Type 1-diabetes mellitus - en infektionssygdom?

Intrauterin rubellainfektion medfører en høj forekomst af type 1-diabetes senere i livet. Mekanismen er endnu ukendt, selv om ændringer af den immunologiske Th1/Th2-balance synes at være væsentlig. Hvorvidt virusinfektioner spiller en rolle med hensyn til den almindeligt forekommende autoimmunmedierede type 1-diabetes er endnu usikkert. Prospektive serologiske undersøgelser synes at tyde på en højere forekomst af enterovirusinfektioner in utero eller i den tidligere barnealder hos børn, der senere udvikler type 1-diabetes. Der er imidlertid behov for yderligere bekræftende undersøgelser af disse iagttagelser, specielt direkte påvisning af virusgenom.

Type 1-diabetes mellitus skyldes en selektiv destruktion af de insulinproducerende pankreatiske betaceller. I de fleste tilfælde er sygdommen autoimmunt betinget, og miljøfaktorer antages at udløse en inflammatorisk proces i Langerhans' øer hos genetisk disponerede individer. Antagelsen af miljømæssige faktorers betydning hviler på følgende iagttagelser:

1. Lav konkordansrate af type 1-diabetes mellem monozygote tvillinger (ca. 30 - 40%) understreger, at genetisk prædisposition kun forklarer en del af sygdommens ætiologi.

2. Ændringer i sygdommens incidens ved migration af befolkningsgrupper med lav risiko for type 1-diabetes til højincidensområder og omvendt.

3. Stigninger i incidens i nonmigratoriske befolkninger inden for en kort årrække.

4. Sæsonvariationer i incidensen.

5. Incidensforskelle mellem genetisk sammenlignelige befolkningsgrupper.

I deskriptive epidemiologiske studier har man peget på associationer mellem type 1-diabetes og nærings- og nydelsesmidler, toksiner og infektionssygdomme, men der er meget få interventionsstudier eller andre iagttagelser, der kan bevise en direkte kausal relation mellem miljøpåvirkninger og type 1-diabetes.

Hypotesen vedrørende sammenhængen mellem diabetes mellitus og virusinfektioner fejrer netop i år sit 75-års-jubilæum, idet Edvard Gundersen med sit klassiske arbejde fra 1927 første gang stillede spørgsmålet: »Is diabetes of infectious origin « (1). Gundersen iagttog en øget incidens af diabetes i norske bysamfund efter parotitisvirusepidemier. Interessen for virus som ætiologiske agentia blomstrede op i begyndelsen af 1970'erne med iagttagelsen af forekomsten af type 1-diabetes hos mere end 20% af børn og unge med det såkaldte kongenitte rubellasyndrom, dvs. tidligere intrauterin rubellainfektion. Denne iagttagelse skete på et tidspunkt, da opfattelsen af type 1-diabetes som en immunologisk betinget sygdom blev bekræftet ved påvisningen af den lymfocytære infiltration i Langerhans' øer hos en høj procentdel af de patienter, der var døde kort efter, at diagnosen diabetes mellitus var blevet stillet, samt med påvisningen af humoral og cellulær autoimmunitet mod den endokrine pancreas (2). Da prospektive studier af førstegradsslægtninge og monozygote tvillinger kunne vise, at diagnosen type 1-diabetes mellitus forudgås af en ofte mellem otte år og ti år varende symptomfri prædiabetisk fase, hvor antistoffer mod betacellekomponenter og dermed tegn på immunaktivering mod betacellerne kan påvises, kølnedes interessen for virushypotesen. Dette skyldtes, at man i hovedparten af de studier, der var gennemført med mennesker, havde undersøgt virusserologi i forbindelse med diagnosen og dermed snarere påvist en sammenhæng mellem virusinfektion som præcipiterende og ikke egentlig ætiologisk årsagsfaktor.

I de senere år er virushypotesen igen kommet i fokus. Formålet med denne artikel er derfor at gennemgå nyere studier med mennesker samt væsentlige dyreeksperimentelle studier, der belyser mulige mekanismer for, hvorledes virus kan tænkes at inducere den patogenetiske proces, der fører til betacelledestruktion og type 1-diabetes.

Den nyeste udvikling og nuværende status
Isolation og påvisning af virioner

Det skal indledningsvis fastslås, at der kun er kasuistiske meddelelser om type 1-diabetestilfælde, hvor de Kochske postulater er opfyldt. Den mest berømte kasuistik beskriver et fatalt forløbende tilfælde af Coxsackie virus B4-meningoencephalitis med pludseligt indsættende type 1-diabetes. Langerhans' øer udviste lymfocytær infiltration og selektiv betacelledestruktion (insulitis), og det lykkedes at isolere virus, som var i stand til at fremkalde insulitis og type 1-diabetes i forsøgsdyr (3). Det har imidlertid ikke ved senere undersøgelser været muligt, hverken ved hjælp af immunhistokemiske eller PCR-baserede teknikker at påvise hyppigere infektion med en række vira i pancreasvæv fra patienter, fra hvilke pancreasmaterialet har kunnet studeres umiddelbart efter, at diagnosen type 1-diabetes var stillet (4, 5).

Muligheden af, at der findes humane endogene retrovira som ætiologisk agens ved udviklingen af type 1-diabetes, har været heftigt debatteret i de senere år. Ved hjælp af PCR-teknikker lykkedes det at påvise et hidtil ukendt humant endogent retrovirus, der er relateret til murint mammatumorvirus (IDDMK1,2 22). Det retrovirale envelope (env )-gen koder for et såkaldt superantigen, dvs. et protein, som er i stand til at stimulere T-celler ved at binde sig til T-cellereceptoren uden om T-cellereceptorens antigenspecifikke bindingssted. Transkripts, der er deriveret fra eller i det mindste relateret til IDDMK1,2 22 kunne påvises ved revers transkiptasepolymerase-kædereaktion (RT-PCR) i plasma fra ti ud af ti nykonstaterede type 1-diabetikere, men ikke fra nogle af ti aldersmatchede ikkediabetiske kontrolpersoner (6). Dette fund var potentielt væsentligt, fordi det åbnede mulighed for, at aktiveringen af den immunologiske proces, der medfører betacelledestruktion, ikke skyldtes antigenspecifik aktivering af T-cellesystemet, men proteiner med superantigene egenskaber. Imidlertid kunne disse fund ikke bekræftes af flere andre uafhængige grupper eller af forfatterne til den oprindelige artikel i Cell (7).

Serologiske studier

I serologiske studier har man postuleret en højere forekomst af virusantistoffer hos type 1-diabetespatienter på diagnosetidspunktet (Tabel 1). I flere tilfælde er det ikke lykkedes at bekræf te de serologiske fund, når man har forsøgt at påvise virusgenom, dette gælder således både for cytomegalo- og Epstein-Barr virus (8).

Særlig interesse har imidlertid samlet sig om gruppen af enterovirus, specielt familien af Coxsackie B-virus. Ud over i den berømte Yoon-kasuistik (3) har man i en række studier påvist IgM-respons mod en række Coxsackie B-virus, specielt Coxsackie B4-virus på tidspunktet for diagnose af type 1-diabetes (9, 10). Specielt interessant er imidlertid to nyere undersøgelser af den mulige betydning af intrauterin enteroviral infektion og senere udvikling af type 1-diabetes. I et svensk studie var man i stand til at påvise en højere titer af IgG-antistoffer mod enterovirus som echo9, echo30 og Coxsackie B5 i maternelt serum på fødselstidspunktet hos børn, som senere udviklede type 1-diabetes. Ydermere var odds-ratio 3,19 for udviklingen af diabetes ved tilstedeværelsen af IgM-aktivitet eller signifikant fald i aviditetsindekset, som begge er indikatorer for nylig enterovirusinfektion (11). I et finsk studie fandt man tilsvarende signifikant forhøjede antistoftitre mod enterovirus hos gravide kvinder, hvis børn senere udviklede type 1-diabetes, specielt før treårsalderen. I et prospektivt followupstudie af 22 initialt uafficerede søskende, som senere udviklede type 1-diabetes, kunne man påvise en tofold øget frekvens af enterovirusinfektioner bestemt serologisk i forhold til børn, som forblev ikkediabetiske (12). Hos børn med serokonversion til diabetesassocierede autoantistoffer kunne et kraftigere humoralt immunrespons mod Coxsackie B4-virus, echovirus 11 og et syntetisk enteroviruspeptidantigen konstateres end hos børn, som forblev autoantistofnegative (13). Disse studier tyder på, at intrauterin eksposition eller eksposition tidligt i barndommen for enterovirus er associeret med senere udvikling af type 1-diabetes. Desværre er disse studier ikke bekræftet ved påvisning af enterovirusgenom ved PCR-baserede teknikker. Det er imidlertid lykkedes at påvise enterovirussekvenser, der er homologe til Coxsackie B3 og B4 ved PCR-teknikker hos ni af 14 nyligt konstaterede type 1-diabetespatienter (14, 15). Prospektive studier af enteroviralt RNA og type 1-diabetes er undervejs (16).

Fortolkningen af de nævnte serologiske studier er vanskelig, idet krydsreaktion mellem fælles enterovirusepitoper gør specifik virusdiagnostik vanskelig, og ydermere er der konstateret krydsreaktion mellem forskellige enterovirusantigener og betacelleautoantigenerne glutaminsyre decarboxylase 65 (GAD65) og tyrosinfosfatasen IA-2 samt endelig heat shock- protein 60. Tilsvarende er der påvist krydsreaktivitet mellem rubellavirus og GAD65/67 også på T-celle-niveau.

Patogenetiske aspekter

Teoretisk kunne virus påvirke ætiologien til type 1-diabetes på følgende måder:

1. Et betacellecytotropt virus kunne ved kraftig replikation medføre akut betacellelyse

2. Et tilsvarende T-cellecytotropt virus kunne forårsage lyse af regulatoriske T-celler

3. En persisterende ikkelytisk betacelleinfektion kunne udløse en immunologisk reaktion ved

a) krydsreaktion med et betacelleantigen (molecular mi- micry )

b) rekruttering og aktivering af makrofager, hvilket med-

fører en lokal inflammatorisk reaktion med efterføl- gende frigivelse af betacelleantigen og aktivering af specifikt reaktive T-celler rettet mod betacelleanti- gener

1. En persisterende virusinfektion i T-celler kunne ændre den følsomme balance mellem det såkaldte Th1- og Th2-respons i retning af et aggressivt inflammatorisk Th1-styret immunrespons.

Det skal imidlertid også påpeges, at det ved dyreforsøg er vist, at virusinfektioner i visse tilfælde kan beskytte mod udvikling af type 1-diabetes (17, 18).

Det er velkendt, at flere af de mistænkte virustyper kan inficere Langerhans' øer hos mus eller mennesker. Således er såvel parotitis-, rubella- som Coxsackie B4-virus i stand til at inficere betaceller i kultur.

Både RNA- og DNA-virus kan forårsage type 1-diabetes hos forsøgsdyr (Tabel 2). I dyreeksperimentelle studier har man vist, at diabetes forårsaget af Coxsackie-virus hos forsøgsdyr væsentligst skyldes aktivering af immunsystemet via en by-stander- inflammation i det eksokrine væv, hvilket medfører inflammatorisk skade af betacellerne og frigivelse af antigen til genkendelse af specifikt reaktive T-celler (19) (Fig. 1). Molecular mimicry synes derimod ikke at spille en rolle. Tilsvarende mekanismer synes at være de væsentligste bag induktion af type 1-diabetes hos rotter forårsaget af den såkaldte encephalomyocarditis D-virus, et picornavirus, som er relateret til Coxsackie B4-virus (Fig. 2).

I modsætning hertil synes rubellavirus og det såkaldte Kilham rottevirus væsentligst at forårsage autoimmun diabetes uden at inficere betacellen, men ved at påvirke Th1/ Th2-balancen (20).

Ved at konstruere transgene mus, som udtrykker lymfocytisk choriomeningitisvirus (LCMV)-glykoprotein under kontrol af rotteinsulinpromotoren, opnås betacellespecifik ekspression af dette virusantigen. Disse dyr bliver ikke diabetiske medmindre de senere i livet bliver inficeret med LCMV. Denne tilsyneladende tolerance over for LCMV-antigenet skyldes, at autoreaktive cytotoksiske T-celler forbliver funktionelt nonresponsive på grund af mangel på passende T-celleaktivering, indtil dyrene inficeres (21). I lighed med de fleste diabetogene virus hos forsøgsdyr er LCMV-modellen afhængig af genetiske forhold, væsentligst forskelle i HLA-type (22). Denne interessante model rejser muligheden af, at intrauterin infektion med et betacellecytotropt virus først udløser en immunologisk aktivering senere i livet efter reinfektion med det pågældende virus.

Interferonsystemet udgør en væsentlig antiviral forsvarsmekanisme, og interferon kan således reducere udviklingen af diabetes efter EMC-virusinfektion hos mus. Hvis man ved transgene teknikker destruerer betacellens antivirale forsvarssystem ved at overudtrykke det såkaldte suppressor of cytokine signalling 1 (SOCS-1)-molekyle, som effektivt blokerer interferonsignaleringen, opnås en øget følsomhed for Coxsackie B4-virusinduceret diabetes (23). Et intakt interferon/interferonsignaleringssystem er med andre ord væsentligt for at beskytte betacellen mod virusinduceret beskadigelse. Tilsvarende har man i studier med mennesker påvist en forøget interferon-induceret 2',5' oligoadenylatsyntetaseaktivitet hos tvillinger, der senere udvikler type 1-diabetes, hvilket tyder på viral aktivering af interferonsystemet. Denne egenskab synes at være under genetisk kontrol, idet et locus for det antivirale enzym på kromosom 12q24 er associeret med risiko for udviklingen af type 1-diabetes (24, 25).

Perspektiver: praktiske og videnskabelige

Sammenfattende kan således siges, at selv om der findes virustyper, der kan inficere betaceller, og selv om der uden tvivl findes diabetogene virusstammer hos forskellige forsøgsdyr, er Gundersens spørgsmål fra 1927 lige så relevant i dag, når det drejer sig om virusinfektioner som ætiologisk faktor med udvikling af type 1-diabetes hos mennesker. Når man ser bort fra det allerede indførte rubellavaccinationsprogram, er der således ingen indikation på nuværend e tidspunkt for antivirale strategier, hverken i form af vaccinationsprogrammer eller antivirale midler til forebyggelse af udviklingen af type 1-diabetes.

Thomas R. Mandrup-Poulsen, Steno Diabetes Center, Niels Steensens Vej 2, DK-2820 Gentofte. E-mail: tmpo@novonordisk.com

Antaget den 19. september 2002.

Steno Diabetes Center, Gentofte.

Karen Rahbek Kruse takkes for opsætning af manuskript og grafik.