Innate immune system and adiponectin in diabetic nephropathy in type 1 diabetes

Introduction: The pathogenesis of diabetic nephropathy remains a matter of debate, although strong evidence suggests that it results from the interaction between susceptibility genes and the diabetic milieu. The true pathogenetic mechanism remains unknown, but a common denominator of micro- and macrovascular complications may exist. Some have suggested that low-grade inflammation and activation of the innate immune system might play a synergistic role in the pathogenesis of diabetic nephropathy. Aims of the study: The present studies were undertaken to investigate whether low-grade inflammation, mannan-binding lectin (MBL) and α-defensin play a role, together with adiponectin, in patients with type 1 diabetes and diabetic nephropathy. Subjects and methods: This study is part of the ongoing Finnish Diabetic Nephropathy Study (FinnDiane). The first four cross-sectional substudies of this thesis comprised 194 patients with type 1 diabetes divided into three groups (normo-, micro-, and macroalbuminuria) according to their albumin excretion rate (AER). The fifth substudy aimed to determine whether baseline serum adiponectin plays a role in the development and progression of diabetic nephropathy. This follow-up study included 1330 patients with type 1 diabetes and a mean follow-up period of five years. The patients were divided into three groups depending on their AER at baseline. As a measure of low-grade inflammation, highly sensitive CRP (hsCRP) and α-defensin were measured with radio-immunoassay, and interleukin-6 (IL-6) with high- sensitivity enzyme immuno-assay. Mannan-binding lectin and adiponectin were determined with time-resolved immunofluorometric assays. The progression of albuminuria from one stage to the other served as a measure of the progression of diabetic nephropathy. Results: Low-grade inflammatory markers, MBL, adiponectin, and α-defensin were all associated with diabetic nephropathy, whereas MBL, adiponectin, and α-defensin per se were unassociated with low-grade inflammatory markers. AER was the only clinical variable independently associated with hsCRP. AER, HDL-cholesterol and the duration of diabetes were independently associated with IL-6. HbA1c was the only variable independently associated with MBL. The estimated glomerular filtration rate (eGFR), AER, and waist-to-hip ratio were independently associated with adiponectin. Systolic blood pressure, HDL-cholesterol, total cholesterol, age, and eGFR were all independently associated with α-defensin. In patients with macroalbuminuria, progression to end-stage renal disease (ESRD) was associated with higher baseline adiponectin concentrations. Discussion and conclusions: Low-grade inflammation, MBL, adiponectin, and defensin were all associated with diabetic nephropathy in these cross-sectional studies. In contrast however, MBL, adiponectin, and defensin were not associated with low-grade inflammatory markers per se. Nor was defensin associated with MBL, which may suggest that these different players function in a coordinated fashion during the deleterious process of diabetic nephropathy. The question of what causes low-grade inflammation in patients with type 1 diabetes and diabetic nephropathy, however, remains unanswered. We could observe in our study that glycemic control, an atherosclerotic lipid profile, and waist-to-hip ratio (WHR) were associated with low-grade inflammation in the univariate analysis, although in the multivariate analysis, only AER, HDL-cholesterol, and the duration of diabetes, as a measure of glycemic load, proved to be independently associated with inflammation. Notably, all these factors are modifiable with changes in lifestyle and/or with a targeted medication. In the follow-up study, elevated serum adiponectin levels at baseline predicted the progression from macroalbuminuria to ESRD independently of renal function at baseline. This observation does not preclude adiponectin as a favorable factor during the process of diabetic nephropathy, since the rise in serum adiponectin concentrations may remain a mechanism by which the body compensates for the demands created by the diabetic milieu.

Tausta:Diabeettinen munuaistauti on edelleen loppuvaiheen munuaisten vajaatoiminnan tärkein syy. Diabeettisen munuaistaudin synty ja taudin eteneminen ovat liitetyt perimän ja diabeettisen ympäristön yhteisvaikutukseen, jonka seurauksena n 15-40% tyypin 1 diabeetikoista kehittyy tämä elinmuutos. Diabeettinen munuaistauti liittyy vahvasti sydän- ja verisuonitauteihin ja samalla ennenaikaiseen kuolleisuuteen myös sydäntautien kautta, jonka havainnon myötä on ehdotettu pienten ja suurten verisuonten ongelmien selittyvän yhteisen tekijän kautta ilmaantuviksi. Näitä mahdollisia yhteisiä tekijöitä ovat matala-asteinen tulehdusprosessi ja myötäsyntyisen immuunijärjestelmän aktivoituminen. Tutkimusaineisto ja metodit: Tutkimus on osa FinnDiane (Finnish Diabetic Nephropathy Study) tutkimusta. Tutkimuksen tarkoituksena oli viiden eri osatyön kautta selvittää tyypin 1 diabeetikoilla matala-asteisen tulehduksen, mannaania sitovan lektiinin (MBL), adiponektiinin ja α-defensiinin mahdollista osuutta diabeettisen munuaistaudin synnylle ja taudin etenemiselle. Neljä ensimmäistä osatyötä olivat poikkileikkaustutkimuksia, joissa 194 potilaan joukko oli jaettu munuaisten kautta virtsaan erittyvän albumiinin (AER) perusteella ensin kolmeen ryhmään: normo-, mikro- ja makroalbuminuria. Potilasryhmät kaltaistettiin sukupuolen ja sairastamisajan perusteella. Lyhyin sairastamisaika oli 13 vuotta, joka tarkoittaa normoalbuminuristen kohdalla samalla jo vähäistä todennäköisyyttä sairastua diabeettiseen munuaistautiin jatkossa. Mikroalbuminuriaa tai makroalbuminuriaa edustavat potilaat olivat kaikki ACE-hoidolla, joka hoito noudatti täten verenpainelääkityksen osalta Suomen Käypä-Hoito suositusta. Viidennessä osatyössä selvitettiin adiponektiinin mahdollista osuutta diabeettisen nefropatian synnylle ja etenemiselle. Potilaat jaettiin myös tässä tutkimuksessa lähtötilanteen albuminurian perusteella alussa kolmeen ryhmään. Seurantaan osallistui 1330 tyypin 1 diabeetikkoa seuranta-ajan ollessa 5 vuotta. Herkkä CRP ja α-defensiini määritettiin radio-immunologisella, interleukin-6(IL-6) herkällä entsyymi-immunomenetelmällä ja MBL sekä adiponektiini immunofluorometrisellä menetelmällä. Tulokset: CRP ja IL-6 ovat koholla tyypin 1 diabeetikoilla, joilla on diabeettinen munuaistauti.MBL-, adiponektiini- ja α-defensiinin pitoisuudet ovat suurentuneet diabeettisessa munuaistaudissa, mutta keskinäistä yhteyttä ei ollut todettavissa näiden muutosten ja CRP:n tai IL-6 välillä. Seurantatutkimuksessa oli todettavissa merkittävästi korkeammat alkutilanteen adiponektiinipitoisuudet makroalbuminuriasta loppuvaiheen munuaisten vajaatoimintaan edenneiden diabeetikoiden kohdalla. Keskustelu ja loppupäätelmä: Matala-asteinen tulehdus, MLB, adiponektiini ja α-defensiini liittyvät diabeettiseen munuaistautiin poikkileikkaustutkimustemme valossa. MBL, adiponektiini ja α-defensiini eivät kuitenkaan liittyneet matala-asteiseen tulehdukseen, eikä α-defensiini MBL:iin, jotka havainnot viittaavat näiden eri tekijöiden mahdolliseen koordinoituun toimintaan diabeettisessa munuaistaudissa. Emme kuitenkaan pysty toistaiseksi vastaamaan kysymykseen, mikä tuottaa matala-asteisen tulehduksen tyypin 1 diabeetikoille, joilla on diabeettinen munuaistauti. Mahdollisiin aiheuttajiin saattaa kuulua perimä, ylipaino, korkea verensokeri, poikkeavat veren rasva-arvot, tupakointi ja vähäinen liikunta. Tähän sopien sokeritasapaino, veren rasva-arvot ja korkea vyötärö-lantio-suhde liittyivät matala-asteiseen tulehdukseen alkuanalyysin perusteella, vaikka jatkoanalyysissä vain AER, HDL-kolesteroli ja diabeteksen kesto (=vuosikausien sokeristuminen) liittyivät matala-asteiseen tulehdukseen toisista tekijöistä riippumattomina tekijöinä. On huomattava, että perimää lukuunottamatta em. tekijät ovat muutettavissa joko elämäntavan muutoksilla ja/tai oikein kohdistetulla lääkityksellä. Seurantatutkimuksen alun korkea adiponektiini ennusti diabeetikoiden etenemistä makroalbuminuriasta loppuvaiheen munuaisten vajaatoimintaan riippumatta munuaisten vajaatoiminnan asteesta alussa. Adiponektiinin nousu saattaa kuitenkin myös tässä tilassa toimia yhtenä elimistön mekanismeista, jolla yritetään vähentää diabeettiseen nefropatiaan liittyvän häiriötilan vahingollisuutta munuaisille ja muulle verisuonistolle.