Může být diabetes 1. typu infekčním onemocněním?

Diabetes 1. typu (DM1T) je onemocnění s multifaktoriální patogenezí, na které se podle výzkumu z posledních dekád komplexně podílí také mikroorganismy a s nimi spojená imunitní reakce hostitele. Studium těchto mechanismů je nesmírně obtížné jak z hlediska designu klinických studií, tak z hlediska laboratorní detekce odlišností mikrobiomu osob s ostrůvkovou autoimunitou. V poslední době ho nicméně umožňuje prudký rozvoj sekvenovaní nové generace a dalších laboratorních metod.

Incidence DM1T za posledních 25 let stoupla více než trojnásobně. Zatímco v roce 1989 se pohybovala kolem 7 případů na 100 000 dětí ročně, v roce 2015 dosáhla 23 případů. Za takto strmým nárůstem zcela jistě nestojí genetické změny v populaci, hlavní roli tak pravděpodobně hrají změny prostředí a životního stylu. Bohužel přesně nevíme, která noxa nárůst způsobila a zda se jedná pouze o jeden faktor nebo jejich kombinaci. Mezi změny, které by mohly být za zvýšení incidence DM1T zodpovědné patří eliminace antibiotik z živočišné výroby. Ještě v 60. letech byla v tomto odvětví masivně užívaná nevstřebatelná antibiotika, od konce 80. let potom dochází k jejich postupnému omezování až definitivnímu zákazu mimo krátkodobé terapeutické užití. Dalšími důvody mohou být vymizení Mycobacterium bovis z mléka nebo významné změny v očkování proti tuberkulóze či polioviru. Původní orální vakcína se totiž množila ve střevě a zajišťovala velmi dobrou střevní imunitu, tento efekt intramuskulární Sabinova vakcína nemá. Její plošné zavedení bylo nicméně nutné pro eliminaci cirkulujících vakcinačních kmenů a s tím i úplnou eradikaci polioviru. K té je nyní globálně velmi blízko a od roku 2007 se tak u nově očkovaných používá opět vakcína Salkova.

Spekulace o příčinách nárůstu DM1T hovoří rovněž o zvýšeném počtu dětí, které na svět přichází císařským řezem. Při něm nedojde ke kolonizaci novorozence mikrobiální flórou porodních cest a osídlí se až zpravidla flórou z rukou personálu. Tento fakt může mít negativní vliv na mikrobiom novorozence a rozvoj imunitního systému přinejmenším v prvním roce života. Ve studiích se ukázalo, že porod sekcí zvyšuje riziko DM1T o cca 25 %.

Záhadný „diabetogenní“ virus

Ačkoliv DM1T nesplňuje definici infekčního onemocnění, interakce mikroorganismů imunitním systémem je v jeho rozvoji zásadní. Mezi možné mechanismy lze zahrnout jak přímou infekci, tak molekulární mimikry, obnažení skrytých autoantigenů v porušených beta-buňkách pankreatu nebo takzvaný „innocent bystander“ efekt. Rozvoj onemocnění začíná u dosud zdravých osob s geneticky zvýšeným rizikem a postupuje přes ostrůvkovou autoimunitu k časnému DM1T a následně až ke kompletními zničení beta-buněk s tím, že ostrůvková autoimunita může spontánně zcela remitovat. Během celého tohoto procesu je nemocný samozřejmě exponován mikrobům a bylo dokázáno, že se složení jeho mikrobiomu může měnit. Přibližně od 60. let je známo, že jedinci s ostrůvkovou autoimunitou mají v séru větší množství protilátek proti enterovirům oproti zdravým kontrolám. 

Podle současných teorií se dosud blíže neurčený „diabetogenní“ virus několik týdnů replikuje ve střevě a následně u malé části pacientů prostoupí přes mesenteriální uzliny do krve. Odsud se už snadno může dostat až k beta-buňkám pankreatu, kde může buď dlouhodobě perzistovat, nebo buňku destruuje a obnažuje tak skryté antigeny. To aktivuje autoimunitní proces, který buď může spontánně remitovat, nebo přejde do plného DM1T. „Diabetogenní“ virus se pravděpodobně vyskytuje v populaci velmi frekventně, exponován tak může být v podstatě každý. Školkové děti mají až 20% sezonní promořenost enteroviry a další desetina je pozitivní na některý adenovirus. Nález enteroviru ve stolici prokázala např. studie MIDIA. Jeho incidence se však mezi jedinci s ostrůvkovou autoimunitou a kontrolami nelišila. Na druhou stranu přítomnost enteroviremie představuje rizikový faktor. V tomto smyslu je třeba zmínit genetický polymorfismus IFIH1, který je asociovaný se zvýšeným rizikem DM1T. Tento protein kupodivu nehraje roli v rámci imunitní reakce proti beta-buňkám pankreatu, ale jedná se o jakýsi virový senzor, který je schopný rozpoznat přítomnost enteroviru v buňce a označit jí tak k apoptóze.

Role mikrobiomu v rozvoji DM1T

Nejmenší genomy zahrnuté v lidském mikrobiomu patří virům. Jejich podstatnou vlastností je, že nesdílí žádnou společnou panvirovou signaturu, kterou by šlo laboratorně rozpoznávat a viromy tak ze smíšeného vzorku izolovat. Složení viromu se proto stanovuje metagenomickým sekvenováním celého vzorku lidského mikrobiomu, kam patří především bakterie a dále také houby, které nicméně ve výzkumu DM1T hrají jen okrajovou roli.

Výsledkem laboratorní analýzy je většinou nález známých, běžných virů. Kromě toho se často identifikují i dlouhé texty celých genů, které sice z genomického hlediska dávají smysl, ale bohužel je dosud nelze přiřadit k známým virům. Tento materiál se označuje jako temná hmota viromu, jež v některých vzorcích naprosto dominuje. Předpokládá se, že by část této temné hmoty viromu byla tvořena bakteriofágy, není však jasné, kterou bakterii napadají a jak tím mění vlastnosti nebo kvantitativní složení mikrobiomu. Podle dostupných dat by snad tento bakteriofág mohl souviset s kmenem Bacteroides derei.

Výzkum bakteriálního osídlení tlustého střeva není snadný

V lidském střevě žijí asi 1–2 kilogramy bakterií a lidské tělo obsahuje 10× více bakteriálních buněk než vlastních buněk somatických. V pouhém gramu stolice lze nalézt až trilion bakteriálních buněk a téměř miliardu fágů. Většina bakterií osidluje tlusté střevo, kde zároveň stimuluje imunitní systém. Bohužel se jedná o organismy, které prakticky nelze kultivovat, případně je lze kultivovat jen za velmi obtížných podmínek. Jediným způsobem jejich detekce jsou tak genomické metody. Tyto bakterie mají ovšem na střevo velmi zásadní vliv. Biochemicky produkují mastné kyseliny s krátkým řetězcem a některé tvoří butyrát, hlavní složku výživy enterocytu. Mikrobiom tak pomáhá regenerovat střevní výstelku a zároveň utěsňuje vazby epitelu a snižuje permeabilitu stěny. Již přes deset let je známo, že u osob s ostrůvkovou autoimunitou a DM1T je propustnost střevní stěny narušená. Bohužel co se týká složení střevního mikrobiomu ve vztahu k DM1T, tak existuje asi 15 studií různé velikosti, z nichž žádné dvě se neshodly. Za zmínku nicméně stojí výzkum na podskupině kohorty studie DIABIMMUNE, u které bylo odhaleno u diabetiků zvýšené množství kmenu Bacteroides derei ve střevním materiálu. Jako argument, proč by zrovna tato bakterie mohla s DM1T souviset, lze uvést rovněž přítomnost lipopolysacharidu v její buněčné stěně, který funguje imunoinhibičně a bakterie tak obtížně navozuje imunologickou toleranci k endotoxinu. 

Čeká nás aplikace umělé špíny jako léku na DM1T?

Jaký způsobem by se mikrobiom dal terapeuticky ovlivnit? V úvahu připadá podávání probiotik a prebiotik, které ve studii TEDDY vykázalo snížení incidence ostrůvkové autoimunitidy. Další možností je fekální transplantace, která funguje velmi dobře např. u osob s porušenou střevní mikroflórou a infekcí Clostridium difficile. U osob s relativně normálním mikrobiomem je nicméně tato metoda kontroverzní a je otázka, zda bude mít nějaký efekt.

Do budoucna by mohlo být zajímavé očkování proti „diabetogennímu“ enteroviru, klíčová ovšem zůstává identifikace kauzálních sérotypů. Dohromady jich je totiž 110 a jedna vakcína může obsáhnout přibližně 10 z nich. V současné době jsou tak možné intervence zkoumány hlavně v různých experimentech a řada z nich je spíše úsměvná. Například finský projekt s umělou špínou počítá s hrou „školkových“ dětí na trávníkovém koberci ošetřeném humusem, nebo vybavením dětí polštářky s obsahem půdních bakterií či nořením rukou seniorů do truhlíků se zeminou. Další testovanou metodou je mazlení se dětí s velkými chlupatými psy. V rámci observačních studií se totiž ukázalo, že velcí psi stimulují imunitní systém z hlediska protekce proti DM1T lépe než psi drobní. Výsledkem tohoto projektu by mělo být navození imunologické tolerance.

 

Redakčně zpracováno ze sdělení, které na 53. diabetologických dnech v Luhačovicích přednesl:
Doc. MUDr. Ondřej Cinek, PhD.,
Pediatrická klinika a Ústav lékařské mikrobiologie 2. LF UK a FN Motol v Praze