodystrofiaa (Knouff ja Auwerx 2004) (kuva 7). Pro12Ala-polymorfia on sittemmin useissa tutkimuksissa ja meta-analyyseissä (Altshuler ym. 2000) liitetty tyypin 2 diabeteksen riskiin. Sama polymorfia on varmistunut myös viimeaikaisissa koko genomin kattavissa SP-analyyseissä tyypin 2 diabeteksen alttiusgeeniksi (Groop ym. 2007). Omissa tutkimuksissamme osoitimme kyseisen polymorfian liittymisen ylipainoon (Valve ym. 1999) ja painonsäätelyyn erityisesti varhaisiässä (Pihlajamäki ym. 2004) sekä insuliiniherkkyyteen henkilöillä, joilla oli pieni syntymäpaino (Eriksson ym. 2002). Suomalaisessa diabeteksen ehkäisytutkimuksessa Pro12Ala-polymorfian havaittiin säätelevän myös tyypin 2 diabeteksen riskiä (Lindi ym. 2002). Mielenkiintoista kyllä Ala12-alleeli liittyy tutkimustemme mukaan myös vähäisempiin ateroskleroosimuutoksiin kaulavaltimoissa (intima-mediapaksuus) (Temelkova-Kurktschiev ym. 2004). Tämä tutkimus osoitti ensimmäisenä, että tyypin 2 diabeteksen alttiusgeenit säätelevät samalla myös sydänsairauksien vaaraa. Yhteistyössä professori Pirjo uutilan tutkimusryhmän kanssa osoitimme PET-kuvauksella, että Ala12-alleelin insuliiniherkkyyttä lisäävä vaikutus luurankolihaksessa oli nähtävissä ainoastaan normaalipainoisilla henkilöillä, ei ylipainoisilla (Vänttinen ym. 2005). Myös muissa tutkimuk 2200 M. Laakso

Aktivaatiokohta DA:n sitoutumiskohta Ligandin sitoutumiskohta (LBD) PPARγ1 PPARγ2 Eksoni B C C Pro12Ala Pro115Glr 185Stop Val290Met Phe358Leu Arg395Cys His449His Pro467Leu Vähentynyt Lisääntynyt Puuttuva toiminta toiminta toiminta Puuttuva toiminta Vähentynyt affiniteetti Puuttuva toiminta ormaali toiminta Puuttuva toiminta Kuva 7. PPARγ1- ja PPARγ 2-geenien rakenne ja niissä esiintyvät mutaatiot (Knouff ja Auwerx 2004). sissa on havaittu, että Pro12Ala-polymorfian merkitys riippuu painoindeksistä. Syytä tähän ei toistaiseksi tiedetä. KCJ11 ja ABCC8. Monogeenista diabetesta aiheuttavat ATP:stä riippuvaiset kaliumkanavageenit KCJ11 (Kir6.2) ja ABCC8 (SUR1) ovat osoittautuneet myös tyypin 2 diabeteksen alttiusgeeneiksi, joskin ABCC8:n rooli on vielä kiistanalainen. KCJ11-geenin E23K-polymorfia liitettiin ensimmäisen kerran tyypin 2 diabeteksen riskiin laajassa englantilaisessa tutkimuksessa, ja myöhemmät tutkimukset ovat varmistaneet tämän löydöksen (Gloyn ym. 2003). Suomalaisessa diabeteksenehkäisytutkimuksessa havaitsimme, että E23K-genotyyppi ennustaa tyypin 2 diabetesta yhdessä ABCC8-geenin snippien kanssa (Laukkanen ym. 2004a). Lisäpontta ABCC8-geeniä koskeville tutkimuksillemme antoi löytämämme uusi diabeteksen alatyyppi, joka johtuu saman geenin mutaatiosta E1506K (Huopio ym. 2003). Hypoteesina oli, että jos ABCC8-geenin aminohappoa muuttavat mutaatiot aiheuttavat monogeenisen diabeteksen, niin on mahdollista, että saman geenin polymorfiat lisäävät tyypin 2 diabeteksen riskiä. TCF7L2. Tähän mennessä löydetyistä tyypin 2 diabeteksen alttiusgeeneistä tärkein on TCF7L2 (transcription factor 7-like 2), joka löydettiin viime vuonna (Grant ym. 2006). Tulokset on varmistettu useissa väestöissä ja monentyyppisissä aineistoissa. Tämän geenin diabetesta lisäävä vaikutusmekanismi on toistaiseksi avoin, mutta useiden tutkimusten mukaan geeni säätelee tavalla tai toisella insuliinin eritystä. Tutkimme tätä geeniä suomalaisessa diabeteksenehkäisytutkimuksessa ja osoitimme, että riskigenotyyppi säätelee tyypin 2 diabeteksen riskiä verrokkiryhmässä (Wang ym. 2007). Elämäntapainterventioryhmässä (painon lasku, terveellinen ruokavalio, lisääntynyt liikunta) riskigenotyypin vaikutusta ei havaittu. Tulos on tärkeä diabeteksen ehkäisyn kannalta. Se osoittaa, että elintapojen muuttaminen vähentää riskigeenien merkitystä silloinkin, kun ne säätelevät insuliinin eritystä. Samanlaiset tulokset on julkaistu myös yhdysvaltaisesta diabeteksenehkäisytutkimuksesta (Florez ym. 2006). Muut geenit. Tänä vuonna julkaistut genominlaajuiset SP-assosiaatiotutkimukset ovat tuoneet esiin useita muita ehdokasgeenejä (IGFBP2, CDK2A/CDK2B, CDKAL1, HHEX), jotka kaikki säätelevät insuliinin eritystä (Groop ym. 2007). Sen sijaan geenejä, jotka primaarisesti säätelevät insuliiniherkkyyttä, ei näissä tutkimuksissa löytynyt. Tämä tulos sopii niihin havaintoihimme, joiden mukaan insuliinisignalointia säätelevät geenit eivät lisänneet riskiä sairastua tyypin 2 diabetekseen suomalaisessa diabeteksenehkäisytutkimuksessa (Laukkanen ym. 2004b). äin ollen tyypin 2 diabetes on osoittautumassa geneettiseltä etiologialtaan sairaudeksi, jonka primaarinen häiriö on haimassa eikä insuliiniherkissä kudoksissa (lihas, maksa, rasvakudos). Diabetes glukoosiaineenvaihdunnan säätelyn perinnöllinen häiriö 2201

Energiatasapainon säätely ja tyypin 2 diabetes Mitokondrioiden huonontunut toiminta on liitetty tyypin 2 diabeteksen riskiin. Mitokondriot säätelevät energiatasapainoa, ja energiatasapainon muutokset heijastuvat ennen muuta insuliiniherkkyyteen. Energiatasapainon säätelyssä ehkä tärkein yksittäinen molekyyli on PGC-1α (PPAR gamma coactivator 1α), joka säätelee mitokondrioiden määrää ja kokoa. PGC-1α-geenin ilmentymisen onkin todettu vähentyneen tyypin 2 diabeteksessa (Groop ym. 2007). Energiatasapainon säätely liittyy kiinteästi ns. sirtuiineihin, jotka ovat AD+:sta riippuvaisia proteiiniasetylaaseja. Eniten tutkittu sirtuiini on SIRT1, jolla on tärkeä rooli glukoosimetabolian kannalta. Sen aktivaatio johtaa eläinmalleissa insuliiniherkkyyden lisääntymiseen sekä glukoosija insuliinipitoisuuksien pienemiseen. SIRT1 on PGC-1α:n aktivaattori. Omassa tutkimuksessamme havaitsimme, että SIRT1:n aktivaattori resveratroli lisäsi PGC-1α:n aktivoitumista hiirillä (Lagouge ym. 2006). Tämän seurauksena mitokondrioiden toiminta parani sekä lihas- että rasvakudoksessa, energiankulutus ja hapenottokyky lisääntyivät, rasvamassa väheni ja insuliiniherkkyys lisääntyi. Samassa tutkimuksessa osoitimme, että Sirt1-geenin polymorfiat säätelivät energian kulutusta tyypin 2 diabeetikkojen lapsilla. äyttää lisäksi siltä, että energiatasapaino muuttuu edulliseen suuntaan riippumatta siitä, mikä PGC-1α:aa aktivoi. Yhteistyössä professorien Juhani Jänteen ja Leena Alhosen tutkimusryhmän kanssa osoitimme SSAT-geeniä (spermidine/spermine (1)-acetyltransferase) yli-ilmentävillä siirtogeenisillä hiirillä, että energiankulutuksen lisääntyminen PGC-1α:n aktivaation kautta johti rasvakudoksen määrän vähenemiseen sekä insuliiniherkkyyden ja glukoosinsiedon paranemiseen (Pirinen ym. 2007). SSAThiirimalli varmistaa aikaisempien tutkimusten tulokset, joiden mukaan PGC-1α:n vähentyneeseen ilmentymiseen liittyvä heikentynyt oksidatiivinen fosforylaatio aiheuttaa diabeettisen aineenvaihdunnan, koska PGC-1a:n yliekspressio saa aikaan diabetekselle tyypillisten aineenvaihduntahäiriöiden täydellisen korjautumisen. Voidaanko SSAT-hiirimallia käyttää hyväksi tyypin 2 diabeteksen uusien hoitomuotojen kehittämisessä? Vastaus on periaatteessa myönteinen, mutta mekanismin ei tarvitse suoranaisesti liittyä polyamiinimetaboliaan. äyttää siltä, että rasvakudoksen ATP:n kulutuksen lisääntyessä glukoosiaineenvaihdunta normaalistuu riippumatta siitä, mikä mekanismi lisääntymisen aiheuttaa. Täten energiankulutusta lisäämällä voidaan kehittää tyypin 2 diabeteksen hoitoon uusia vaihtoehtoja. ämä vaihtoehdot ovat tervetulleita etenkin sen vuoksi, että ylipaino on tyypin 2 diabeteksen suurin aineenvaihdunnallinen ongelma. Kliinisen tutkijan haasteet Potilaslähtöisen kliinisen tutkimuksen harjoittajana olen kokenut kliinisen tutkimuksen nopean muutoksen viimeisten vuosien aikana. Muutos liittyy tutkimusmenetelmiin, tutkijoiden rekrytointiin, väitöskirjapainotteiseen tutkimukseen ja kliinisen alan yliopistovirkojen täyttöön. yt ja etenkään tulevaisuudessa ei ole realistista odottaa, että kliinisen tutkimuksen huippu voitaisiin saavuttaa ilman biolääketieteen menetelmien soveltamista. Mielestäni kliininen tutkimus on potilaslähtöisten ongelmien ratkaisemista käyttämällä hyväksi kaikkia tutkimusmenetelmiä, mukaan luettuina perustieteiden metodit. Tämän ajatustavan mukaan sairauksien patofysiologian ymmärtäminen ja ratkaisu vaatii aina perustieteiden metodien ja koeasetelmien soveltamista (esim. muuntogeeniset eläimet). Tämä on vaativa haaste tulevaisuuden kliiniselle tutkimukselle, eikä siihen ole helppo vastata, koska lääkärikoulutus ei anna edellytyksiä biolääketieteen metodien soveltamiselle, eikä myöskään kliinisen alan nykyinen tutkijakoulutus. Tutkijan joko pitää kouluttaa itsensä näiden metodien hallintaan tai tehdä yhteistyötä perustutkijoiden kanssa. Kliinisten tutkijoiden rekrytointi on muuttunut ongelmalliseksi. uoret lääketieteen opiskelijat ja vastavalmistuneet lääkärit eivät enää tunne palavaa halua tutkijaksi. Tutkijoiden ja kliinistä työtä tekevien lääkäreiden palkkojen välinen kuilu on syvä, eikä ongelmaan ole nähtävissä nopei 2202 M. Laakso

ta ratkaisuja. Kliinisen tutkijan ura on myös kovin epävarma, koska tutkija- ja yliopistovirkoja on rajallinen määrä. Kliininen työ on muuttunut yhä vaativammaksi, eikä ole enää realistista ajatella, että kukaan voisi olla huippuosaaja molemmissa tehtävissä. Tutkimustulosten julkaiseminen on tullut yhä työläämmäksi, ja korkeatasoiseen lehteen hyväksyttävää artikkelia varten tehtävä työmäärä on kasvanut ainakin kaksinkertaiseksi muutaman viime vuoden aikana. Kun lääkäritutkijoiden pitää yhdistää ainakin jossakin määrin kliininen työ ja tutkimus, ei tämä kehityssuunta edistä uusien tutkijoiden rekrytointia. Yliopistojen saama rahoitus riippuu suoritetuista tohtoritutkinnoista, minkä seurauksena väitöskirjoilla on suhteeton osuus yliopistojen tutkimustoiminnassa. Tämä saattaa olla este huippututkimukselle. Väitöskirjatutkimuksessa ei voida ottaa sellaisia riskejä, joita uusien ajatusten soveltaminen yleensä edellyttää, sillä väitöskirjantekijän on saatava työnsä säällisessä ajassa valmiiksi. Toinen ongelma on se, että vain murto-osa väitöskirjantekijöistä jatkaa tutkimustoimintaansa. Monien väitöskirjojen ohjaajana olen usein jäänyt miettimään sitä, onko tällainen järjestelmä jo aikansa elänyt. Eikö olisi parempi keskittyä vähäisempään määrään väitöskirjantekijöitä ja vastaavasti panostaa enemmän heidän jatkokoulutukseensa väitöskirjan jälkeen? Yliopistojen korkeimpien virkojen täyttö kliinisillä aloilla ei myöskään näytä erityisesti suosivan tutkijoita, joilla on perustieteilijän tausta tai jotka soveltavat biolääketieteen menetelmiä tutkimustyössään. Hyvin usein tämä herättää virkojen täytössä pohdintoja siitä, onko tällainen tutkimus lainkaan kliinistä tutkimusta. Oma lukunsa on sitten se, että yliopistojen virantäytössä arvostetaan yhä vähemmän tutkimusansioita. Kehitys on viime vuosina johtanut yliopistovirkojen täytössä viranhakijoiden»kokonaisarviointiin», jossa painotetaan yhä enemmän opetuskokemusta ja hallinnollisia ansioita tutkimusansioiden kustannuksella. Toki professoreiden pitää osata opettaa ja hallinnollinen kokemus pitää nähdä lisäansiona, mutta virkojen täytössä tutkimustoimintaa voidaan arvioida huomattavasti objektiivisemmin kuin opetustaitoa tai hallinnollisista kyvykkyyttä. Tutkimusuran tukipilarit: mentorit, yhteistyö ja käytännön potilastyön tukeminen Lääketieteen tutkijan urani alkoi professori Kalevi Pyörälän johdolla Kuopion yliopiston sisätautien klinikassa. Hänen ansiostaan kiinnostuin lääketieteen tutkimuksesta ja erityisesti tyypin 2 diabeteksesta. Kalevin kanssa olen tehnyt yhteistyötä jo yli 20 vuoden ajan, ja häneltä olen oppinut paljon en pelkästään tutkimuksesta vaan myös potilastyöstä. Tutkimusurani aikana minulla on ollut mahdollisuus tehdä yhteistyötä monien erinomaisten tutkijoiden kanssa. Opiskelin glukoosimetaboliaa 1980-luvun lopulla IH:n tuella kahden vuoden ajan professori Jerrold M. Olefskyn laboratoriossa San Diegossa. Muutama vuosi myöhemmin opiskelin genetiikkaa ja biolääketieteen menetelmiä Washingtonin yliopistossa Seattlessa professori Samir S. Deebin laboratoriossa puolentoista vuoden ajan. Tällä oli ratkaiseva merkitys tutkimustyöni uudelle suuntaamiselle diabeteksen genetiikkaan ja sille, että perustin geenilaboratorion Kuopion yliopistoon. Tyypin 2 diabeteksen genetiikassa olen tehnyt pitkäaikaista yhteistyötä professori Matti Uusituvan kanssa. Tutkimusyhteistyö professori Juhani Jänteen ja professori Leena Alhosen kanssa on ollut keskeistä diabetekseen liittyvien eläinmallien kehitystyössä. Akatemiaprofessori Seppo Ylä-Herttualan kanssa olen tehnyt yhteistyötä erityisesti insuliiniresistenssin ja diabeteksen merkityksen selvittämiseksi ateroskleroosissa. Turun yliopiston sisätautiopin professorin Tapani Rönnemaan kanssa olen tehnyt jo yli kahden vuosikymmenen ajan kiinteää yhteistyötä, joka kohdistuu tyypin 2 diabeteksen yhteydessä esiintyviin sydän- ja verisuonitauteihin. Pohjana tässä on ollut itä länsi-tutkimuksen aineisto, josta tein myös väitöskirjani. Turun yliopiston sisätautiopin professorin Pirjo uutilan kanssa olen tehnyt yhteistyötä, jossa on yhdistetty genetiikka kudostasoisen insuliiniherkyyden mittaamiseen. Dosenttien Johanna Kuusiston, Seppo Lehdon, Heikki Miettisen ja Leena Moilasen kanssa olen tehnyt yhteistyöstä tyypin 2 diabeteksen myöhäiskomplikaatioiden tutkimuksissa. Dosentti Jussi Pihlajamäen kanssa olen tutkinut pitkään Diabetes glukoosiaineenvaihdunnan säätelyn perinnöllinen häiriö 2203

glukoosimetaboliaa ja diabeteksen genetiikkaa. Kliinisen tutkijan pitäisi auttaa myös potilasta. Tässä mielessä tutkimusyhteistyö LT Hanna Huopion kanssa synnynnäisestä hyperinsulismista on ollut hyvin antoisaa. Hänen väitöskirjatyönsä innoittamana päätimme käynnistää Kuopion yliopistossa synnynnäisen hyperinsulismin DA-diagnostiikkapalvelun, sillä suomalaisille tyypillisten mutaatioiden tunnistamisella on tärkeä merkitys tämän sairauden hoidon suunnittelussa. DA-diagnostiikka koko maata varten on myöhemmin laajentunut 15 erilaista monogeenistä tautia käsittäväksi toiminnaksi. Se keskittyy erityisesti perinnöllisiin endokrinologisiin sairauksiin ja diabetekseen (synnynnäisen hyperinsulismi, diabeteksen monogeeniset tautimuodot MODY, vastasyntyneen diabetes ja mitokondriaalinen diabetes, lipidihäiriöt, kalsiumaineenvaihdunnan sairaudet, kilpirauhashormoniresistenssi). Tätä Kuopion yliopiston omakustannusperiaatteella toimivaa koko maata palvelevaa maksullista palvelutoimintaa on kuvattu tarkemmin Internet-osoitteessa www.uku.fi/dhu. Tutkimustyön eteneminen ei olisi mahdollista ilman nuorten tutkijoiden panosta. Minulla on ollut useita eteviä suomalaisia ja ulkomaalaisia väitöskirjantekijöitä. Heistä mainittakoon Laura Andrulionyte, Sami Heikkinen, Auni Juutilainen, Pertti Jääskeläinen, Pauli Karhapää, Päivi Kekäläinen, Agata Kubaszek, Satu Kärkkäinen, Olli Laukkanen, Anne Lumiaho, Mari Malkki, Firoozeh Mousavinasab, Arto Pulkkinen, Maija Päiväranta, Marja Pyörälä, Johanna Rissanen, Urpu Salmenniemi, Katariina Sivenius, Ilkka Vauhkonen, Laura Viitanen ja Jelena Zacharova. Väitöskirjatyönsä loppuvaiheissa ovat parhaillaan Eija Pirinen, Eija Ruotsalainen, Jarno Rutanen ja Markku Vänttinen. Myös muun henkilökunnan (molekyylibiologit, laboratoriohoitajat, laborantit, sairaanhoitajat ja tutkimussihteerit) panos on ollut aivan olennainen tutkimusten onnistumisen kannalta. Haluan lausua parhaat kiitokseni kaikille edellä mainituille henkilöille ja rahoittajille, joista mainittakoon erityisesti Suomen Akatemia, Euroopan unioni, EVO-rahoitus, Diabetestutkimussäätiö, Sigrid Juséliuksen säätiö, Sydäntutkimussäätiö ja TEKES. 2204 Kirjallisuutta Altshuler D, Hirschorn J, Klannemark M, ym. The common PPARgamma Pro12Ala polymorphism is associated with decreased risk of type 2 diabetes. at Genet 2000;26:76 80. Bell GI, Polonsky KS. Diabetes mellitus and genetically programmed defects in beta-cell function. ature 2001;414:788 91. Cuesta-Munoz AL, Huopio H, Otonkoski T, ym. Severe persistent hyperinsulinemic hypoglycemia due to a de novo glucokinase mutation. Diabetes 2004;53:2164 8. Deeb SS, Fajas L, emoto M, ym. A Pro12Ala substitution in PPARgamma2 associated with decreased receptor activity, lower body mass index and improved insulin sensitivity. at Genet 1998;20:284 7. Eriksson JG, Lindi V, Uusitupa M, ym. The effects of the Pro12Ala polymorphism of the peroxisome proliferator-activated receptor-gamma2 gene on insulin sensitivity and insulin metabolism interact with size at birth. Diabetes 2002;251:2321 4. Florez JC, Jablonski KA, Bayley, ym. TCF7L2 polymorphisms and progression to diabetes in the Diabetes Prevention Program. ew Engl J Med 2006;355:241 50. Gloyn AL, Weedon M, Owen KR, ym. Large-scale association studies of variants in genes encoding the pancreatic beta-cell KATP channel subunits Kir6.2 (KCJ11) and SUR1 (ABCC8) confirm that the KCJ11 E23K variant is associated with type 2 diabetes. Diabetes 2003;52:568 72. Grant SF, Thorleifsson G, Reynisdottir I, ym. Variant of transcription factor 7-like 2 (TCF7L2) confers risk of type 2 diabetes. at Genet 2006;28:320 3. Groop L, Lyssenko V, Tuomi T. Tyypin 2 diabeteksen genetiikka selviämässä. Taustalla monen heikkotehoisen alttiusgeenin yhteispeli. Duodecim 2007; 123:1449 55. Horikawa Y, Oda, Cox J, ym. Genetic variation in the gene encoding calpain- 10 is associated with type 2 diabetes mellitus. at Genet 2000;26:163 75. Huopio H, Laakso M, Otonkoski T. Synnynnäinen hyperinsulismi. Duodecim 2005;121:1166 75. Huopio H, Otonkoski T, Vauhkonen I, ym. A new subtype of autosomal dominant diabetes attributable to a mutation in the gene for sulfonylurea receptor 1. Lancet 2003;361:301 7. Huopio H, Reimann F, Ashfield R, ym. Dominantly inherited hyperinsulism caused by a mutation in the sulphonylurea receptor type 1. J Clin Invest 2000;106:897 906. Knouff C, Auwerx J. Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma calls for activation in moderation: lessons from genetics and pharmacology. Endocr Rev 2004;25:899 918. Lagouge M, Argmann C, Gerhart-Hines Z, ym. Resveratrol improves mitochondrial function and protects against metabolic disease by activating SIRT1 and PGC-1α. Cell 2006;127:1109 22. Laukkanen O, Pihlajamäki J, Lindström J, ym. Polymorphisms in the SUR1 (ABCC8) and Kir6.2 (KCJ11) genes predict the conversion from impaired glucose tolerance to type 2 diabetes. The Finnish Diabetes Prevention Study. J Clin Endocrinol Metab 2004(a);89:6286 90. Laukkanen O, Pihlajamäki J, Lindström J, ym. Common polymorphisms in the genes regulating the early insulin signalling pathway: effects on the weight change and the conversion from impaired glucose tolerance to type 2 diabetes. The Finnish Diabetes Prevention Study. Diabetologia 2004(b);47:871 7. Lindi VI, Uusitupa MI, Lindström J, ym. Association of the Pro12Ala polymorphism in the PPAR-gamma2 gene with 3-year incidence of type 2 diabetes and body weight change in the Finnish Diabetes Prevention Study. Diabetes 2002;51:2581 6. Pearson ER, Boj SF, Steele AM, ym. Macrosomia and yperinsulinaemic hypoglycaemia in patients with heterozygous mutations in the HFA gene. PLoS Medicine 2007;4:760 9. Pihlajamäki J, Salmenniemi U, Vänttinen M, ym. Common polymorphisms of calpain-10 are associated with abdominal obesity in subjects at high risk for type 2 diabetes. Diabetologia 2006;49:1560 6. Pihlajamäki J, Vanhala M, Vanhala P, Laakso M. The Pro12Ala polymorphism of the PPARgamma2 gene regulates weight from birth to adulthood. Obes Res 2004;12:197 200. Pirinen E, Kuulasmaa T, Pietilä M, ym. Enchanced polyamine catabolism alters homeostatic control of white adipose tissue, energy expenditure and glucose metabolism. Mol Cell Biol 2007;27:4953 67. Temelkova-Kurktschiev T, Hanefeld M, ym. Ala12Ala genotype of the peroxisome proliferator-activated receptor γ2 protects against atherosclerosis. J Clin Endocrinol Metab 2004;89:4238 42. Valve R, Sivenius K, Miettinen R, ym. Two polymorphisms in the peroxisome proliferator- activated receptor-gamma gene are associated with severe overweight among obese women. J Clin Endocrinol Metab 1999;84:3708 12. Vänttinen M, uutila P, Pihlajamäki J, ym. The effect of the Ala12 allele of the peroxisome proliferator activated receptor-γ2 gene on skeletal muscle glucose uptake depends on obesity: a positron emission tomography study. J Clin Endocrinol Metab 2005;90:4249 54. Wang J, Kuusisto J, Vänttinen M, ym. Variants of transcription factor 7-like 2 (TCF7L2) gene predict conversion to type 2 diabetes in the Finnish Diabetes Prevention Study and are associated with impaired glucose regulation and impaired insulin secretion. Diabetologia 2007;50:1192 200. MARKKU LAAKSO, akatemiaprofessori markku.laakso@kuh.fi Kuopion yliopisto ja KYS, sisätautien klinikka 70210 Kuopio