< Terug naar vorige pagina
Project
NIEUWE IMMUNOTHERAPIEËN VOOR TYPE 1 DIABETES: ONDERZOEK NAAR ANTIGEENSPECIFIEKE ANTIGEEN-NIET-SPECIFIEKE BENADERINGEN
Type 1 diabetes (T1D) is een chronische auto-immuunziekte die gekenmerkt wordt door een verlies van tolerantie tegen beta-cel-specifieke antigenen (Ag). De volledige pathogenese van deze ziekte is nog niet opgehelderd maar de klinische manifestatie wordt voorafgegaan door een asymptomatische fase, waarbij beta-cellen progressief vernietigd worden door autoreactieve effector T cellen (Teff), gevolgd door chronische hyperglycemieen diagnose van de ziekte. Tot op heden is er geen behandeling voor T1D. Dit veroorzaakt een geweldige druk op de openbare gezondheidszorg aangezien zowel de prevalentie als de incidentie van deze ziekte toeneemt. Daarom is de ontdekking van therapieën die de onderliggende etiologie en niet alleen de klinische symptomen van T1D aanpakken een noodzaak. Dit is echter niet eenvoudig aangezien T1D een complexe ziekte is, veroorzaakt door een samenspel van verschillende factoren zoals genetische voorbeschiktheid, omgevingsfactoren en blootstelling aan relevante antigenen. Door deze waaier van mogelijke oorzaken is het moeilijk therapieën te selecteren die inspelen op alle factoren, zonder bijvoorbeeld, een algemeneimmuunsuppressie te veroorzaken. Doordat T1D wordt veroorzaakt door eentolerantieverlies dienen Ag-specifieke therapieën in aanmerking te komen aangezien deze specifiek auto-Ag tolerantie herstellen. Het doel van dit proefschrift was de ontwikkeling van verschillende therapeutische strategieën die T1D konden voorkomen of genezen in een muismodel dat spontaan diabetes ontwikkelt, namelijk in non-obese diabetic (NOD) muizen.
Verschillende monotherapieën, zowel Ag-specifieke als niet-Ag-specieke benaderingen, waren succesvol in het voorkomen of genezen van T1D in diermodellen. Tot op heden, konden deze successen niet herhaald worden in de kliniek. Verschillende mogelijkheden kunnen het falen van deze klinische translatie verklaren; vooreerst, de complexiteit van de ziekte bemoeilijkt het kiezen van een geschikte therapeutische strategie. Daarenbovenzijn preklinische studies overwegend uitgevoerd in een groep van genetisch identieke dieren waardoor succes in deze context zich niet noodzakelijkerwijze vertaald naar de mens, die een veel ruimer aanbod en variabiliteit aan genen bezit. Een combinatietherapie (CT) die verschillende therapeutische raakpunten bundelt en zich richt op verschillende onderdelenvan de pathogenese zou de ziekte mogelijks efficiënter kunnen bestrijden. Deze hypothese in overweging nemend, hebben wij een CT opgesteld waarbij een systemische subtherapeutische dosis anti-CD3 gecombineerd werd met oraal toegediende genetisch gemodificeerde L. lactis die proinsuline (PINS) en IL-10 secreteren (LL-PINS+IL10). In hoofdstuk 4 en 5 hebben weaangetoond dat deze CT resulteerde in stabiele diabetesremissie in 59% van de recent gediagnosticeerde NOD muizen en dit door een PINS-specifieke tolerantie inductie. De initiële beta-cel massa aan het begin van de therapie bleek een belangrijke factor die het klinische resultaat van deCT mee bepaalt. Diabetesremissie in muizen met een startglycemie lager dan 350 mg/dL was significant hoger in vergelijking met een startglycemie hoger dan 350 mg/dL, waarbij glycemie een plaatsvervangende parameter is voor een grote of kleine beta-cel massa bij therapie aanvang. Verder toonden we aan dat door toevoeging van Anakinra aan de CT de diabetesremissie toenam in muizen met een startglycemie lager dan 350 mg/dL. Deze tripeltherapie normaliseerde alle behandelde muizen tegen 70% van de muizen met de CT alleen. Een toename in CD4+CD25+Foxp3+ Treg frequenties in de pancreas en zijn drainerende lymfeknopen in CT-genezen muizen zou hetwerkingsmechanisme van de CT kunnen zijn. Sterker nog, deze Tregs reageerden specifiek op PINS en niet op andere irrelevante Ags zoals OVA. Deze cellen lijken ook cruciaal voor het behoud van de CT-geïnduceerde tolerantie, aangezien depletie van de Foxp3+ populatie resulteerde in terugkeer van de ziekte.
In een andere reeks experimenten, beschreven in hoofdstuk 6, wilden we vaststellen of vitamine D supplementen gegeven in verschillende dosissen tijdens verschillende levensfases diabetes kon voorkomen. Data van epidemiologische studies hebben al aangetoond dat vroegtijdig gegeven vitamine D supplementen correleren met T1D bescherming terwijl deficiëntie geassocieerd werd met een groter risico op de ziekte.De meeste van deze studies benadrukken het belang van vitamine D supplementen in risico individuen die vitamine D deficiënt of insufficiënt zijn, maar ze verklaren niet het effect van toenemende 25(OH) niveaus in individuen die al vitamine D sufficiënt zijn. Het is ook niet duidelijk opwelke leeftijd vitamine D supplementen het beste effect hebben en klinische studies komen met tegenstrijdige data. Bijvoorbeeld, vitamine D insufficiëntie komt het meest voor bij zwangere vrouwen of vrouwen die borstvoeding geven terwijl sommige studies vitamine D supplementen tijdens deze periode linken aan een verlaagd risico op T1D bij het nageslacht, andere studies rapporteren dan weer geen effect. Een fundamentele kwestie blijft het definiëren van een vitamine D sufficiënte status en mogelijkerichtlijnen voor het geven van vitamine D supplementen. Om een aantal van deze vragen te beantwoorden, hebben wij een dosis titratie test uitgevoerd waarbij NOD muizen dagelijks 2,000 IU tot 8,000 IU van vitamine D3kregen, waarna werd onderzocht of dit gepaard ging met een toxisch of calcemisch effect. We stelden vast dat alle dosissen hoger dan 2,000 IU ernstig gewichtsverlies en 25(OH) concentraties die grensden aan toxiciteit induceerden. Daarom selecteerden we de lagere dosissen van 1,250 IU en 800 IU van vitamine D3 voor dagelijkse administratie op verschillende momenten; tijdens intra-uterien/ neonatale leven, voor een korte termijn(van 3 weken oud tot 14 weken oud) en lange termijn (van 3 weken oud tot 35 weken oud). Onze data tonen dat enkel het geven van vitamine D3 supplementen (800 IU of 1,250 IU) op lange termijn diabetes significant konvoorkomen. Belangrijk, controle muizen kregen een dagelijks dieet met voldoende vitamine D3 (4 IU) en hadden normale 25(OH) concentraties, een mediaan van 71 ng/dL, dat steeg naar 116 ng/mL en 124 ng/mL wanneer muizen respectievelijk 800 IU en 1250 IU vitamine D3 toegediend kregen. Dezeverhoogde 25(OH) concentratie in het serum correleerde met bescherming tegen de ziekte. Bovendien stelden we vast dat vitamine D3 supplementen op lange termijn geen merkbare calcemische effecten veroorzaakten, ook werden geen vasculaire verkalkingen in nier of hart vastgesteld en botparameters waren normaal en zelfs verbeterd in muizen die vitamine D3 kregen. We stelden ook belangrijke veranderingen in immunologische profielen vast, een significante verlaging van IFN-g</>+CD8+ T cellen terwijl omgekeerd een toename van CD4+Foxp3+ Tregs optrad. Samengevat, deze dataset zou een toegevoegde waarde kunnen zijn in de uitwerking van toekomstige klinische proeven, alsook in de ontwikkeling van richtlijnen voor vitamine D supplementen voor de preventie van T1D.
Samengevat, de data gepresenteerd in dit proefschrift demonstreren enkele veelbelovende therapeutische benaderingen voor de preventie en interventie van T1D. Het geeft ook aan dat verschillende therapeutische benaderingen toegepast dienen te worden naargelang het tijdspunt van interventie. We hebben voor het eerst aangetoond dat vitamine D3 suppletie diabetes kan voorkomen wanneer ze oraal toegediend worden gedurende een lange termijn en dit lijkt geenschadelijke effecten te induceren. Een meer drastische aanpak lijkt noodzakelijk wanneer de ziekte al is vastgesteld. Hier kunnen combinatietherapieën nieuwe mogelijkheden scheppen. We hebben in feite aangetoond datonze CT die een Ag-specifieke aanpak combineert met een systemische benadering beta-cel-specifieke tolerantie kan herintroduceren en stabiele normoglycemie kan bewerkstelligen in genezen dieren. In de nabije toekomst hopen we deze bevindingen te optimaliseren om zo de stap te kunnen zetten naar klinische studies.
Verschillende monotherapieën, zowel Ag-specifieke als niet-Ag-specieke benaderingen, waren succesvol in het voorkomen of genezen van T1D in diermodellen. Tot op heden, konden deze successen niet herhaald worden in de kliniek. Verschillende mogelijkheden kunnen het falen van deze klinische translatie verklaren; vooreerst, de complexiteit van de ziekte bemoeilijkt het kiezen van een geschikte therapeutische strategie. Daarenbovenzijn preklinische studies overwegend uitgevoerd in een groep van genetisch identieke dieren waardoor succes in deze context zich niet noodzakelijkerwijze vertaald naar de mens, die een veel ruimer aanbod en variabiliteit aan genen bezit. Een combinatietherapie (CT) die verschillende therapeutische raakpunten bundelt en zich richt op verschillende onderdelenvan de pathogenese zou de ziekte mogelijks efficiënter kunnen bestrijden. Deze hypothese in overweging nemend, hebben wij een CT opgesteld waarbij een systemische subtherapeutische dosis anti-CD3 gecombineerd werd met oraal toegediende genetisch gemodificeerde L. lactis die proinsuline (PINS) en IL-10 secreteren (LL-PINS+IL10). In hoofdstuk 4 en 5 hebben weaangetoond dat deze CT resulteerde in stabiele diabetesremissie in 59% van de recent gediagnosticeerde NOD muizen en dit door een PINS-specifieke tolerantie inductie. De initiële beta-cel massa aan het begin van de therapie bleek een belangrijke factor die het klinische resultaat van deCT mee bepaalt. Diabetesremissie in muizen met een startglycemie lager dan 350 mg/dL was significant hoger in vergelijking met een startglycemie hoger dan 350 mg/dL, waarbij glycemie een plaatsvervangende parameter is voor een grote of kleine beta-cel massa bij therapie aanvang. Verder toonden we aan dat door toevoeging van Anakinra aan de CT de diabetesremissie toenam in muizen met een startglycemie lager dan 350 mg/dL. Deze tripeltherapie normaliseerde alle behandelde muizen tegen 70% van de muizen met de CT alleen. Een toename in CD4+CD25+Foxp3+ Treg frequenties in de pancreas en zijn drainerende lymfeknopen in CT-genezen muizen zou hetwerkingsmechanisme van de CT kunnen zijn. Sterker nog, deze Tregs reageerden specifiek op PINS en niet op andere irrelevante Ags zoals OVA. Deze cellen lijken ook cruciaal voor het behoud van de CT-geïnduceerde tolerantie, aangezien depletie van de Foxp3+ populatie resulteerde in terugkeer van de ziekte.
In een andere reeks experimenten, beschreven in hoofdstuk 6, wilden we vaststellen of vitamine D supplementen gegeven in verschillende dosissen tijdens verschillende levensfases diabetes kon voorkomen. Data van epidemiologische studies hebben al aangetoond dat vroegtijdig gegeven vitamine D supplementen correleren met T1D bescherming terwijl deficiëntie geassocieerd werd met een groter risico op de ziekte.De meeste van deze studies benadrukken het belang van vitamine D supplementen in risico individuen die vitamine D deficiënt of insufficiënt zijn, maar ze verklaren niet het effect van toenemende 25(OH) niveaus in individuen die al vitamine D sufficiënt zijn. Het is ook niet duidelijk opwelke leeftijd vitamine D supplementen het beste effect hebben en klinische studies komen met tegenstrijdige data. Bijvoorbeeld, vitamine D insufficiëntie komt het meest voor bij zwangere vrouwen of vrouwen die borstvoeding geven terwijl sommige studies vitamine D supplementen tijdens deze periode linken aan een verlaagd risico op T1D bij het nageslacht, andere studies rapporteren dan weer geen effect. Een fundamentele kwestie blijft het definiëren van een vitamine D sufficiënte status en mogelijkerichtlijnen voor het geven van vitamine D supplementen. Om een aantal van deze vragen te beantwoorden, hebben wij een dosis titratie test uitgevoerd waarbij NOD muizen dagelijks 2,000 IU tot 8,000 IU van vitamine D3kregen, waarna werd onderzocht of dit gepaard ging met een toxisch of calcemisch effect. We stelden vast dat alle dosissen hoger dan 2,000 IU ernstig gewichtsverlies en 25(OH) concentraties die grensden aan toxiciteit induceerden. Daarom selecteerden we de lagere dosissen van 1,250 IU en 800 IU van vitamine D3 voor dagelijkse administratie op verschillende momenten; tijdens intra-uterien/ neonatale leven, voor een korte termijn(van 3 weken oud tot 14 weken oud) en lange termijn (van 3 weken oud tot 35 weken oud). Onze data tonen dat enkel het geven van vitamine D3 supplementen (800 IU of 1,250 IU) op lange termijn diabetes significant konvoorkomen. Belangrijk, controle muizen kregen een dagelijks dieet met voldoende vitamine D3 (4 IU) en hadden normale 25(OH) concentraties, een mediaan van 71 ng/dL, dat steeg naar 116 ng/mL en 124 ng/mL wanneer muizen respectievelijk 800 IU en 1250 IU vitamine D3 toegediend kregen. Dezeverhoogde 25(OH) concentratie in het serum correleerde met bescherming tegen de ziekte. Bovendien stelden we vast dat vitamine D3 supplementen op lange termijn geen merkbare calcemische effecten veroorzaakten, ook werden geen vasculaire verkalkingen in nier of hart vastgesteld en botparameters waren normaal en zelfs verbeterd in muizen die vitamine D3 kregen. We stelden ook belangrijke veranderingen in immunologische profielen vast, een significante verlaging van IFN-g</>+CD8+ T cellen terwijl omgekeerd een toename van CD4+Foxp3+ Tregs optrad. Samengevat, deze dataset zou een toegevoegde waarde kunnen zijn in de uitwerking van toekomstige klinische proeven, alsook in de ontwikkeling van richtlijnen voor vitamine D supplementen voor de preventie van T1D.
Samengevat, de data gepresenteerd in dit proefschrift demonstreren enkele veelbelovende therapeutische benaderingen voor de preventie en interventie van T1D. Het geeft ook aan dat verschillende therapeutische benaderingen toegepast dienen te worden naargelang het tijdspunt van interventie. We hebben voor het eerst aangetoond dat vitamine D3 suppletie diabetes kan voorkomen wanneer ze oraal toegediend worden gedurende een lange termijn en dit lijkt geenschadelijke effecten te induceren. Een meer drastische aanpak lijkt noodzakelijk wanneer de ziekte al is vastgesteld. Hier kunnen combinatietherapieën nieuwe mogelijkheden scheppen. We hebben in feite aangetoond datonze CT die een Ag-specifieke aanpak combineert met een systemische benadering beta-cel-specifieke tolerantie kan herintroduceren en stabiele normoglycemie kan bewerkstelligen in genezen dieren. In de nabije toekomst hopen we deze bevindingen te optimaliseren om zo de stap te kunnen zetten naar klinische studies.
Datum:1 okt 2009 → 16 sep 2013
Trefwoorden:type 1 diabetes, preventie, antigeentherapie, tolerantie, vitamine D, NOD muis
Disciplines:Endocrinologie en metabole ziekten
Project type:PhD project