Definiera de molekylära och fysiologiska mekanismerna för dysfunktion av bukspottkörtelöceller som leder till typ 2-diabetes (DIVA-Exeter)

Introduktion:

Genom att arbeta med medarbetare som en del av pågående genetiska studier har utredarna identifierat flera genetiska variationer (DNA-förändringar) associerade med produktion av och bearbetning av insulin och försöker förstå hur dessa genetiska variationer orsakar skillnader i människors förmåga att producera eller bearbeta insulin. Deras resultat kommer att leda till en förbättrad förståelse för hur bukspottkörteln producerar och bearbetar insulin efter en måltid och kommer att bidra till att förbättra förståelsen för varför vissa människor utvecklar diabetes och vissa inte gör det, trots liknande nivåer av fetma. Denna fråga är av stor betydelse för folkhälsan eftersom det är osannolikt att förekomsten av fetma kommer att minska dramatiskt inom överskådlig framtid.

Utredarna skulle vilja testa hypotesen att individer med olika genetiska variationer har olika förmåga att producera eller bearbeta insulin. De kommer att testa konsekvenserna av dessa genetiska variationer när bukspottkörteln måste producera insulin som svar på en måltid eller komponenter i en måltid, såsom socker eller aminosyror.

Studera design:

Detta är en prospektiv "rekrytera efter genotyp" kohortstudie som kommer att testa rollen för flera genetiska varianter (eller kombinationer av varianter) under en fyraårsperiod (sent 2014 till slutet av 2018). De genetiska varianterna kommer att väljas om det finns starka bevis för att de har en roll i bukspottkörteln och för insulinutsöndringen. Varje genetisk variant kommer att involvera en annan uppsättning forskningsvolontärer och en något annorlunda uppsättning tester. Deltagarna kommer att bli blinda för sin genetiska variantstatus. Vissa genetiska varianter kommer att identifieras under de kommande 4 åren så det är inte möjligt att från början definiera en detaljerad metodik för alla kohorter som ska studeras. Detta protokoll har därför skrivits för att beskriva ett kärnprotokoll som är relevant för hela studien, med bilagor för att beskriva specifika kohorter inom studien. Eftersom den allmänna ledningen och de etiska frågorna är övergripande, eftersom nya genetiska varianter identifieras under den 4-åriga studieperioden, kommer kohortspecifika bilagor att läggas till som stora ändringar, snarare än att skicka in varje kohort som en separat etikansökan. Proceduren för rekrytering och testning av varje uppsättning forskningsvolontärer kommer att vara densamma förutom en komponent som kommer att beskrivas i kohortspecifika bilagor.

Studiedeltagare:

Alla deltagare kommer att identifieras från befintliga forskningskohorter som hanteras av NIHR Exeter Research Facility (Exeter CRF) och/eller Oxford Biobank (OBB) och rekrytering kommer att underlättas inom Exeter CRF och/eller Oxford Center for Diabetes, Endocrinology and Medicine ( OCDEM). Individer kommer att identifieras med varianten av intresse eller som kön, ålder och BMI matchade kontroller. Alla potentiella deltagare kommer att bli 'blindade' av en Data Manager så att studieteamet inte vet vilka deltagare som har varianten och vilka som är kontroller. De kommer att bjudas in till studien per brev och förses med studieinformationsbladet och studiegruppens kontaktuppgifter. En medlem av studieteamet kommer att kontakta dem inom 2-3 veckor för att avgöra om de är intresserade av att delta, för att ge dem en större förklaring av vad studien innebär och för att kontrollera deras behörighet. Om de går med på att delta kommer muntligt samtycke för ett fastebesök att sökas och en tid kommer att bokas och bekräftas skriftligen/via e-post.

Identifiera genetisk variation:

Att mäta de genetiska faktorerna hos dessa individer är en pågående process som involverar rutinmässiga labbåtgärder med användning av det enda befintliga DNA-provet som frivilliga tillhandahållit under sitt deltagande i Exeter 10000-projektet/OBB. Från och med juni 2014 har 94 genetiska varianter (alias DNA-förändringar) i Exeter uppmätts hos 5600 EXTEND-frivilliga och 800.000 genetiska varianter i en undergrupp av 1700 EXTEND-frivilliga. Under de kommande 4 åren kommer de genetiska åtgärderna att utökas till alla deltagare (upp till 10 000) och alla varianter (800 000+). Dessa data kommer att returneras till EXTEND/OBB-databasen vid behov.

Individer som identifieras med en genetisk variation av intresse kommer att bjudas in att delta (30-50, beroende på de associerade specifika testerna) tillsammans med ett liknande antal kön, ålder och BMI matchade kontrollindivider utan variation av intresse. Definitionen av matchning kommer att vara samma kön, ålder +/- 1 år och BMI inom 1 kgm2 enhet men dessa intervall kan breddas om inte tillräckligt många individer finns tillgängliga i den snävare definitionen.

Besöksprocedur:

Alla deltagare kommer att uppmanas att fasta över natten (från 22.00 kvällen innan), undvika ansträngande träning och rökning i 24 timmar innan de deltar i ett morgonbesök på Exeter CRF/OCDEM (ca 2-4 timmar beroende på testval). Deltagarna kommer att uppmanas att underteckna ett skriftligt samtyckesformulär innan datainsamling eller test påbörjas. Patienter som saknar förmåga att samtycka kommer inte att rekryteras. Deltagarna kommer att ges möjlighet att kontakta en medlem av forskargruppen för att diskutera projektet mer i detalj om så önskas. Alla deltagare kommer att informeras om studiens natur och syfte, dess krav och eventuella faror, och deras rätt att när som helst dra sig ur studien utan att det påverkar och utan äventyrar eventuell framtida klinisk vård.

Alla deltagare kommer att genomgå kärndatainsamling, mätningar och ge fasta och stimulerade blodprover. En kohort av deltagare kan bli ombedd att återvända för ett andra besök för att genomgå ytterligare ett test för att ge jämförelsemått. Testvalet beror på den genetiska variationen som studeras – detaljerat i kohortspecifika bilagor.

Kärndatainsamling, mätningar och prover för alla deltagare - ca. 1 timmes antropometri: data, inklusive höjd (m), vikt (kg), midja (cm) och höft (cm) omkrets, kommer att registreras.

Medicinsk historia: inklusive aktuella mediciner och livsstilsinformation (rökning/alkohol).

BOD POD: Deltagarna kommer att uppmanas att få sin fettmassa mätt med BOD POD. Denna icke-invasiva teknik ger ett mer exakt mått på fettmassan jämfört med bioimpedensmått, eller mått på längd och vikt. Deltagare som väljer bort detta test kommer inte att uteslutas från studien.

Detaljerade kroppssammansättningsmått kommer att erhållas med hjälp av Body Composition Tracking System. Detta består kortfattat av en BOD POD-maskin, elektroniska vågar och en dator. Den använder principerna för kroppsdensitometri (mätning av massa och volym) för att beräkna deltagarens procentandel och absoluta mängd fett- och fettfria massa. Deltagarna kommer att uppmanas att bära minimala kläder (t.ex. simdräkt) och en tättsittande badhatt. De står på den elektriska vågen för att registrera sin vikt som sedan kalibreras med BOD POD. Deltagarna uppmanas att sitta inne i BOD POD i upp till 1 minut åt gången (max 3 gånger). Datorn kommer sedan att analysera och generera resultaten.

Blodprover:

En liten kanyl (tunt plaströr) kommer att föras in i en ven, enligt standard klinisk praxis för att minimera eventuella trauman från upprepad blodprovstagning.

Fastande prover kommer att erhållas för baslinjemätningar (inklusive rutinmätning av glukos och lipid), DNA, plasma och serum, för lagring och framtida batchanalys inklusive mätningar av glukos och insulin och andra markörer av intresse.

Stimulerade blodprov kommer att tas från alla deltagare. Valet av stimuleringsmedel kommer att vara beroende av den specifika genetiska variationen som studeras. I slutet av testperioden tas kanylen bort och deltagaren erbjuds frukost/förfriskningar.

Definitioner av genotyperna av intresse och detaljer om besöket/besöken finns i protokollets kohortspecifika bilagor. Utöver insamling av kärndata, mätningar och fastande prover kommer varje kohort att genomföra upp till två av de tester som beskrivs nedan.

A: Glukos-potentierad arginin-inducerad insulinsekretion (GPAIS) - ca. 1½ timmes motivering. Detta test är främst utformat för att testa den maximala insulinutsöndringskapaciteten hos en deltagares betaceller. Det ger det bästa tillgängliga surrogatet för betacellsmassa, till skillnad från betacellsfunktion (Kahn 2008) och kommer därför att bidra till att förbättra förståelsen för mekanismerna för hur utvalda genetiska varianter påverkar risken för diabetes. Det har nyligen visat sig korrelera väl med antalet (autologa) öar som transplanterats till pankreatitpatienter efter pankreatektomi. Hos hundar och icke-mänskliga primater korrelerar det bra med % betacellmassa (recensat i Kahn 3). Testet är baserat på den väl beskrivna (Kahn 2008; Larsson & Ahren 1998) principen att en icke-glukossekretagog, såsom aminosyran arginin, kommer att producera ett större insulinsvar när det potentieras av höga glukosnivåer, med den kombinerade stimulansen som producerar ett nästan maximalt betacellsvar.

GPAIS-testet omfattar 5 steg:

1. Uppstart. Intravenösa katetrar kommer att föras in i antecubital vener i båda armarna. En arm kommer att användas för infusion av glukos/aminosyra och den andra armen för intermittent provtagning. Blodsockerkoncentrationen kommer att övervakas med regelbundna YSI-mått under hela testet.
2. AIRarg (akut insulinsvar på arginin). Baslinjeprover kommer att tas vid -2 och -0 min. En maximalt stimulerande bolusdos av argininhydroklorid (5 g) kommer sedan att injiceras intravenöst i 45 s. Prover kommer att samlas in vid +2, +3, +4 och +5 min.
3. Akut insulinsvar på intravenös glukos (ovaliderat mått på akut insulinsvar på intravenös glukos AIRglucose). Därefter påbörjas en höghastighets (900 ml/timme) 20 % glukosinfusion under 10-25 minuter (total volym infunderad upp till 410 ml). Prover kommer att samlas vid -5, -2 minuter (innan höghastighetsinfusionen påbörjas) och sedan med 2 minuters intervall i 10 minuter efter starten av glukosinfusionen.
4. AIRMAXarg. När glukosnivåerna har nått 20 mmol/L (eller efter max 25 minuter), kommer upprepade baslinjeprover att tas, glukosinfusionen sänks till 300 ml/timme och en andra argininhydroklorid (5 g) bolus injiceras, följt av sista + 2, +3, +4 och +5 min prover.
5. Återhämtning och övervakning av glukos och insulin när deltagarens glukosnivåer återgår till baslinjen. Prover för glukos och insulin kommer att samlas in var tionde minut i 50 minuter efter slutet av AIRMAXarg-testet för att övervaka deltagarens återhämtning och ge ett mått på insulinkänsligheten. Blodsockret kommer att övervakas med regelbundna YSI-mått tills deltagarens blodsocker återgår till en säker nivå. Deltagaren kommer att få en lätt lunch i slutet av denna period.

Prover: vid alla tidpunkter kommer insulin och glukos att mätas. Reservalikvoter kommer att sparas och lagras vid -80oC för potentiell ytterligare analys, såsom glukagon och C-peptid.

B: Intravenöst glukostoleranstest (IGTT aka IVGTT) - ca. 30 minuter motivering. Detta test är ett accepterat standardmått på insulinutsöndring i första fasen som inte involverar de neurohormonella (inkretin) och absorptionseffekterna av en oral glukosutmaning.

C: Oralt glukostoleranstest (OGTT) - ca. 2,5 timmars motivering. Detta test är ett accepterat standardmått på insulinutsöndring och absorptionseffekter av en oral glukosutmaning.

D: Avföringsprov för mätning av fekal elastas Motiv. Detta kommer att testa hypotesen att den genetiska polymorfismen kan påverka exokrina bukspottkörtelfunktionen förutom bukspottkörtelns endokrina funktion.

Deltagaren kommer att förses med en provbehållare, förbetalt vadderat kuvert, transportbehållare och instruktioner för att samla in och posta ett avföringsprov för analys. Tillhandahållande av ett fekalt prov kommer att vara valfritt och kommer inte att vara nödvändigt för att inkluderas i studien.