胰岛移植后的能量平衡 (EBFIT)

研究背景和基本原理：1 型糖尿病、低血糖、IAH 和胰岛移植

1 型糖尿病是由胰腺胰岛内 β 细胞的自身免疫性破坏引起的。 1 型糖尿病患者的生存依赖于每日胰岛素替代治疗，尽管治疗取得了重大进展 (3)，但由于代谢危机和主要动脉粥样硬化血管事件风险增加 (4)，预期寿命显着降低。 慢性高血糖的所有并发症都可以通过严格的血糖控制来预防 (5)，但是，这会被严重低血糖的高风险所抵消，导致感知低血糖发作的能力降低，并在没有症状的情况下导致意识模糊和虚脱。警告，称为低血糖意识受损 (AIH)。 IAH 每年影响高达 25% 的 1 型糖尿病患者（全世界有 10-15 百万人）(6, 7)。 苏格兰大约有 30,000 人患有 1 型糖尿病，而且患病率还在增加 (8)。 反复低血糖伴有严重 IAH 的患者通常会出现血糖波动，可能适合进行胰岛移植 (5)。 在放射引导下通过门静脉将胰岛大量移植到肝脏中，使用无糖皮质激素的免疫抑制（“埃德蒙顿方案”）。 通常需要两次或更多次移植才能恢复胰岛素分泌，以充分控制葡萄糖浓度并恢复对低血糖的意识。

英国胰岛移植联盟 (UKITC)、苏格兰国家胰岛计划和胰岛移植后的人体测量变化

我们的移植项目是 UKITC 的七个项目之一；其他地点包括纽卡斯尔、牛津、伦敦（国王队、皇家自由队）、曼彻斯特和布里斯托尔。 英国的主要目标是降低低血糖的频率并恢复对低血糖的认识。 多学科团队会在移植前、移植时以及移植后对转诊患者进行深入评估。 在英国，从 2008 年 4 月到 2013 年 9 月，已有 76 名接受者进行了 96 次移植手术。 移植物存活率 >88%，定义为刺激的 c 肽 >100pmol/L（Fortisip 餐后 90 分钟），并且低血糖发生率显着降低：移植前与移植后、中位值（四分位数范围）：每年 21(7-79) 次与 0(0-1) 次低血糖发作，HbA1c 和胰岛素剂量显着减少（所有 p<0.01）(9)。 UKITC 队列中 1 年时的体重显着下降；移植前：平均值 (±SEM) 66.3(±1.2) 与 62.3(±1.1) 千克（p=0.001）。 与许多计划 (10) 一样，第一次移植后 3 个月功能达到峰值，通常不依赖胰岛素​​，但许多患者在移植后 1 年使用胰岛素时可能会出现不同程度的功能损耗，尽管处于与移植前相比剂量大大减少。 在苏格兰，我们对 29 名接受者进行了 47 次移植手术。 那些患有 1 型糖尿病且肾功能正常的患者在移植后（≥3<30 个月）接受过评估（n=14；6 名男性，8 名女性；年龄（范围：30-57 岁）；所有移植物都有功能。 胰岛移植后，我们观察到移植前和移植后的体重显着降低：中位数（四分位数间距）70.9(64.9-82.5) vs. 66.0(59.8-79.9)kg， p=0.01； BMI：26.2(24.4-28.6) 对比 24.5(22.2-26.1) 公斤/平方米，p=0.01；脂肪量百分比：30.0(21.2-35.2) 与 24.1(18.4-31.2)%， p=0.004；和腰围：85.5（77-89.7） 对比 77.5(73.5-88.3)cm， p=0.01。 通过 7 天饮食史评估的总热量摄入在移植前和移植后没有差异，分别为 1700(1581-1842) 和 1528(1319-1708) kcal，(p=0.09)， 尽管每周发生低血糖的频率（10（6-18）对 1（0-3））和低血糖的热量摄入减少了。 同时，HbA1c 改善了 p<0.001 (11)。

与我们的观察结果一致，先前已报道胰岛移植后一年内体重显着减少 4kg (10, 12)、腰围和体脂量，后者使用生物电阻抗测量，尽管没有显着变化移植后的热量摄入 (12)。 在后一项研究中，30 名受试者完成了所有评估，12 名受试者在最后一次收集数据时未使用胰岛素。 胰岛素使用减少了 10 倍，血糖控制得到改善。 调整混杂变量（包括外源性胰岛素剂量和胰高血糖素样肽-1 激动剂的使用）的回归分析证实了体重减轻与胰岛移植的关联。 值得注意的是，在这组胰岛移植接受者中，没有进行能量消耗测量，包括那些在肾移植后进行胰岛移植的患者服用了多种可能影响能量平衡的免疫抑制剂。 最近，同一小组发表了一项针对胰岛移植受者的回顾性研究，发现他们的 33 名接受者队列在移植后 3 年与移植前相比 BMI 有所降低 (13)。 通过开放式问卷评估的饮食习惯、热量摄入和活动在移植前和移植后没有显着改变。

我们假设继发于全身与门静脉胰岛素浓度比率降低的胰岛移植后能量消耗的其他组成部分增加。 可以这种方式调制的能量消耗成分包括 REE 和 PPT。

我们拟议的研究旨在使用连续 7 天称重食物日记的“黄金标准”(14, 15) 前瞻性评估能量摄入和食物选择，并评估胰岛移植前后能量消耗的多个组成部分与开始胰岛素泵的受试者具有相对较高的全身胰岛素浓度与门静脉胰岛素浓度比率的治疗以及具有正常葡萄糖耐量的对照受试者。

维持体重与能量摄入和能量消耗的关系

体重反映了食物摄入和能量消耗之间的平衡。 总能量消耗可分为三个主要部分：REE、PPT 和体力活动。 REE 可以定义为在热中性环境中测量的禁食状态下静止时的能量消耗。 PPT 或饮食诱导的产热是代谢率增加到 REE 以上； PPT 比 REE 表现出更多的人与人之间的差异 (16, 17)。 它是食物摄入后产生的能量，具有反映消化、吸收、相互转化和储存燃料所需能量的强制性成分，以及交感神经系统在其中起主要作用的兼性成分 (17)。 能量消耗的增加可能部分是由于葡萄糖储存为糖原的成本，但葡萄糖储存的测量成本通常远高于此，正是这种高于“强制性成分”的增量被称为“兼性生热” (18). 这种兼性成分可以影响食物热效应的 50%，并且可能存在较大的个体差异 (19, 20)。 对于久坐不动的生活方式，REE 占每日总能量消耗的 75% 至 80%，PPT 占 10% 至 15%，体力活动占 10% 至 15%。

能量消耗调节剂

受试者的瘦体重、甲状腺状态和蛋白质周转决定了 REE (21)。 我们和其他人已经表明，PPT 与处于 2 型糖尿病风险的人群中的胰岛素敏感性呈负相关 (22)。 PPT 可能会受到 β-肾上腺素能阻滞剂和其他药物的影响 (23, 24)。 胰岛素，一种已知的血管扩张剂，也可能影响能量消耗 (25)。 门静脉内移植的胰岛可能通过来自门静脉和肝动脉的支流 (26) 或仅来自肝动脉的支流 (27) 进行血运重建。 如果 PPT 增加是继发于门静脉和内脏循环中胰岛素浓度增加的胰岛移植的结果，则未经测试 (28)。 在过去 10 年中使用的诱导剂和免疫抑制疗法取得了很大进展，胰岛素独立率也有所提高 (29)。 我们的中心在诱导时使用单克隆抗体 alemtuzumab (30) 并使用钙调神经磷酸酶抑制剂他克莫司和霉酚酸酯进行维持性免疫抑制。 接受他克莫司治疗的肝移植患者 REE 减少，表明线粒体呼吸受到抑制 (31)，尽管在肝移植中，肝去神经支配会伴随自主神经功能障碍发生，这也可能会降低能量消耗 (32, 33)。 因此，免疫抑制疗法不太可能增加能量消耗，尽管肯定会对食欲和能量摄入产生负面影响 (34)。

肝脏脂肪酸氧化。

游离脂肪酸 (FFA) 在存在于全身的线粒体中被氧化，在肝脏、肌肉和心脏中浓度很高。 大多数方法测量全身脂肪酸氧化率，无法区分这些来源。 胰岛移植后肝脏脂肪氧化可能会发生改变，并可能影响肝脏胰岛素敏感性。 目前尚不清楚胰岛移植后肝脏脂肪氧化是否增加，这可以解释体重减轻。

肝脏中线粒体脂肪酸氧化的评估：

肝线粒体功能的评估受到侵入性和复杂技术的阻碍，这些技术通常缺乏特异性。 最近，使用稳定碳同位素的呼吸测试被提议作为一种安全、非侵入性和非放射性的方法来评估线粒体氧化能力。 Sodium13C-octanoate 可用作评估肝线粒体氧化功能，特别是 β-氧化途径的底物。 辛酸钠是一种中链脂肪酸，通过线粒体β-氧化代谢，产生乙酰辅酶A（acetyl Co-A）。 乙酰 Co-A 进入克雷布斯循环进行进一步氧化，导致产生可在呼气试验期间测量的 CO2 (35a)。

该提案的目的是了解观察到的体重减轻和脂肪量的机制。 没有研究以这种详细的方式前瞻性地检查一组胰岛移植前后和胰岛素泵治疗接受者的能量消耗。

详细调查计划：

假设：由于全身胰岛素浓度与门静脉胰岛素浓度的比率降低，胰岛移植与能量消耗增加有关。

目的是评估：

1. 人体测量指标：体重、腰围、皮褶厚度、使用空气置换体积描记法 (Bod Pod) 的身体成分。
2. 总能量摄入，包括治疗低血糖所需的过量能量摄入，使用 7 天称重食物日记、低血糖恐惧调查、Gold 和 Clarke 评分。
3. 使用加速度计的能量消耗的活动成分。
4. REE 和 PPT（使用膳食耐受性测试）和使用双标水的总代谢率 (TMR)。
5. 使用 13C 辛酸钠进行肝脂肪氧化。
6. 使用 MRS 和 MRI 检查肝脏脂肪、腹部皮下和内脏脂肪。

胰岛移植受者和胰岛素泵患者肝脏MRS和肝脏脂肪MRI；腹部皮下和内脏脂肪；血糖不稳定；使用连续血糖监测系统 (CGMS) 评估的低血糖频率；使用 Gold Score 和 Clarke Scores (35) 主观评估的低血糖意识，混合膳食耐受性测试将按照 UKITC 协议继续进行，包括移植前。 在葡萄糖耐量控制中，除 MR 成像研究、低血糖恐惧调查 (36)、Gold 和 Clarke 评分以及 CGMS 外，将进行上述所有操作。

研究设计 在胰岛移植计划中，接受者在移植前、移植后 1、3、6、12 个月和之后 6 个月接受评估。 移植或胰岛素泵受试者的调查将基于这些时间表。 具体来说，我们预计 3 个月时胰岛功能达到峰值。

我们的目标是招募 3 组参与者：在等待胰岛移植的 I 型糖尿病患者、在胰岛素泵治疗等候名单上的 I 型糖尿病患者，以及没有糖尿病（葡萄糖耐量）的对照组).

该研究包含 3 个部分，如下所述。 预计参与者将在每个时间点完成所有 3 个部分。 这 3 个部分在 5 个不同的时间点完成，总共 13 次访问：

以下访问是针对 1 型糖尿病患者的：

干预前以及干预后 1、3、6 和 12 个月。

• 干预前 4 周内有 3 次研究访问
• 干预后第 1 个月，2 周内有 2 次就诊
• 发明后第 3 个月，在 4 周内进行了 3 次访问
• 干预后第 6 个月，2 周内有 2 次就诊
• 干预后 12 个月，4 周内有 3 次就诊

糖尿病患者通常在每个时间点进行 1 次常规门诊就诊，这被描述为干预后正常随访的一部分。 其他访问将超出他们在干预后的常规随访，除了在干预后的第一个月，他们将每周进行一次随访。

葡萄糖耐量控制将只进行一组检查，这将涉及 4 周内的 3 次就诊。

干预前，3 和 12 个月

第1部分：

血液测试（FBC、LFTS、U&Es、凝血筛查、血脂谱、甲状腺功能、HbA1c、葡萄糖、移植后他克莫司水平）这大约是 18 毫升（3 ½ 茶匙）。 这是胰岛移植患者常规随访的一部分。

人体测量学 - 体重、腰围、小腿和手臂周长、皮肤褶皱厚度（包括二头肌、三头肌、肩胛骨、髂嵴和小腿）、使用空气置换体积描记法 (BODPOD) 的身体成分。 这些检查是特定于研究的，而不是常规随访的一部分。

还将安装连续葡萄糖监测 (CGMS) 设备和加速度计，以测量 7 天内的能量消耗。 参与者将在家中获得食物日记和一套体重秤，以记录这 7 天期间的食物摄入量（包括治疗低血糖所需的多余卡路里）。 CGMS 在糖尿病患者的随访期间经常使用。 葡萄糖耐量控制将不会安装 CGMS 或完成以下调查。

参与者将完成“对低血糖的恐惧调查”。 这是一份调查问卷，询问他们如何/是否改变他们的行为以避免低血糖，以及他们在不同情况下担心低血糖的频率。 还将使用特定的评分系统（Gold 和 Clarke 评分）询问参与者对低血糖的认识受损程度。

胰岛移植队列和泵治疗队列中的受试者将被要求前往临床研究成像中心，并对腹部进行磁共振扫描，包括肝脏和腹部脂肪。

第 2 部分（第 2 周）：

参与者将在一周后被邀请回来评估他们的静息能量消耗 (REE)。 在这次访问中，第 1 周的所有设备都将归还。 参与者将在抵达时称重，并将插管插入手臂。 将采集葡萄糖、胰岛素和 c 肽的血液样本（15 毫升）。 然后，参与者将获得“Fortisip 浓缩液”形式的“混合餐”，味道像奶昔。 他们在这顿混合餐后的能量消耗将通过称为间接热量计的设备测量两个小时，该设备是一种敞篷通风设备，可测量吸入的氧气量和呼出的二氧化碳量。 饭后消耗的能量称为餐后产热 (PPT)，代表饭后燃烧的卡路里。 同时，每 30 分钟采集一次血样，持续三个小时，以测量胰岛素、c 肽和葡萄糖水平（150 毫升）。 这是评估胰岛功能的金标准测试。

将对一定比例的参与者进行“双标水”研究。 参与者将在第二次访问时获得“双标水”饮用，将在饮用水之前收集尿样，然后他们将被指示在第 1、5、10 天和第 1、5、10 天在家中收集更多尿样14 此后，研究护士会在这段时间内定期给他们打电话。 样品将被储存在冰箱中的一个带拉链的袋子里，袋子装在一个塑料桶里，盖子紧紧贴合。

第 3 部分（第 4 周）：

参与者将在第 2 部分结束两周后被邀请回来进行特定研究访问。 将收集尿液样本。 将进行肝线粒体研究，这涉及参与者饮用含有 13C 辛酸钠的溶液，这是一种在食物中发现的脂肪酸。 然后，他们将被要求在两个小时（0、10、15、20、25、30、40、60、90 和 120 分钟）内间歇性地向袋子里吹气，以测量他们的肝脏如何处理脂肪酸以及他们是快速还是缓慢地“燃烧”它。

干预后1个月和6个月

只会进行血液测试、人体测量学、加速度计、称重食物日记和 CGMS。 胰岛移植接受者将进行临床混合膳食耐受性测试，以评估胰岛功能。 这些访问将与例行访问同时进行。