Respons fra personer med ataksi-telangiektasi på metformin og pioglitazon (RAMP)

Metformin er et vanlig foreskrevet medikament, brukt som førstelinjebehandling av type 2 diabetes mellitus (T2DM), men også off-licens hos ikke-diabetikere for polycystisk ovariesyndrom (PCOS). Over 120 millioner mennesker over hele verden får foreskrevet metformin. Til tross for dette er dens virkningsmekanisme ikke fullt ut forstått. Både toleranse for og respons på metformin varierer sterkt fra pasient til pasient, og fremhever behovet for ytterligere forskning på legemiddelets farmakokinetikk og dynamikk.

Som et team av diabetesforskere har gruppen vår vært interessert i genetikken til medikamentrespons ved diabetes. En Genome Wide Association-studie utført av medlemmer av vår gruppe fremhevet stedet som bærer ATM-genet som en potensiell kobling til metforminrespons. Vi har designet denne studien for å undersøke denne koblingen klinisk. Ved å gjøre det håper vi å veilede behandlingen av diabetes i en tilstand som kalles Ataxia Telangiectasia.

ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated) er et gen involvert i DNA-reparasjon - homozygote recessive mutasjoner i dette genet forårsaker Ataxia Telangiectasia (A-T), som er assosiert med cerebellar ataksi, okulær telangiectasia og lymfoproliferative kreftformer. Forekomsten av A-T er mellom 1 av 40 000 til 1 av 100 000 levendefødte, selv om dette øker dramatisk med slektninger. Interessant nok har A-T også vært assosiert med insulinresistens. Både «fettlever» og diabetes er dokumentert i denne pasientgruppen, men det er lite forskning på sammenhengen mellom A-T og disse tilstandene. Omtrent 1 av 100 mennesker er bærere av funksjonstap mutasjon i ATM-genet, som er assosiert med økt risiko for iskemisk hjertesykdom og visse kreftformer.

Det er utført flere studier av ATM-mangel i en musemodell. Atm -/- mus viser en tidlig defekt i glukosestimulert insulinfrigjøring og utvikler senere hyperglykemi og insulinresistens[1]. Upubliserte data fra McCrimmon Group ved University of Dundee tyder på at mus heterozygote for ATM-mangel har svekket fastende glukose, men viste en markant forbedring i fastende glukose med metformin. A Cell Reports-papir, som beskriver en musemodell av ATM-mangel, viser insulinresistens hos ATM-mangelfulle mus, med en lipodystrofisk fenotype[2]. Denne fenotypen (mangel på subkutant fett og økt visceralt fett) ble svekket ved bruk av metformin og tiazolidindion (TZD).

En liten studie publisert av Pearson-gruppen fra University of Dundee, som sammenlignet data fra orale glukosetoleransetester (OGTTs) hos A-T-pasienter versus friske individer, bekreftet økt insulinresistens hos A-T-pasienter [3]. Som nevnt ovenfor, fremhever en genomomfattende assosiasjonsstudie, også av Pearson-gruppen, ATM-lokuset som en potensiell genetisk kobling til metforminrespons [4, 5]. Med musemodeller og informasjon fra genetiske studier, har denne studien nå som mål å vurdere insulinresistens i denne A-T pasientgruppen, og å forstå hvordan de reagerer på legemidler som vanligvis brukes til å behandle insulinresistens/diabetes.

Den potensielle genetiske koblingen mellom ATM og metforminrespons vil bli undersøkt. Så langt er det uklart fra de genetiske studiene hvordan ATM-mangel påvirker et individs metforminrespons - er deres respons større eller mindre enn den generelle befolkningen? På samme måte er omfanget av denne responsen ikke blitt kvantifisert. Det er anekdotiske rapporter om pasienter med A-T som har hatt en markant forbedring i glykemisk kontroll med metforminbruk. Musemodellstudier har indikert økt respons på metformin hos heterozygote ATM-mangelfulle mus.

Studien vil også undersøke responsen til individer med A-T på TZDs. Studier av musemodellen til A-T har vist respons på TZD pioglitazon. Det er verdt å merke seg at pioglitazon nå brukes utenfor lisens hos ikke-diabetikere for behandling av ikke-alkoholisk fettleversykdom (NAFLD) [6, 7], derfor vet vi at det er trygt for bruk i en ikke-diabetisk kohort.

Denne studien vil vurdere effekten av ATM-mangel på metformin- og pioglitazonrespons hos mennesker, ved å studere personer med A-T, og sammenligne deres respons med responsen til en matchet kontrollgruppe.

Denne studien vil rekruttere ikke-diabetikere - 15 tilfeller (personer med A-T) vs 15 alders- og kjønnsmatchede kontroller - i et crossover-design. Deltakerne vil være i alderen 18 - 30 år. Denne aldersgruppen er mest realistisk for å rekruttere pasienter med «klassisk», i motsetning til «mild variant» A-T, da personer med klassisk A-T sjelden overlever til 30-årene. Utelukkelse av individer med andre mildere former for A-T vil gi en mer påvisbar forskjell mellom de to kohortene. Deltakerne vil være av hvit europeisk avstamning, da dette vil begrense de genetiske forskjellene mellom individer. Etnisk opprinnelse har også en effekt på individets insulinresistens, derfor bør alle deltakerne være av samme etnisitet.

Studien består av to behandlingsperioder som hver varer åtte uker, og atskilt med en ukes utvaskingsperiode. Innledende behandling skal være med metformin, titrert til 1000 mg to ganger daglig. Den andre behandlingen vil pioglitazon titreres til 30 mg én gang daglig.

Studien vil vare i totalt cirka 17 uker, og involverer tre besøk til Clinical Research Center ved Ninewells sykehus i Dundee. Det første besøket vil være det lengste, vare i 1,5 dager, og de to andre besøkene varer en hel dag med et kort forberedende besøk i 30 minutter dagen før.

Flere metoder vil bli brukt for å undersøke forholdet mellom ATM, diabetes og medikamentrespons:

• Dual tracer blandede måltidstester med indirekte kalorimetri (se Tracer Studies SOP)
• MR (se MR SOP)
• Blod- og urinprøvetaking (se SOP for prøvetaking)
• Fettbiopsi (se fettbiopsi SOP)

Oppsummert vil hver enkelt ha tre sporstoffstudier: en innledende studie ved baseline; et sekund etter åtte uker med metformin; og en siste sporstoffstudie etter åtte uker med TZD, pioglitazon. Tracerstudier involverer et standardisert måltid kvelden før studien, og faste fra midnatt som forberedelse. Ingen alkohol bør inntas i 24 timer før studien. På dagen for tracerstudien vil to kanyler settes inn, en i hver underarm. Én kanyle vil bli brukt til å infundere en stabil glukosesporer [6,6-2H2] i løpet av den åtte timers studien. Etter to timer med denne infusjonen vil deltakeren få et blandet måltid som inneholder [U-13C] glukose (stabil). Deltakeren observeres i ytterligere seks timer, mens [6,6-2H2] glukoseinfusjonen fortsetter. Gjennom sporingsstudien vil det bli tatt blod fra den andre kanylen ved flere tidspunkter, for å tillate måling av glukose (inkludert sporstoffene), insulin, C-peptid, glukagon, glukagonlignende peptid 1 (GLP-1) og ikke-forestrede fettsyrer (NEFA). Totalt 150 ml blod vil bli tatt under sporingsstudien. Urin samles opp i to faser (før og etter måltidet) under sporingsstudien, for måling av glukoseutskillelse. Indirekte kalorimetri vil bli brukt i tjue minutters episoder på flere tidspunkter for å måle substratutnyttelse under studien. Dette innebærer at deltakeren har på seg en «hette» som er lett, og har et gjennomsiktig visir. Alle disse målingene vil gjøre oss i stand til å modellere glukoseflukser hos deltakeren og beregne indekser for insulinfølsomhet. Gjentakelse av sporstoffstudiene på to antihyperglykemiske midler vil gi sammenligning av disse indeksene på og av behandling.

Ved baseline-besøket vil en MR-undersøkelse, blodprøvetaking og fettbiopsi finne sted under halvdagsbesøket før sporstoffstudien. Dette vil tillate oss å vurdere fettfordelingen ved hjelp av MR og skaffe fettvev for å utføre laboratoriebaserte studier for å vurdere adipocyttfunksjonen og responsen på metformin og pioglitazon. Det tas blodprøver for "sikkerhetsblod" (dvs. for å sikre normal nyrefunksjon og HbA1c <48mmol/mol) men også for fremtidig DNA-analyse, for å bekrefte diagnosen i A-T-gruppen, og for å sjekke bærerstatus til kontrollene.

Besøk to og tre innebærer en hel dag ved det kliniske forskningssenteret (CRC) for en sporstoffstudie. Dagen før sporstoffet er det nødvendig med et kort halvtimes besøk for å få "sikkerhetsblod" (i dette tilfellet for å sjekke nyrefunksjonen) og gi det standardiserte måltidet for å forberede seg til sporstoffstudien neste dag.

Hvis denne studien klinisk kan bekrefte hypotesen om at individer med ATM-mangel responderer godt på enten metformin eller pioglitazon, og individer viser markert forbedring i insulinresistens mens de tar begge studiemedikamentene, kan denne studien styre kliniske beslutninger i omsorgen for pasienter med A-T og fettlever / insulinresistens.

I forbindelse med de kliniske studiene vil celleeksperimentstudier bli utført på induserte pluripotente stamceller (IPSC) avledede hepatocytter fra individer med A-T, for å vurdere medikamentrespons på cellenivå. Dette vil være et samarbeid med Sanger Institute i Cambridge, hvor de allerede har utviklet IPSC-avledede hepatocytter fra blodet til A-T-pasienter. Disse cellene vil bli brukt til å lage en medikamentresponsmodell på cellenivå. Disse cellelinjene er ikke direkte fra våre rekrutterte pasienter, men fungerer som en cellulær modell av A-T. Vi vil imidlertid tilby A-T-gruppen sjansen til å donere blod til INSIGNIA-studien, drevet av Sanger Institute, som er en studie fokusert på undersøkelse av mønstre av mutasjoner (signaturer) i arvelige og andre progressive genetiske sykdommer (se INSIGNIA PIS og samtykkeskjema). Dette er valgfritt, og å delta i RAMP forplikter ikke de med A-T til å bidra til INSIGNIA.