Svar från individer med ataxi-telangiektasi på metformin och pioglitazon (RAMP)

Metformin är ett vanligt föreskrivet läkemedel, som används som förstahandsmedicinsk behandling av typ 2-diabetes mellitus (T2DM), men även off-licens hos icke-diabetiker för polycystiskt ovariesyndrom (PCOS). Över 120 miljoner människor världen över ordineras metformin. Trots detta är dess verkningsmekanism inte helt klarlagd. Både tolerans och respons på metformin varierar mycket från patient till patient och visar på behovet av ytterligare forskning om läkemedlets farmakokinetik och dynamik.

Som ett team av diabetesforskare har vår grupp varit intresserade av genetiken av läkemedelssvar vid diabetes. En Genome Wide Association-studie utförd av medlemmar i vår grupp framhävde lokuset som bär ATM-genen som en potentiell länk till metforminsvar. Vi har utformat denna studie för att undersöka denna koppling kliniskt. Därmed hoppas vi kunna vägleda behandlingen av diabetes i ett tillstånd som kallas Ataxia Telangiectasia.

ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated) är en gen involverad i DNA-reparation - homozygota recessiva mutationer i denna gen orsakar Ataxia Telangiectasia (A-T), som är associerad med cerebellär ataxi, okulär telangiectasia och lymfoproliferativa cancerformer. Incidensen av A-T är mellan 1 av 40 000 till 1 av 100 000 levande födda, även om detta ökar dramatiskt med släktingar. Intressant nog har A-T också associerats med insulinresistens. Både "fettlever" och diabetes har dokumenterats i denna patientgrupp, men det finns lite forskning om kopplingen mellan A-T och dessa tillstånd. Ungefär 1 av 100 personer är bärare av en funktionsbortfallsmutation i ATM-genen, vilket är associerat med en ökad risk för ischemisk hjärtsjukdom och vissa cancerformer.

Flera studier av ATM-brist i en musmodell har genomförts. Atm -/- möss uppvisar en tidig defekt i glukosstimulerad insulinfrisättning och utvecklar senare hyperglykemi och insulinresistens[1]. Opublicerade data från McCrimmon-gruppen vid University of Dundee tyder på att möss som är heterozygota för ATM-brist har nedsatt fasteglukos, men visade en markant förbättring av fasteglukos med metformin. A Cell Reports-papper, som beskriver en musmodell av ATM-brist, visar insulinresistens hos möss med ATM-brist, med en lipodystrofisk fenotyp[2]. Denna fenotyp (brist på subkutant fett och ökat visceralt fett) försvagades genom användning av metformin och tiazolidindion (TZD).

En liten studie publicerad av Pearson-gruppen från University of Dundee, som jämförde data från orala glukostoleranstest (OGTT) hos A-T-patienter kontra friska individer, bekräftade ökad insulinresistens hos A-T-patienter[3]. Som nämnts ovan, framhäver en genomomfattande associationsstudie, också av Pearson-gruppen, ATM-lokuset som en potentiell genetisk koppling till metforminsvar [4, 5]. Med musmodellerna och informationen från genetiska studier syftar denna studie nu till att bedöma insulinresistens hos denna A-T-patientgrupp och att förstå hur de svarar på läkemedel som vanligtvis används för att behandla insulinresistens/diabetes.

Den potentiella genetiska kopplingen mellan ATM och metforminsvar kommer att undersökas. Hittills är det oklart från de genetiska studierna hur ATM-brist påverkar en individs metforminsvar - är deras svar större eller mindre än hos den allmänna befolkningen? På samma sätt har storleken på detta svar inte kvantifierats. Det finns anekdotiska rapporter om patienter med A-T som har haft en markant förbättring av glykemisk kontroll med metforminanvändning. Musmodellstudier har indikerat ett ökat svar på metformin hos möss med heterozygot ATM-brist.

Studien kommer också att undersöka svaret hos individer med A-T på TZD. Studier av musmodellen av A-T har visat svar på TZD pioglitazon. Det bör noteras att pioglitazon nu används utanför licens hos icke-diabetiker för behandling av icke-alkoholisk fettleversjukdom (NAFLD) [6, 7], därför vet vi att det är säkert att använda i en icke-diabeteskohort.

Denna studie kommer att bedöma effekten av ATM-brist på metformin- och pioglitazonsvar hos människor, genom att studera personer med A-T och jämföra deras svar med det hos en matchad kontrollgrupp.

Denna studie kommer att rekrytera icke-diabetiker - 15 fall (personer med A-T) kontra 15 ålders- och könsmatchade kontroller - i en crossover-design. Deltagarna kommer att vara 18 - 30 år gamla. Denna åldersgrupp är mest realistisk för att rekrytera patienter med "klassisk", till skillnad från "mild variant" A-T, eftersom personer med klassisk A-T sällan överlever till 30-årsåldern. Uteslutning av individer med andra mildare former av A-T kommer att ge en mer påvisbar skillnad mellan de två kohorterna. Deltagarna kommer att vara av vit europeisk härkomst, eftersom detta kommer att minska de genetiska skillnaderna mellan individer. Etniskt ursprung har också en effekt på en individs insulinresistens, därför bör alla deltagare vara av samma etnicitet.

Studien består av två behandlingsperioder vardera på åtta veckor och åtskilda av en en veckas tvättperiod. Initial behandling ska vara med metformin, titrerad till 1000 mg två gånger dagligen. Den andra behandlingen kommer att titreras pioglitazon till 30 mg en gång dagligen.

Studien kommer att pågå totalt i cirka 17 veckor och omfattar tre besök på Clinical Research Center vid Ninewells sjukhus i Dundee. Det första besöket kommer att vara det längsta, varar i 1,5 dagar, och de andra två besöken varar en hel dag med ett kort förberedande besök i 30 minuter dagen innan.

Flera metoder kommer att användas för att undersöka sambandet mellan ATM, diabetes och läkemedelssvar:

• Dubbla spårämnen blandade måltidstester med indirekt kalorimetri (se spårämnesstudier SOP)
• MRT (se MRI SOP)
• Blod- och urinprovtagning (se SOP för provtagning)
• Fettbiopsi (se Fettbiopsi SOP)

Sammanfattningsvis kommer varje individ att ha tre spårämnesstudier: en initial studie vid baslinjen; en sekund efter åtta veckors metformin; och en sista spårämnesstudie efter åtta veckor med TZD, pioglitazon. Tracerstudier involverar en standardiserad måltid kvällen före studien och fasta från midnatt som förberedelse. Ingen alkohol ska drickas under 24 timmar före studien. På dagen för spårämnesstudien kommer två kanyler att sättas in, en i varje underarm. En kanyl kommer att användas för att infundera ett stabilt glukosspårämne [6,6-2H2] under den åtta timmar långa studien. Efter två timmar av denna infusion kommer deltagaren att få en blandad måltid innehållande [U-13C] glukos (stabil). Deltagaren observeras i ytterligare sex timmar, medan [6,6-2H2]-glukosinfusionen fortsätter. Under hela spårämnesstudien kommer blod att tas från den andra kanylen vid flera tidpunkter, för att möjliggöra mätning av glukos (inklusive spårämnen), insulin, C-peptid, glukagon, glukagonliknande peptid 1 (GLP-1) och icke-förestrade fettsyror (NEFA). Totalt 150 ml blod kommer att tas under spårämnesstudien. Urin samlas upp i två faser (före och efter måltiden) under spårämnesstudien, för mätning av glukosutsöndring. Indirekt kalorimetri kommer att användas under tjugo minuters episoder vid flera tidpunkter för att mäta substratanvändning under studien. Detta innebär att deltagaren bär en "huva" som är lätt och har ett genomskinligt visir. Alla dessa mätningar kommer att göra det möjligt för oss att modellera glukosflöden hos deltagaren och beräkna index för insulinkänslighet. Upprepning av spårämnesstudierna på två antihyperglykemiska medel kommer att ge jämförelser av dessa index på och av behandling.

Vid baslinjebesöket kommer en MRT, blodprovstagning och fettbiopsi att ske under halvdagsbesöket före spårämnesstudien. Detta kommer att tillåta oss att bedöma fettfördelningen med hjälp av MRT och erhålla fettvävnad för att utföra laboratoriebaserade studier för att bedöma adipocytfunktionen och svaret på metformin och pioglitazon. Blodprover tas för "säkerhetsblod" (dvs för att säkerställa normal njurfunktion och HbA1c <48mmol/mol) men även för framtida DNA-analys, för att bekräfta diagnosen i A-T-gruppen, och för att kontrollera om kontrollernas bärarstatus.

Besök två och tre innebär en hel dag på det kliniska forskningscentret (CRC) för en spårämnesstudie. Dagen före spårämnet är ett kort halvtimmes besök för att få "säkerhetsblod" (i detta fall för att kontrollera njurfunktionen) och tillhandahålla den standardiserade måltiden nödvändigt för att förbereda för spårämnesstudien följande dag.

Om denna studie kliniskt kan bekräfta hypotesen att individer med ATM-brist svarar bra på antingen metformin eller pioglitazon, och individer visar markant förbättring av insulinresistens när de tar något av studieläkemedlen, kan denna studie styra det kliniska beslutsfattandet i vården av patienter med A-T och fettlever/insulinresistens.

I samband med de kliniska studierna kommer cellexperimentstudier att utföras på inducerade pluripotenta stamceller (IPSC) härledda hepatocyter från individer med A-T, för att bedöma läkemedelssvar på cellnivå. Detta kommer att vara ett samarbete med Sanger Institute i Cambridge, där de redan har utvecklat IPSC-härledda hepatocyter från blod från A-T-patienter. Dessa celler kommer att användas för att skapa en läkemedelssvarsmodell på cellnivå. Dessa cellinjer kommer inte direkt från våra rekryterade patienter, utan fungerar som en cellmodell av A-T. Vi kommer dock att erbjuda A-T-gruppen chansen att donera blod till INSIGNIA-studien, som drivs av Sanger Institute, som är en studie fokuserad på undersökning av mönster av mutationer (signaturer) i ärftliga och andra progressiva genetiska sjukdomar (se INSIGNIA PIS och samtyckesformulär). Detta är valfritt och att delta i RAMP förbinder inte de med A-T att bidra till INSIGNIA.