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EU-Project number / Contract (GA) number
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Background & Aims
Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) and non-alcoholic steatohepatitis (NASH) are increasingly a cause of cirrhosis and hepatocellular carcinoma globally. This burden is expected to increase as epidemics of obesity, diabetes and metabolic syndrome continue to grow. The goal of this analysis was to use a Markov model to forecast NAFLD disease burden using currently available data.
Methods
A model was used to estimate NAFLD and NASH disease progression in eight countries based on data for adult prevalence of obesity and type 2 diabetes mellitus (DM). Published estimates and expert consensus were used to build and validate the model projections.
Results
If obesity and DM level off in the future, we project a modest growth in total NAFLD cases (0–30%), between 2016–2030, with the highest growth in China as a result of urbanization and the lowest growth in Japan as a result of a shrinking population. However, at the same time, NASH prevalence will increase 15–56%, while liver mortality and advanced liver disease will more than double as a result of an aging/increasing population.
Conclusions
NAFLD and NASH represent a large and growing public health problem and efforts to understand this epidemic and to mitigate the disease burden are needed. If obesity and DM continue to increase at current and historical rates, both NAFLD and NASH prevalence are expected to increase. Since both are reversible, public health campaigns to increase awareness and diagnosis, and to promote diet and exercise can help manage the growth in future disease burden.
Lay summary
Non-alcoholic fatty liver disease and non-alcoholic steatohepatitis can lead to advanced liver disease. Both conditions are becoming increasingly prevalent as the epidemics of obesity and diabetes continue to increase. A mathematical model was built to understand how the disease burden associated with non-alcoholic fatty liver disease and non-alcoholic steatohepatitis will change over time. Results suggest increasing cases of advanced liver disease and liver-related mortality in the coming years.
Background
Patients with coronary heart disease (CHD) with and without diabetes mellitus have an increased risk of recurrent events requiring multifactorial secondary prevention of cardiovascular risk factors. We compared prevalences of cardiovascular risk factors and its determinants including lifestyle, pharmacotherapy and diabetes mellitus among patients with chronic CHD examined within the fourth and fifth EUROASPIRE surveys (EA-IV, 2012–13; and EA-V, 2016–17) in Germany.
Methods
The EA initiative iteratively conducts European-wide multicenter surveys investigating the quality of secondary prevention in chronic CHD patients aged 18 to 79 years. The data collection in Germany was performed during a comprehensive baseline visit at study centers in Würzburg (EA-IV, EA-V), Halle (EA-V), and Tübingen (EA-V).
Results
384 EA-V participants (median age 69.0 years, 81.3% male) and 536 EA-IV participants (median age 68.7 years, 82.3% male) were examined. Comparing EA-IV and EA-V, no relevant differences in risk factor prevalence and lifestyle changes were observed with the exception of lower LDL cholesterol levels in EA-V. Prevalence of unrecognized diabetes was significantly lower in EA-V as compared to EA-IV (11.8% vs. 19.6%) while the proportion of prediabetes was similarly high in the remaining population (62.1% vs. 61.0%).
Conclusion
Between 2012 and 2017, a modest decrease in LDL cholesterol levels was observed, while no differences in blood pressure control and body weight were apparent in chronic CHD patients in Germany. Although the prevalence of unrecognized diabetes decreased in the later study period, the proportion of normoglycemic patients was low. As pharmacotherapy appeared fairly well implemented, stronger efforts towards lifestyle interventions, mental health programs and cardiac rehabilitation might help to improve risk factor profiles in chronic CHD patients.
Diabetes mellitus is a common disease affecting more than 537 million adults worldwide. The microvascular complications that occur during the course of the disease are widespread and affect a variety of organ systems in the body. Diabetic retinopathy is one of the most common long-term complications, which include, amongst others, endothelial dysfunction, and thus, alterations in the blood-retinal barrier (BRB). This particularly restrictive physiological barrier is important for maintaining the neuroretina as a privileged site in the body by controlling the inflow and outflow of fluid, nutrients, metabolic end products, ions, and proteins. In addition, people with diabetic retinopathy (DR) have been shown to be at increased risk for systemic vascular complications, including subclinical and clinical stroke, coronary heart disease, heart failure, and nephropathy. DR is, therefore, considered an independent predictor of heart failure. In the present review, the effects of diabetes on the retina, heart, and kidneys are described. In addition, a putative common microRNA signature in diabetic retinopathy, nephropathy, and heart failure is discussed, which may be used in the future as a biomarker to better monitor disease progression. Finally, the use of miRNA, targeted neurotrophin delivery, and nanoparticles as novel therapeutic strategies is highlighted.
Background: Chronic kidney disease (CKD) associated with type 2 diabetes mellitus constitutes a global epidemic complicated by considerable renal and cardiovascular morbidity and mortality, despite the provision of inhibitors of the renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS). Bardoxolone methyl, a synthetic triterpenoid that reduces oxidative stress and inflammation through Nrf2 activation and inhibition of NF-κB was previously shown to increase estimated glomerular filtration rate (eGFR) in patients with CKD associated with type 2 diabetes mellitus. To date, no antioxidant or anti-inflammatory therapy has proved successful at slowing the progression of CKD. Methods: Herein, we describe the design of Bardoxolone Methyl Evaluation in Patients with Chronic Kidney Disease and Type 2 Diabetes: the Occurrence of Renal Events (BEACON) trial, a multinational, multicenter, double-blind, randomized, placebo-controlled Phase 3 trial designed to determine whether long-term administration of bardoxolone methyl (on a background of standard therapy, including RAAS inhibitors) safely reduces renal and cardiac morbidity and mortality. Results: The primary composite endpoint is time-to-first occurrence of either end-stage renal disease or cardiovascular death. Secondary endpoints include the change in eGFR and time to occurrence of cardiovascular events. Conclusion: BEACON will be the first event-driven trial to evaluate the effect of an oral antioxidant and anti-inflammatory drug in advanced CKD.
Background
The impact of risk factors on poor outcome after ischemic stroke is well known, but estimating the amount of poor outcome attributable to single factors is challenging in presence of multimorbidity. We aim to compare population attributable risk estimates obtained from different statistical approaches regarding their consistency. We use a real-life data set from the PROSCIS study to identify predictors for mortality and functional impairment one year after first-ever ischemic stroke and quantify their contribution to poor outcome using population attributable risks.
Methods
The PROSpective Cohort with Incident Stroke (PROSCIS) is a prospective observational hospital-based cohort study of patients after first-ever stroke conducted independently in Berlin (PROSCIS-B) and Munich (PROSCIS-M). The association of baseline factors with poor outcome one year after stroke in PROSCIS-B was analysed using multiple logistic regression analysis and population attributable risks were calculated, which were estimated using sequential population attributable risk based on a multiple generalized additive regression model, doubly robust estimation, as well as using average sequential population attributable risk. Findings were reproduced in an independent validation sample from PROSCIS-M.
Results
Out of 507 patients with available outcome information after 12 months in PROSCIS-B, 20.5% suffered from poor outcome. Factors associated with poor outcome were age, pre-stroke physical disability, stroke severity (NIHSS), education, and diabetes mellitus. The order of risk factors ranked by magnitudes of population attributable risk was almost similar for all methods, but population attributable risk estimates varied markedly between the methods. In PROSCIS-M, incidence of poor outcome and distribution of baseline parameters were comparable. The multiple logistic regression model could be reproduced for all predictors, except pre-stroke physical disability. Similar to PROSCIS-B, the order of risk factors ranked by magnitudes of population attributable risk was almost similar for all methods, but magnitudes of population attributable risk differed markedly between the methods.
Conclusions
Ranking of risk factors by population impact is not affected by the different statistical approaches. Thus, for a rational decision on which risk factor to target in disease interventions, population attributable risk is a supportive tool. However, population attributable risk estimates are difficult to interpret and are not comparable when they origin from studies applying different methodology. The predictors for poor outcome identified in PROSCIS-B have a relevant impact on mortality and functional impairment one year after first-ever ischemic stroke.
Biomedical research suffers from a dramatically poor translational success. For example, in ischemic stroke, a condition with a high medical need, over a thousand experimental drug targets were unsuccessful. Here, we adopt methods from clinical research for a late-stage pre-clinical meta-analysis (MA) and randomized confirmatory trial (pRCT) approach. A profound body of literature suggests NOX\(_{2}\) to be a major therapeutic target in stroke. Systematic review and MA of all available NOX\(_{2}\)\(^{-/y}\) studies revealed a positive publication bias and lack of statistical power to detect a relevant reduction in infarct size. A fully powered multi-center pRCT rejects NOX\(_{2}\) as a target to improve neurofunctional outcomes or achieve a translationally relevant infarct size reduction. Thus stringent statistical thresholds, reporting negative data and a MA-pRCT approach can ensure biomedical data validity and overcome risks of bias.
Background
Anemia is common and is associated with impaired clinical outcomes in diabetic chronic kidney disease (CKD). It may be explained by reduced erythropoietin (EPO) synthesis, but recent data suggest that EPO-resistance and diminished iron availability due to inflammation contribute significantly. In this cohort study, we evaluated the impact of hepcidin-25—the key hormone of iron-metabolism—on clinical outcomes in diabetic patients with CKD along with endogenous EPO levels.
Methods
249 diabetic patients with CKD of any stage, excluding end-stage renal disease (ESRD), were enrolled (2003–2005), if they were not on EPO-stimulating agent and iron therapy. Hepcidin-25 levels were measured by radioimmunoassay. The association of hepcidin-25 at baseline with clinical variables was investigated using linear regression models. All-cause mortality and a composite endpoint of CKD progression (ESRD or doubling of serum creatinine) were analyzed by Cox proportional hazards models.
Results
Patients (age 67 yrs, 53% male, GFR 51 ml/min, hemoglobin 131 g/L, EPO 13.5 U/L, hepcidin-25 62.0 ng/ml) were followed for a median time of 4.2 yrs. Forty-nine patients died (19.7%) and forty (16.1%) patients reached the composite endpoint. Elevated hepcidin levels were independently associated with higher ferritin-levels, lower EPO-levels and impaired kidney function (all p<0.05). Hepcidin was related to mortality, along with its interaction with EPO, older age, greater proteinuria and elevated CRP (all p<0.05). Hepcidin was also predictive for progression of CKD, aside from baseline GFR, proteinuria, low albumin- and hemoglobin-levels and a history of CVD (all p<0.05).
Conclusions
We found hepcidin-25 to be associated with EPO and impaired kidney function in diabetic CKD. Elevated hepcidin-25 and EPO-levels were independent predictors of mortality, while hepcidin-25 was also predictive for progression of CKD. Both hepcidin-25 and EPO may represent important prognostic factors of clinical outcome and have the potential to further define “high risk” populations in CKD.
Background
Prospective data examining the relationship between dietary protein intake and incident coronary heart disease (CHD) are inconclusive. Most evidence is derived from homogenous populations such as health professionals. Large community-based analyses in more diverse samples are lacking.
Methods
We studied the association of protein type and major dietary protein sources and risk for incident CHD in 12,066 middle-aged adults (aged 45–64 at baseline, 1987–1989) from four U.S. communities enrolled in the Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) Study who were free of diabetes mellitus and cardiovascular disease at baseline. Dietary protein intake was assessed at baseline and after 6 years of follow-up by food frequency questionnaire. Our primary outcome was adjudicated coronary heart disease events or deaths with following up through December 31, 2010. Cox proportional hazard models with multivariable adjustment were used for statistical analyses.
Results
During a median follow-up of 22 years, there were 1,147 CHD events. In multivariable analyses total, animal and vegetable protein were not associated with an increased risk for CHD before or after adjustment. In food group analyses of major dietary protein sources, protein intake from red and processed meat, dairy products, fish, nuts, eggs, and legumes were not significantly associated with CHD risk. The hazard ratios [with 95% confidence intervals] for risk of CHD across quintiles of protein from poultry were 1.00 [ref], 0.83 [0.70–0.99], 0.93 [0.75–1.15], 0.88 [0.73–1.06], 0.79 [0.64–0.98], P for trend = 0.16). Replacement analyses evaluating the association of substituting one source of dietary protein for another or of decreasing protein intake at the expense of carbohydrates or total fats did not show any statistically significant association with CHD risk.
Conclusion
Based on a large community cohort we found no overall relationship between protein type and major dietary protein sources and risk for CHD.
In dieser post-hoc Analyse der Deutschen Diabetes und Dialyse Studie wurde der Einfluss von NT-proBNP und Troponin T auf plötzlichen Herztod, Schlaganfall, Myokardinfarkt und die Gesamtmortalität während vierjähriger Studiendauer bei 1255 Patienten mit Diabetes mellitus Typ 2 an der Hämodialyse analysiert. Des Weiteren wurde die Bedeutung einer longitudinalen Messung der Biomarker nach 6 Monaten auf die Endpunkte untersucht. Patienten mit dem höchsten NT-proBNP respektive Troponin T wiesen die größte Ereignisrate für plötzlichen Herztod, Schlaganfall und die Gesamtmortalität auf. In der multivariaten Regressionsanalyse waren sowohl NT-proBNP als auch Troponin T jeweils starke unabhängige Prädiktoren für plötzlichen Herztod, Schlaganfall und die Gesamtmortalität. Eine Assoziation von NT-proBNP mit dem Auftreten von Myokardinfarkten wurde nicht gesehen. Nicht nur ein hoher Ausgangswert der Biomarker, sondern auch eine Zunahme von NT-proBNP und Troponin T nach 6 Monaten waren assoziiert mit einer schlechteren Langzeitprognose
Bei Patienten mit Diabetes mellitus Typ 2 und chronischer Niereninsuffizienz ist Anämie häufig. Zum Teil ist sie durch ungenügende EPO-Produktion bedingt. Zusätzlich wird die Hämoglobinsynthese, wie bei der Anämie chronischer Krankheiten (anemia of chronic disease, ACD) beschrieben, durch entzündliche Vorgänge unterdrückt. Der Stellenwert endogenen Erythropoietins bei Patienten mit diabetischer Nephropathie und ACD bleibt noch unsicher sowie auch der Zusammenhang zwischen EPO und der Nierenfunktion. Diese Querschnittsanalyse schloss 224 Patienten mit Typ 2-Diabetes in allen Stadien chronischer Niereninsuffizienz (CNI-Stadium 1-5) ein. Das mediane Alter betrug 67 Jahre, 54 % waren männlich und die mediane GFR lag bei 49 ml/min. Gemäß den Definitionen der K/DOQI-Richtlinien waren 41 % der Patienten anämisch. Von der Studie ausgeschlossen wurden wegen der Anämie behandelte Patienten und solche mit Eisenmangel. Prädiktoren der log-transformierten EPO-Spiegel wurden unter Benutzung multivariater linearer Regressionsmodelle ausgewertet. Die univariate und inverse Beziehung zwischen GFR und EPO-Spiegeln (p = 0,009) wurde in der multivariaten Analyse nicht-signifikant. Erhöhtes CRP (p < 0,001), niedriges Ferritin (p = 0,002), kardiovaskuläre Ereignisse in der Vorgeschichte (p = 0,02) und Hypertension (p = 0,04) waren nach Adjustierung für Alter, Geschlecht, Hb, GFR und andere klinische Faktoren unabhängig mit erhöhten EPO-Spiegeln assoziiert. In der untersuchten Population fand sich kein Zusammenhang zwischen EPO-Spiegeln und Hämoglobin. Bei diabetischen Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz werden die EPO-Spiegel trotz gleichzeitig niedriger Hämoglobinspiegel vor allem durch Entzündungsparameter und den Eisenstatus vorhergesagt und sind dabei unabhängig von der Nierenfunktion. Deshalb könnte die Anämie bei Patienten mit diabetischer Nephropathie hauptsächlich durch Inflammation entstehen, die zu einem relativen Eisenmangel und einer Resistenz des Knochenmarks gegenüber endogenem EPO führt.
Isomalt ist ein niedrig-glykämischer Zuckeraustausschstoff. In dieser offenen Studie wurde untersucht, wie sich ein Austausch glykämischer Zutaten wie Glukose und Saccharose durch Isomalt auf kardiovaskuläre Risikoparameter und Adipositas assoziierte Parameter bei Patienten mit Diabetes mellitus Typ 2 auswirkt. Über 12 Wochen erhielten 33 Patienten mit Typ 2 Diabetes zusätzlich zu ihrer gewohnten Kost 30g/d Isomalt und wurden angewiesen auf weiter süße Lebensmittel zu verzichten. Vor Beginn der Studie, nach 6 Wochen und nach 12 Wochen wurden Blutproben und 24-Stundenurin entnommen und auf kardiovaskuläre und Adipositas assoziierte Parameter, sowie Mannitgehalt untersucht. 31 Patienten beendeten die Studie. Die Diät wurde gut akzeptiert und toleriert. Die 12-wöchige Intervention erwies sich mit Ausnahme auf eine signifikante Reduktion der Serumtriglyceride weitestgehend neutral auf die Blutlipide Gesamtcholesterin, LDL und HDL. Einzig in einer Subgruppe von 7 Patienten mit pathologisch erhöhtem Gesamtcholesterin konnten signifikant reduzierte Serumspiegel nachgewiesen werden. Weiterhin waren die nicht-veresterten freien Fettsäuren signifikant reduziert. Vor allem die Teilnehmerinnen profitierten von dieser Reduktion. Auch für oxLDL konnten im 12-wöchigen Verlauf eine signifikante Reduktion nachgewiesen werden. Bei den Gerinnungsfaktoren waren Fibrinogen unbeeinflusst, PAI-1 leichtgradig, t-PA signifikant reduziert. Das CRP war unbeeinflusst. Bei den Adipositas assoziierten Parametern war eine tendenzielle nicht signifikante Abnahme des Adiponektin- und Leptinspiegels bei Männern und Frauen zu beobachten. Die gezeigte Studie ist in Übereinstimmung mit den Beobachtungen früherer Studien, die unter niedrig-glykämischer Ernährung nur geringe Effekte auf die Blutlipide zeigten. Günstige Effekte waren auf kardiovaskuläre Risikofaktoren wie NEFA und oxLDL nachzuweisen. Auch die in früheren Studien gezeigte Verbesserung der Fibrinolyseaktivität konnte bestätigt werden.
Die vorliegende Arbeit beschreibt Untersuchungen über die Auswirkungen des P2Y12-Rezeptor-Antagonisten AZD6140 (Ticagrelor) auf die Plättchenfunktionen diabetischer Ratten. AZD6140 ist ein reversibler, direkter, potenter und oraler Inhibitor des P2Y12-Rezeptors. AZD6140 reduziert als Einzeldosis von 5 mg/ kg Körpergewicht verabreicht die Empfindlichkeit der Plättchen hinsichtlich ADP schnell und reversibel. Zudem konnte bereits nach 30 Minuten eine signifikante Hemmung der Plättchenaggregation beobachtet werden. Auch die P-Selektin-Oberflächenexpression und die Plättchenadhäsion wurden nach Einmalgabe von AZD6140 signifikant reduziert. Eine chronische Behandlung diabetischer Ratten mit AZD6140 reduzierte die Plättchenaktivierung in vivo und die Plättchenempfindlichkeit in vitro. Zudem verminderte der P2Y12-Rezeptor-Antagonist nach zweiwöchiger Verabreichung signifikant die Sekretion des pro-inflammatorischen Zytokins RANTES. Der schnelle antithrombozytäre Effekt ist besonders bei Patienten, die für eine PCI vorgesehen sind, von Vorteil, da in solchen Situationen eine effektive, maximale, rasche und vorhersehbare Hemmung der ADP-induzierten Plättchenaggregation notwendig ist, um bessere klinische Ergebnisse erzielen zu können. Die reversible Wirkung von AZD6140 auf die thrombozytären Funktionen ist insbesondere bei vorbehandelten Patienten, die beispielsweise einen koronaren Bypass erhalten sollen, vorteilhaft, da in der Bypasschirurgie über exzessive Blutungsereignisse nach irreversibler antithrombozytärer Therapie berichtet wurde. Im Vergleich zu Clopidogrel ist die Behandlung mit diesem neuen P2Y12-Antagonisten mit einer stärkeren Plättchenhemmung und einer geringeren Variabilität in der Antwort auf die Therapie verbunden. Eine interindividuelle Variabilität in der Wirksamkeit, wie sie bei Clopidogrel zu finden ist, korreliert mit einem erhöhten Risiko unerwünschter kardiovaskulärer Ereignisse, eine Tatsache, die sich besonders gravierend in kardiovaskulären Risikogruppen auswirkt. AZD6140 zeigt eine bessere Wirksamkeit, einen schnelleren Beginn und ein rascheres Ende seiner Wirkung auf die Plättchenfunktionen sowie eine geringere Verlängerung der Blutungszeit im Vergleich zu Clopidogrel. In klinischen Studien wurde das Wirkungsprofil von AZD6140 mit dem von Clopidogrel verglichen. Zuletzt wurde in der Phase III-Studie PLATO die signifikante Überlegenheit in der Wirksamkeit von AZD6140 gegenüber Clopidogrel bestätigt.
Das Konzept, Insulin-produzierende Zellen als Ersatz für zerstörte Beta-Zellen beim Diabetes mellitus Typ I einzusetzen, ist auch weiterhin hoch attraktiv. Eine Alternative zur Herstellung Insulin-produzierender Zellen aus embryonalen oder adulten Stammzellen könnten in vitro modifizierte, Insulin-positive Monozyten sein. Seit längerem ist bekannt, dass sich Monozyten in Makrophagen und Dendritische Zellen differenzieren. Weniger bekannt ist, dass sich Monozyten auch in eine Vielzahl nicht-phagozytierender Zellen differenzieren können. Hierzu gehören auch Insulin-positive Zellen. Für die optimale Zelltherapie ist zu fordern, dass die Zellen nicht nur ihre Funktion im Patienten beibehalten, sondern dass von ihnen auch kein immu-nologisches Risiko ausgeht. Blutmonozyten lassen sich einfach gewinnen und stünden somit als autologer Zellersatz für eine mögliche Zelltherapie zur Verfügung. Monozyten von zwölf gesunden Spendern im Alter zwischen 23 und 57 Jahren wurden untersucht. Die Monozyten wurden durch Adhärenz angereichert und für sechs Tage in X-Medium mit den Cytokinen M-CSF und IL-3 und für weitere vier Tage in Y-Medium mit den Cytokinen HGF und EGF inkubiert. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass sich Insulin-positive Monozyten routine-mäßig aus peripheren Blutmonozyten gesunder Spender mittels Leukapharese gewinnen lassen. Frisch isolierte periphere Blutmonozyten waren vor ihrer Kultivierung negativ für Insulin und C-Peptid. Nach zehntägiger Kultur wurden 77±16% Insulin-positive und 49±30% C-Peptid-positive Monozyten nachgewiesen. Weiterhin exprimierten 60±4% der Zellen den Monozytenmarker CD14. Auch wurde gezeigt, dass die Kulturbedingungen die Ausbeute an Insulin-positiven Monozyten beeinflussen. Aus jeweils drei Millionen Insulin-positiven Monozyten wurde das Insulin isoliert und diabetischen Mäusen mit einem Blutzuckerspiegel von 300-600 mg/dL subkutan injiziert (n=8). Daraufhin sank der Blutzuckerspiegel um 51%±12% innerhalb einer Stunde. Auch Insulin-positive Monozyten, die diabetischen Mäusen subkutan injiziert wurden, waren in der Lage, den Blutzuckerspiegel bis zum Zeitpunkt Ihrer Abstoßung aktiv zu regulieren (n=4). In einem Pilotversuch wurde zudem gezeigt, dass transplantierte Insulin-positive Monozyten langfristig (> 100 Tage) den Blutzuckerspiegel einer diabetischen immuninkompetenten Maus regulieren. In dieser Arbeit wurde somit erfolgreich gezeigt, dass in vitro modifizierte Monozyten biologisch aktives Insulin enthalten.
Die Insulinbiosynthese in ß-Zellen des endokrinen Pankreas wird auf transkriptioneller Ebene durch die Aktivität des Insulingenpromotors reguliert. Die detaillierte Analyse der Aktivität des humanen Insulingenpromotors erfolgte bisher nur in speziesdifferenten ß-Zelllinien, da glukosesensitive ß-Zelllinien aus dem Pankreas des Menschen nicht verfügbar sind. Es ist jedoch bekannt, dass signifikante Unterschiede in der transkriptionellen Regulation der Genexpression in unterschiedlichen Spezies existieren. Deshalb wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Methode entwickelt, mit deren Hilfe die spezifische Untersuchung der Regulation des humanen Insulingenpromotors hochsensitiv in primären humanen ß-Zellen des endokrinen Pankreas des Menschen möglich ist. Dazu wurde ein Vektor kloniert, der das SEAP (secreted alkaline phosphatase)-Reportergen unter der Kontrolle des -336 bp langen humanen Insulingenpromotors enthält. Im Laufe verschiedener Transfektionsexperimente mit dem Vektor p-336hInsP-SEAP, pSEAP2-Control (Positivkontrolle) und pSEAP2-Basic (Negativkontrolle) sowohl in INS-1-ß-Zellen, in beta-TC3-Zellen als auch in primären humanen ß-Zellen, zeigten sich in den luminometrisch bestimmten SEAP-Aktivitäten, die als Maß für die Aktivität des humanen Insulingenpromotors dienen, deutliche Unterschiede zwischen den transkriptionellen Aktivitäten der einzelnen Vektoren. Dieses System eignet sich also ausgezeichnet für die hochsensitive Analyse der Insulingenpromotoraktiviät. Zur detaillierteren Analyse wurden 5’-Deletionskonstrukte des Vektors p-336hInsP-SEAP konstruiert und damit INS-1- und beta-TC3-Zellen transient transfiziert. In beiden Zelllinien wurden Experimente bei unterschiedlichen Glukosekonzentrationen durchgeführt, um daraus Rückschlüsse auf die Glukoseresponsivität des humanen Insulingenpromotors ziehen zu können. Dabei zeigte der humane Insulingenpromotor die aus Versuchen mit dem RattenInsulingenpromotor 1 erwartete Glukoseresponsivität. Allerdings ließ sich keine Abnahme der transkriptionellen Aktivität des Promotors bei Abnahme der Länge der Konstrukte beobachten. Unter Verwendung von Effectene® als Transfektionsreagenz eignet sich das SEAP-System zur Analyse der Aktivität des humanen Insulingenpromotors in primären insulinproduzierenden Zellen aus dem menschlichen Pankreas.
Eine Schädigung des Endothels ist früh nachweisbar in der Pathogenese kardiovaskulärer Erkrankungen. Beim Diabetes mellitus führt die Entkopplung der endothelialen Stickstoffmonoxid-Synthase (eNOS) durch Bildung von Superoxidanionen (O2-) anstatt von Stickstoffmonoxid (NO) zu einer gesteigerten Produktion an reaktiven Sauerstoffradikalen (ROS) und zu einer Schädigung des Endothels. Bei der Endothelregeneration spielen die kürzlich entdeckten endothelialen Progenitorzellen (EPCs) eine entscheidende Rolle. Für deren Mobilisierung und volle Funktionalität ist die eNOS von essentieller Bedeutung. In der vorliegenden Arbeit wurde die Hypothese untersucht, daß die beim Diabetes mellitus bekannte Entkopplung der eNOS auch eine wichtige Rolle bei der verminderten Mobilisierung und Dysfunktion von EPCs spielen könnte. Bei Patienten mit Typ-II Diabetes waren die EPC-Spiegel im Blut deutlich vermindert, die EPCs von diabetischen Patienten produzierten mehr O2- und ihre Funktion war im Vergleich zu den EPCs von Kontrollen eingeschränkt. Die gestörte Funktion der EPCs ließ sich durch eine Blockade der NOS mit NG-nitro-L-Arginin (L-NNA) zu einem großen Teil wiederherstellen. Gleichzeitig war dies auch mit einer verminderten O2--Produktion verbunden. In kultivierten EPCs führte die Inkubation mit Glukose zu einer vermehrten O2-- Produktion und einer verminderten Migrationsfähigkeit. Die Proteinkinase C scheint hierbei mechanistisch über eine Aktivierung der NADPH-Oxidase (NOX) von Bedeutung zu sein. Die durch Glukose hervorgerufene gesteigerte O2--Generierung resultiert in verminderten intrazellulären Tetrahydrobiopterin (BH4) -Spiegeln, dem wahrscheinlich entscheidenden pathophysiologischen Mechanismus bei der eNOS-Entkopplung. Nach exogener Zufuhr von BH4 kam es zu einer signifikanten Funktionsverbesserung der EPCs und einer deutlich verminderten O2--Produktion. Im Tiermodell des Diabetes wurden EPC-mobilisierende Mechanismen untersucht. Bei Ratten wurde durch Streptozotozininjektion ein Typ-I-Diabetes hervorgerufen. Bei diesen Tieren konnten ebenso wie bei den diabetischen Patienten verminderte EPC-Spiegel nachgewiesen werden. Ursache hierfür könnte eine Entkopplung der eNOS im Knochenmark sein. Hier zeigte sich eine gesteigerte O2--Produktion, welche durch eine NOS-Blockade mittels L-NNA teilweise reversibel war. Wahrscheinlich sind die auf die Entkopplung der eNOS zurückzuführende verminderte EPC-Mobilisierung und -Funktion mitbestimmende Faktoren in der Pathogenese von vaskulären Komplikationen beim Diabetes mellitus.
Leptin reguliert die Sättigungszentren in den Kerngebieten des Hypothalamus. Zusätzlich hemmt es die Insulinsekretion der Beta-Zelle des endokrinen Pankreas. Umgekehrt fördert Insulin die Leptinsekretion des Fettgewebes. Dieser Regelkreis wird als adipoinsuläre Achse beschrieben. Fehlregulationen dieses Regelkreises werden bei übergewichtigen Patienten mit Leptinresistenz als Mechanismus bei der Ausbildung eines Diabetes mellitus Typ 2 diskutiert. In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung von Leptin auf die Beta-Zelle des endokrinen Pankreas untersucht. Ziel dieser Arbeit war die Identifikation neuer Leptin regulierter Gene. Dafür wurde unter anderem die Insulinom-Zelllinie INS-1 verwandt. In den vorliegenden Untersuchungen hemmte Leptin die mRNA-Expression von Insulin und dem Transkriptionsfaktor NeuoD1 in INS-1 Zellen. Darüber hinaus hemmte Leptin die mRNA- und Proteinexpression von Secretogranin II (Scg II) in INS-1 Zellen. Scg II wurde mit immunzytochemischen Färbungen in den Vesikeln von INS-1 Zellen nachgewiesen. Leptin hemmte des Weiteren die mRNA- und Proteinexpression sowie die Enzymaktivität der katalytischen Untereinheit der Protein Phosphatase 1 alpha (PP-1alpha) in INS-1 Zellen. In humanen Pankreasinseln wurde eine Kolokalisation von PP-1alpha und Insulin nachgewiesen. Eine Hemmung von PP-1alpha durch Calyculin A (Cal A) führte zu einer Reduktion der Insulinsekretion von INS-1 Zellen und humanen Pankreasinseln, sowie zu einer Reduktion des Kalzium-Influxes in INS-1 Beta-Zellen. Anhand dieser Ergebnisse könnte die hemmende Wirkung von Leptin auf die Insulinsekretion durch eine Regulation von PP-1alpha erklärt werden. Dabei führt die Inhibition von PP-1alpha zu einer Hemmung der Kalzium Kanäle, die wiederum eine Reduktion der Insulinsekretion bewirkt. In dieser Arbeit wurden neue Leptin regulierte Gene in INS-1 Beta-Zellen identifiziert und charakterisiert. Diese Ergebnisse zeigen neue Einblicke in die Regulation der Insulinsekretion. Darüber hinaus ergeben sich für die Zukunft mögliche Ansatzpunkte bei der Therapie des Diabetes mellitus Typ 2.
Diabetes mellitus ist die häufigste endokrine Störung des Glukosestoffwechsels und betrifft einen großen Teil der Bevölkerung. Der progressive Verlauf der Erkrankung führt zu schweren Sekundärschäden und schränkt die Lebensqualität der Betroffenen deutlich ein. Als einzige kausale Therapiemöglichkeiten stehen bislang nur die Pankreas- und Inseltransplantation zur Verfügung. Der Mangel an Spenderorganen und die erforderliche lebenslange Immunsuppression schränken die weite Verfügbarkeit dieser Behandlung für die überwiegende Anzahl der Diabetiker stark ein. Daher ist es sehr wichtig, neue Therapiestrategien des Diabetes mellitus zu entwickeln. Hierbei ist die Weiterentwicklung der Zelltherapie von zentraler Bedeutung, um durch Differenzierung und Expansion insulinproduzierender Zellen den Mangel an Zellen zur Transplantation zu überwinden. In dieser Arbeit wurde eine Analyse der Expression des proliferationsassoziierten Proteins P8 in Betazellen des endokrinen Pankreas durchgeführt. Es konnte eine spezifische Genexpression von P8 in Betazellen und duktalen Vorläuferzellen des endokrinen Pankreas nachgewiesen werden. Durch die Etablierung eines spezifischen Antiserums wurde P8 im Zellkern der Betazellen lokalisiert. Expressionsanalysen zeigten im Folgenden eine positive Regulation der P8-mRNA-Expression durch Glukose als bekannten Stimulus für die Insulinsekretion und Betazellreplikation. Gleiches wurde für das Inkretinhormon GLP-1, das die Genexpression von bedeutsamen Transkriptionsfaktoren für die Betazellproliferation und -differenzierung induziert, in Betazellen als auch deren Vorläuferzellen nachgewiesen. Anhand von Transfektionsexperimenten und Funktionsuntersuchungen mittels ELISA konnte eine Dedifferenzierung der Betazellen durch eine Überexpression des potentiell proliferationsinduzierenden Proteins P8 ausgeschlossen werden. Hierbei wurden betazellspezifische Differenzierungsmarker, PDX-1 und Proinsulin, sowie die Fähigkeit der Betazellen, Insulin zu produzieren, während einer Überexpression von P8 analysiert. Zusammenfassend wurde ein proliferationsassoziiertes Protein, das als möglicher Transkriptionsfaktor in Betazellen des endokrinen Pankreas fungieren könnte, näher charakterisiert, um damit neue Aspekte zur Expansion von Betazellen unter Erhalt ihrer Funktion im Rahmen der Zelltherapie beizutragen.