Effetti della dieta priva di glutine sul diabete mellito di tipo 1 nei bambini

Strategia della ricerca A. OBIETTIVI SPECIFICI

Il continuo aumento dell'incidenza del diabete mellito di tipo 1 (T1DM) a livello globale non è stato accompagnato da sforzi riusciti per la prevenzione o il miglioramento della malattia. Inoltre, esiste un enorme divario nella nostra comprensione dell'ambiente gastrointestinale adiacente in cui si verifica il processo distruttivo delle isole pancreatiche e porta all'insulina-dipendenza nel T1DM. Il più grande aumento dell'incidenza del diabete di tipo 1 nell'ultimo decennio si è verificato nei bambini sotto i 5 anni di età, un gruppo particolarmente suscettibile alla morbilità e alla mortalità correlate al diabete. Le metodologie invasive tramite puntura del dito per il monitoraggio del glucosio e l'iniezione sottocutanea di insulina rimangono lo standard di cura richiesto per la sopravvivenza del paziente. Molti studi di intervento sono stati condotti sulla base di una conoscenza inadeguatamente comprovata dei meccanismi (presumibilmente esclusivamente autoimmuni) che causano la distruzione permanente delle cellule beta nel diabete di tipo 1. Quasi tutti gli studi di intervento nel diabete di tipo 1 di nuova insorgenza mostrano solo un miglioramento transitorio della produzione di insulina (fino a 6 mesi) con successivo declino a livelli simili ai bracci di controllo. Inoltre, esistono argomentazioni e dati scientifici che suggeriscono che potrebbero essere coinvolti meccanismi patogenetici non autoimmuni, forse in un'afflizione più tossica e generalizzata del pancreas. La recente evidenza che le cellule beta continuano a rigenerarsi nel pancreas di pazienti con diabete di tipo 1 di lunga data offre la speranza che il processo patologico che porta all'insulino-dipendenza possa essere invertito se la distruzione delle isole viene arrestata in un lasso di tempo critico.

Il legame tra il diabete di tipo 1 e il microbioma intestinale viene attivamente esplorato. Prove emergenti suggeriscono un ruolo del microbioma intestinale nella distruzione e protezione delle isole nei modelli sperimentali soggetti a diabete di tipo 1. Inoltre, il diabete di tipo 1 è stato prevenuto in modelli murini geneticamente stabiliti della malattia quando questi animali erano limitati a una dieta priva di glutine. L'ipotesi specifica affrontata in questa domanda è che una dieta priva di glutine introdotta poco dopo la diagnosi possa invertire o arrestare la progressione del diabete di tipo 1 nei bambini e negli adolescenti. Il nostro meccanismo proposto è che una dieta priva di glutine preservi la produzione endogena di insulina alterando il microbiota intestinale verso ceppi che sono intrinsecamente meno tossici per le isole. Lo studio è progettato per una valutazione completa del ruolo di una dieta priva di glutine nei bambini con T1DM. Un obiettivo specifico è ridurre o modificare il microbiota intestinale dei pazienti all'inizio del processo patologico come possibile mezzo per arrestare la distruzione delle isole. Gli obiettivi misurabili specifici dell'attuale domanda delineano un approccio innovativo per iniziare l'identificazione degli effetti protettivi delle cellule beta di specifici cambiamenti nella flora intestinale che possono essere sviluppati terapeuticamente per migliorare il diabete di tipo 1.

Obiettivo specifico 1: determinare l'effetto di una dieta priva di glutine sulla secrezione endogena di insulina e sulla morfologia pancreatica in bambini e adolescenti con diabete di tipo 1 di nuova insorgenza.

Obiettivo specifico 2: Determinare l'effetto di una dieta priva di glutine sulla flora intestinale dei pazienti con diabete di tipo 1 di nuova insorgenza.

I dati risultanti consentiranno di determinare la relazione tra la flora intestinale e la funzione delle cellule beta nei pazienti con diabete di nuova insorgenza.

Collettivamente, gli studi proposti sono innovativi per il T1DM di nuova insorgenza nei bambini. Una vasta popolazione di questi pazienti riceve attualmente cure presso le Cliniche per il diabete pediatrico della Loma Linda University (LLU) che attualmente forniscono assistenza a circa 2000 pazienti con T1DM. In media, ogni settimana all'ospedale pediatrico LLU vengono diagnosticati da tre a cinque pazienti con T1DM di nuova insorgenza. Questa proposta è coerente con il tema di ricerca dell'università che si concentra sulla dieta e la salute, ed è molto in linea con la missione 'Wholeness' dell'istituzione. In collaborazione con il nuovo Genomic Center presso LLU, abbiamo l'opportunità unica di valutare un nuovo meccanismo del T1DM. In futuro, questo può portare a un programma di ricerca sostenuto sulla dieta come terapia per il diabete di tipo 1, consentire al nostro sito di progettare e aprire la strada a studi multicentrici in questo campo e ottimizzare le nostre possibilità di attrarre generosi finanziamenti extramurali.

I dati preliminari di questo studio costituiranno la base per un'applicazione RO1.

B. Significato Il diabete mellito di tipo 1 è la più comune malattia metabolica dell'infanzia. Ogni anno, solo negli Stati Uniti, a circa ventimila bambini viene diagnosticato il diabete mellito di tipo 1 (T1DM), secondo i Centers for Disease Control and Prevention. L'incidenza del T1DM continua ad aumentare in tutto il mondo. Il più grande aumento dell'incidenza globale di T1DM negli ultimi due decenni si è verificato nei bambini sotto i 5 anni di età, un gruppo particolarmente suscettibile alla morbilità e alla mortalità legate al diabete. Essendo una delle malattie croniche più comuni nei bambini, il T1DM è stato ampiamente studiato e si è concluso che è una conseguenza della distruzione autoimmune delle cellule beta delle isole pancreatiche produttrici di insulina in individui geneticamente predisposti. Nonostante la crescente prevalenza del diabete di tipo 2, il T1DM rimane la forma più comune di diabete nell'infanzia, rappresentando circa i due terzi delle nuove diagnosi di diabete nei pazienti di età inferiore ai 19 anni negli Stati Uniti. Le complicanze acute del T1DM includono ipoglicemia, chetoacidosi e grave psicopatologia, tutte potenzialmente fatali. Le origini di complicanze a lungo termine profondamente invalidanti come la cecità, l'insufficienza renale e le amputazioni possono essere significativamente cancellate se il controllo glicemico viene mantenuto precocemente all'inizio della malattia.

Sta emergendo una grande mole di dati sul ruolo del microbioma intestinale nella salute e nella malattia. Studi recenti hanno fornito alcune prove del ruolo della modulazione strutturale del microbiota intestinale nella patogenesi del diabete di tipo 2, il tipo di diabete più comune negli adulti. Prove simili sono state osservate in altri disturbi come l'obesità e le malattie cardiovascolari. Questi studi hanno suggerito che l'alterazione nella composizione del microbiota intestinale può essere collegata allo sviluppo di diverse malattie, ma questo non è ancora chiaramente implicato nei pazienti con diabete di tipo 1.

Più recentemente, un'attenzione particolare è stata rivolta al ruolo dei batteri intestinali nella distruzione rispetto alla protezione delle isole pancreatiche. Questo è stato studiato per la prima volta in modelli sperimentali inclini al T1DM. Poiché nel grano è stata identificata una proteina correlata al diabete di tipo 1, i modelli murini T1DM hanno mostrato una riduzione dei sottogruppi di cellule associate al diabete quando sottoposti a una dieta priva di grano. Inoltre, il diabete di tipo 1 è stato prevenuto nei modelli murini geneticamente stabiliti della malattia quando erano limitati a una dieta priva di glutine.

Nei bambini geneticamente suscettibili al T1DM, i batteri intestinali erano notevolmente meno diversificati e meno stabili nel gruppo che ha progredito fino a sviluppare l'autoimmunità del diabete di tipo 1. Di interesse sono le segnalazioni di una maggiore incidenza di diabete di tipo 1 nei bambini che, in una revisione retrospettiva, avevano ricevuto una terapia con inibitori della pompa protonica (NIH, comunicazione personale). Inoltre, è stato pubblicato un rapporto sulla remissione del T1DM in un bambino di 6 anni mantenuto seguendo rigorosamente una dieta priva di glutine senza alcuna terapia insulinica. Ciò ha innescato uno studio pilota multicentrico attualmente in corso nel Nord Europa con dati preliminari che suggeriscono che una dieta priva di glutine può preservare la secrezione di insulina negli adulti con diabete di tipo 1. A nostra conoscenza, nessuno dei pazienti mantenuti con una dieta priva di glutine è stato sottoposto a studi sul microbioma intestinale fino ad oggi.

Alla LLU, tre anni dopo la diagnosi di diabete di tipo 1, un paziente di 17 anni presso le cliniche per il diabete pediatrico della Loma Linda University ha mantenuto un eccellente controllo glicemico nonostante il fabbisogno di insulina insolitamente basso (una cosiddetta fase prolungata della luna di miele) aderendo a una dieta priva di glutine . Altri due pazienti in ULL, di età compresa tra 3 e 4 anni, hanno sperimentato un calo significativo del fabbisogno di insulina (a dosi da luna di miele, cioè insulina giornaliera totale inferiore a 0,5 unità per kg), che ha reso necessaria l'interruzione di una pompa per insulina in un caso, dopo sei mesi di una dieta priva di glutine.

Presi insieme, i dati e i casi di cui sopra ci hanno suggerito che l'alterazione del microbiota intestinale all'inizio della malattia attraverso una dieta priva di glutine può preservare in modo significativo la produzione endogena di insulina, riducendo così al minimo la necessità di iniezioni di insulina e ottimizzando la salute a lungo termine nei pazienti con diabete di tipo 1.

L'accesso a una vasta popolazione di pazienti con T1DM presso l'ospedale pediatrico e le cliniche della Loma Linda University offre un'opportunità unica per l'esplorazione di questo nuovo approccio dietetico che può contribuire a far pendere l'equilibrio all'interno del pancreas verso la funzione e la rigenerazione delle isole pancreatiche. Se ottimizzato, questo aprirà la strada ai pazienti con T1DM per raggiungere l'indipendenza dall'insulina.

C. Innovazione Questa proposta sfida il meccanismo autoimmune tradizionale e ampiamente accettato per lo sviluppo del T1DM e si aggiunge ai nostri dati precedenti sul ruolo dei fattori di tossicità diretta ambientale nello sviluppo del T1DM nei bambini. In un ampio studio caso-controllo, abbiamo precedentemente descritto una nuova associazione significativa tra il diabete di tipo 1 e l'esposizione cumulativa all'ozono ambientale dalla nascita al momento della diagnosi. Inoltre, abbiamo già dimostrato che i pazienti di età inferiore ai 5 anni, il gruppo con il maggior aumento di incidenza a livello globale, spesso mancano di prove di marcatori autoimmuni noti del diabete di tipo 1. Inoltre, il rapido tasso di aumento dell'incidenza e di declino dell'età del T1DM suggerisce che gli elementi tossici aggressivi piuttosto che un lento processo autoimmune giocano un ruolo fondamentale nella patogenesi della malattia nei bambini.

Il progetto introduce una nuova potenziale eziologia per il diabete di tipo 1 negli esseri umani: l'ipotesi batterica. Qui, indaghiamo su un approccio nuovo, straordinariamente sicuro e potenzialmente curativo al T1DM, consistente in semplici modifiche dietetiche per cambiare il microbiota intestinale verso un ambiente più permissivo per la secrezione di insulina. La maggior parte degli studi di intervento sul DMT1 di nuova insorgenza ha avuto un progetto aperto e in molti studi gli effetti collaterali dell'agente sperimentale hanno permesso ai soggetti partecipanti di sapere se avevano ricevuto o meno il farmaco attivo. Pertanto, l'interpretazione dei risultati della maggior parte degli studi di intervento fino ad oggi non può essere ritenuta accurata dato un probabile effetto placebo. L'attuale disegno dello studio incorpora l'effetto placebo sia nei soggetti dello studio che in quelli di controllo. A nostra conoscenza, questo è il primo studio randomizzato controllato con placebo che testa l'effetto della modifica della dieta sulla flora intestinale e il controllo glicemico dei bambini con diabete di tipo 1 di nuova diagnosi.

D. Approccio

Si tratta di uno studio clinico controllato randomizzato che testa l'effetto dell'alterazione dei batteri intestinali attraverso una dieta priva di glutine sul ritmo e sulla gravità della distruzione delle isole nel T1DM entro sei mesi dalla diagnosi. Il progetto prevede la modifica del contenuto dei pasti, la frequenza e il tasso di consumo e la valutazione della flora batterica intestinale e della produzione endogena di insulina fino a un anno dopo l'arruolamento. L'attuale proposta si basa sul nostro attuale livello di conoscenza del processo della malattia T1DM, avvertenze negli attuali studi di intervento e sull'opportunità di interventi con effetti collaterali minimi nei bambini.

L'obiettivo dell'attuale proposta è modificare la flora intestinale per ridurre la fuga batterica nello stomaco e nel duodeno in modo da avere effetti disintossicanti diretti sul pancreas adiacente e sulle sue cellule insulari produttrici di insulina. La proposta testa l'effetto dell'eliminazione del glutine dalla dieta sulla riduzione o sulla modifica della flora intestinale in modo da favorire la secrezione di insulina da parte delle cellule beta. Poiché la quantità di batteri che entrano nel duodeno è estremamente dipendente dal tipo di alimento, nonché dal volume di ciascun pasto, il vantaggio accertato di consumare pasti piccoli e frequenti può rivelarsi particolarmente utile nei pazienti con DM di tipo 1. È probabile che l'intervento dietetico proposto influenzi sostanzialmente la flora batterica nel duodeno senza infliggere alcun danno significativo alla salute, alla crescita o allo sviluppo dei bambini.

D1. Obiettivo specifico 1: determinare l'effetto di una dieta priva di glutine sulla secrezione endogena di insulina in bambini e adolescenti con diabete di tipo 1 di nuova insorgenza.

Reclutamento dei soggetti e dimensione del campione. I soggetti con diagnosi di diabete di tipo 1 saranno reclutati dagli ospedali e dalle cliniche pediatriche ULL entro i primi sei mesi dalla diagnosi. I soggetti partecipanti saranno randomizzati in uno dei due gruppi di studio, ciascuno composto da 25-30 soggetti per fornire l'80% di potenza per rilevare una differenza significativa nella produzione endogena di insulina (Area sotto la curva del peptide C in un test di tolleranza del pasto misto).

Criteri di inclusione: Età: 1-17 anni; diagnosi di diabete di tipo 1 entro 6 mesi dall'arruolamento; genitore o tutore disposto a firmare il consenso informato per conformarsi al trattamento con insulina in bolo basale, nonché alle procedure dello studio e alle linee guida dietetiche.

Criteri di esclusione: diabete diagnosticato al di sotto di un anno di età; pazienti con noto malassorbimento o malnutrizione; valore di HbA1C dell'emoglobina glicosilata superiore al 9% a tre mesi dalla diagnosi (uno screening generale per la non conformità con le linee guida terapeutiche).

I tempi di valutazione dello studio sono: iscrizione, 3 mesi, 6 mesi, 9 mesi e 12 mesi.

Le uniche procedure da condurre oltre l'ambito delle cure di routine per il diabete di tipo 1 sono: raccolte di campioni di feci all'arruolamento ea 3, 6, 9 e 12 mesi; e test di tolleranza al pasto misto (MMTT) all'arruolamento ea 6 e 12 mesi. MMTT è uno strumento di ricerca standard per valutare la riserva funzionale delle isole misurando la glicemia basale e stimolata e il peptide C a intervalli di 30 minuti nell'arco di due ore prima (tempo zero) e dopo una formula standard ad alto contenuto calorico.

Alla diagnosi, tutti i soggetti saranno sottoposti a test di laboratorio di routine del protocollo istituzionale del diabete che include anticorpi autoimmuni del diabete: decarbossilasi dell'acido glutammico, anticorpi delle cellule insulari, autoanticorpi dell'insulina, anticorpi del trasportatore di zinco 8, nonché anticorpi tiroidei e celiaci. Durante la valutazione iniziale verranno misurati anche un pannello lipidico a digiuno e l'ormone stimolante la tiroide (TSH). Il livello di 25 idrossivitamina D sarà misurato al basale per lo screening del malassorbimento e della carenza nutrizionale, in particolare alla luce di un sospetto ruolo della vitamina D nel T1DM.

Lo standard di cura per il diabete di tipo 1 include incontri trimestrali con un team di diabetici che comprende medici, infermieri, dietisti, insieme alla valutazione trimestrale del profilo glicemico, dell'emoglobina glicosilata (HbA1C) e dell'adeguatezza dei regimi di trattamento insulinico con aggiustamenti secondo necessità.

Le materie di studio saranno suddivise in due gruppi come segue:

I soggetti del gruppo di studio A riceveranno regimi standard di insulina in bolo basale per il diabete di tipo 1 guidati da medici, infermieri e un consulto nutrizionale per garantire un'adeguata conoscenza delle raccomandazioni dietetiche per il diabete e del dosaggio di insulina a base di carboidrati. Inoltre, i soggetti riceveranno istruzioni per consumare una dieta "priva di glutine" (ad es. sostituire pane bianco e patate con riso, pane senza glutine e altri alimenti). Il gruppo A sarà anche incoraggiato ad aumentare il tempo di consumo di ogni pasto e a ridurre il volume dei pasti compreso il volume dei liquidi (cioè un soggetto può mangiare la stessa quantità di cibo desiderata ma in pasti più piccoli e più frequenti).

Il gruppo di studio B riceverà le linee guida standard per il regime di insulina in bolo basale con T1DM dagli stessi medici, infermieri e nutrizionista, ma riceverà le normali raccomandazioni sui pasti per i soggetti con T1DM senza alcuna assunzione di glutine o limitazioni di volume. Le raccomandazioni giornaliere su calorie e carboidrati saranno adattate all'età e non saranno diverse tra i due gruppi di studio.

I soggetti che mostrano una forte evidenza sierologica di ipersensibilità al glutine saranno esclusi dai due gruppi di studio principali e inizieranno una dieta priva di glutine. I loro dati saranno monitorati in modo retrospettivo per eventuali differenze significative nei risultati che potrebbero essere attribuibili alla sola ipersensibilità al glutine preesistente.

I batteri intestinali saranno studiati in ogni momento della valutazione tramite campionamento delle feci in entrambi i gruppi di studio.

L'emoglobina glicosilata A1C (HbA1C) sarà misurata alla diagnosi e ogni tre mesi insieme alla valutazione di un dietologo per garantire il rispetto delle istruzioni dietetiche designate.

I test di tolleranza ai pasti misti per le misurazioni del peptide C basale e stimolato verranno eseguiti all'arruolamento e dopo 6 mesi e un anno dall'arruolamento. I livelli di picco e le aree sotto la curva per il peptide C stimolato saranno confrontati tra il gruppo di intervento e il gruppo di controllo.

Ogni punto temporale della valutazione includerà il campionamento delle feci per la caratterizzazione della flora batterica dell'intestino nel tempo. Il test delle feci in ogni momento includerà l'identificazione regolare del ceppo batterico e la valutazione genomica.