Reaktion von Personen mit Ataxie-Telangiektasie auf Metformin und Pioglitazon (RAMP)

Metformin ist ein häufig verschriebenes Medikament, das als medizinisches First-Line-Management von Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM), aber auch ohne Zulassung bei Nicht-Diabetikern für das polyzystische Ovarialsyndrom (PCOS) verwendet wird. Über 120 Millionen Menschen weltweit wird Metformin verschrieben. Trotzdem ist sein Wirkungsmechanismus nicht vollständig verstanden. Sowohl die Verträglichkeit als auch das Ansprechen auf Metformin sind von Patient zu Patient sehr unterschiedlich und verdeutlichen die Notwendigkeit weiterer Forschung zur Pharmakokinetik und Dynamik des Medikaments.

Als Team von Diabetesforschern interessiert sich unsere Gruppe für die Genetik der Arzneimittelreaktion bei Diabetes. Eine von Mitgliedern unserer Gruppe durchgeführte genomweite Assoziationsstudie hob hervor, dass der Locus, der das ATM-Gen trägt, eine potenzielle Verbindung zur Metformin-Reaktion darstellt. Wir haben diese Studie konzipiert, um diesen Zusammenhang klinisch zu untersuchen. Auf diese Weise hoffen wir, das Management von Diabetes bei einer Erkrankung namens Ataxia Teleangiectasia anleiten zu können.

ATM (Ataxia Teleangiectasia Mutated) ist ein Gen, das an der DNA-Reparatur beteiligt ist – homozygote rezessive Mutationen in diesem Gen verursachen Ataxia Teleangiektasie (A-T), die mit zerebellärer Ataxie, okulärer Teleangiektasie und lymphoproliferativem Krebs assoziiert ist. Die Inzidenz von A-T liegt zwischen 1 von 40.000 und 1 von 100.000 Lebendgeburten, obwohl dies bei blutsverwandten Eltern dramatisch zunimmt. Interessanterweise wurde A-T auch mit Insulinresistenz in Verbindung gebracht. Sowohl "Fettleber" als auch Diabetes wurden bei dieser Patientengruppe dokumentiert, aber es gibt wenig Forschung über den Zusammenhang zwischen A-T und diesen Zuständen. Etwa 1 von 100 Personen ist Träger einer Funktionsverlust-Mutation im ATM-Gen, die mit einem erhöhten Risiko für ischämische Herzkrankheiten und bestimmte Krebsarten verbunden ist.

Es wurden mehrere Studien zum ATM-Mangel in einem Mausmodell durchgeführt. Atm -/- -Mäuse zeigen einen frühen Defekt in der Glucose-stimulierten Insulinfreisetzung und entwickeln später Hyperglykämie und Insulinresistenz [1]. Unveröffentlichte Daten der McCrimmon Group an der University of Dundee deuten darauf hin, dass Mäuse, die heterozygot für ATM-Mangel sind, den Nüchternglukosespiegel beeinträchtigt haben, aber eine deutliche Verbesserung des Nüchternglukosespiegels mit Metformin zeigten. Eine Abhandlung von Cell Reports, die ein Mausmodell des ATM-Mangels beschreibt, zeigt Insulinresistenz bei ATM-defizienten Mäusen mit einem lipodystrophischen Phänotyp[2]. Dieser Phänotyp (Mangel an subkutanem Fett und erhöhtes viszerales Fett) wurde durch die Anwendung von Metformin und Thiazolidindion (TZD) abgeschwächt.

Eine kleine Studie, die von der Pearson-Gruppe der University of Dundee veröffentlicht wurde und Daten aus oralen Glukosetoleranztests (OGTTs) bei A-T-Patienten mit gesunden Personen verglich, bestätigte eine erhöhte Insulinresistenz bei A-T-Patienten [3]. Wie oben erwähnt, hebt eine genomweite Assoziationsstudie, ebenfalls von der Pearson-Gruppe, den ATM-Lokus als potenzielle genetische Verbindung zur Metformin-Antwort hervor[4, 5]. Mit den Mausmodellen und Informationen aus genetischen Studien zielt diese Studie nun darauf ab, die Insulinresistenz in dieser A-T-Patientengruppe zu beurteilen und zu verstehen, wie sie auf Medikamente ansprechen, die üblicherweise zur Behandlung von Insulinresistenz / Diabetes eingesetzt werden.

Die potenzielle genetische Verbindung zwischen ATM und Metformin-Antwort wird untersucht. Bisher ist aus den genetischen Studien unklar, wie ATM-Mangel die Metformin-Reaktion einer Person beeinflusst – ist ihre Reaktion stärker oder geringer als die der allgemeinen Bevölkerung? Ebenso wurde das Ausmaß dieser Reaktion nicht quantifiziert. Es gibt anekdotische Berichte von Patienten mit A-T, die eine deutliche Verbesserung der glykämischen Kontrolle durch die Anwendung von Metformin hatten. Mausmodellstudien haben eine erhöhte Reaktion auf Metformin bei heterozygoten ATM-defizienten Mäusen gezeigt.

Die Studie wird auch die Reaktion von Personen mit A-T auf TZDs untersuchen. Studien des Mausmodells von A-T haben eine Reaktion auf das TZD-Pioglitazon gezeigt. Bemerkenswert ist, dass Pioglitazon jetzt ohne Zulassung bei Nichtdiabetikern zur Behandlung der nichtalkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD) verwendet wird [6, 7], daher wissen wir, dass es für die Anwendung in einer nichtdiabetischen Kohorte sicher ist.

Diese Studie wird die Wirkung eines ATM-Mangels auf die Reaktion von Metformin und Pioglitazon beim Menschen bewerten, indem Menschen mit A-T untersucht und ihre Reaktion mit der einer passenden Kontrollgruppe verglichen werden.

Diese Studie wird Nicht-Diabetiker rekrutieren – 15 Fälle (Menschen mit A-T) gegenüber 15 alters- und geschlechtsangepassten Kontrollen – in einem Crossover-Design. Die Teilnehmer sind zwischen 18 und 30 Jahre alt. Diese Altersgruppe ist am realistischsten für die Rekrutierung von Patienten mit "klassischer", im Gegensatz zu "milder Variante" A-T, da Menschen mit klassischer A-T selten bis zu ihrem 30. Lebensjahr überleben. Der Ausschluss von Personen mit anderen milderen Formen von A-T wird einen besser feststellbaren Unterschied zwischen den beiden Kohorten liefern. Die Teilnehmer werden weißer europäischer Abstammung sein, da dies die genetischen Unterschiede zwischen den Individuen verringern wird. Die ethnische Herkunft wirkt sich auch auf die Insulinresistenz einer Person aus, daher sollten alle Teilnehmer derselben ethnischen Zugehörigkeit angehören.

Die Studie besteht aus zwei Behandlungsphasen von jeweils acht Wochen, die durch eine einwöchige Auswaschphase getrennt sind. Die Initialbehandlung erfolgt mit Metformin, titriert auf 1000 mg zweimal täglich. Die zweite Behandlung besteht aus einmal täglich auf 30 mg titriertem Pioglitazon.

Die Studie wird insgesamt etwa 17 Wochen dauern und umfasst drei Besuche im Clinical Research Center des Ninewells-Krankenhauses in Dundee. Der erste Besuch wird mit 1,5 Tagen der längste sein, und die anderen beiden Besuche dauern einen ganzen Tag mit einem kurzen vorbereitenden Besuch von 30 Minuten am Vortag.

Mehrere Methoden werden verwendet, um die Beziehung zwischen ATM, Diabetes und Arzneimittelwirkung zu untersuchen:

• Dual-Tracer-Mixed-Meal-Tests mit indirekter Kalorimetrie (siehe Tracer Studies SOP)
• MRT (siehe MRT SOP)
• Blut- und Urinproben (siehe SOP zur Probenentnahme)
• Fettbiopsie (siehe Fettbiopsie SOP)

Zusammenfassend wird jede Person drei Tracer-Studien haben: eine anfängliche Studie zu Studienbeginn; eine zweite nach acht Wochen Metformin; und eine abschließende Tracer-Studie nach acht Wochen der TZD, Pioglitazon. Tracer-Studien beinhalten eine standardisierte Mahlzeit in der Nacht vor der Studie und Fasten ab Mitternacht zur Vorbereitung. 24 Stunden vor der Studie sollte kein Alkohol konsumiert werden. Am Tag der Tracer-Studie werden zwei Kanülen eingeführt, eine in jeden Unterarm. Eine Kanüle wird verwendet, um einen stabilen Glucose-Tracer [6,6-2H2] für die Dauer der achtstündigen Studie zu infundieren. Nach zwei Stunden dieser Infusion erhält der Teilnehmer eine gemischte Mahlzeit mit [U-13C]-Glukose (stabil). Der Teilnehmer wird für weitere sechs Stunden beobachtet, während die [6,6-2H2]-Glucose-Infusion fortgesetzt wird. Während der Tracer-Studie wird zu mehreren Zeitpunkten Blut aus der zweiten Kanüle entnommen, um die Messung von Glucose (einschließlich der Tracer), Insulin, C-Peptid, Glucagon, Glucagon-like Peptide 1 (GLP-1) und zu ermöglichen nicht veresterte Fettsäuren (NEFAs). Während der Tracer-Studie werden insgesamt 150 ml Blut entnommen. Während der Tracer-Studie wird Urin in zwei Phasen (vor und nach der Mahlzeit) zur Messung der Glukoseausscheidung gesammelt. Indirekte Kalorimetrie wird für zwanzigminütige Episoden zu mehreren Zeitpunkten verwendet, um die Substratausnutzung während der Studie zu messen. Dabei trägt der Teilnehmer eine leichte „Kapuze“ mit durchsichtigem Visier. Alle diese Messungen werden es uns ermöglichen, den Glukosefluss im Teilnehmer zu modellieren und Indizes der Insulinsensitivität zu berechnen. Die Wiederholung der Tracer-Studien mit zwei antihyperglykämischen Mitteln wird einen Vergleich dieser Indizes mit und ohne Behandlung ermöglichen.

Beim Baseline-Besuch werden während des halbtägigen Besuchs vor der Tracer-Studie eine MRT, eine Blutentnahme und eine Fettbiopsie durchgeführt. Dies wird es uns ermöglichen, die Fettverteilung mittels MRT zu beurteilen und Fettgewebe zu gewinnen, um laborbasierte Studien durchzuführen, um die Adipozytenfunktion und das Ansprechen auf Metformin und Pioglitazon zu beurteilen. Blutproben werden für „Sicherheitsblutproben“ (d. h. zur Sicherstellung einer normalen Nierenfunktion und eines HbA1c <48 mmol/mol), aber auch für zukünftige DNA-Analysen, zur Bestätigung der Diagnose in der A-T-Gruppe und zur Überprüfung des Trägerstatus der Kontrollen entnommen.

Die Besuche zwei und drei beinhalten einen ganzen Tag im Clinical Research Center (CRC) für eine Tracer-Studie. Am Tag vor dem Tracer ist ein kurzer halbstündiger Besuch zur Entnahme von „Sicherheitsblut“ (in diesem Fall zur Überprüfung der Nierenfunktion) und zur Bereitstellung der standardisierten Mahlzeit erforderlich, um sich auf die Tracer-Studie am nächsten Tag vorzubereiten.

Wenn diese Studie die Hypothese klinisch bestätigen kann, dass Personen mit ATM-Mangel gut auf Metformin oder Pioglitazon ansprechen und Personen eine deutliche Verbesserung der Insulinresistenz zeigen, während sie eines der Studienmedikamente einnehmen, könnte diese Studie die klinische Entscheidungsfindung in der Behandlung von Patienten mit lenken A-T und Fettleber / Insulinresistenz.

In Verbindung mit den klinischen Studien werden zellexperimentelle Studien an aus induzierten pluripotenten Stammzellen (IPSC) stammenden Hepatozyten von Personen mit A-T durchgeführt, um die Arzneimittelreaktion auf zellulärer Ebene zu bewerten. Dies wird eine Zusammenarbeit mit dem Sanger Institute in Cambridge sein, wo sie bereits IPSC-abgeleitete Hepatozyten aus dem Blut von A-T-Patienten entwickelt haben. Diese Zellen werden verwendet, um ein Arzneimittelreaktionsmodell auf zellulärer Ebene zu erstellen. Diese Zelllinien stammen nicht direkt von unseren rekrutierten Patienten, sondern dienen als zelluläres Modell von A-T. Wir bieten der A-T-Gruppe jedoch die Möglichkeit, Blut für die INSIGNIA-Studie zu spenden, die vom Sanger Institute durchgeführt wird, einer Studie, die sich auf die Untersuchung von Mutationsmustern (Signaturen) bei erblichen und anderen fortschreitenden genetischen Krankheiten konzentriert (siehe INSIGNIA PIS und Einverständniserklärungen). Dies ist optional und die Teilnahme an RAMP verpflichtet diejenigen mit A-T nicht dazu, einen Beitrag zu INSIGNIA zu leisten.