Hypoglykemian monimuotoinen etiologia

Hypoglykemian
monimuotoinen etiologia
- beetasolututkijan näkökulma
Timo Otonkoski
HYKS lasten ja nuorten sairaala
Biomedicum Helsinki
Glukoosimetabolia
Glukoosin tuotto
absorptio
glykogenolyysi
glukoneogeneesi
(maksa)
Glukoosin käyttö
aivot
lihaskudos
rasvakudos
muut kudokset
Hypoglykemian määritelmä
  plasman
glukoosipitoisuus alle 2.8 mmol/l
  oireet, jotka häviävät glukoosipitoisuuden
noustessa
Hypoglykemian oireet
Autonomiset
Neuroglukopeeniset
Sydämentykytys
Päänsärky
Hikoilu
Väsymys
Vapina
Aloitekyvyttömyys
Ihon kalpeus
Keskittymiskyvyn puute
Levottomuus
Näköhäiriöt
Ärtyneisyys
Huimaus
Näläntunne
Muistihäiriöt
Käyttäytymishäiriöt
Tuntohäiriöt
Sekavuus
Kouristelu
Tajuttomuus
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)
Hypoglykemian syyt
 
Liiallinen insuliinivaikutus
 
 
 
 
Alentunut glukoosintuotanto
 
 
 
glykogenolyysi/glukoneogeneesi
monogeeniset defektit, maksasairaudet
Counter-regulaation defekti
 
 
synnynnäinen hyperinsulinismi (CHI)
insuliinia tuottavat kasvaimet
iatrogeeninen
hypopituitarismi / lisämunuaisinsuffisienssi
Hyvänlaatuinen ketoottinen hypoglykemia
(”accelerated starving”)
Mitä beetasolu tekee?
food intake
glucose
Glucose transporter
glucokinase
GLP1
GIP
pyruvate
mitochondria
Incretin receptors
Metabolic signals
Acyl ATP
CoA
cAMP
MAPkinases
NADPH
insulin release
Beetasolu mittaa glukoosia ja
välttää anaerobista glykolyysiä
food intake
glucose
pyruvate
LDH
lactate
pyruvate
Acyl ATP NADPH
CoA
Insulin release
glucose
glucose
GLUT2
glucokinase
G6P
Insulin
ATP
ATP
ATP
+
++
Ca
Ca ++
Diatsoksidi
K+
+
KATP channel
-
Ψ
sulfonyyliureat
(tolbutamidi)
-
calcium channel
-
nifedipiini
somatostatiini
Synnynnäinen hyperinsulinismi (CHI)
glucose
1. Vika solukalvolla
(ionikanavissa)
2. Väärät metaboliset
signaalit
glucokinase
- K-ATP CHI
- HI-HA, GCK-CHI, EIHI
G6P
Insulin
ATP
AT
Ca++
K
+
Ψ
KATP channel
calcium channel
Beetasolun KATP kanavan vikojen spektri
lisäänt. tyypin 2
DM riski
Synn.
Normaali
hyperinsulinismi
synn. diabetes
+ neurol. oireet
Synn. diabetes
E23K
R201H
V59M
Q52R
kanavan aktiivisuus
HYPO-
NORMO-
HYPERGLYKEMIA
KATP CHI
  CHI
insidenssi n. 1:50,000. Savossa ad 1:3200.
  Ainakin 50% johtuu KATP-geenien (ABCC8= SUR1;
KCNJ11 = Kir6.2) mutaatioista
Hanna Huopion väitöskirja 2002
  44
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
 
Yksi SUR1 geenin mutaatio selittää suurimman osan
suomalaisista vaikeista hyperinsulinismi-tapauksista
Otonkoski et al. Diabetes 1999; 48:408-15
V187D carriers
No identified mutations
Ins/gluc
V187D
N
(Birth wt±SD)
(mU/mM)
Pancreatectomy
-/-
9
2.1 ± 0.8
28 ± 6
2/9 (22 %)
+/-
9
1.5 ± 0.5
51 ± 18
9/9 (100 %)**
+/+
6
4.0 ± 0.6*
54 ± 16
6/6 (100 %)**
Mutaatio-diagnostiikka tarjolla Kuopiossa
(http://www.uku.fi/ktk/dhu/chi_fi.html)
KATP-CHI: 2 muotoa
Diffuusi
• 50-70 % 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
Fokaali
• 30-50 % tapauksista
•  Pieni osa haimaa hyperfunktionaalinen,
muuten normaali
• Fokaalinen adenomatoottinen
hyperplasia
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
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”.
Hypoglykemian aikaiset laboratoriotutkimukset
 
Kriittinen näyte (Pkl:lle tullessa
klo 24):
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
B-gluk 2.4 (huom: pikamittarit
vain seulontaan!)
B-OH-But 0.183 mmol/l
S-ins 5 mU/l (viitearvo 2-20)
s-korsol 150 nmol/l (150-650)
s-GH 0,8 mU/l
s-FFA 0.29 mmol/l (0.5-0.95)
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
Potilaalla fokaalinen hyperinsulinismi
MRI
18F-DOPA
PET
haiman corpus-osan hyperaktiivisen
fokuksen resektio johti potilaan hypoglykemian häviämiseen
Ensimmäiset 14 potilasta
Patien t
PET
Surgery / Histology
1
focal / head
focal resection/ posterior neck PAD: focus 6.8 x 4 m m
2
focal / body
focal resection /body. PAD: focus 5 x 4 m m
3
focal / head
focal resection /head. PAD: focus 8 x 5 m m
4
diffus e
ND
5
diffus e
Near-total pancreatectomy. PAD: diffuse
6
diffus e
ND
7
diffus e
Pancreas biopsy. PAD: diffuse
8
diffus e
Near-total pancreatectomy. PAD: diffuse
9
focal / head
focal resection /uncinate process. PAD: focus 8 x 4 mm
10
diffus e
ND
11
diffus e
ND
12
diffus e
Near-total pancreatectomy. PAD diffuse
13
focal / body
focal resection / body. PAD: focus 10 x 6 m m
14
diffus e
ND
Tapaukset 4 + 14
•  PET:n herkkyys ei aina riitä ?
 
 
 
 
Kummallakin potilaalla paternaalinen SUR1V187D-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
CHI: Toimintamalli
vaikea/pitkittyvä hypoglykemia
HI:n kriteerit +
kliiniset indikaatiot lääkehoitoon + :
aloita diatsoksidi + tiatsidi
ota suppea CHI geenitutkimus (http://www.uku.fi/ktk/dhu/chi_fi.html)
hyvä hoitovaste 72 t kuluessa
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
ei hoitovastetta
lopeta diatsoksidi+ tiatsidi
aloita oktreotidi (+ mahd glukagoni-infuusio)
laaja geenitutkimus, jos mut. ei tiedossa
F-DOPA PET
konservatiivinen tai kirurginen hoito
TO 160306
Dominantti SUR1 mutaatio:
Lapsena hypoglykemia, aikuisena T2DM
NGT
IFG/IGT
Diabetes
CHI-patient
Huopio et al. 2000&2003
T2D genetiikka: beetasolun geenit!
GENE VARIANTS INCREASING RISK OF
T2D
Gene
•
•
•
•
•
•
•
•
•
TCF7L2
IGFBP2 (IMP2)
CDKN2A/CDKN2B
CDKAL1
HHEX
KCNJ11
PPARG
SLC30A8
FTO
Chromosome OR Risk allele (%)
10
3
9
6
10
11
3
8
16
1.38
1.17
1.20
1.12
1.14
1.15
1.20
1.12
1.23
0.30
0.32
0.86
0.32
0.54
0.47
0.84
0.65
0.40
Glukokinaasi CHI
AKTIVOIVA
INAKTIVOIVA
Aktivoiva mutaatio:
insuliinieritys aktivoituu liian matalalla glukoosipitoisuudella
insuliini-
eritys
Inaktivoiva mutaatio:
insuliinieritys aktivoituu liian korkealla glukoosipitoisuudella
(MODY2 - monogeeninen lievä
diabetes)
Glukokinaasi CHI: Suomalainen potilas
 
 
 
 
perheen 2. lapsi, 4350g/52 cm, Apgar 5/7
syanoosia kouristelua ym., b-gluk. 0.1- 2.6 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
Toistaiseksi löydetyt aktivoivat GCK mutaatiot
Y214C
GDH CHI = HIHA
 
 
 
 
 
 
 
HIHA= hyperinsulinemia-hyperammonemia sdr.
KATP CHI:n jälkeen toiseksi tavallisin muoto
Glutamaattidehydrogenaasin (GDH) aktivoivat mutaatiot
Proteiini (leusiini) herkkyys
Konstantti hyperammonemia (kliinisesti merkityksetön)
hypoglykemia estettävissä diatsoksidilla
Suomessa kaksi tapausta
GDH CHI = HIHA
proteiini-indusoitu hypo
EIHI = Exercise induced
hyperinsulinism
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
 
Kaksi suomalaista EIHI sukua
PEDIGREE 2
PEDIGREE 1
EIHI: vaihteleva oirekuva, hyvä adaptaatio
Case Age Clinical features
Nr. (yr)
1
55 No symptoms. Obesity; BMI 36.0.
2
52 Symptoms associated with PE since childhood
3
61 Hypoglycemic symptoms since childhood, avoidance
of PE.
4
29 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 35.7.
6
36 Hypoglycemic symptoms since childhood
7
9
Hypoglycemic symptoms associated with PE
8
7
No symptoms
9
39 PE-associated mild hypoglycemic symptoms
10
39 Impaired excercise tolerance and need of frequent
snacks during the day.
11
2
Prolonged mild neonatal hypoglycemia
12
17 Unexplained hypoglycemic episodes since infancy.
After puberty clearly associated with PE. Intermittent
use of diazoxide with partial effect.
EIHI: laboratorioarvot ennen rasituskokeita
N
Age (years)
Sex (M/F)
BMI (kg/m2)
Fasting blood
glucose (mmol/l)
Fasting serum
insulin (pM)
Max heart rate in
exercise (% of
target)
Serum cortisol
(nmol/l)
- before
- 20 min after
Serum GH (mU/l)
- before
- 20 min after
Plasma glucagon
(ng/l)
- before
- 20 min after
Control
subjects
8
37.1
3/5
22.8
4.6
EIHI patients
26.4
39.0 (18-102)
91.8
90.1 (81.2-99.4; n=10)
269
348
194 (46-343)
414 (239-648)
3.3
16.5
2.1 (0.1-16.4)
14.0 (0.5-68.1)
84.1
89.6
61.8 (41-82) *
66.0 (47-82) *
12
30.6 (1.5-60)
4/8
24.4 (15.5-36.0)
4.1 (3.3-5.0) *
EIHI: polkupyörärasitus
B-glucose (mM)
5
4.5
4
3.5
3
2.5
-20
B-pyruvate (µM)
5.5
S-insulin (mU/l)
200
150
*
100
50 *
0
-20
0
20
40
250
** ** *
* *
* ** *
* *
0
20
40
Min
60
30
*
20
*
10
40
60
0
-20
Min
*
0
Min
20
40
Control (n=4)
EIHI (n=8)
Otonkoski et al. Diabetes 2003; 52:199-204
60
Anaerobinen rasitus
Normaali beetasolu
Pyruvaatti
glucose
glukoosi
Laktaatti
MCT-1
glukokinaasi
G6P
LDH
Laktaatti
Pyruvaatti
Insulin
ATP
ATP
ATP
+
++
Ca
Ca ++
K+
Glucose
KATP channel
Ψ
calcium channel
EIHI: insuliinieritys stimuloituu iv-pyruvaatin
vaikutuksesta
pyruvaatti (µM)
glukoosi (mM)
4.5
4
3.5
3
2.5
2
5
40
30
400
300
200
*
20
10
100
0
2
4
6
Min
8
10
insuliini (mU/l)
0
0
2
4
8 10
Control, n=6
6
Min
0
0
**
**
*
*
2
4
Min
6
8
EIHI, n= 10
Otonkoski et al. Diabetes 2003; 52:199-204
Otonkoski et al. Diabetes 2003; 52:199-204
10
EIHI: genominlaajuinen kytkentäanalyysi osoittaa geenin
sijaitsevan kromosomissa 1
LOD score 3.6
Kaikista EIHI suvuista löytyy MCT-1 promoottorialueen mutaatio
Otonkoski et al. Am J Hum Genet 2007; 81:467-474
MCT1 geeni ilmentyy kaikissa muissa kudoksissa paitsi
Langerhansin saarekkeissa
Otonkoski et al. Am J Hum Genet 2007; 81:467-474
EIHI-potilaiden mutaatio aktivoi MCT-1
geenin luennan beetasoluissa
Otonkoski et al. Am J Hum Genet 2007; 81:467-474
EIHI-potilaan beetasolu
Anaerobinen rasitus
Pyruvaatti
glucose
glukoosi
Laktaatti
MCT-1
glukokinaasi
G6P
Pyruvaatti
Insulin
ATP
ATP
ATP
+
++
Ca
Ca ++
K+
Glucose
KATP channel
Ψ
calcium channel
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)
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