Molekylærgenetisk diagnostikk ved diabetes mellitus

Lise Bjørkhaug, Stefan Johansson, Helge Ræder, Per Medbøe Thorsby, Dag E. Undlien, Oddmund Søvik, Anders Molven, Jørn V. Sagen, Pål Rasmus Njølstad Om forfatterne
Artikkel

Diabetes mellitus er en heterogen gruppe sykdommer karakterisert som kronisk hyperglykemi med forstyrrelse i karbohydrat-, fett- og proteinmetabolismen. Hyperglykemien er forårsaket av defekter i insulinsekresjon, insulinfølsomhet eller begge deler, og er assosiert med komplikasjoner over tid (1, 2). Type 1 diabetes skyldes en autoimmun ødeleggelse av de insulinproduserende betacellene i bukspyttkjertelen med påfølgende absolutt insulinmangel (1, 2). Oppdagelsen av insulinet for vel 80 år siden åpnet for en effektiv og kausal behandling, og type 1 diabetes forandret seg fra å være en dødelig sykdom hos barn til en kronisk sykdom hos barn og voksne. Ved type 2 diabetes finnes varierende grad av insulinresistens og redusert insulinsekresjon, og tilstanden er som oftest en del av det metabolske syndrom (3, 4). Når det gjelder genetiske defekter i betacellefunksjonen, er MODY den mest vanlige formen for diabetes. Det finnes også mer uvanlige diabetesformer forårsaket av genetiske defekter i insulinets virkemåte (1, 2).

I de siste 30 årene har det vært en intens jakt på gener som årsak til diabetes. Allerede i 1970-årene ble det humane leukocyttantigenet (HLA) funnet assosiert med type 1-diabetes. En rekke assosiasjonsstudier er også blitt utført for å finne genetiske faktorer involvert i utviklingen av type 2-diabetes, men få av funnene er blitt bekreftet i oppfølgende undersøkelser. Dette henger trolig sammen med den komplekse etiologien ved type 2 diabetes. Den genetiske årsaken til seks forskjellige MODY-typer er imidlertid funnet, der hver subtype er forårsaket av mutasjon i hvert sitt gen (5).

Klinisk kan det være vanskelig å skjelne mellom de ulike formene for diabetes. Type 2-diabetes er ikke lenger forbeholdt eldre, men kan også utvikles i ungdomsårene. Insidensen av type 1-diabetes hos voksne har også økt. Identifikasjon av diabetestype er en forutsetning for optimal behandling (fig 1), men krever et bedre klassifikasjonssystem. Tidlig diagnose og spesifikk behandling med hyppig oppfølging har vist seg avgjørende da dette har kunnet redusere forekomst av kroniske komplikasjoner (6). Vi gjennomgår i denne artikkelen muligheter for og tilgjengelighet av molekylærgenetisk diagnostikk ved diabetes.

Algoritme for utredning ved diabetes. Pasientens diabetes blir klassifisert ut fra sykdomsbilde, familiehistorie, behandling og andre diabetesassosierte komplikasjoner. Når klinisk diagnose er blitt gitt, kan denne bekreftes ved analyser som måling av antistoffer, hormoner, lipider eller ved genotyping

Type 1-diabetes

Type 1-diabetes er en multifaktoriell sykdom der et stort antall gener og til nå ukjente miljøfaktorer sammen bidrar til sykdomsutviklingen. Sykdomsassosierte genvarianter av betydning antas å være vanlige i befolkningen. Omtrent halvparten av den genetiske disposisjonen skyldes gener i HLA-komplekset på kromosom 6, og spesielt viktige er de såkalte HLA-DRB1- og -DQB1-genene (tab 1) (7 – 13). Visse varianter av disse genene er forbundet med økt risiko, mens andre er assosiert med redusert, eller ingen risiko (nesten dominant beskyttelse). Mer enn 90 % av alle individer med type 1-diabetes har for eksempel genvariantene HLA-DQB1*02 eller -DQB1*0302, og bærere av begge variantene har omtrent 6 % risiko (oddsratio, OR~20) for å utvikle type 1-diabetes (14, 15).

Tabell 1  Risikogener og regioner for type 1- og type 2-diabetes

Diabetes type

Gen/region

Kromosomlokalisering

Variant

OR¹

Type 1

HLA-komplekset

6p21.3

DQB1*0302-DRB1*04

5,2 (7)

DQB1*02-DRB1*03

3,2 (7)

DQB1*06-DRB1*02

< 0,01 (7)

Insulinregionen

11p15.5

-23HphI

1,74 (1,43 – 2,12) (8)

CTLA4

2q33

Flere

1,1 – 1,2 (9)

PTN22

1p13

Arg620Trp

1,78 (1,54 – 2,06) (10)

Type 2

Kir6.2

11p15.1

E23K

1,15 (1,08 – 1,22) (11)

Calpain 10

2q37.3

SNP44

1,17 (1,07 – 1,29) (12)

PPARγ

3p25

Pro12Ala

0,79 (0,70 – 0,90) (13)

[i]

[i] ¹  Oddsratio (95 % konfidensintervall)

Til tross for at mer enn 20 andre genområder er blitt knyttet opp mot utvikling av type 1-diabetes, har få aktuelle gener blitt identifisert. Bestemte genvarianter i insulingenregionen på kromosom 11 (8), CTLA-4-genet (9) og genet PTPN22 (10), synes alle å ha en direkte rolle i utvikling av sykdommen (tab 1), men hver for seg gir de relativt liten tilskrivbar risiko i befolkningen.

Gentypebestemmelse av HLA-gener kan benyttes til å identifisere individer med økt risiko for utvikling av type 1 diabetes. I fravær av dokumentert effektiv forebyggende behandling har imidlertid denne analysen ikke hatt noen plass i den kliniske hverdag. HLA-diagnostikk kan derimot være et nyttig verktøy i forskningsprosjekter hvor man vil prøve ut eksperimentell forebyggende behandling. Ofte vil det da være aktuelt å kombinere HLA-genotyping med undersøkelse av autoantistoffer (16).

Type 2-diabetes

Type 2-diabetes diagnostiseres vanligvis senere i livet (> 40 års alder), men i dag er det stadig flere yngre som utvikler denne tilstanden. Trolig foreligger hyperglykemi og en gradvis økende insulinresistens 10 – 15 år før diagnosen stilles.

Tvilling- og familiestudier har vist at type 2-diabetes til dels er arvelig betinget. Individer med ett søsken med type 2-diabetes har 15 – 41 % risiko for selv å utvikle sykdommen før 65 års alder. Sammenliknet med den generelle befolkningen i samme alder gir dette en ca. 2 – 3 ganger større risiko for diabetes. Denne øker enda mer hos dem med foreldre med diabetes på begge sider (17). Søskenrisikoen synes også å øke med yngre alder ved diagnose (18).

Til tross for den høye forekomsten av type 2-diabetes i familier har det ennå ikke lyktes å finne bestemte gener der genforandringer gir vesentlige bidrag til denne folkesykdommen (19). Men noen få gener er vist å påvirke risikoen for type 2-diabetes i en liten, men signifikant grad. Eksempler er genene som koder for SUR1 og Kir6.2 (20), proteiner som påvirker betacellens insulinfrigjøring, og PPARγ (13), en transkripsjonsfaktor involvert i omsetningen av lipider og glukose (tab 1). Ettersom varianter av disse genene er relativt vanlige og risikoratene for de enkelte er små (tab 1), er noen genetisk undersøkelse foreløpig av liten betydning for prognosen eller behandlingen av sykdommen.

Monogen diabetes

For 2 – 3 % av alle tilfeller av diabetes er det tilstrekkelig med mutasjon i ett enkelt gen for å utvikle sykdommen. Disse formene kalles monogen diabetes og inkluderer mitokondriell diabetes og døvhet, MODY og nyfødtdiabetes.

Mitokondriell diabetes og døvhet skyldes en bestemt mutasjon i et mitokondrielt gen involvert i energiproduksjonen i mitokondriene (21). Klinisk vil man kunne skille denne tilstanden fra MODY ved maternell arvegang og familiær hørselsreduksjon. Molekylærdiagnostikk er mulig, men mutasjoner kan være vanskelig å detektere på grunn av varierende mengder normalt og mutert mitokondrielt DNA (heteroplasmi) i de hvite blodcellene. Et positivt funn er sikkert, men et negativt funn utelukker ikke diagnosen.

MODY

MODY er den hyppigste formen for monogen diabetes og karakteriseres ved autosomal dominant arv, debut før 25 år hos minst ett av familiemedlemmene og betacelle-dysfunksjon (tab 2) (5). Insulin- og C-peptid-responsen bør vurderes i forhold til respektive fasteverdier, korresponderende glukosenivå samt alder og kroppsmasseindeks. Det er foreløpig kartlagt seks typer MODY (1 – 6) basert på hvilket gen som er affisert (tab 3). MODY2 skyldes mutasjoner i genet GCK som koder for glukosesensoren glukokinase, mens mutasjoner i transkripsjonsfaktorgenene HNF-4α, HNF-1α, IPF-1, HNF-1β og NEUROD1, gir henholdsvis MODY1, 3, 4, 5 og 6 (5).

Tabell 2  Kriterier for å henvise til genetisk diabetes-diagnostikk

Ikke-insulinavhengig diabetes i ungdommen (maturity-onset diabetes of the young, MODY)

1. Autosomalt arvemønster med syke i minst to påfølgende generasjoner

2. Minst en av de affiserte skal ha diabetesdebut før 25 års alder

3. Betacelledysfunksjon

Vedvarende insulinbehov

eller

Nedsatte C-peptidverdier fastende, ved peroral sukkerbelastning eller ved glukagoninjeksjon

Alle kriterier skal være oppfylt samtidig. Imidlertid vil punkt 1 kunne avvikes ved særlig mistanke om mulighet for nyoppståtte mutasjoner. Punkt 2 kan avvikes hvis debutalder i gjennomsnitt ligger under 40 års alder for familien som helhet. Punkt 3 er et absolutt krav

Nyfødtdiabetes

1. Diabetesdebut 0 – 12 måneders alder

2. Fravær av type 1-diabetesautoantistoffer

Begge kriterier skal være oppfylt samtidig

Tabell 3  Kliniske karakteristika ved kjente typer maturity-onset diabetes of the young (MODY)

Subtype

MODY2

MODY3

MODY1

MODY5

MODY4/MODY6

Relativ forekomst

Vanlig

Meget vanlig

Sjelden

Sjelden

Meget sjeldne

Aktuelt gen/protein

GLUKOKINASE

HNF-1α

HNF-4α

HNF-1β

IPF-1/NEUROD1

Presentasjon

Nedsatt glukosetoleranse

Forhøyet fasteblodsukker

Diabetes mellitus (ofte tilfeldig funn)

Normale blodsukkerverdier i barnealder

Progredierende forverring med årene

Kan utvikle alvorlig hyperglykemi

Start av hyperglykemi

Fra spedbarnsalder/fødsel

Minimal forverring med alder

Ungdomsalder/tidlig voksen alder

Serum-glukoseverdier ved OGTT

Fastende > 5,5 mmol/l

2-timers stigning < 3,5 mmol/l

2-timers stigning vanligvis > 3,5 mmol/l

Senkomplikasjoner

Sjelden

Vanlig (spesielt retinopati)

Behandling

Ingen spesifikk

Insulin under svangerskap

Initialt diett, etter hvert et sulfonylureapreparat eller insulin

Andre kliniske karakteristika

Sulfonylurea-følsomhet

Økt HDL-nivå

Glukosuri

Reduserte triglyseridverdier

Cyster i nyrene

Genitale misdannelser

Forhøyede leverfunksjonsverdier

Pancreasatrofi

Ingen spesielle

Å skjelne klinisk mellom de ulike subtypene kan være vanskelig da noen, som MODY1 og MODY3, er fenotypisk like. Ettersom MODY1, 4 og 6 er relativt sjeldne, og MODY5 er en tilstand med tilleggsmanifestasjoner (alvorlig nyresykdom, genitale misdannelser og pancreasatrofi), står den diagnostiske overveielsen som oftest mellom MODY2 og MODY3. Ved MODY2 foreligger en stabil, lett hyperglykemi, og senkomplikasjoner ses svært sjelden. MODY3 gir normale fasteblodsukkerverdier hos barn og unge, men med en større økning i blodsukkernivået etter en glukosebelastning (tab 3). Tilstanden er progredierende og med høy forekomst av diabetiske langstidskomplikasjoner (22). Dårlig metabolsk kontroll og lang sykdomsvarighet er vist å være assosiert med økt forekomst av slike komplikasjoner. En studie av en norsk familie med MODY3 kan tyde på at prevalensen av senkomplikasjoner kan reduseres med tidligere klinisk diagnose (6), noe som henger sammen med tidligere igangsettelse av behandling.

Genetisk typebestemmelse av MODY er viktig med tanke på valg av terapi. Klinisk erfaring (23) så vel som studier (24) har vist at sulfonylureapreparater (glibenklamid, glimepirid, gliklazid) har god effekt ved MODY3. Andre studier har vist god insulinsekresjonsrepons ved bruk av tolbutamid intravenøst (25). Med bakgrunn i disse funnene anses et sulfonylureapreparat som førstevalg ved MODY3. Imidlertid må man ofte begynne med lavere dose enn det man har erfart ved type 2–diabetes, for å redusere faren for hypoglykemi på grunn av bevart sulfonylureasensitivitet. Når det gjelder glinidinene, foreligger det hittil ikke kontrollerte studier vedrørende bruk av disse preparatene ved MODY3. De fleste med MODY2, derimot, oppnår god metabolsk kontroll med kun diettbehandling. Ettersom diabetiske senkomplikasjoner er sjeldne ved MODY2, kan genetisk diagnostikk forebygge unødvendig frykt for slike komplikasjoner og forhindre overbehandling.

Molekylærgenetisk diagnostikk av MODY

Ved Senter for diabetesgenetikk, Barneklinikken, Haukeland Universitetssjukehus, er det opprettet et MODY-register der personer og familier som blir henvist til diagnostikk av monogen diabetes kartlegges. Rutinediagnostikk (DNA-sekvensering) av MODY2 og MODY3 gjøres i samarbeid med Seksjon for medisinsk genetikk og molekylærmedisin, Haukeland Universitetssjukehus, mens andre genetiske og molekylærbiologiske undersøkelser av MODY1 – 6 gjøres av MODY-forskningsgruppen ved samme avdeling (26 – 28). Kriteriene for genetisk diagnostikk finnes i tabell 2. Ved henvisning sendes EDTA-blod samt et rekvisisjonsskjema med kliniske opplysninger og samtykkeerklæring (29).

Når er en mutasjon patogen?

Dersom man hos pasienten finner en mutasjon som tidligere er rapportert å forårsake diabetes, blir tolkingen av den molekylærgenetiske analysen ukomplisert. Av og til finner man imidlertid ubeskrevne varianter av genet. Hvorvidt disse er sjeldne normalvarianter eller årsak til pasientens diabetes, kan være vanskelig å avgjøre. I slike tilfeller er en analyse av flere familiemedlemmer nyttig (fig 2). Opptrer genvarianten kun hos syke familiemedlemmer, sier man at varianten ko-segregerer med sykdommen og faren for at varianten er sykdomsfremkallende øker. Detaljert kunnskap om aminosyresammensetning, struktur og funksjon i det aktuelle proteinet er ofte nyttig ved vurderingen av om en genvariant er patogen. I spesielle tilfeller kan man fremstille genproduktet in vitro og sammenlikne egenskapene til det muterte proteinet med det normale proteinet (26, 30).

Eksempel på familietre ved monogen diabetes. Diabetes (fylte symboler) forekommer i flere generasjoner, både hos kvinner (sirkler) og menn (firkanter), og arvegangen er autosomalt dominant. Nm betyr at personen har en normal og en mutert genkopi, mens NN betegner to normale genkopier. Diabetes er en vanlig lidelse, og den genetiske analysen kan kompliseres ved at noen familiemedlemmer utvikler sykdommen uten å ha mutasjonen (fenokopier). Disse kan være inngiftede medlemmer (pasient II-4) eller etterkommere av mutasjonsbærere (III-6). Et annet problem er at ikke alle bærere av mutasjonen nødvendigvis utvikler sykdommen (II-7) (redusert penetrans) eller at personen er for ung til ennå å ha utviklet diabetes

Nyfødtdiabetes

Diabetes som oppstår hos nyfødte, er en meget sjelden tilstand. Genetikken er nå kartlagt ved minst halvparten av tilfellene, og en presis molekylærgenetisk diagnose kan ha betydning for valg av behandling (31). Neonatal diabetes defineres ofte som nyoppstått diabetes i løpet av 1 – 3 måneder etter fødsel, men denne definisjonen er under diskusjon. Nyfødtdiabetes diagnostiseres vanligvis mellom en og seks måneder etter fødsel (31, 32) og deles inn i transient og permanent neonatal diabetes (tab 4) (30, 31, 33 – 35). Det er viktig å diagnostisere nyfødtdiabetes som skyldes mutasjoner i kaliumkanalen Kir6.2 og tilpasse behandlingen deretter. Preliminære studier indikerer at barn med mutasjoner i Kir6.2 har god effekt av sulfonylureatabletter, og oppnår minst like god metabolsk kontroll og livskvalitet som ved behandling med insulininjeksjoner (31, 34).

Tabell 4 Differensialdiagnostikk ved nyfødtdiabetes

Transient

Permanent

TNDM

PNDM

Diabetes

Forbigående diabetes, men minst halvparten får residiv senere i livet

Permanent diabetes

Molekylærgenetisk. diagnostikk?

Ja, markører for kromosom 6

Ja, mutasjoner i genene IPF1, GCK, Kir6.2

Arvemønster

Paternell uniparental disomi eller paternell duplikasjon

Resessiv(IPF1,GCK) eller dominant (Kir6.2)

Nyoppstått mutasjon

Parental imprinting

Ofte sett for Kir6.2

Antall tilfeller rapportert

~ 100

~ 60

Jenter : gutter

1 : 1

Varierer (1.5: 1 for GCK, 1: 2 for Kir6.2)

Foreldre med diabetes?

Ingen

Begge, unntatt for Kir6.2 (oftest ingen)

Fødselsvekt (gjennomsnitt)

2 000 g

1 500 – 2 500 g

Alder ved diagnose

En uke (0 – 30 dager)

Første levemåned (0 – 6 måneder)

Presentasjon

Hyperglykemi

Hyperglykemi, ev. ketonuri (Kir6.2)

Behandling

Insulin eller orale antidiabetika

Insulin eller orale antidiabetika

Pancreas autoantistoffer

Negative

Negative

Referanser

(33)

(30, 31, 34, 35)

Presymptomatisk diagnostikk

Tidlig og korrekt molekylærdiagnostisk diagnose av monogen diabetes har terapeutiske og prognostiske konsekvenser. Derfor tillates presymptomatisk diagnostikk av kjente monogene diabetesformer også hos barn, dersom dette gjøres ved en godkjent avdeling.

Molekylærgenetisk diagnostikk av noen spesielle typer diabetes er i dag tilgjengelig. Barn og unge voksne med betacelledysfunksjon, uten pancreasantistoffer og med minst en førstegradsslektning med diabetes, bør utredes med genetisk diagnostikk av MODY ettersom positive funn kan ha prognostiske og behandlingsmessige konsekvenser. Barn med diabetes som oppstår innen de første seks levemåneder, bør utredes med genetiske tester fordi halvparten kan ha mutasjoner i genet Kir6.2 der insulin med fordel kan erstattes med sulfonylureatabletter. Ved de vanligste formene for diabetes (type 1 og type 2) er det i dag ingen genetiske markører med praktisk klinisk nytteverdi. Genotyping, spesielt HLA-typing, utgjør imidlertid et viktig verktøy i forskningen.

Manuskriptet ble godkjent 1.6. 2005. Vi takker Helge Boman, Torunn Fiskerstrand og det diagnostiske laboratoriet ved Senter for medisinsk genetikk og molekylærmedisin, Haukeland Universitetssjukehus, for genetisk diagnostikk av MODY2 og MODY3. Universitetet i Bergen og Haukeland Universitetssjukehus takkes for økonomisk støtte.

Anbefalte artikler