Desferal administrering för att förbättra den nedsatta reaktionen på hypoxi vid diabetes (DESIRED)

Bakgrund Komplikationer av diabetes utgör huvudproblemet för modern diabetesterapi, och det har blivit en prioritet att ytterligare karakterisera de patofysiologiska mekanismerna för dessa komplikationer för att säkerställa utvecklingen av nya rationella terapeutiska strategier.

Även om den långvariga exponeringen av vävnader för hyperglykemi är den primära orsaksfaktorn för kroniska diabeteskomplikationer, har det nyligen blivit alltmer uppenbart att hypoxi också spelar en viktig roll i alla diabeteskomplikationer. En låg vävnadskoncentration av syre vid diabetes är konsekvensen av flera mekanismer (t.ex. bristande blodtillförsel sekundärt till mikro- och makrovaskulär sjukdom, dålig lokal syrediffusion sekundärt till lokalt ödem eller som ett resultat av ökad syreförbrukning).

Cellernas adaptiva svar på hypoxi medieras av Hypoxia-Inducible Factor 1 (HIF), som är en heterodimer transkriptionsfaktor, sammansatt av två subenheter (alfa- och beta-subenhet) båda konstitutivt uttryckta i däggdjursceller. Vid normoxi bryts HIF-1α kontinuerligt ned av ubiquitin-proteasomsystemet som en konsekvens av den syreberoende hydroxyleringen av två nyckelprolinrester katalyserad av en grupp enzymer som kallas prolyl-hydroxylaser (PHDs). Under hypoxi när nedbrytningsvägen undertrycks och HIF-1α stabiliseras, translokeras den i kärnan där den inducerar mer än 800 gener som är

involverad i angiogenes, glykolytisk energimetabolism, cellproliferation och överlevnad som gör det möjligt för cellerna att anpassa sig till minskad syretillgång. HIF-1 är central för uttryck av flera angiogena tillväxtfaktorer (ex. som Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), erytropoietin (EPO) och stromalcellshärledd faktor-1α (SDF-1α) och för rekrytering av endotelceller (EPC). Nyligen har det föreslagits att mikroRNA (ex. mir210) förmedlar också en del av HIF-1-funktionerna.

PHDs som kontrollerar HIF 1 α stabiliteten och funktionen är Fe 2+ och/eller O2-beroende enzymer och deras aktivitet skulle kunna inhiberas genom att utarma järnet. Deferoxamin (DFO), som är en järnkelator inducerar därför HIF-1α-ackumulering och hypoxi-responsgener i normoxi både in vitro och in vivo för att kunna återställa den undertryckta adaptiva reaktionen på hypoxi olika djurmodeller av diabetes. DFO har använts kliniskt i årtionden för att behandla överdriven järnavsättning sekundärt till olika patologier (talassemi, myeloskleros etc) och användes som farmakologiskt verktyg för att inducera HIF-beroende svar.

Under det senaste decenniet har flera bevis samlats, påpekar att det vid diabetes finns ett defekt cellulärt svar på hypoxi. Ett nedsatt hypoxisvar finns i alla vävnader som utvecklar komplikationer både i djurmodeller för diabetes och hos patienter med diabetes som en konsekvens av en defekt HIF-signalering. Det är en direkt effekt av hyperglykemi som direkt undertrycker HIF-stabilitet och funktion på flera nivåer.

Den nyligen beskrivna försämrade reaktionen på hypoxi vid diabetes har potentiellt viktiga konsekvenser vid akuta hypoxiska utmaningar som akut hjärtinfarkt, stroke, extremitetsischemi (känd för att ha en sämre prognos vid diabetes) men också vid subtil reglering av kardiovaskulära system och andningsorgan som en konsekvens av autonom neuropati med potentiell allvarlig prognostisk effekt på sena kardiovaskulära händelser. Olika studier har behandlat kardiovaskulära svar på intermittent hypoxi (IH) jämfört med normoxiexponering hos patienter med diabetes. För att fastställa lämpligheten av den kardiovaskulära reaktionen på hypoxi vid diabetes har de kardiorespiratoriska och angiogenetiska svaren mot IH hos patienter med diabetes jämfört med matchade icke-diabeteskontrollpersoner nyligen undersökts (HYKRAND etiskt godkännande nummer 2015/1182-31/4) . De preliminära resultaten (ej publicerade) visade på flera defekter i både akut och fördröjd reaktion hos patienter med diabetes jämfört med kontroller. Baroreflex-känsligheten (BRS) som är en markör för kardiovaskulär risk och överlevnadsprognos efter kardiovaskulära händelser minskade hos patienter med diabetes efter IH jämfört med icke-diabetiker. Både antalet endotelprekursorceller (EPC) och nivåerna av deras huvudstimulator Stromal-derived factor (SDF-1α) minskade som svar på IH hos diabetiker jämfört med icke-diabetiker, vilket bekräftar den sämre förmågan att reparera ischemiska lesioner vid diabetes.

Projektet som föreslås här undersöker potentialen hos DFO (känd för att förbättra den HIF-beroende hypoxiska signaleringen) för att vända det försämrade kardiorespiratoriska och angiogenetiska svaret hos diabetespatienter.

Forskningsdesign. Det är en blindad randomiserad cross-over-studie som undersöker effektiviteten av DFO (50 mg/kg) kontra isoton saltlösning som ges i.v. före intermittent hypoxi (IH) för att förbättra det kardiorespiratoriska och angiogenetiska svaret hos patienter med diabetes. IH kommer att bestå av fem hypoxiska perioder (13 % O2-inspirerad fraktion av syre) som varar varar i 6 minuter, med fem normoxiska intervall av samma varaktighet (som används i HYKRAND-studien) hos 30 patienter med typ 1-diabetes utan kliniska tecken på några komplikationer. Studien kommer att utföras under 4 dagar med minst 2 månaders mellanrum mellan de 2 inläggningarna för att säkerställa tillräcklig utspolning och för att återställa järnavlagringar.

Metoder Studiedesign Detta är en randomiserad, dubbelblind studie utförd på patienter med diabetes typ 1 utan kroniska komplikationer.

Patienterna kommer att randomiseras (genom blockrandomisering) (httpps://www.sealedenvelope.com/ simple-randomiser/v1/lists) till (A) Desferal (DFO) behandling eller (B) isotonisk saltlösningsbehandling.

Både patienter och personal kommer att bli blinda för patientens behandlingsgrupp.

Försökspersoner kommer att rekommenderas att avstå från koffeinhaltiga drycker i 12 timmar och från alkohol i 36 timmar före testning

Dag 1: Baslinjeblodprover kommer att tas på morgonen och efteråt kommer patienterna att få Desferal (50 mg/kg) / saltlösningsinfusion s.c. under 6 timmar. Under den sista timmen av infusionen kommer försökspersonerna att utsättas för intermittent hypoxi (IH). Blodprover och kardiovaskulära och respiratoriska (CR) mätningar kommer att utföras (enligt nedan) omedelbart före och vid flera tidpunkter efter IH.

Dag 2: Blodprover tas på morgonen. IH-exponering består av fem hypoxiska perioder (13 % O2-inspirerad fraktion av syre) som varar varar i 6 minuter, med fem normoxiska intervaller av samma varaktighet (totalt 1 timme).

Dag 1: blodtryck, hjärtfrekvens och arteriell syremättnad mäts kontinuerligt. Vid en minskning av syremättnaden med 80 % eller förekomsten av symtom, avbryts hypoxi tills syrenivåerna nått minst 80 %. En tekniker reglerar och kontrollerar andningsperioderna under överinseende av en läkare på ett sätt att ingreppet inte kunde observeras av patienten. Därefter kommer tre mätsessioner att utföras: omedelbart efter (t2), efter 3 timmar (t3) och efter 6 timmar (t4). Efter t2 fick varje patient en individuell måltid enligt kostbehov.

Kardiovaskulär och andningstestning.

Bedömning av baroreflexkänslighet. Alla patienter kommer att testas i ryggläge i ett tyst rum vid behaglig temperatur. Innan deltagarna kommer att kopplas till en återandningskrets genom ett munstycke med ett antibakteriellt filter, kommer spontan andning av rumsluft i vila att utföras under 4 minuter för att få baslinjedata.

Under varje tillstånd kommer kontinuerlig mätning av syremättnad (SaO2) med en pulsoximeter och sluttidal CO2 (CO2-et) att utföras med en kapnograf ansluten till ett munstycke. Inspelningar av elektrokardiogram kommer att utföras av bröstkablar, och kontinuerligt icke-invasivt blodtryck kommer att registreras med hjälp av manschettmetoden. Två bälten (placerade runt bröstet och buken) kommer att övervaka andningsrörelser i bröstet. En pneumotakograf kommer att anslutas till en differentialtrycksgivare och sättas in i serie till andningssystemets utandningskomponent för att mäta luftvägsflödet.

Baroreflexkänsligheten (BRS) kommer att mätas under spontan andning vid varje mättillfälle. Eftersom tidigare studier inte dokumenterade en bättre prestanda för en metod jämfört med de andra, är medelvärdet av sju olika metoder: positiva och negativa sekvenser, a-koefficienten i låg- och högfrekvensbanden och dess medelvärde, överföringsfunktionstekniken, och förhållandet mellan SD för R-R-intervall och systoliska blodtrycksvariationer kommer att beräknas. Förutom BRS användes SD för R-R-intervallet (SDNN) för att bestämma ett globalt index för hjärtfrekvensvariabilitet. Detta urval görs utifrån det faktum att normalfördelningen är mer uttalad i denna variabel jämfört med andra variabilitetsindex (t.ex. varians).

Hypoxisk andningsrespons (HVR) och hyperkapnisk andningsrespons (HCVR) kommer att utvärderas för att fastställa andningssystemets aktivitet.

Kardiovaskulär autonom funktion kommer att bestämmas genom att utföra fyra tester enligt de senaste riktlinjerna: djupandning, 30:15-förhållande, Valsalva-manöver och systoliskt blodtryckssvar vid stående. Kardiovaskulär autonom neuropati kommer att definieras som "närvaro av två eller flera onormala tester".

Baroreflexkänsligheten (BRS) kommer att utvärderas före (t1), omedelbart efter (t2), 3 timmar (t3) och 6 timmar (t4) efter IH.

Den angiogenetiska potentialen kommer att utvärderas vid samma ändpunkter och efter 24 timmar (Dag N3) genom att i serum mäta relevanta cytokiner som är genmål för HIF-1 (dvs. Vaskulär endoteltillväxtfaktor (AVEGFA), stromalcellshärledd faktor 1a (SDF-1a), erytropoietin etc.). Det direkta svaret av HIF-signalering kommer att utvärderas av serumnivåerna av mir210 som exklusivt regleras av HIF.

EPC-svaret kommer att utvärderas vid samma tidpunkter genom fluorescensaktiverad cellsortering (FACS) analys av antalet hematopoetiska progenitorcellantigen (CD34+)/CD133-antigen/kinasinsatt domänreceptor (KDR+)