Antigen-specific islet antibodies: prediction of beta cell failure and differentiation between Type 1 and Type 2 diabetes

Abstract

Autoantibodies against glutamic acid decarboxylase (GADA), protein tyrosine-phosphatase-like protein (IAÐ2A), and/or pancreatic islet cells (ICA) are autoimmune markers usually present at diagnosis of Type 1 diabetes. Type 1 diabetes is therefore in general believed to be caused by an immune-mediated beta cell destruction. In children this destruction is fast, whereas in adult patients Type 1 diabetes is sometimes slowly-progressive, with preserved insulin production, and is therefore clinically often considered as Type 2 diabetes. The aims of this thesis were to develop GADA and IA-2A assays and study the value of these antigen-specific islet antibodies in the prediction of beta cell failure and differentiation between Type 1 and Type 2 diabetes.



In children (<15 years) with recently diagnosed diabetes, GADA and/or IA-2A were detected as frequently as ICA (89% and 87%, respectively). Development of complete beta cell failure (fasting P-C-peptide <0.10 nmol/l) within 12 years after diagnosis of adult-onset diabetes (>20 years of age) was always associated with presence of GADA and/or IA-2A at diagnosis. The antibody patterns differed between rapid (2-3 antibodies and high antibody levels) and slow development (only GADA or ICA). In the Diabetes Incidence Study in Sweden (DISS) (15-34 years of age), islet antibodies were found in 83% of patients with clinical Type 1, but also in 24% of patients with clinical Type 2 and 51% of patients with unclassifiable diabetes. Hence, measurements of islet antibodies are necessary for a correct classification of diabetes (Type 1 versus Type 2). In 13% of antibody negative cases, low fasting P-C-peptide levels (<0.25 nmol/l) identified idiopathic non-autoimmune Type 1 diabetes. Most children and adults remained GADA and/or IA-2A positive many years after diagnosis.



In conclusion, the antigen-specific islet antibodies predicted beta cell failure. To differentiate between classical Type 1 diabetes, slowly-progressive Type 1 diabetes, idiopathic Type 1 diabetes, and Type 2 diabetes, a classification into seropositive (islet antibody positive) or negative diabetes, with or without preserved beta cell function, is proposed.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Vid Typ 1 diabetes mellitus (insulinberoende, [ungdoms]) förlorar kroppen förmågan att tillverka insulin, det hormon som styr upptaget av socker i kroppens celler. Insulinet bildas av bukspottskörtelns hormonproducerande betaceller, och Typ 1 diabetes orsakas av att dessa celler skadas och förstörs. Denna skadeprocess anses idag i de flesta fall förmedlas av kroppens eget immunsystem, så kallad autoimmunitet. Vad som initierar autoimmuniteten är inte känt, men miljöfaktorer, t.ex. virusinfektioner, och genetiska faktorer har visats vara kopplade till Typ 1 diabetes. Sverige har efter Finland den högsta förekomsten av Typ 1 diabetes i världen. Typ 1 diabetes debuterar i alla åldrar, med en topp i 8-13-årsåldern, men inte mindre än 44 % av alla patienter med Typ 1 diabetes drabbas av sjukdomen efter 30 års ålder. Förloppet kan gå olika snabbt, men i de flesta fall pågår betacellsskadan i många år innan kliniska symtom uppträder. Då återstår endast ca 10-30 % av de ursprungliga betacellerna.



Behandlingen vid klassisk Typ 1 diabetes är insulin. Utan sådan behandling avlider patienten. Vissa patienter, ff.a. de som fått sjukdomen i vuxen ålder, har dock en långsammare utveckling av diabetes. När diagnosen ställs har många av dessa patienter så pass mycket egen insulinproduktion kvar att de klarar sig upp till något eller några år på tablettbehandling som stimulerar insulinbildningen. Sådan tablettbehandling används vid Typ 2 diabetes. Dessa patienter med långsamt utvecklande Typ 1 diabetes måste dock förr eller senare insulinbehandlas.



Typ 2 diabetes (icke insulinberoende, [ålders]) orsakas av en kombination av minskad känslighet i kroppen för insulin (så kallad insulinresistens) med ett ökat insulinbehov som följd, och en otillräcklig förmåga att svara på detta ökade behov med ökad insulinbildning, vilket leder till en relativ insulinbrist och högt blodsocker. Typ 2 diabetes är vanligast hos äldre, men förekommer även hos ungdomar och unga vuxna, och är kopplat till övervikt/ fetma. Typ 2 diabetes anses inte orsakat av autoimmunitet men vad som orsakar sjukdomen är inte känt. Liksom vid Typ 1 diabetes föreligger ärftlighet. Behandlingen vid Typ 2 diabetes är diet, tabletter som ökar insulinkänsligheten eller insulinbindningen, och/eller insulinbehandling.



Typ 1 och Typ 2 diabetes är alltså två olika sjukdomar med liknande sjukdomsbild. Detta gör att det kan vara svårt att skilja dem åt (klassificera). Att ställa rätt diagnos är viktigt, både kliniskt, för att patienten ska få rätt behandling, och forskningsmässigt, för att klarlägga sjukdomarnas orsaker. I den kliniska klassifikationen använder man kliniska särdrag, som ålder, vikt, hastigheten på insjuknandet och svårighetsgraden av symtom (Typ 1 diabetes brukar ha snabbare och svårare insjuknande), ärftlighet, m.m.



För snart 30 år sedan, 1974, upptäcktes att de flesta patienter med Typ 1 diabetes har antikroppar i blodet mot bukspottskörtens hormonproducerande cellöar, där betacellerna ingår, så kallade Òislet cell antibodiesÓ (ICA). Med dessa antikroppar som markörer kan man med ett enkelt blodprov identifiera vuxna patienter med Typ 1 diabetes som initialt klarar sig utan insulinbehandling och som bedöms ha Typ 2 diabetes. Under 1990-talet identifierades flera av de ämnen i öarna som ICA reagerar mot (antigen), ff.a. GAD 65 (glutaminsyredekarboxylas) och IA-2 (protein tyrosinfosfatas-liknande protein) som båda finns i betacellen. Insulinnivåerna i blodet skiljer också mellan Typ 1 och Typ 2, och skillnaden ökar efter diagnos, då insulin ofta sjunker till låga nivåer vid Typ 1 diabetes men är normalt eller högt vid Typ 2 diabetes. Istället för insulin mäter man med fördel C-peptid som utsöndras i lika mängd som insulin men stannar kvar i blodbanan längre. Värdet av C-peptid för att skilja mellan Typ 1 och Typ 2 diabetes är inte helt klarlagt.



Syftet med denna avhandling var att utveckla mätmetoder för antigen-specifika ö-antikroppar, antikroppar mot GAD 65 (GADA) och IA-2 (IA-2A), studera antikropparna vid diagnos, och följa utvecklingen efter diagnos tillsammans med ICA, C-peptid, och kliniska särdrag för att klargöra deras förmåga att förutsäga betacellssvikt samt skilja mellan Typ 1 och Typ 2 diabetes hos patienter i olika åldrar.



För att kunna genomföra avhandlingsarbetet utvecklades först en metod för bestämning av GADA som jämfördes med två kommersiella metoder i artikel I. Två metoder bedömdes likvärdiga (den egna och en från RSR) och har använts i övriga delarbeten, men ingen av dem var lika känslig som ICA i att påvisa antikroppar. För att studera IA-2A utvecklades en metod för bestämning av dessa antikroppar, och i artikel II relaterades IA-2A till GADA och ICA hos barn med diabetes. Kombinationen GADA och/eller IA-2A hade lika hög känslighet som ICA (89 av 100 mot 87 av 100) i att påvisa autoimmunitet. Enstaka patienter hade ICA utan att ha GADA eller IA-2A och vise versa; totalt hade 94 av 100 barn ö-anti-kroppar.



I artikel III och IV studerades ö-antikroppar vid och efter diagnos i förhållande till utvecklingen av C-peptid upp till 12 år efter diagnos hos patienter som fått diabetes i vuxen ålder (>20 år). Vid diagnos var C-peptidnivåerna hos många patienter med ö-antikroppar på samma nivå som hos patienter utan ö-antikroppar. Det visade sig dock att de allra flesta patienter med ö-antikroppar, men ingen utan, utvecklade omätbara låga nivåer av C-peptid (dvs. beta-cellssvikt) under uppföljningen. Förekomst av enbart GADA var associerat med lägre GADA-nivåer och en långsammare förlust av C-peptid jämfört med patienter med flera ö-antikroppar. ICA som uppkom efter diagnos hos patienter som ursprungligen saknade antikroppar var också associerade med sjunkande C-peptidnivåer vid uppföljningen. Vid diagnos var således ö-antikroppar bättre än C-peptid på att skilja Typ 1 från Typ 2 diabetes. GADA var den vanligaste antikroppen och för att ställa rätt diagnos (Typ 1 eller Typ 2) hos patienter med diabetesdebut i vuxen ålder rekommenderas därför testning av GADA i första hand, som kompletteras med IA-2A eller ICA bestämning hos GADA-positiva individer för att skilja ut de med snabbare förlust av C-peptid.



I artikel V jämfördes klassificering baserad på klinisk bedömning med klassificering baserad på mätning av antikroppar och C-peptid vid diagnos och 2-6 månader därefter hos unga vuxna patienter i åldrarna 15-34 år i Diabetes-Incidens-Studien-i-Sverige (DISS). Även i denna ålder, där de flesta patienter har Typ 1 diabetes, förekom ö-antikroppar hos patienter som kliniskt bedömts ha Typ 2 diabetes (hos ca var fjärde patient) och hos patienter med kliniskt oklassificerbar diabetes (hos ca hälften). Sålunda förbättras diagnosen med antikroppsmätningar hos unga vuxna. Ö-antikroppspositiva patienter hade lägre C-peptid än de negativa, men nivåerna överlappade stort grupperna emellan. T.ex. hade ca hälften av patienterna med ö-antikroppar bevarad C-peptidnivå vid uppföljningen. En mindre delantikroppsnegativa hade mycket låga C-peptidnivåer, vilket talar för att de hade antikroppsnegativ, så kallad idiopatisk, Typ 1 diabetes, där orsaken till betacellsskada är okänd. Hos dessa patienter kan dock upprepade antikroppsmätningar eventuellt senare påvisa autoimmunitet.



I artikel VI studerades det dynamiska förloppet av antikroppar efter diagnos hos barn med diabetes. Studien visar att ö-antikropparna minskade med tiden och försvann successivt. ICA försvann tidigare hos barn än hos vuxna. GADA förblev positivt längre än de andra antikropparna. De flesta barn och vuxna hade dock kvar en eller flera antikroppar även ca 10 år efter diagnos. Dessutom utvecklade några patienter som initialt saknat ö-antikroppar dessa senare. Detta talar för att antikroppsmätningar är värdefulla även lång tid efter diagnos. Nyligen har behandling som syftar till att stoppa eller fördröja betacellsskadan vid Typ 1 diabetes genom att påverka immunsystemet visat lovande resultat. Detta innebär att det i framtiden kan bli mycket viktigt att identifiera Typ 1 diabetes patienter med bevarad betacellsfunktion. Eftersom det är svårt att kliniskt skilja mellan Typ 1 och Typ 2 diabetes föreslås i denna avhandling en indelning i antikroppspositiv och negativ diabetes, med eller utan bevarad betacellsfunktion, där antikroppspositiva patienter med bevarad betacellsfunktion kan vara en lämplig grupp för framtida interventionsstudier. Detta innebär att ö-antikroppar måste bestämmas hos de flesta patienter som drabbas av diabetes i vuxen ålder.

• author: Borg, Henrik
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Adamson, Ulf, Karolinska Institute, Danderyds Hospital, Danderyd, Sweden
• organization: Department of Clinical Sciences, Malmö
• publishing date: 2002
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Endocrinology and Diabetes
• keywords: diabetology, Endokrinologi, secreting systems, Endocrinology, seropositive, seronegative, slowly-progressive, Type 2, Type 1, classification, IA-2A, IA-2, GADA, GAD, ICA, islet antibodies, C-peptide, beta cell function, diabetes mellitus, adult-onset, sekretion, diabetologi
• pages: 144 pages
• defense location: Medical Research Center (Lilla aulan), Malmö University Hospital
• defense date: 2002-12-04 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/ MEEK 02/1021-SE
• ISBN: 91-628-5327-9
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Endocrinology (013241500), Pediatrics/Urology/Gynecology/Endocrinology (013240400)
• id: 6d006f3a-cce1-49dd-a339-29ab8979a230 (old id 465159)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:53:52
• date last changed: 2018-11-21 21:01:26