Auswirkungen einer glutenfreien Ernährung auf Typ-1-Diabetes mellitus bei Kindern

Forschungsstrategie A. SPEZIFISCHE ZIELE

Der anhaltende Anstieg der Inzidenz von Typ-1-Diabetes mellitus (T1DM) weltweit geht nicht mit erfolgreichen Bemühungen zur Vorbeugung oder Linderung der Krankheit einher. Darüber hinaus besteht eine große Lücke in unserem Verständnis des angrenzenden gastrointestinalen Milieus, in dem der zerstörende Prozess der Pankreasinseln abläuft und bei T1DM zur Insulinabhängigkeit führt. Der stärkste Anstieg der Inzidenz von Typ-1-Diabetes im letzten Jahrzehnt war bei Kindern unter 5 Jahren zu verzeichnen, einer Gruppe, die besonders anfällig für diabetesbedingte Morbidität und Mortalität ist. Invasive Methoden wie Fingerstechen zur Glukoseüberwachung und subkutane Insulininjektion bleiben der für das Überleben des Patienten erforderliche Behandlungsstandard. Viele Interventionsstudien wurden auf der Grundlage unzureichend fundierter Kenntnisse über die (vermutlich ausschließlich autoimmunen) Mechanismen durchgeführt, die bei Typ-1-Diabetes zu einer dauerhaften Zerstörung der Betazellen führen. Fast alle Interventionsstudien bei neu aufgetretenem Typ-1-Diabetes zeigen nur eine vorübergehende Verbesserung der Insulinproduktion (bis zu 6 Monate) mit anschließendem Rückgang auf ähnliche Werte wie in den Kontrollarmen. Darüber hinaus gibt es wissenschaftliche Argumente und Daten, die darauf hindeuten, dass nicht autoimmune pathogene Mechanismen beteiligt sein könnten, möglicherweise bei einer toxischeren und allgemeineren Erkrankung der Bauchspeicheldrüse. Jüngste Erkenntnisse, dass sich Betazellen in der Bauchspeicheldrüse von Patienten mit langjährigem Typ-1-Diabetes weiterhin regenerieren, geben Anlass zur Hoffnung, dass der Krankheitsprozess, der zur Insulinabhängigkeit führt, umgekehrt werden könnte, wenn die Zerstörung der Inselzellen in einem kritischen Zeitfenster gestoppt wird.

Der Zusammenhang zwischen Typ-1-Diabetes und dem Darmmikrobiom wird aktiv erforscht. Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass das Darmmikrobiom eine Rolle bei der Zerstörung und dem Schutz von Inseln in experimentellen Modellen mit Typ-1-Diabetes spielt. Darüber hinaus wurde Typ-1-Diabetes in genetisch etablierten Mausmodellen der Krankheit verhindert, wenn diese Tiere auf eine glutenfreie Ernährung beschränkt wurden. Die in diesem Antrag behandelte spezifische Hypothese besteht darin, dass eine glutenfreie Diät, die kurz nach der Diagnose eingeführt wird, das Fortschreiten von Typ-1-Diabetes bei Kindern und Jugendlichen umkehren oder stoppen kann. Unser vorgeschlagener Mechanismus besteht darin, dass eine glutenfreie Ernährung die endogene Insulinproduktion aufrechterhält, indem sie die Darmmikrobiota hin zu Stämmen verändert, die von Natur aus weniger toxisch für Inseln sind. Ziel der Studie ist eine umfassende Bewertung der Rolle einer glutenfreien Ernährung bei Kindern mit T1DM. Ein spezifisches Ziel besteht darin, die Darmmikrobiota der Patienten zu Beginn des Krankheitsprozesses zu reduzieren oder zu verändern, um möglicherweise die Zerstörung der Inselzellen aufzuhalten. Die spezifischen messbaren Ziele des aktuellen Antrags skizzieren einen innovativen Ansatz, um mit der Identifizierung der betazellschützenden Wirkung spezifischer Veränderungen in der Darmflora zu beginnen, die therapeutisch entwickelt werden können, um Typ-1-Diabetes zu lindern.

Spezifisches Ziel 1: Bestimmung der Wirkung einer glutenfreien Diät auf die endogene Insulinsekretion und die Pankreasmorphologie bei Kindern und Jugendlichen mit neu aufgetretenem Typ-1-Diabetes.

Spezifisches Ziel 2: Bestimmung der Wirkung einer glutenfreien Ernährung auf die Darmflora von Patienten mit neu aufgetretenem Typ-1-Diabetes.

Die resultierenden Daten werden die Bestimmung des Zusammenhangs zwischen Darmflora und Betazellfunktion bei Patienten mit neu aufgetretenem Diabetes ermöglichen.

Insgesamt sind die vorgeschlagenen Studien innovativ für neu auftretenden Typ-1-Diabetes bei Kindern. Ein großer Teil dieser Patienten wird derzeit in den Pediatric Diabetes Clinics der Loma Linda University (LLU) betreut, die derzeit etwa 2.000 Patienten mit T1DM versorgen. Durchschnittlich werden jede Woche drei bis fünf Patienten mit neu aufgetretenem T1DM im LLU-Kinderkrankenhaus diagnostiziert. Dieser Vorschlag steht im Einklang mit dem Forschungsthema der Universität, das sich auf Ernährung und Gesundheit konzentriert, und steht im Einklang mit der „Ganzheits“-Mission der Institution. In Zusammenarbeit mit dem neuen Genomic Center an der LLU haben wir die einmalige Gelegenheit, einen neuartigen Mechanismus von T1DM zu evaluieren. Dies kann in Zukunft zu einem nachhaltigen Forschungsprogramm zur Ernährung als Therapie für Typ-1-Diabetes führen, es unserem Standort ermöglichen, multizentrische Studien in diesem Bereich zu entwickeln und voranzutreiben, und unsere Chancen auf großzügige externe Finanzierung optimieren.

Die vorläufigen Daten dieser Studie bilden die Grundlage für einen RO1-Antrag.

B. Bedeutung Diabetes mellitus Typ 1 ist die häufigste Stoffwechselerkrankung im Kindesalter. Nach Angaben der Centers for Disease Control and Prevention wird jedes Jahr allein in den Vereinigten Staaten bei etwa zwanzigtausend Kindern Diabetes mellitus Typ 1 (T1DM) diagnostiziert. Die Inzidenz von T1DM nimmt weltweit weiter zu. Der stärkste Anstieg der globalen T1DM-Inzidenz in den letzten zwei Jahrzehnten war bei Kindern unter 5 Jahren zu verzeichnen, einer Gruppe, die besonders anfällig für diabetesbedingte Morbidität und Mortalität ist. Als eine der häufigsten chronischen Erkrankungen bei Kindern wurde T1DM ausführlich untersucht und zu dem Schluss gebracht, dass es sich um eine Folge der autoimmunen Zerstörung der insulinproduzierenden Betazellen der Pankreasinseln bei genetisch anfälligen Personen handelt. Trotz der zunehmenden Prävalenz von Typ-2-Diabetes bleibt Typ-2-Diabetes die häufigste Form von Diabetes im Kindesalter und macht etwa zwei Drittel der Neudiagnosen von Diabetes bei Patienten unter 19 Jahren in den Vereinigten Staaten aus. Zu den akuten Komplikationen von T1DM gehören Hypoglykämie, Ketoazidose und schwere Psychopathologie, die alle potenziell tödlich enden. Die Ursachen tiefgreifender, behindernder Langzeitkomplikationen wie Blindheit, Nierenversagen und Amputationen können erheblich ausgelöscht werden, wenn die Blutzuckerkontrolle frühzeitig zu Beginn der Krankheit aufrechterhalten wird.

Es liegen zahlreiche Daten zur Rolle des Darmmikrobioms für Gesundheit und Krankheit vor. Jüngste Studien haben Hinweise auf eine Rolle der strukturellen Modulation der Darmmikrobiota bei der Pathogenese von Typ-2-Diabetes geliefert, der bei Erwachsenen häufiger auftritt. Ähnliche Hinweise wurden bei anderen Erkrankungen wie Fettleibigkeit und Herz-Kreislauf-Erkrankungen beobachtet. Diese Studien deuten darauf hin, dass eine Veränderung der Zusammensetzung der Darmmikrobiota mit der Entwicklung mehrerer Krankheiten verbunden sein könnte, aber dies ist bei Patienten mit Typ-1-Diabetes noch nicht eindeutig im Zusammenhang.

In jüngerer Zeit wurde ein besonderer Schwerpunkt auf die Rolle von Darmbakterien bei der Zerstörung bzw. dem Schutz von Pankreasinseln gelegt. Dies wurde erstmals in T1DM-anfälligen experimentellen Modellen untersucht. Da in Weizen ein mit Typ-1-Diabetes in Zusammenhang stehendes Protein identifiziert wurde, zeigten T1DM-Mausmodelle eine Verringerung der Diabetes-assoziierten Zelluntergruppen, wenn sie einer weizenfreien Diät unterzogen wurden. Darüber hinaus wurde Typ-1-Diabetes in genetisch etablierten Mausmodellen der Krankheit verhindert, wenn sie auf eine glutenfreie Ernährung beschränkt waren.

Bei kleinen Kindern, die genetisch anfällig für T1DM sind, waren die Darmbakterien in der Gruppe, die eine Typ-1-Diabetes-Autoimmunität entwickelte, deutlich weniger vielfältig und weniger stabil. Von Interesse sind Berichte über eine erhöhte Inzidenz von Typ-1-Diabetes bei Kindern, die retrospektiv eine Protonenpumpenhemmer-Therapie erhalten hatten (NIH, persönliche Mitteilung). Darüber hinaus gibt es einen veröffentlichten Bericht über die Remission von T1DM bei einem 6-jährigen Kind, das durch die strikte Einhaltung einer glutenfreien Diät ohne Insulintherapie aufrechterhalten wurde. Dies löste eine multizentrische Pilotstudie aus, die derzeit in Nordeuropa durchgeführt wird und deren vorläufige Daten darauf hindeuten, dass eine glutenfreie Ernährung die Insulinsekretion bei Erwachsenen mit Typ-1-Diabetes aufrechterhalten kann. Unseres Wissens wurde bisher bei keinem der Patienten, die sich glutenfrei ernährten, eine Untersuchung des Darmmikrobioms durchgeführt.

An der LLU konnte drei Jahre nach der Diagnose von Typ-1-Diabetes ein 17-jähriger Patient in der pädiatrischen Diabetesklinik der Loma Linda University trotz ungewöhnlich niedrigem Insulinbedarf (einer sogenannten verlängerten Flitterwochenphase) durch die Einhaltung einer glutenfreien Diät eine hervorragende Blutzuckerkontrolle aufrechterhalten . Bei zwei weiteren Patienten an der LLU im Alter von 3 und 4 Jahren kam es zu einem deutlichen Rückgang des Insulinbedarfs (auf Honeymoon-Dosen, d. h. Gesamtinsulin pro Tag unter 0,5 Einheiten pro kg), was in einem Fall nach sechs Monaten das Absetzen einer Insulinpumpe erforderlich machte eine glutenfreie Diät.

Zusammengenommen legen die oben genannten Daten und Fälle nahe, dass eine Veränderung der Darmmikrobiota zu Beginn der Krankheit durch eine glutenfreie Ernährung die endogene Insulinproduktion erheblich aufrechterhalten kann, wodurch der Bedarf an Insulininjektionen minimiert und die langfristige Gesundheit von Patienten optimiert wird Diabetes Typ 1.

Der Zugang zu einer großen T1DM-Patientenpopulation im Kinderkrankenhaus und in den Kliniken der Loma Linda University bietet eine einzigartige Gelegenheit zur Erforschung dieses neuartigen Ernährungsansatzes, der dazu beitragen kann, das Gleichgewicht innerhalb der Bauchspeicheldrüse in Richtung Inselfunktion und Regeneration zu kippen. Wenn dies optimiert wird, wird es Patienten mit T1DM den Weg zur Insulinunabhängigkeit ebnen.

C. Innovation Dieser Vorschlag stellt den traditionellen und weithin akzeptierten Autoimmunmechanismus für die Entwicklung von T1DM in Frage und ergänzt unsere früheren Daten zur Rolle direkter toxischer Umgebungsfaktoren bei der Entwicklung von T1DM bei Kindern. In einer großen Fall-Kontroll-Studie haben wir zuvor einen neuartigen signifikanten Zusammenhang zwischen Typ-1-Diabetes und der kumulativen Ozonexposition in der Umgebungsluft von der Geburt bis zum Zeitpunkt der Diagnose beschrieben. Darüber hinaus haben wir bereits gezeigt, dass bei Patienten unter 5 Jahren, der Gruppe mit dem weltweit größten Anstieg der Inzidenz, häufig keine Hinweise auf bekannte Autoimmunmarker für Typ-1-Diabetes vorliegen. Darüber hinaus legt die schnelle Zunahme der Inzidenz und der Rückgang des Alters von T1DM nahe, dass aggressive toxische Elemente und nicht ein langsamer Autoimmunprozess eine entscheidende Rolle bei der Pathogenese der Krankheit bei Kindern spielen.

Das Projekt stellt eine neue mögliche Ursache für Typ-1-Diabetes beim Menschen vor: die Bakterienhypothese. Hier untersuchen wir einen neuartigen, äußerst sicheren und möglicherweise heilenden Ansatz für T1DM, der lediglich aus einer Ernährungsumstellung besteht, um die Darmmikrobiota in ein toleranteres Milieu für die Insulinsekretion zu verändern. Die meisten Interventionsstudien bei neu aufgetretenem T1DM hatten ein offenes Design, und in vielen Studien ermöglichten die Nebenwirkungen des Prüfpräparats den teilnehmenden Probanden zu wissen, ob sie ein aktives Medikament erhielten oder nicht. Daher kann die Interpretation der Ergebnisse der meisten bisherigen Interventionsstudien angesichts eines wahrscheinlichen Placeboeffekts nicht als zutreffend angesehen werden. Das aktuelle Studiendesign berücksichtigt den Placeboeffekt sowohl bei Studien- als auch bei Kontrollpersonen. Unseres Wissens ist dies die erste randomisierte, placebokontrollierte Studie, die die Auswirkungen einer Ernährungsumstellung auf die Darmflora und die Blutzuckerkontrolle bei Kindern mit neu diagnostiziertem Typ-1-Diabetes untersucht.

D. Ansatz

Dabei handelt es sich um eine randomisierte, kontrollierte klinische Studie, in der die Auswirkung einer Veränderung der Darmbakterien durch eine glutenfreie Ernährung auf das Tempo und die Schwere der Inselzerstörung bei T1DM innerhalb von sechs Monaten nach der Diagnose untersucht wird. Das Projekt umfasst die Änderung des Mahlzeiteninhalts, der Häufigkeit und der Verzehrrate sowie die Beurteilung der bakteriellen Darmflora und der endogenen Insulinproduktion bis zu einem Jahr nach der Einschreibung. Der aktuelle Vorschlag basiert auf unserem aktuellen Wissensstand über den T1DM-Krankheitsprozess, Vorbehalten in aktuellen Interventionsstudien und der Wünschbarkeit von Interventionen mit minimalen Nebenwirkungen bei Kindern.

Das Ziel des aktuellen Vorschlags besteht darin, die Darmflora so zu verändern, dass das Entweichen von Bakterien in den Magen und den Zwölffingerdarm reduziert wird, und zwar auf eine Weise, die direkte Entgiftungseffekte auf die angrenzende Bauchspeicheldrüse und ihre insulinproduzierenden Inselzellen haben kann. Der Vorschlag testet die Wirkung der Eliminierung von Gluten aus der Ernährung auf die Reduzierung oder Veränderung der Darmflora in einer Weise, die die Insulinsekretion durch Betazellen begünstigt. Da die Menge der Bakterien, die in den Zwölffingerdarm gelangen, stark von der Art der Nahrung sowie von der Menge jeder Mahlzeit abhängt, kann sich der nachgewiesene Vorteil des Verzehrs kleiner, häufiger Mahlzeiten bei Patienten mit DM Typ 1 als besonders nützlich erweisen. Die vorgeschlagene diätetische Intervention dürfte die Bakterienflora im Zwölffingerdarm erheblich beeinflussen, ohne die Gesundheit, das Wachstum oder die Entwicklung von Kindern erheblich zu beeinträchtigen.

D1. Spezifisches Ziel 1: Bestimmung der Wirkung einer glutenfreien Ernährung auf die endogene Insulinsekretion bei Kindern und Jugendlichen mit neu aufgetretenem Typ-1-Diabetes.

Probandenrekrutierung und Stichprobengröße. Probanden, bei denen Typ-1-Diabetes diagnostiziert wurde, werden innerhalb der ersten sechs Monate nach der Diagnose aus LLU-Kinderkrankenhäusern und -kliniken rekrutiert. Die teilnehmenden Probanden werden randomisiert einer von zwei Studiengruppen zugeteilt, die jeweils aus 25 bis 30 Probanden bestehen, um 80 % der Leistung bereitzustellen, um einen signifikanten Unterschied in der endogenen Insulinproduktion festzustellen (Fläche unter der C-Peptid-Kurve in einem gemischten Mahlzeitentoleranztest).

Einschlusskriterien: Alter: 1–17 Jahre; Diagnose von Typ-1-Diabetes innerhalb von 6 Monaten nach der Einschreibung; Eltern oder Erziehungsberechtigte, die bereit sind, eine Einverständniserklärung zur Einhaltung der Basalbolus-Insulinbehandlung sowie der Studienverfahren und Ernährungsrichtlinien zu unterzeichnen.

Ausschlusskriterien: Diabetes, der unter einem Jahr diagnostiziert wurde; Patienten mit bekannter Malabsorption oder Mangelernährung; Der HbA1C-Wert des glykosylierten Hämoglobins über 9 % drei Monate nach der Diagnose (ein allgemeines Screening auf Nichteinhaltung der Behandlungsrichtlinien).

Die Zeitpunkte für die Studienbewertung sind: Einschreibung, 3 Monate, 6 Monate, 9 Monate und 12 Monate.

Die einzigen Verfahren, die über den Rahmen der routinemäßigen Behandlung von Typ-1-Diabetes hinaus durchgeführt werden müssen, sind: Stuhlprobenentnahmen bei der Einschreibung sowie nach 3, 6, 9 und 12 Monaten; und Tests zur Verträglichkeit gemischter Mahlzeiten (MMTT) bei der Einschreibung sowie nach 6 und 12 Monaten. MMTT ist ein Standard-Forschungsinstrument zur Beurteilung der Inselfunktionsreserve durch Messung des basalen und stimulierten Blutzuckers und des C-Peptids in 30-Minuten-Intervallen über zwei Stunden vor (Zeitpunkt Null) und nach einer standardmäßigen hochkalorischen Formel.

Bei der Diagnose werden alle Probanden routinemäßigen Labortests gemäß dem Diabetesprotokoll unterzogen, die Diabetes-Autoimmunantikörper umfassen: Glutaminsäuredecarboxylase, Inselzell-Antikörper, Insulin-Autoantikörper, Zinktransporter-8-Antikörper sowie Schilddrüsen- und Zöliakie-Antikörper. Bei der Erstuntersuchung werden auch ein Nüchtern-Lipid-Panel und das Schilddrüsen-stimulierende Hormon (TSH) gemessen. Der 25-Hydroxyvitamin-D-Spiegel wird zu Studienbeginn gemessen, um auf Malabsorption und Nährstoffmangel zu prüfen, insbesondere im Hinblick auf eine vermutete Rolle von Vitamin D bei Typ-1-Diabetes.

Der Standard der Behandlung von Typ-1-Diabetes umfasst vierteljährliche Treffen mit einem Diabetes-Team bestehend aus Ärzten, Pflegekräften und Ernährungsberatern sowie eine vierteljährliche Beurteilung des Glukoseprofils, des glykosylierten Hämoglobins (HbA1C) und der Angemessenheit der Insulinbehandlungspläne mit Anpassungen bei Bedarf.

Die Studienteilnehmer werden wie folgt in zwei Gruppen eingeteilt:

Die Probanden der Studiengruppe A erhalten Standard-T1DM-Basalbolusinsulin-Regime, die von Ärzten, Krankenschwestern und einer Ernährungsberaterin geleitet werden, um sicherzustellen, dass ausreichende Kenntnisse über Diabetes-Diätempfehlungen und kohlenhydratbasierte Insulindosierung gewährleistet sind. Darüber hinaus erhalten die Probanden Anweisungen, sich „glutenfrei“ zu ernähren (z. B. Ersetzen Sie Weißbrot und Kartoffeln durch Reis, glutenfreies Brot und andere Lebensmittel. Gruppe A wird außerdem dazu ermutigt, die Zeit für den Verzehr jeder Mahlzeit zu verlängern und die Menge der Mahlzeiten, einschließlich der Menge an Flüssigkeiten, zu reduzieren (d. h. ein Proband kann die gleiche Menge an Nahrung zu sich nehmen, die er möchte, jedoch in kleineren, häufigeren Mahlzeiten).

Studiengruppe B erhält von denselben Ärzten, Krankenschwestern und Ernährungsberatern Standardrichtlinien für das T1DM-Basalbolus-Insulin-Regime, erhält jedoch die normalen Essensempfehlungen für Patienten mit T1DM ohne jegliche Glutenaufnahme oder Mengenbeschränkungen. Die täglichen Empfehlungen für Kalorien und Kohlenhydrate werden auf das Alter zugeschnitten und unterscheiden sich nicht zwischen den beiden Studiengruppen.

Probanden, die starke serologische Hinweise auf eine Glutenüberempfindlichkeit aufweisen, werden aus den beiden Hauptstudiengruppen ausgeschlossen und beginnen mit einer glutenfreien Diät. Ihre Daten werden im Nachhinein auf signifikante Ergebnisunterschiede untersucht, die möglicherweise allein auf eine bereits bestehende Glutenüberempfindlichkeit zurückzuführen sind.

Darmbakterien werden zu jedem Beurteilungszeitpunkt in beiden Studiengruppen mittels Stuhlprobe untersucht.

Das glykosylierte Hämoglobin A1C (HbA1C) wird bei der Diagnose und alle drei Monate zusammen mit einer Beurteilung durch einen Ernährungsberater gemessen, um die Einhaltung der festgelegten Diätanweisungen sicherzustellen.

Tests zur Verträglichkeit gemischter Mahlzeiten für basale und stimulierte C-Peptid-Messungen werden bei der Einschreibung sowie 6 Monate und ein Jahr nach der Einschreibung durchgeführt. Spitzenwerte und Flächen unter der Kurve für stimuliertes C-Peptid werden zwischen der Interventions- und der Kontrollgruppe verglichen.

Zu jedem Beurteilungszeitpunkt gehört eine Stuhlprobe zur Charakterisierung der Bakterienflora des Darms im Laufe der Zeit. Die Stuhluntersuchung zu jedem Zeitpunkt umfasst die regelmäßige Identifizierung von Bakterienstämmen sowie eine genomische Beurteilung.