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Die hier vorliegende Dissertation befasst sich mit der Frage, ob es möglich ist eine diffuse Makulopathie, wie sie im Rahmen einer diabetischen Retinopathie auftreten kann, mit einer panretinalen Photokoagulation zu therapieren. Mit Hilfe einer ausführlichen Literaturrecherche wurden im ersten Teil der Arbeit mehrere Veröffentlichungen, welche sich mit panretinaler Lasertherapie befassen, untereinander verglichen. Ziel war es für die verschiedenen Laserparameter Konfigurationen zu finden, mit denen die Resorption eines bestehenden Makulaödems gefördert wird. Die größten Unterschiede, welche sich innerhalb der betrachteten Arbeiten bezüglich einer Ödemzunahme zeigten, bezogen sich auf die Reihenfolge der Lasersitzungen. Um eine Ödemreduktion zu erzielen wird empfohlen, primär die mittlere Netzhautperipherie zu koagulieren um danach am hinteren Augenpol fortzufahren, wobei ein Abstand von mehr als zwei Papillendurchmesser zur Fovea von Bedeutung ist. So kann die eingangs hypoxische Netzhaut durch Gefäßanpassungen die Laser-induzierte inflammatorische Situation besser abfangen. Berücksichtigt werden sollte dabei, dass durch eine panretinale Laserkoagulation keine fokalen Netzhautveränderungen im Bereich der Makula beeinflusst werden können. Eine vorherige Netzhautdickenbestimmung mit Hilfe einer Optical Coherence Tomography erlaubt es diffuse Ödeme mit einer schlechten Prognose zu differenzieren. Da sich die in der Literaturrecherche gefundenen Parameter kaum von denen in der Augenklinik Greifswald unterscheiden, wurden im weiteren Verlauf der Studie die Daten von Diabetespatienten mit einem diffusen Makulaödem untersucht, welche von Juni 2008 bis Mai 2012 in der Laserabteilung der Klinik und Poliklinik für Augenheilkunde in Greifswald behandelt wurden. Die Ergebnisse dieser Auswertung führen einerseits zu der Empfehlung Patienten mit einer nicht-proliferativen diabetischen Retinopathie und einer diffusen Makulopathie vor einer panretinalen Photokoagulation einer GRID-Laserkoagulation zur Netzhautdickenreduktion zuzuführen. Andererseits wird eine prospektive Patientenstudie empfohlen, die weitere Untersuchungsparameter berücksichtigt um eine bessere Kontrolle der gefunden Ausschlusskriterien zu gewährleisten.
Das Apolipoprotein E wird mit verschiedenen Krankheiten wie Arteriosklerose, Herzinfarkt, Lungenembolie, Diabetes mellitus, Pneumonie, Tumore assoziert. Es interessierte, ob unterschiedliche Apo E-Genotypen, speziell das Apo E4, mit diesen Krankheiten im Zusammenhang stehen, und ob dies im Obduktionsgut seinen Niederschlag findet. Es wurde kein statistisch signifikanter Einfluß der E4-Allelpräsenz auf das Auftreten von Arteriosklerose, Herzinfarkt gefunden. Dagegen waren die männlichen E4-Allelträger häufiger an Beinvenenthrombosen oder an Lungenembolien erkrankt im Vergleich zu Personen, die dieses Allel nicht hatten.
Das Renin-Angiotensin-System (RAS) ist ein Hormonsystem, das über die Bindung von Angiotensin-Peptiden an ihre spezifischen Rezeptoren vielfältige physiologische Prozesse beeinflussen kann. In den letzten Jahren gelangte die alternative Angiotensin-Converting-Enzym 2 (ACE2)/Angiotensin (Ang)-(1-7)/Mas-Rezeptor-Achse des RAS aufgrund ihrer protektiven Rolle bei pathophysiologischen Zuständen in den Fokus der Forschung. Wenig untersucht war bislang die Relevanz der lokalen ACE2/Ang-(1-7)/Mas-Achse für die Funktion von Langerhans-Inseln, besonders in Hinblick auf die Produktion und Sekretion von Insulin. Daher sollte im Rahmen der vorliegenden Arbeit der Einfluss des Mas-Rezeptors und seines Liganden Ang-(1-7) auf die β-Zell-Funktion bestimmt und verantwortliche molekulare Mechanismen aufgeklärt werden. Dazu wurden isolierte Langerhans-Inseln von Wildtyp (WT) und Mas-defizienten Mäusen genutzt, die zunächst umfassend hinsichtlich der Expression der Komponenten der ACE2/Ang-(1-7)/Mas-Achse charakterisiert wurden. Dann wurde der Einfluss des Ang-(1-7) sowie der Ang-(1-7)-Antagonisten D-Ala7-Ang-(1-7) (A779) und D-Pro7-Ang-(1-7) (D-Pro) auf die Insulinproduktion und Glucose-stimulierte Insulinsekretion (GSIS) bestimmt. Isolierte Inseln von Mas-defizienten Mäusen zeigten im Vergleich zu WT-Inseln eine signifikant reduzierte GSIS. Entsprechend bewirkte in WT-Inseln die Inkubation mit A779 und D-Pro eine Reduktion der GSIS, wohingegen der Mas-Ligand Ang-(1-7) diese signifikant steigern konnte. Diese Befunde unterstreichen die Bedeutung der ACE2/Ang-(1-7)/Mas-Achse für die Modulation der Insulinsekretion in Langerhans-Inseln.
Unter Verwendung pharmakologischer Hemmstoffe wurden zugrunde liegende Signal-Transduktionswege untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse sprechen für die Beteiligung von cyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP) an der Mas-abhängigen Regulation der Insulinsekretion. Ergebnisse weiterführender Experimente machen wahrscheinlich, dass diese Ang-(1-7)-stimulierte Insulinsekretion hauptsächlich über das exchange protein directly activated by cAMP 2 (EPAC2) verläuft. Auch nach Langzeit-Applikation von Ang-(1-7) in vivo zeigte sich ein stimulierender Effekt von Ang-(1-7) auf die GSIS von WT-Inseln. Es wurden auch Hinweise auf Mas-Rezeptor-unabhängige Ang-(1-7)-Wirkungen erhalten, die Gegenstand weiterführender Untersuchungen sind. Der Einfluss von Ang-(1-7) und A779 auf die Glucosetoleranz in vivo war dagegen marginal.
Um weitere Signalwege und Komponenten zu identifizieren, die an der Mas-abhängigen Regulation der GSIS beteiligt sind, wurde eine Massenspektrometrie-basierte Proteomanalyse von Langerhans-Inseln aus WT- und Mas-defizienten Mäusen ohne und unter Einwirkung von Ang-(1-7) und A779 durchgeführt. Die Kandidaten mit signifikanten Mengenänderungen wurden anschließend über die Ingenuity® Pathway Analyse (IPA) in molekulare Netzwerke und funktionelle Kategorien eingeordnet. Die stärkste Beeinflussung konnte bei den funktionellen Kategorien Zelltod und Zellüberleben, gastrointestinale Erkrankungen, Erkrankungen des endokrinen Systems, Stoffwechselerkrankungen und Zellzyklus festgestellt werden.
Die Sekretions-Maschinerie wurde als ein wahrscheinlicher Angriffspunkt der Ang-(1-7)/Mas-vermittelten Signale in den Langerhans-Inseln identifiziert, da einige regulierte Proteine sekretionsassoziierte Signalwege, vesikelassoziierte Faktoren, Komponenten des Endoplasmatischen Retikulums und des Golgi-Apparates sowie Regulatoren des Zytoskeletts betreffen oder als potenziell übergeordnete Regulatoren vorhergesagt werden konnten. Als eines der interessantesten Proteine wurde dabei das Golgi-reassembly stacking protein 2 (GORASP2) identifiziert, das für die akkurate Golgi-Stapelung in der Zelle verantwortlich ist und auch in die unkonventionelle Proteinsekretion involviert ist. Eine Mas-Rezeptor-abhängige Beeinflussung von GORASP2 und damit der Insulinsekretion erscheint möglich und sollte in weiterführenden Analysen verifiziert und hinsichtlich der molekularen Prozesse detailliert untersucht werden.
Die vorgelegten Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass die ACE2/Ang-(1-7)/Mas-Achse des RAS sowohl in vitro als auch in vivo einen positiven Einfluss auf die β-Zell-Funktion ausübt. Inwieweit sich daraus neue Ansatzpunkte für die Behandlung von Erkrankungen mit gestörter β-Zell-Funktion ergeben können, müssen Folgeuntersuchungen zeigen. Denkbar wäre die Steigerung der GSIS bei Typ-2-Diabetes mellitus mittels stabilen Ang-(1-7)-Agonisten. Diese Möglichkeit zeigt die Wichtigkeit zur weiteren Erforschung der ACE2/Ang-(1-7)/Mas-Achse in Langerhans-Inseln und ihrer genauen Wirkungen auf die Funktion von β-Zellen.
An interesting subclass of the SLs are Cers, the simplest SLs. Cers are assigned a special role within SLs because of their involvement in many cellular and biophysical processes.In literature Cers are describe to modulate many events in signaling including apoptosis. Besides its role as second messenger and therefore the involvement in many signal cascades, Cers are also known to be essential in physical modifications and structural alternations of membranes. Such regulatory functions on membrane formation are e.g. domain formation with other lipids (i.g. SM and Chol), phase separation with sterols (Chol), vesicular trafficking, fusion, membrane curvature fluidity and thickness and the induction of membrane leakiness. In contrast to phospholipids, Cers can move from one side of the membrane leaflet to the other, due to their strong hydrophobicity. This movement is called flip-flop or as transbilayer movement and is controversially discussed. Consequently, no exact value has been reported about the flip-flop property of Cers, which probably plays an important role during the transmission of an extra cellular signal through the membrane.In order to probe the biophysical properties of ceramides, a synthetic access to 1-thioceramides (1-SHCer) analogues with different N-acyl chain length has been developed in this study. With 1SHCer the flip-flop was investigated on pre-formed liposomes and the data indicated a very rapid flip-flop of Cers with a half time t1/2 <10s in raft- and non-raft like membrane models. Furthermore, the acyl chain length exhibited no measurable impact on the speed of the flip-flop. Utilizing the same probes the importance of hydrogen bond donor and acceptor properties of Cers upon interaction with sphingomyelin in the presence or absence of cholesterol (Chol) has been probed. Performed fluorescent quenching experiments (P.Slotte) proposed the following relative preference in interaction with pSM:pSM:DAGs > pSM:Cer > pSM:Chol > pSM: 1-pCerSH.Most strikingly, the importance of the 1-OH H-bond acceptor functionality to replace Chol around and above the melting temperature of pSM has been demonstrated. Recently, an unusual subclass of SLs, named 1-deoxysphingoids have come to the foreground, as biomarker for metabolic disorders. 1-doxSA is physiologically generated (10-40nM) due to substrate promiscuity of SPT and shown to be elevated in patients with metabolic disorders. In this study an organic synthetic access to fluorescent DSB derivatives was established, featuring a fluorescent moiety at the lipid tail, such as FITC 26. Comprehensive fluorescent studies of 26 revealed an unusual subcellular distribution. Exogenous 1-doxSA analogues, such as FB1 and 1-doxSA-FITC, enter via specific entry points. During the next few hours these lipids accumulate within the cytosol prior to N-acylation by CerS. Upon N-acylation, the newly formed 1-doxdhCer and its analogues insert into the ER membrane.The fluorescent probe and most likely FB1 analogues accumulate within the late endosomal and lysosomal system, probably via a direct connection with the ER. Analysis of the lipid metabolism of unlabeled 1-doxSA and FB1 revealed a strikingly similar behavior, pointing towards a common pharmacological effect. Complete consumption of TG within 24h in epithelia cells combined with GO analysis of 1-doxSA interacting lipids indicates significant modulation of fatty acid degradation, pointing towards regulation of the energy metabolism. This is in good agreement with the observed induction of autophagy. Together, this rapid and similar metabolic change of both 1-doxSA and FB1, points toward direct 1-doxSA head-group related lipid-protein interaction and less toward the influence of FB1 on CerS activity. This work suggests the biological significance of 1-doxSA as a primary nutrient sensor to maintain nutrient homeostasis and its role in the pathophysiology of metabolic diseases.
SHIP-Trend ist eine eigenständige populationsbasierte, epidemiologische Kohortenstudie im Rahmen der „Study of Health in Pomerania“ (SHIP). 4.420 Probanden aus dem Raum Vorpommern wurden hierfür einer umfangreichen körperlichen Untersuchung inklusive einer Fundusfotografie unterzogen. Von 3.218 Probanden lagen im Ergebnis digital auswertbare Fundusfotografien in der erforderlichen hohen Abbildungsqualität vor. Mit den darauf spezialisierten Computerprogrammen „Visualis 2.62“ und „VesselMap 3“ von IMEDOS Systems UG, Jena konnte eine Auswertung dieser Fundusfotografien erfolgen. Anhand der ermittelten Ergebnisse zur statischen Analyse der Netzhautgefäße des Sehorgans sollte der Einfluss des Diabetes mellitus auf die retinale Mikrostrombahn analysiert werden. Mittels der speziellen Software konnte für jede digitale Fundusfotografie bei der statischen Gefäßanalyse (SVA) das Arterienäquivalent (CRAE), das Venenäquivalent (CRVE) sowie die arterio-venöse Ratio (AVR) bestimmt werden. Diese Parameter wurden an Hand der auf der Fundusfotografie markierten Arterien und Venen - nach den von Parr und Hubbard erstmalig vorgestellten Formeln - berechnet. Für die untersuchte Population konnte nachgewiesen werden, dass Männer im Vergleich zu Frauen statistisch signifikant häufiger eine niedrige AVR aufweisen. Dabei steigt im höheren Alter die AVR an und das CRVE nimmt ab. Einen statistisch signifikanten Einfluss des Alters auf das CRAE konnten in der untersuchten Kohorte nicht beobachtet werden. Demgegenüber zeigte sich eine deutliche Abhängigkeit aller drei Messwerte von der vorherrschenden systolischen und diastolischen Blutdrucksituation. Die AVR, das Arterien- und das Venenäquivalent nehmen mit steigendem Blutdruck ab. Das CRAE lässt jedoch eine deutlich stärkere Reduktion als das CRVE erkennen, daraus resultiert eine geringe aber statistisch signifikante Reduktion der AVR. In der Kohorte der Probanden mit einer den Qualitätsanforderungen entsprechenden Fundusfotografie lag die Prävalenz für Diabetes mellitus bei 7,1 %. Für die Gesamtkohorte SHIP-Trend wurde ein höherer Wert mit 9,01% festgestellt. Für das Probandenkollektiv, welches in die statische Gefäßanalyse der retinalen Mikrostrombahn eingeschlossen wurde, konnte kein statistisch signifikanter Einfluss des anamnestischen Vorhandenseins eines Diabetes mellitus auf die AVR, das CRAE oder CRVE nachgewiesen werden (p= 0,54; 0,938; 0,673). Es ließ sich allerdings ein statistisch signifikanter Einfluss des HbA1c-Wertes auf das CRAE und das CRVE feststellen (p= 0,007). Mit einem höheren HbA1c-Wert konnten wir einen statistisch signifikanten Anstieg des Arterien- und Venenäquivalentes ermitteln, aber keinen Einfluss auf die AVR (p= 0,856). Für die Interpretation der Ergebnisse ist von Bedeutung, dass im Rahmen einer populationsbasierten Kohortenstudie der Anteil von Teilnehmern selbst mit häufigen Volkskrankheiten naturgemäß begrenzt ist. Von den 4.420 Probanden gaben 351 im Interview an, an Diabetes mellitus erkrankt zu sein. Davon waren von 119 Probanden keine auswertbaren Fundusfotografien zu bekommen. Es verblieben damit 232 Diabetiker für die weiteren Analysen. Pathologische HbA1c-Werte von ≥ 6,5% fand man bei 149 Probanden der 3.218 Probanden mit auswertbaren Fundusfotografien. Schwere Gefäßveränderungen an der Netzhaut konnten bei 13 Teilnehmern objektiviert werden. Außerdem reagiert der menschliche Organismus auf verschiedenste äußere und innere Einflussfaktoren mit einem begrenzten Reaktionsmuster. Das heißt auch andere Einflussfaktoren wirken sich auf die evaluierten Parameter der retinalen Mikrostrombahn aus. Im Rahmen der statistischen Datenanalyse konnte beispielsweise ein signifikanter Einfluss des aktiven Rauchens auf das Arterien- und Venenäquivalent im Sinne einer Steigerung des Äquivalents beobachtet werden. Für das Venenäquivalent war dies selbst für den anamnestisch erhobenen Faktor „früherer Raucher“ noch statistisch signifikant. Diese Ergebnisse zeigen, dass der HbA1c-Wert einen statistisch signifikanten Einfluss auf das CRAE und das CRVE hat. Entgegen unserer Vermutungen konnten wir keinen Einfluss auf die AVR nachweisen. Mit erhöhtem HbA1c-Wert zeigte sich eine Erweiterung der Arteriolen und Venolen. Jedoch setzen die Berechnungen voraus, dass die Gefäße gleichmäßig rund sind. Ovale Gefäßdurchmesser lassen sich nicht anhand der Fundusaufnahmen in allen Ausdehnungsrichtungen beurteilen. Unter diesem Vorbehalt sind die vorliegenden Resultate zu betrachten. Die Methode der statischen Gefäßanalyse macht es möglich, das Ausmaß der Gefäßveränderungen durch Diabetes mellitus, arterielle Hypertonie und Rauchen auch in größeren Kohortenstudien nichtinvasiv zu beurteilen.
The term diabetes mellitus comprises a group of metabolic diseases all distinguished by their main characteristic hyperglycaemia. With a steadily increasing prevalence diabetes displays an enormous burden for patients and health systems and is therefore of special interest for research. The development of the two main types of diabetes, type 1 and type 2, is closely linked to the formation of reactive species, especially hydrogen peroxide, inside different compartments of pancreatic beta cells. However, these cells are especially vulnerable towards oxidative stress mediated by hydrogen peroxide due to a low expression of antioxidative enzymes.
The main aims of the present thesis were to analyse the intracellular generation and to enable the site-specific detection of hydrogen peroxide to evaluate its role in the delicate equilibrium between redox signalling and oxidative stress under certain pathophysiological conditions, and moreover to monitor its movement through compartments and subcellular membranes of insulin-producing cells. Additionally, a new methodology for an artificial site-specific generation of hydrogen peroxide inside living cells was developed.
Diese Arbeit erläutert zunächst einige Grundlagen - Anatomie des Auges, Diabetes mellitus, diabetische Retinopathie - und befasst sich danach mit den funktionellen und morphologischen Ergebnissen von Augen, die aufgrund einer proliferativen diabetischen Retinopathie einer Pars plana Vitrektomie unterzogen wurden. Hierzu werden 124 Augen von 108 Patienten nach dem Diabetes mellitus Typ und dem vorliegenden Retinopathiestadium eingeteilt. Der Ausgangsvisus wird mit dem besten postoperativen Visus und dem Visus bei letzter Kontrolle verglichen. Eine Visusverbesserung gegenüber dem Ausgangsvisus kann beim besten postoperativen Visus bei 63,7 % festgestellt werden. Bei der letzten Kontrolle zeigen 54 % eine Visusverbesserung. Außerdem werden die postoperative Netzhautsituation, durchgeführte Nachoperationen und aufgetretene Komplikationen betrachtet und in die Auswertung mit einbezogen. Die Netzhaut liegt zum Zeitpunkt der letzten Nachkontrolle bei 70,1 % der Fälle an. An 33,9 % der Augen mussten eine oder mehrer Nachoperationen durchgeführt werden. Zwei Augen werden letztendlich enukleiert.
Type 2 diabetes mellitus is one of the most challenging health problems for the next decades. The impact of type 2 diabetes mellitus on health care systems is largely driven by the increasing prevalence, the management of the disease and subsequent comorbidities, even in people with prediabetes or undiagnosed type 2 diabetes mellitus. An early detection of high risk groups is necessary to identify and modify risk factors such as obesity, physical inactivity or cigarette smoking which showed regional disparities in their distribution within a country. This leads to the assumption that there might be regional disparities regarding the prevalence and incidence of type 2 diabetes mellitus as well. For Germany as for other countries, comparable data on possible regional disparities in the prevalence and incidence of type 2 diabetes mellitus are missing. The aim of the present dissertation is to estimate the prevalence and incidence of type 2 diabetes mellitus on regional level within Germany, and to estimate the smoking prevalence as a modifiable risk factor in individuals with type 2 diabetes mellitus using data from the Diabetes Collaborative Research of Epidemiologic Studies consortium (DIAB CORE) within the Competence Net Diabetes in Germany. Well comparable data of five regional studies and one nationwide reference study are included: the Study of Health in Pomerania (SHIP); the Cardiovascular Disease, Living and Ageing in Halle Study (CARLA); the Dortmund Health Study (DHS); the Heinz Nixdorf Recall Study (HNR); the Cooperative Health Research in the Region of Augsburg Study (KORA); and the German National Health Interview and Examination Survey 1998 (GNHIES 98). First, the prevalence of type 2 diabetes mellitus was estimated. Data from five regional population-based studies and one nationwide study conducted between 1997 and 2006 with participants aged 45 to 74 years were analyzed. Type 2 diabetes mellitus prevalence estimates based on self-reports (standardized to the German population for the regional studies, reference date 2007/12/31) were compared. Of 11,688 participants of the regional studies, 1,008 had a known type 2 diabetes mellitus, corresponding to a prevalence of 8.6% (95% confidence interval [CI] 8.1% 9.1%). The standardized prevalence was highest in the East with 12.0% (95% CI 10.3% 13.7%) and lowest in the South of Germany with 5.8% (95% CI 4.9% 6.7%).Second, the incidence of type 2 diabetes mellitus was estimated. Data from participants (baseline age 45 to 74 years) from five regional population-based studies were included. The incidence rates per 1,000 person-years (95% CI) and the cumulative incidence (95% CI) from regional studies were directly standardized to the German population (reference date 2007/12/31) and weighted by inverse probability weights for losses to follow-up. Of 8,787 participants, 521 (5.9%) developed type 2 diabetes mellitus corresponding to an incidence rate of 11.8 per 1,000 person-years (95% CI 10.8 12.9). The incidence of known type 2 diabetes mellitus showed regional disparities within Germany. The incidence was highest in the East and lowest in the South of Germany with 16.9 (95% CI 13.3 21.8) vs. 9.0 (95% CI 7.4 11.1) per 1,000 person-years, respectively. Third, the smoking prevalence in participants aged 20 to 79 years with type 2 diabetes mellitus in the regional SHIP and the nationwide GNHIES 98 was estimated. Prevalence estimates of cigarette smoking were calculated using weights reflecting the European adult population (reference date 2005/12/31). The overall prevalence of current smoking was lower among participants with type 2 diabetes mellitus than among participants without type 2 diabetes mellitus (17.3% vs. 38.0% in SHIP and 24.7% vs. 32.1% in GNHIES 98). In both studies, the prevalence of current smoking was highest in men aged 20 to 39 years, in particular among men with type 2 diabetes mellitus. To conclude, considerable disparities in prevalence and incidence of type 2 diabetes mellitus indicate the need for interventions on the regional level within Germany. Former smoking was more prevalent among both men and women with type 2 diabetes mellitus in comparison to current and non-smoking. This finding probably reflects behavioural changes secondary to the disease onset and medical counselling. The finding that men aged 20 to 39 years with type 2 diabetes mellitus were more often current smokers than men without type 2 diabetes mellitus underpins the importance of smoking as one of the main modifiable risk factors for type 2 diabetes mellitus.
Pretransplant Tolerance Induction Reduces the Islet Mass Required to Reverse Diabetes in NOD Mice
(2007)
Islet transplantation can restore normoglycemia in diabetic patients. However, its application is limited by the high number of islets required to reverse diabetes. As the mass and potency of most human islet preparations are marginal, a large impact on the applicability of islet transplantation is expected from the implementation of strategies that improve engraftment of these islet preparations. The roles of adaptive immunity and immunosuppression on islet engraftment are not well studied. Therefore, the effects of currently used immunosuppression with antilymphocyte serum, tacrolimus and sirolimus on islet engraftment were separated from their impact on immunity and diabetes reversal rates were compared after islet allotransplantation in immunosuppressed and chimeric, non-immunosuppressed NOD mice. Both strategies prevented rejection of islet allografts and reduced the frequency of donor-specific, IFN-gamma-secreting T cells. However, in order to achieve stable diabetes reversal with a probability of about 80% after islet allotransplantation in diabetic NOD mice, a fourfold higher islet mass (400 islets) was required in immunosuppressed recipients, compared with non-immunosuppressed recipients made tolerant pretransplant by induction of mixed hematopoietic chimerism (100 islets). The failure of immunosuppressed mice to become normoglycemic after low-dose islet transplantation primarily resulted from the inhibitory effects of tacrolimus combined with sirolimus on islet engraftment and not from the inhibitory effects of this combination on islet graft function. These data suggest that immunotherapeutic strategies that control adaptive immunity without interfering with islet neovascularization or other processes critical to islet engraftment are likely to improve the success rate of marginal mass human islet allografts.
In der vorliegenden Arbeit wurden Typ 2 Diabetiker hinsichtlich ihrer Zugehörigkeit zum LADA analysiert, außerdem wurde nach genetischen Zusammenhängen von SNPs auf und zwischen den Genen REPIN1 und RARRES2 in Bezug auf BMI und WHR als Facetten des Metabolischen Syndroms untersucht. Dazu wurden 98 Typ 2 Diabetiker einer allgemeinmedizinischen Praxis in Lühmannsdorf, Ostvorpommern sowie eine Kontrollgruppe von 104 normgewichtigen nichtdiabetischen Probanden (BMI<25) geschlechtsspezifisch erfasst, ausgewertet und statistisch verglichen. Für die genetischen Untersuchungen wurde als Vergleich noch eine Gruppe mit ähnlichem Charakter aus Leipzig hinzugezogen. Bei 3,4 Prozent der insgesamt 98 untersuchten Typ 2 Diabetiker aus OVP wurden GAD-Antikörper als Hinweis für eine Zuordnung zum LADA nachgewiesen. Das waren weniger Typ 2 Diabetiker als nach publizierten Studien erwartet (5-10 Prozent). Übereinstimmend zeigte sich, dass die Diabetiker beider Populationen mit einem BMI >30 und einer WHR >1 übergewichtig bzw. adipös waren. Signifikante Unterschiede wurden jeweils bei einem der fünf untersuchten SNPs in der Genotypenverteilung zwischen diabetischen und nichtdiabetischen Probanden beider Populationen nachgewiesen. Signifikante Unterschiede zeigten sich auch zwischen den Genotypen und dem BMI bei nichtdiabetischen Männern und Frauen aus Leipzig sowie der WHR bei diabetischen Frauen aus Leipzig. Keine signifikanten Unterschiede fanden sich bei den Probanden aus OVP.
The insulin dependent type 1 diabetes mellitus (IDDM) and the metabolic syndrome are complex human diseases. Both diseases are heterogeneous, genetically inherited and do not follow a simple Mendelian single-locus pattern. The analysis of complex human diseases is complicated both by genetic heterogeneity and by environmental factors. One way to overcome the problem of genetic heterogeneity in humans may be to cluster patients by kinship. It was shown by analysis of maternal lines of type 1 diabetics using mitochondrial DNA that 89% of maternal lines are related to each other. Moreover, an alternative to the genetic differential analysis of complex mammalian diseases is the use of animal models. The availability of inbred animal models closely resembling the human disease is an essential component of genetic investigations in this field, as shown in the results of this work. These findings do not only underscore the utility of the congenic and subcongenic approach in differentially analyzing complex traits, but also show that candidate genes can be identified and that chromosomal exchange can variously influence the phenotype, leading to sub-phenotypes which may be representative for human beings. Furthermore, it will also be possible to locate the syntenic region in the human genome and congenic and subcongenic strains can also be used to study interactions between chromosomal regions and various selected environmental conditions. In this way, it may be possible to learn which region can be influenced by environmental factors and to which extent, an undertaking which will require prospective projects.
In the two present prospective cohort studies we conducted on population-based sample from the North-eastern adult Germans, the following main results were obtained. First, CP had a moderate effect on CVD and all-cause mortality [93]. In further analyses, we investigated the association of CP and mortality considering DM as a mediator in the CP-Mortality association. We did not, however, come up with enough evidence supporting this hypothesis. Furthermore, no substantial evidence was found on our hypothesis suggesting a joint effect of CP and DM on mortality [93]. Second, we studied the causal effect of CP on diabetes incidence or long-term change of Hba1c level using 11-years of follow-up data from SHIP. However, our data did not indicate any independent effect of CP on the incidence of diabetes mellitus after comprehensive confounder adjustment using DAGs. Models that consider baseline periodontal status effect on long term change of Hba1c revealed similar non-significant results [94].
Beim Typ-1 Diabetes handelt es sich um eine multifaktorielle Autoimmunerkrankung, die auf dem Zusammenspiel genetischer, immunologischer und umweltbedingter Faktoren beruht. Hilfreich bei der Identifizierung krankheitsassoziierter Genloci sind diverse Tiermodelle, bei denen durch Kreuzungsstudien kongene Linien mit spontanen Rekombinationen im Bereich diabetes-suszeptibler oder diabetes-resistenter Genloci entstehen. Ein „Produkt“ solcher Kreuzungen ist die homozygote BB.6S m Rattenlinie, die obwohl Träger der diabetogenen Iddm1 und Iddm2 Genloci, nur eine T1D-Inzidenz von 10 % aufwies. Ursache für den diabetes-protektive Effekt war der alleinige chromosomale Austausch des diabetogenen Iddm4 Bereiches auf Chromosomen 6 der BB/OK Ratte durch den einer männlichen, diabetes-resistenten SH Ratte. Innerhalb dieser Arbeit sollten daher folgende Fragestellungen geklärt werden. 1. Ist die Iddm4 vermittelte Reduktion der Diabetesinzidenz auf die Expression eines oder mehrere potentieller diabetes-protektiver Gene zurückzuführen? 2. Wird das T1D Risiko durch den in diesem Bereich liegenden Imprintinglokus Dlk1-Dio3 beeinflusst? Zur Beantwortung dieser Fragen wurde eine zweite kongene Rattenlinie generiert. Die BB.6S f Linie, deren Iddm4 Genlocus von weiblichen SH Ratten abstammte, zeichnete sich wie die BB.6S m durch eine massive Reduktion der T1D Inzidenz aus. Nur 13 % der BB.6S f Ratten entwickelten einen T1D. Bei der Analyse der Expression von Strukturgenen konnten keine einheitlichen Muster zwischen BB.6S m und BB.6S f Ratten im Bezug zu BB/OK Ratten detektiert werden. Erst die Analyse des Expressionsmusters von mikroRNAs, deren Gene im Iddm4 Bereich und hier insbesondere im Dlk1-Dio3 Gencluster lokalisiert sind, ergaben sich Hinweise auf die mikroRNAs mir-337, mir-345 und mir-299 als potenzielle Kandidaten für einen T1D Schutz. Im zweiten Teil der Arbeit sollte geklärt werden, ob die T1D Inzidenz durch genomische Prägung der Gene des Dlk1-Dio3 Imprintingclusters beeinflusst wird: So sind auf dem väterlich vererbten Allel unter anderem die Gene Dlk1, Rtl1 und Dio3 aktiviert, während bei mütterlicher Abstammung Gtl2 und mikroRNAs exprimiert werden. Zur Klärung dieser Fragestellung wurden heterozygote F1 Hybride aus den Kreuzungen (BB/OK x BB.6S m) und (BB.6S m x BB/OK) generiert. Die phänotypischen Daten belegen, dass die heterozygoten Tiere in der Regel eine höhere T1D Inzidenz aufwiesen, die zusätzlich in Abhängigkeit vom Geschlecht der Nachkommen und dem Vererbungsmuster zwischen 21 und 74 % variierte. Generell waren weibliche Nachkommen besser vor einem T1D geschützt als männlichen Nachkommen. Außerdem zeigte sich, dass die T1D Inzidenz niedriger war, wenn das SHR Allels väterlicherseits vererbt wurde. Diese Sachverhalte deuten einerseits auf eine Interaktion des Iddm4 Bereichs von Chromosom 6 mit dem biallelischen X-Chromosom hin. Eine weitere Analyse der Dlk1 Expression belegt, dass es beim Fehlen des paternalen SHR Allels überraschenderweise zu einer biallelischen Expression des Dlk1 Genes kommt. Dieser Effekt ist assoziiert mit dem Verlust der Iddm4 vermittelten T1D Protektion. Die Daten der vorliegenden Arbeit lassen zusammenfassend drei Aussagen zu. I. Es konnte unter Einsatz der beiden kongenen BB.6S Rattenlinien kein Gen identifiziert werden, das den durch den Iddm4 Bereich der SH Ratte vermittelten Diabetesschutz bewirkt. II. Die Diabetesinzidenz wird offensichtlich durch Interaktion zwischen Chromosom 6 und dem biallelischen X-Chromosom beeinflusst. III. Hier konnte erstmals tierexperimentell bestätigt werden, dass die Manifestation eines T1D durch Imprinting geprägt wird.
Die gestörte Glukosetoleranz (engl. impaired glucose tolerance, IGT) ist eines der präsymptomatischen Zustände des Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM) und erfordert zur Diagnose einen oralen Glukosetoleranztest (oGTT). Ziele dieser Arbeit waren:
1) die Identifikation einer Metabolitsignatur zur Vorhersage einer IGT,
2) die pathophysiologische Einordnung der bedeutendsten Assoziationen und
3) die Identifizierung von Untergruppen innerhalb der IGT-Population, um so erste
Hinweise auf eine Patientenstratifizierung anhand objektivierbarer Metabolitmarker im
Blut zu erlangen.
Dazu dienten Metabolomdaten basierend auf Massenspektrometrie und Kernspinresonanzspektroskopie von 827 Teilnehmern der Study of Health in Pomerania (SHIP)-TREND. Durch einen targeted und non-targeted Anlayseansatz konnte ein breites Spektrum an Metaboliten erfasst und mithilfe statistischer und bioinformatischer Methoden die Assoziationen zum oGTT-Outcome, zur 2-Stunden Insulinkonzentration und daraus abgeleitet zur IGT, ausgewertet werden. Aus über 100 assoziierten Molekülen konnten beteiligte Stoffwechselwege, wie etwa der Katabolismus von verzweigtkettigen Aminosäuren und Veränderungen im Lipoprotein- und Fettstoffwechsel herausgearbeitet werden. Zudem konnte eine integrative Signatur zur Vorhersage einer IGT abgeleitet werden. Es wurde ein verbessertes IGT-Prädiktionsmodell etabliert, welches auf einer Kombination von Metaboliten und klinischen Merkmalen basiert. Diese Befunde sind jedoch in klinischen Studien zu prüfen. Über Verfahren des maschinellen Lernens konnten zwei Cluster innerhalb der IGT-Population identifiziert werden. Die IGT-Cluster spiegeln möglicherweise unterschiedlich fortgeschrittene IGT-Stadien oder verschiedene Ätiopathogenesen wider. Metabolitsignaturen könnten demnach gegebenenfalls eine frühzeitige Patientenstratifizierung ermöglichen. Somit wären bereits IGT-Patienten einem Risikoprofil zuzuordnen, was eine zuverlässigere T2DM- Risikoprognose erlauben würde. Durch rechtzeitige Präventivmaßnahmen bei IGT-betroffenen Personen könnte die Manifestation eines T2DM unter Umständen verhindert werden.
Die hier vorgestellten Befunde sind jedoch als vorläufig zu betrachten und bedürfen einer Replikation in unabhängigen Studien. Die Subtypen-Klassifizierung sollte idealerweise in einer längsschnittlichen Follow-up-Studie examiniert werden, um eine tatsächliche klinische Relevanz zu belegen. Von besonderer Bedeutung wäre dabei die Untersuchung der IGT-Cluster im Follow-up hinsichtlich eines Ansprechens auf allgemeine Interventionsmaßnahmen wie z.B. Lebensstiländerungen aber auch hinsichtlich einer spontanen IGT-Regredienz oder Progression zu einem T2DM und damit einhergehenden Komplikationen.
Lipohypertrophien (LHT) sind Veränderungen des subkutanen Fettgewebes, die durch die Langzeitanwendung von Insulin bei ca. 40 % der Patienten entstehen. Sie waren bisher von fraglicher klinischer Relevanz und teilweise schwierig zu diagnostizieren. Die Veröffentlichungen im Rahmen dieser kumulativen Dissertation untersuchten die pharmakotherapeutische Bedeutung von Lipohypertrophien und untersuchten erstmals die Thermographie als diagnostische Option für LHT. Dabei zeigte sich im euglykämischen Clamp-Versuch eine signifikant reduzierte Bioverfügbarkeit des Insulins nach Injektion in LHT von 78-80 % im Vergleich zur Applikation in gesundes Gewebe. Zwei der dreizehn Probanden zeigten keine Insulinwirkung. Die intraindividuelle Variabilität war signifikant höher in LHT als im gesunden Gewebe. Bei der erstmaligen systematischen Untersuchung von LHT mit einer hochwertigen Wärmebildkamera zeigte sich eine mäßige diagnostische Güte, verglichen mit den ebenfalls teilweise schwierigen Methoden der Inspektion, Palpation und des Ultraschalls. Insbesondere in der Kontrollgruppe war eine klare Abgrenzung von gesundem Gewebe schwierig. Aufgrund der Beeinflussung der Sicherheit, Effektivität und der Effizienz der Pharmakotherapie durch LHT, sollten diese als Injektionsort vermieden werden. Diese Arbeit konnte den Nutzen der Thermographie als diagnostische Option bei LHT zwar nicht klar beweisen, jedoch diesen auch nicht ausschließen.
Die bedeutende Rolle eines insulinomimetischen Stoffwechsel- und Signalmilieus in glykogenotischen hepatozellulären Präneoplasien konnte in zwei etablierten Rattenmodellen der Zirrhose-unabhängigen Hepatokarzinogenese unlängst belegt werden. Trotz des Einwirkens unterschiedlicher Karzinogene verläuft dieser Prozess sowohl im Modell der niedrigdosierten intrahepatischen Pankreasinseltransplantation in diabetischen Ratten als auch im chemischen Modell mit nicht-diabetischen Ratten nach N-Nitrosomorpholin (NNM)-Exposition nach der typischen glykogenotisch-basophilen Entwicklungssequenz mit ausgeprägten Ähnlichkeiten bezüglich Morphologie und molekularbiologischen Veränderungen. Welche Bedeutung insulinomimetische Mechanismen während der weiteren Karzinogenese in diesen Modellen noch haben und welche zusätzlichen pathogenetischen Faktoren hinzukommen, ist bisher weitgehend unbekannt und soll durch eine globale Genexpressionsanalyse näher beleuchtet werden. Dazu wurden verschiedene morphologische Karzinogenesestadien von Ratten aus dem Inseltransplantations- und NNM-Modell mit Hilfe der komparativen cDNA-Mikroarray-Technik auf intraindividuelle Expressionsveränderungen mehrerer tausend Gene untersucht. Neben glykogenotischen Präneoplasien, weiter fortgeschrittenen gemischtzelligen Präneoplasien und hepatozellulären Karzinomen (HCC) aus dem Transplantationsmodell Streptozotocin (Stz)-diabetischer Ratten sowie glykogenotischen Präneoplasien und HCC aus dem NNM-Modell befand sich auch eine Gruppe autoimmun-diabetischer Ratten mit glykogenotischen Präneoplasien nach Inseltransplantation unter den Versuchstieren. Mit Hilfe dieser Versuchsgruppe sollten potentiell relevante Unterschiede der Expressionsveränderungen zwischen den glykogenotischen Präneoplasien der verwandten Transplantationsmodelle aufgedeckt werden, welche auf die einmalige Stz-Applikation im klassischen Transplantationsmodell zurückzuführen sein könnten. Die Expressionveränderungen betreffen in beiden Modellen mehrere hundert Gene aus zahlreichen zellulären Prozessen, wobei insgesamt (2512 versus 1717) und bei Gegenüberstellung der korrespondierenden Stadien im klassischen Inseltransplantationsmodell stets mehr Gene alteriert sind als im NNM-Modell. Am geringsten ist die Zahl alterierter Gene in den glykogenotischen Präneoplasien der autoimmun-diabetischen Ratten. Die in allen Versuchsgruppen prozentual am stärksten von den Expressionsveränderungen betroffenen Gene stammen von intrazellulären Signalmediatoren, Transkriptionsregulatoren und Membranrezeptoren. Aus dem Bereich des Grundstoffmetabolismus sind Lipid- und Kohlenhydratstoffwechsel am stärksten betroffen. Insgesamt gibt es bezüglich der alterierten Zellprozesse keine wesentlichen Unterschiede zwischen den einzelnen Versuchsgruppen. Die Expressionsveränderungen nehmen bis zur Vervierfachung im Karzinomstadium im Verlauf der Karzinogenese in beiden Modellen zu (kumulativer Effekt). Unter den alterierten Genen finden sich neben solchen des Glukose-Turnovers und der Insulin-Signaltransduktion zahlreiche weitere Karzinogenese-assoziierte Gene, darunter lipogene Mediatoren, mehrere Wachstumsfaktoren (ErbB-, FGF- und Annexin-Familie), Mediatoren der Angiogenese, Apoptoseregulation und der intrazellulären Signaltransduktion, onkogene Transkriptionsfaktoren, DNA-Reparaturgene sowie einige bekannte Protoonko- und Tumorsuppressorgene. Die Expressionsveränderungen sprechen auch für eine Rolle von insulinomimetischen Mechanismen in der späten experimentellen Hepatokarzinogenese, wobei diese eher durch andere Karzinogenese-assoziierte Phänomene als durch direkte Insulinrezeptor-Signalübertragung aufrechterhalten werden könnten. So ließen sich einige Expressionsveränderungen des Glukosestoffwechsels zum Beispiel mit Hilfe des Warburgeffekts oder als Hypoxie-induziert erklären. Darüber hinaus liefern vorliegende Ergebnisse Anhaltspunkte für weitere pathogenetisch relevante Mechanismen während der Karzinogeneseprogression in den untersuchten Modellen. Dazu gehören unter anderem der wachstumsfördernde Einfluss von überexprimierten Wachstumsfaktoren der ErbB-Familie und lipogenen Mediatoren aber auch die Dysregulation des intrazellulären Signalkaskadennetzwerks und des programmierten Zelltods. Die Alteration derselben zellulären Prozesse im Transplantations- und NNM-Modell bestätigt eine große Übereinstimmung im Verlauf der Karzinogenese in beiden Modellen auf Transkriptionsebene. Insgesamt sind die Alterationen im Stz-Modell stärker ausgeprägt. Sowohl die Anzeichen für mögliche vorübergehende Stz-induzierte Genexpressionsveränderungen in den klarzelligen Präneoplasien als auch Ursache und tatsächliche kausalpathogenetische Bedeutung der hier nachgewiesenen Expressionsveränderungen müssen durch weitere Untersuchungen validiert und gezielter analysiert werden.
Einleitung: Es gibt derzeit zwei anerkannte Therapieoptionen des Typ-1-Diabetes mellitus bei Kindern und Jugendlichen. Diese sind die konventionelle Injektionstherapie und die subkutane Insulinpumpentherapie. Ziel dieser Arbeit ist der Vergleich dieser beiden Therapieformen hinsichtlich der Therapiesicherheit und der Effektivität der metabolischen Einstellung bei Kindern und Jugendlichen in stationärer Rehabilitationsbehandlung. Patienten und Methoden: Eingeschlossen in diese Untersuchung wurden alle Kinder und Jugendlichen (n = 901, 52 % Mädchen, Alter 11,5 ± 4,0 Jahre, Diabetesdauer 4,0 ± 3,6 Jahre, HbA1c 8,61 ± 2,12 %), die im Zeitraum zwischen dem 01.04.2004 und dem 31.10.2010 in Rehabilitationsbehandlung im Inselklinikum Heringsdorf aufgenommen waren. Ergebnisse: Zum Zeitpunkt der Aufnahme werden 707 Patienten mit intensivierter Injektionstherapie und 194 mittels Insulinpumpe behandelt. 10 % der Kinder (n = 92) waren im Vorschulalter (< 6 Jahre), 26 % (n = 232) im Grundschulalter (≥ 6 < 11 Jahre), 49 % (n = 443) im Pubertätsalter (≥ 11 < 16 Jahre) und 15 % (n = 134) waren postpubertär (≥ 16 Jahre). Kinder und Jugendliche mit CSII hatten eine längere Diabetesdauer (5,3 ± 3,7 vs. 3,6 ± 3,5 Jahre, p < 0,01) bei vergleichbarem HbA1c (8,35 ± 1,71 vs. 8,72 ± 2,26 %, p = 0,09), niedrigeren postprandialen Blutglukosewerten (10,0 ± 3,0 vs. 12,2 ± 3,3 mmol/l, p = 0,03), einer vergleichbaren mittleren Blutglukoseschwankungsamplitude (9,8 ± 3,2 vs. 9,4 ± 3,4 mmol/l, p = 0,22) und einer höheren Zahl von Blutglukoseselbstkontrollen (45,4 ± 13,3 ± 38,2 ± 11,5 Selbstkontrollen/Woche, p < 0,01). In der multivariaten Analyse ergab sich die Blutglukoseschwankungsamplitude als wichtigster mit dem HbA1c assoziierter Parameter (ICT-Gruppe R-square = 0,372, ß = 0,184, p < 0,01, CSII-Gruppe: R-square = 0,313, ß = 0,241, p < 0,01). Das Auftreten an Hypoglykämien in der ICT-Gruppe (R-square = 0,09) ist assoziiert mit der Anzahl an Blutglukoseselbstkontrollen (β=0,17, p<0,01), dem HbA1c (β= - 0,12, p<0,01), der Blutglukoseschwankungsamplitude (β=0,08, p=0,04) sowie der Diabetesdauer (β= -0,1, p<0,01). Dementgegen besteht in der CSII-Gruppe (R-square = 0,06) eine negative Assoziation mit der Diabetesdauer (β= - 0,251, p<0,01). Schlussfolgerungen: Kinder und Jugendliche mit Typ-1-Diabetes mellitus werden besonders häufig im Pubertätsalter zur stationären Rehabilitation eingewiesen. Gerade hier benötigen viele Jugendliche zur optimalen Stoffwechseleinstellung und psychosozialen Teilhabe besondere Unterstützung (Empowerment, strukturierte Behandlung und Schulung). In Zusammenschau aller Altersgruppen zeigen die untersuchten metabolischen Parameter zwischen beiden Therapiegruppen einen vergleichbaren Therapieerfolg (HbA1c und Blutglukoseschwankungsamplitude) und keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der Therapiesicherheit (Anzahl an Hypoglykämien). Hinsichtlich zukünftiger Ansatzpunkte für eine weitere Verbesserung der metabolischen Kontrolle wäre eine Verringerung der Blutglukoseschwankungsamplitude ein lohnenswertes Ziel.
Zur Evaluation eines Gewichtsreduktionsprogramms als Therapiemöglichkeit für Adipositas und Diabetes mellitus Typ 2 wurde bei Diabetikern mit Übergewicht die Veränderungen der Körperzusammensetzung und der Stoffwechseleinstellung untersucht. 22 Frauen und 14 Männer (58,5 Jahre, 34,1 kg/m²) nahmen an dem 15-wöchigen Gewichtsreduktionsprogramm teil, welches zunächst eine sechswöchige niedrig-kalorische Phase mit Formula-Nahrung beinhaltete. In den folgenden Wochen wurden herkömmliche Lebensmittel langsam in den Speiseplan aufgenommen und die Energieaufnahme auf etwa 1200 kcal gesteigert. Eine bioelektrische Impedanzanalyse zur Erfassung der Körperzusammensetzung sowie eine Magnetresonanztomographie zur Erfassung des Fettgehaltes der Bauchorgane und der Fettgewebe wurden vor dem Programm sowie nach sechs und 15 Wochen durchgeführt. Blutparameter wurden sowohl vor als auch nach dem Programm erfasst. Das mittlere Gewicht der Diabetiker sank in 15 Wochen um 12 %, dabei war auch unter einer Insulintherapie eine vergleichbare Gewichtsreduktion möglich. Zwar sank unter dem Programm auch die Muskelmasse, dennoch reduzierte sich vor allem das Leberfett um 67,0 %. Zusätzlich reduzierten sich das viszerale und subkutane Fettgewebe, wobei die Reduktion des viszeralen Fettgewebes mit 41,5 % deutlich höher ausfiel. Das Gewichtsreduktionsprogramm führte zu einer Verbesserung der Stoffwechsellage, da der HbA1c-Wert um insgesamt 0,8 % von 7,3 % auf 6,5 % fiel. Des Weiteren wurde eine Verbesserung von Laborparametern wie Transaminasen, Triglyceride und Gesamt-Cholesterin sowie Vitamin-D-Werte, Geschlechtshormone und IGF-1 beobachtet. Die verbesserte Stoffwechsellage hatte eine Reduktion der Medikamenten-Therapie zur Folge, die ohne das Auftreten einer Hypoglykämie umgesetzt werden konnte. Teilnehmer mit einer Insulintherapie schränkten die Insulineinheiten pro kg Körpergewicht von 0,63 auf 0,39 ein. Zusätzlich konnte die Therapie mit oralen Antidiabetika in vielen Fällen beendet oder reduziert werden. Ein strukturiertes Gewichtsreduktionsprogramm mit Formula-Nahrung stellt eine erfolgreiche und nicht-invasive Therapiemöglichkeit für übergewichtige Diabetiker mit und ohne Insulintherapie dar.
Obesity and diabetes have reached epidemic proportions and have emerged as massive public health problems globally. The etiology of both obesity and diabetes are related, multifactorial, highly complex, and involves interplay of genetic, environmental, socio-economic and physiological factors, which calls for a more extensive research in understanding the risk factors and biological pathways. Hence, this dissertation contributed in part to understanding the role of iron markers in the development of type 2 diabetes mellitus and the role of intrauterine hyperglycemia in influencing the risk of offspring obesity along with investigating potential pathways.
In the first part of my dissertation, the associations of iron markers (ferritin and transferrin) with type 2 diabetes mellitus and metabolic syndrome were investigated using the population-based Study of Health in Pomerania. The present analyses were based on 3,232 participants aged 20-81 years with a follow-up time of nearly 11 years. The results suggest that serum ferritin concentrations were associated with a higher prevalence of type 2 diabetes mellitus and metabolic syndrome in the total population as well as in men. However, the effects of serum ferritin on incident type 2 diabetes mellitus were observed only in women, while the effects on incident metabolic syndrome were seen in the total population. Serum ferritin is also known to reflect systemic inflammation or hepatic dysfunction in addition to increased iron stores. Hence, upon further analyses, the associations were found to be attenuated after adjustment for hepatic enzymes but not after adjustment for inflammation. Transferrin was not associated with any of the outcomes. Thus, our study provides evidence for a link between the iron marker ferritin and type 2 diabetes mellitus and metabolic syndrome, although the association seemed to vary by sex. Moreover, hepatic dysfunction seems likely to be in the pathway between ferritin and type 2 diabetes mellitus and metabolic syndrome.
In the second part of my dissertation, the association between maternal hyperglycemia and the risk of offspring overweight and obesity were investigated using three different cohorts: TEDDY, TEENDIAB and BABYDIAB/BABYDIET. The present analyses were based on a total of 8,103 children who were followed until 6 years of age in TEDDY study and until 18 years of age in TEENDIAB and BABYDIAB/BABYDIET studies. The dissertation revealed that maternal hyperglycemia in general may be associated with increased risk for childhood overweight and obesity, and that the association gets stronger as children grow older, with the risk being clearly evident at late childhood and adolescence. Moreover, this dissertation adds that this association can be driven by different pathways based on the type of maternal diabetes to which the offspring was exposed. The association of maternal gestational diabetes mellitus with offspring overweight can be largely explained by the confounding influence of maternal BMI, whereas the association of maternal type 1 diabetes mellitus with offspring overweight can be substantially explained by birthweight in all three studies. In our attempt to understand biological pathways at a cellular level, we found that the offspring metabolome was unlikely to be in the causal pathway between maternal type 1 diabetes mellitus and overweight, because this association could not be explained by any of the potentially relevant metabolites.
To conclude, this dissertation acknowledges the fact that prevention and early intervention of obesity and diabetes is of paramount importance to lessen the impact of these public health problems. Thus, our findings of the role of ferritin in increasing the risk of type 2 diabetes mellitus/ metabolic syndrome and the role of intrauterine hyperglycemia in increasing the risk of offspring overweight helped to identify particular risk groups who may need closer attention with respect to prevention of obesity and diabetes.
Entscheidende Fortschritte in der Pathogenese des Typ 1 Diabetes wurden durch den Einsatz von Modelltieren erzielt, die ebenso wie der Mensch spontan einen Typ 1 Diabetes ausbilden. Eines dieser Modelltiere ist die BB-Ratte (Bio Breeding Ratte). Sie entwickelt ein dem Typ 1 Diabetes des Menschen sehr ähnliches Krankheitsbild mit den typischen Kennzeichen wie Insulitis, Insulinopenie, Hyperglycämie, Ketoseneigung, Polyurie und Polydipsie. Analog zum Menschen sind bei diesen Tieren bestimmte Gene des Haupthisto-kompatibilitätskomplexes (MHC) für die Entwicklung eines Diabetes essentiell und werden als Iddm 1 bezeichnet. Kreuzungsstudien zeigten jedoch, dass nicht nur diese Gene, sondern auch Nicht-MHC-Gene (Iddm-2, Iddm-3, Iddm4 etc.) für die Entwicklung verantwortlich sind. Um die Bedeutung der Nicht- MHC- Gene zu prüfen, wurden verschiedene kongene BB.SHR-Linien etabliert, indem chromosomale Segmente mit nachgewiesenen Nicht-MHC-Genen von Diabetes- resistenten SHR-Ratten (spontan hypertensive Ratte) durch wiederholte Rückkreuzung auf die BB-Ratten ausgetauscht wurden. Durch den Austausch von Iddm2 (BB.LL) konnte die Entstehung eines Diabetes verhindert werden, aus dem Austausch von Iddm4 (BB.6S) resultierte eine drastischen Senkung der Diabeteshäufigkeit im Vergleich zum Parentalstammes (15 vs. 86%) Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, zu klären, welche Faktoren auf molekularer Ebene die Destruktion einerseits und anderseits eine Protektion der ß-Zellen unter Verwendung von Langerhansschen Inseln der kongenen Linien BB.LL, BB.6S und des BB/OK-Parentalstammes in vitro bedingen. Es konnte gezeigt werden, inwieweit Calcium als Mitregulator bei der Freisetzung von Insulin aus den Langerhansschen Inseln und Cytokine als generelle Stressoren die Funktion und die Expression von Schutzproteinen beeinflusst. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigten, dass bei Langerhansschen Inseln des BB.LL- und BB.6S- Stammes in Gegenwart einer erhöhten Calciumkonzentration eine Stimulierung der Insulinausschüttung möglich war, während die des BB/OK Stammes unter den gleichen Bedingungen mit reduzierter Insulinausschüttung reagierten. Gleichermaßen zeigte sich eine höhere Expression der Schutzproteine vor und nach der Inkubation mit Cytokinen zwischen den Linien, wobei eine negative Korrelation zur Diabetesinzidenz nachweisbar war, d.h. eine niedrige Calbindinexpression des BB/OK Stammes korrelierte mit einer hohen Diabetesmanifestation (ca. 86%), während die Calbindinexpression der Langerhansschen Inseln des BB.6S-Stammes mit einer niedrigen Inzidenz einherging. Auch die Expression von HSP70, einem speziellen protektiven Protein zeigte in den Untersuchungen eine negative Korrelation zur Diabetesmanifestation. Die vorgelegten Befunde ließen den Schluss zu, dass molekulare Mechanismen die BB.6S- und BB.LL- Linie vor einer Diabetesmanifestation schützen, während die suszeptiblen BB.OK-Ratten diese protektiven Mechanismen nicht besitzen.