Desferal-Verabreichung zur Verbesserung der beeinträchtigten Reaktion auf Hypoxie bei Diabetes (DESIRED)

Hintergrund Komplikationen von Diabetes stellen das Hauptanliegen der modernen Diabetestherapie dar, und es ist zu einer Priorität geworden, die pathophysiologischen Mechanismen dieser Komplikationen weiter zu charakterisieren, um die Entwicklung neuer rationaler Therapiestrategien sicherzustellen.

Obwohl die längere Einwirkung von Hyperglykämie auf das Gewebe der primäre ursächliche Faktor für chronische Diabetes-Komplikationen ist, wurde in letzter Zeit immer deutlicher, dass Hypoxie auch bei allen Diabetes-Komplikationen eine wichtige Rolle spielt. Eine niedrige Sauerstoffkonzentration im Gewebe bei Diabetes ist die Folge mehrerer Mechanismen (z. B. mangelnde Blutversorgung als Folge mikro- und makrovaskulärer Erkrankungen, schlechte lokale Sauerstoffdiffusion als Folge lokaler Ödeme oder als Folge eines erhöhten Sauerstoffverbrauchs).

Adaptive Reaktionen der Zellen auf Hypoxie werden durch den Hypoxia-Inducible Factor 1 (HIF) vermittelt, einen heterodimeren Transkriptionsfaktor, der aus zwei Untereinheiten (Alfa- und Beta-Untereinheit) besteht, die beide konstitutiv in Säugetierzellen exprimiert werden. Bei Normoxie wird HIF-1α kontinuierlich durch das Ubiquitin-Proteasom-System als Folge der sauerstoffabhängigen Hydroxylierung zweier wichtiger Prolinreste abgebaut, die durch eine Gruppe von Enzymen namens Prolylhydroxylasen (PHDs) katalysiert wird. Unter Hypoxie, wenn der Abbauweg unterdrückt und HIF-1α stabilisiert wird, wandert es in den Zellkern, wo es mehr als 800 Gene induziert

beteiligt an der Angiogenese, dem glykolytischen Energiestoffwechsel, der Zellproliferation und dem Überleben, die es den Zellen ermöglichen, sich an eine verringerte Sauerstoffverfügbarkeit anzupassen. HIF-1 ist von zentraler Bedeutung für die Expression mehrerer angiogener Wachstumsfaktoren (z. B. als Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), Erythropoetin (EPO) und Stroma Cell-derived Factor-1α (SDF-1α) sowie für die Rekrutierung endothelialer Vorläuferzellen (EPC). Kürzlich wurde vorgeschlagen, dass microRNAs (z. mir210) vermitteln auch einen Teil der HIF-1-Funktionen.

PHDs, die die Stabilität und Funktion von HIF 1 α steuern, sind Fe 2+- und/oder O2-abhängige Enzyme und ihre Aktivität könnte durch Eisenmangel gehemmt werden. Deferoxamin (DFO), ein Eisenchelatbildner, induziert daher die HIF-1α-Akkumulation und Hypoxie-Reaktionsgene bei Normoxie sowohl in vitro als auch in vivo und ist in der Lage, die unterdrückte adaptive Reaktion auf Hypoxie in verschiedenen Tiermodellen von Diabetes wiederherzustellen. DFO wird seit Jahrzehnten klinisch zur Behandlung übermäßiger Eisenablagerungen infolge verschiedener Pathologien (Thalassämie, Myelosklerose usw.) eingesetzt und wurde als pharmakologisches Mittel zur Auslösung HIF-abhängiger Reaktionen eingesetzt.

Im letzten Jahrzehnt wurden mehrere Beweise gesammelt, die darauf hinweisen, dass es bei Diabetes zu einer fehlerhaften zellulären Reaktion auf Hypoxie kommt. Eine beeinträchtigte Hypoxie-Reaktion ist in allen Geweben vorhanden, die sowohl in Tiermodellen für Diabetes als auch bei Patienten mit Diabetes als Folge einer fehlerhaften HIF-Signalübertragung Komplikationen entwickeln. Es ist eine direkte Auswirkung der Hyperglykämie, die die HIF-Stabilität und -Funktion auf mehreren Ebenen direkt unterdrückt.

Die kürzlich beschriebene beeinträchtigte Reaktion auf Hypoxie bei Diabetes hat potenziell wichtige Konsequenzen bei akuten hypoxischen Herausforderungen wie akutem Herzinfarkt, Schlaganfall, Extremitätenischämie (bekanntermaßen eine schlechtere Prognose bei Diabetes), aber auch bei einer subtilen Regulierung des Herz-Kreislauf- und Atmungssystems als Folge davon autonome Neuropathie mit potenziell schwerwiegenden prognostischen Auswirkungen auf späte kardiovaskuläre Ereignisse. Verschiedene Studien haben die kardiovaskulären Reaktionen auf intermittierende Hypoxie (IH) im Vergleich zur Normoxie-Exposition bei Patienten mit Diabetes untersucht. Um die Angemessenheit der kardiovaskulären Reaktion auf Hypoxie bei Diabetes festzustellen, wurden kürzlich die kardiorespiratorischen und angiogenetischen Reaktionen auf IH bei Patienten mit Diabetes im Vergleich zu entsprechenden nicht-diabetischen Kontrollpersonen untersucht (HYKRAND-Ethik-Zulassungsnummer 2015/1182-31/4). . Die vorläufigen Ergebnisse (nicht veröffentlicht) zeigten mehrere Mängel sowohl bei der akuten als auch bei der verzögerten Reaktion der Patienten mit Diabetes im Vergleich zu den Kontrollpersonen. Die Baroreflexsensitivität (BRS), ein Marker für das kardiovaskuläre Risiko und die Überlebensprognose nach kardiovaskulären Ereignissen, war bei Patienten mit Diabetes nach IH im Vergleich zu Nicht-Diabetikern verringert. Sowohl die Anzahl der Endothelvorläuferzellen (EPC) als auch die Konzentrationen ihres Hauptstimulators, des Stroma-abgeleiteten Faktors (SDF-1α), waren als Reaktion auf IH bei Diabetikern im Vergleich zu Nicht-Diabetikern verringert, was die schlechtere Fähigkeit zur Reparatur ischämischer Läsionen bei Diabetes bestätigt.

Das hier vorgeschlagene Projekt untersucht das Potenzial von DFO (bekanntermaßen die HIF-abhängige hypoxische Signalübertragung verbessernd), die beeinträchtigte kardiorespiratorische und angiogenetische Reaktion bei Diabetikern umzukehren.

Forschungsdesign. Es handelt sich um eine verblindete, randomisierte Cross-Over-Studie, die die Wirksamkeit von DFO (50 mg/kg) im Vergleich zu i.v. verabreichter isotonischer Kochsalzlösung vor intermittierender Hypoxie (IH) untersucht, um die kardiorespiratorische und angiogenetische Reaktion bei Patienten mit Diabetes zu verbessern. IH besteht aus fünf hypoxischen Perioden (13 % O2-inspirierter Sauerstoffanteil), die jeweils 6 Minuten dauern, mit fünf normoxischen Intervallen gleicher Dauer (wie in der HYKRAND-Studie verwendet) bei 30 Patienten mit Typ-1-Diabetes ohne klinische Anzeichen einer Komplikation. Die Studie wird über einen Zeitraum von 4 Tagen mit einem Abstand von mindestens 2 Monaten zwischen den beiden Aufnahmen durchgeführt, um eine ausreichende Auswaschung sicherzustellen und die Eisenablagerungen wiederherzustellen.

Methoden Studiendesign Hierbei handelt es sich um eine randomisierte Doppelblindstudie, die an Patienten mit Diabetes Typ 1 ohne chronische Komplikationen durchgeführt wird.

Die Patienten werden randomisiert (durch Block-Randomisierung) (httpps://www.sealedenvelope.com/ simple-randomizer/v1/lists) zu (A) Behandlung mit Desferal (DFO) oder (B) Behandlung mit isotonischer Kochsalzlösung.

Sowohl die Patienten als auch das Personal sind für die Behandlungsgruppe des Patienten blind.

Den Probanden wird empfohlen, vor dem Test 12 Stunden lang auf koffeinhaltige Getränke und 36 Stunden lang auf Alkohol zu verzichten

Tag 1: Am Morgen werden Ausgangsblutproben entnommen und anschließend erhalten die Patienten 6 Stunden lang eine Infusion von Desferal (50 mg/kg)/Kochsalzlösung s.c. Während der letzten Stunde der Infusion sind die Probanden einer intermittierenden Hypoxie (IH) ausgesetzt. Blutproben sowie kardiovaskuläre und respiratorische (CR) Messungen werden (wie unten beschrieben) unmittelbar vor und zu mehreren Zeitpunkten nach der IH durchgeführt.

Tag 2: Am Morgen werden Blutproben entnommen. Die IH-Exposition besteht aus fünf hypoxischen Perioden (13 % O2-inspirierter Sauerstoffanteil), die jeweils 6 Minuten dauern, mit fünf normoxischen Intervallen gleicher Dauer (insgesamt 1 Stunde).

Tag 1: Blutdruck, Herzfrequenz und arterielle Sauerstoffsättigung werden kontinuierlich gemessen. Bei einem Abfall der Sauerstoffsättigung um 80 % oder dem Auftreten von Symptomen wird die Hypoxie abgesetzt, bis der Sauerstoffgehalt mindestens 80 % erreicht. Ein Techniker regelt und kontrolliert unter Aufsicht eines Arztes die Atemphasen so, dass der Eingriff für den Patienten nicht sichtbar ist. Danach werden drei Messsitzungen durchgeführt: unmittelbar nach (t2), nach 3 Stunden (t3) und nach 6 Stunden (t4). Nach t2 erhielt jeder Patient je nach Ernährungsbedarf eine individuelle Mahlzeit.

Herz-Kreislauf- und Atemwegstests.

Beurteilung der Baroreflex-Sensibilität. Alle Patienten werden in Rückenlage in einem ruhigen Raum bei angenehmer Temperatur getestet. Bevor die Teilnehmer über ein Mundstück mit antibakteriellem Filter an einen Rückatemkreislauf angeschlossen werden, wird 4 Minuten lang eine Spontanatmung der Raumluft im Ruhezustand durchgeführt, um Basisdaten zu erhalten.

Während jeder Erkrankung wird eine kontinuierliche Messung der Sauerstoffsättigung (SaO2) mit einem Pulsoximeter und des endexspiratorischen CO2 (CO2-et) mit einem an ein Mundstück angeschlossenen Kapnographen durchgeführt. Aufzeichnungen des Elektrokardiogramms werden über Brustableitungen durchgeführt und der kontinuierliche nichtinvasive Blutdruck wird mit der Manschettenmethode aufgezeichnet. Zwei Gurte (die um die Brust und den Bauch gelegt werden) überwachen die Atembewegungen der Brust. Ein Pneumotachograph wird an einen Differenzdruckwandler angeschlossen und in Reihe mit der Exspirationskomponente des Rückatmungssystems geschaltet, um den Atemwegsfluss zu messen.

Die Baroreflexempfindlichkeit (BRS) wird bei jeder Messsitzung während der Spontanatmung gemessen. Da frühere Studien keine bessere Leistung einer Methode gegenüber den anderen dokumentierten, wurde der Durchschnitt von sieben verschiedenen Methoden ermittelt: positive und negative Sequenzen, der a-Koeffizient in den Nieder- und Hochfrequenzbändern und sein Durchschnitt, die Übertragungsfunktionstechnik, und das Verhältnis der Standardabweichungen des R-R-Intervalls und der systolischen Blutdruckvariabilität wird berechnet. Neben BRS wurde die SD des R-R-Intervalls (SDNN) angewendet, um einen globalen Index der Herzfrequenzvariabilität zu bestimmen. Diese Auswahl erfolgt auf der Grundlage der Tatsache, dass die Normalverteilung bei dieser Variablen im Vergleich zu anderen Variabilitätsindizes (z. B. Varianz) stärker ausgeprägt ist.

Die hypoxische Atemreaktion (HVR) und die hyperkapnische Atemreaktion (HCVR) werden ausgewertet, um die Aktivität des Atmungssystems zu bestimmen.

Die kardiovaskuläre autonome Funktion wird durch vier Tests gemäß aktuellen Richtlinien bestimmt: tiefes Atmen, Verhältnis 30:15, Valsalva-Manöver und systolische Blutdruckreaktion beim Stehen. Kardiovaskuläre autonome Neuropathie wird als „das Vorhandensein von zwei oder mehr abnormalen Tests“ definiert.

Die Baroreflexempfindlichkeit (BRS) wird vor (t1), unmittelbar nach (t2), 3 Stunden (t3) und 6 Stunden (t4) nach IH bewertet.

Das angiogenetische Potenzial wird an denselben Endpunkten und nach 24 Stunden (Tag N3) durch Messung relevanter Zytokine im Serum bewertet, die Genziele für HIF-1 sind (d. h. Vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor (AVEGFA), aus Stromazellen stammender Faktor 1a (SDF-1a), Erythropoietin usw.). Die direkte Reaktion der HIF-Signalübertragung wird anhand der Serumspiegel von mir210 bewertet, die ausschließlich durch HIF reguliert werden.

Die EPC-Reaktion wird zu den gleichen Zeitpunkten durch fluoreszenzaktivierte Zellsortierung (FACS)-Analyse der Anzahl der hämatopoetischen Vorläuferzellantigene (CD34+)/CD133-Antigen/Kinase-Insertdomänenrezeptor (KDR+) ausgewertet.