Institut für Klinische DiabetologieDeutsches Diabetes-Zentrum an der Heinrich-Heine-Un iversität

Leibniz-Zentrum für DiabetesforschungKlinik für Endokrinologie und Diabetologie

Universitätsklinikum Düsseldorf

Diabetische Neuropathie: Auf gewundenen Pfadenvon der Früherkennung zur Intervention

Dan Ziegler

Heinzeinzeinzeinz----Bürgerürgerürgerürger----Büsingüsingüsingüsing----StiftungStiftungStiftungStiftung

Jahrestagung der ArbeitsgemeinschaftDiabetologie undEndokrinologieRheinland-Pfalz e. V.

Mainz, 07.02.2015

Auf gewundenen Pfaden von der Früherkennung zur Intervention

?

?

?

?

?

?

??

Nerven-struktur

Periphere/autonomeFunktion

Biomarker

Screening

KleineFasern

Große Fasern

?

?

Neuropathie ist Prädiktor für kardiovaskuläreErkrankungen bei Typ 2 Diabetes

Brownrigg et al., Heart 2014; 100:1837-43

Kombinierter Endpunkt(kardiovaskuläre Erkrankungen):• Myokardinfarkt• Koronare Revaskularisation• Herzinsuffizienz• Schlaganfall, TIA

HR 1.78 (1.37-2.32; p<0.001)

DPN+

DPN-

Primärversorgung, UKFollow-up: 30 MonateDPN: 10 g-Monofilament ↓

5,5

14,8

23,9

16,1

22,0

0

5

10

15

20

25

30

%

Häufigkeit der Polyneuropathiebei Prädiabetes und Diabetes

MONICA/KORA Augsburg Survey F4 (Alter: 61-72 J., n= 1100)

NGT = normale Glucosetoleranz

i-IFG = isolierte gestörte Nüchternglucose

i-IGT = isolierte gestörte Glucosetoleranz

Abnahme der Vibrations- und/oder Druckempfindung

Bongaerts et al., Diabetes Care 2012; 35: 1891-3

i-IFG i-IGT IFG+IGT DM neu DM bekanntn=55 n=183 n=46 n=62 n=177

100

89 91

100

77

0102030405060708090

100

Ant

wor

t: N

ein

(%)

i-IFG i-IGT IFG+IGT DM neu DM bekanntn=55 n=183 n=46 n=62 n=177

Menschen mit Prädiabetes und Diabetes wissenhäufig nicht, dass sie eine Polyneuropathie haben

MONICA/KORA Augsburg Survey F4 (Alter: 61-72 Jahre; n=1100)

i-IFG = isolierte gestörte Nüchternglucose

i-IGT = isolierte gestörte Glucosetoleranz Bongaerts et al., Diabetes Care 2013; 36: 1141-6

% mit PNP6% 15% 24% 16% 22%

Frage: Hat Ihnen jemals ein Arzt gesagt, dass Sie an einer Nervenschädigung(Neuropathie, Polyneuropathie bzw. diabetischen Fuß ) leiden?

4,5

8,1

5,9

11,4 11,7

17,5

0

3

6

9

12

15

18

21

24

%

Kardiale autonome Dysfunktion: ≥2 of 4 HRV-Parametern (4 Domänen) reduziert

NGT = Normale Glucosetoleranz

i-IFG = Isolierte gestörte Nüchternglucose

i-IGT = Isolierte gestörte Glucosetoleranz

HRV = Herzratenvariabilität

• Zeitbereich: Renyi Entropie ( α=4)• Frequenzbereich: Power-Spektrum ( ∑)• Symbolic dynamics: SD der Wortsequenz• Poincaré -Plot: SD1 kurze Achse

NGT i-IFG i-IGT IFG+IGT DM neu DM bekanntn=565 n=336 n=72 n=151 n=78 n=130

*

*P<0.05 vs NGT

*

**

Ziegler et al., Diabetologia 2015, in press

5 min

KORA S4 Studie (n=1.332)

Screening-Score für kardiale autonome Neuropathie

Screening-ScoreRMSSD

<2,5. Percentileß P-Wert

• Herzfrequenz (Puls/min) 0.130 <0.001• Hypertonie 0.837 0.001• Serum -Kreatinin (mg/dl) 0.587 0.008• Med. mit neg. Einfluss auf HRV -0.155 0.752• BMI (kg/m²) -0.026 0.365• Rauchen -0.139 0.731

RMSSD = Root mean square of successive differences

Ziegler et al., Diabetologia 2015, in press

KORA S4 Studie (n=1.332)

Intercept: -10.70; AUC: 0.86

08.02.2015 SYDNEY Study Group NeuroDiab 2001, Aberdeen

8

Oxidativer Stress durch Superoxid (O 2-)-Überproduktion ist ein wichtiger initialer Mechanismus in der Pathogenese der diabeti schen Neuropathie

Modifiziert nach Ziegler & Bierhaus, DMW 2007; 132: 1043-7

Methyl-glyoxal

Superoxid ist ein Prädiktor für die Abnahme der sen siblen Nervenleitgeschwindigkeit (N. medianus) über 6 Jahr e

R² = 0.272; p=0.068 für Modell

Multiple lineare Regressionsanalyse

Ziegler et al., Acta Diabetologica 2014 Jun 5. [Epub ahead of print]

ß P-Wert

Plasma-Superoxid (mV) -0.997 0.036

Alter (Jahre) 0.018 0.864

Geschlecht -0.899 0.716

BMI (kg/m²) 0.553 0.075

Diabetesdauer (Jahre) 0.197 0.194

∆HbA1c (%) -0.692 0.420

∆Albuminurie (µg/min) -0.009 0.184

Hypertonie 3.290 0.252

Deutsche Diabetes-Studie: Systemischer oxidativerund Carbonyl-Stress bei kürzlich entdecktem Diabetes

Extrazelluläre SOD3 Glutathion (GSH)

TBARS Methylglyoxal (MG)

TBARS = Thiobarbituric acid reactive substances

Deutsche Diabetes-Studie (DDS): Reduktion der extrazellulären SOD3-Level bei Polyneuropathie

Diabetesdauer (Mo) 6.7 ± 0.3

HbA1c (%) 6.8 ± 0.1

Diabetesdauer (Mo) 5.6 ± 0.2

HbA1c (%) 6.5 ± 0.1

Hautbiopsie

Kontrollperson NeuropathieVerlust von Nervenfasern

Ziegler, Textbook of Diabetes, 4th Edit., 2010

Strom et al., Diabetes 2014; 63: 1148-53

Deutsche Diabetes Studie: Abnahme der intraepidermalen Nervenfasern bei Teilnehmern mit Typ 2 Diabetes

Kontrollpersonen Typ 2 Diabetes

Strom et al., Diabetes 2014; 63: 1148-53

Kontrollperson

Typ 2 Diabetes

Deutsche Diabetes-Studie: Abnahme der epidermalen Langerhans-Zellen bei Teilnehmern mit Typ 2 Diabetes

Anzahl der Langerhans-Zellenin der Epidermis

Ziegler et al., EASD 2014

Deutsche Diabetes-Studie: Dermale Überexpression der mitochondrialen SOD2 bei kürzlich entdecktem Typ 2 DM

Kürzlich entdeckter Typ 2 DM

Grün: SOD2Blau: Zellkern

Kontrollperson

ImmunfluoreszenzSOD = Superoxid-Dismutase

Ziegler et al., Diabetologia 2014, 57, Suppl 1, S111

0.16

Control (n=51) Type 2 DM (n=69)

0.26

Mittlere Diabetes-dauer: 1 Jahr

Superoxid-Dismutase (SOD)2-Fläche

Deutsche Diabetes-Studie: Dermale Überexpression der mitochondrialen SOD2 bei kürzlich entdecktem Typ 2 DM

SO

D2-a

rea

(%

)

β = 0.321; P = 0.009 nach Adjustierungfür Alter, Geschlecht und BMI

SOD2- Fläche vs Diabetesdauer

SO

D2-a

rea (

%)

SOD2-Fläche vs LF/HF-Quotient

LF = NiederfrequenzbandHF = Hochfrequenzbandder HRV-Spektralanalyse

Deutsche Diabetes-Studie: Dermale Endothel-zellfläche korreliert invers mit Diabetesdauer

Endothelzellfläche(CD31-Färbung)

Endothelzellflächevs Diabetesdauer

Ziegler et al., Diabetologia 2014, 57, Suppl 1, S111

ß P-Wert

IL-1 RA (pg /ml) 0.21 0.034

IL-6 (pg/ml) 0.13 0.035

IL-18 (pg/ml) 0.09 0.375

MONICA/KORA Augsburg Survey F4 (n=1047)

Assoziation zwischen Polyneuropathie (MNSI-Score) und systemischen pro-/anti-inflammatorichen Prozessen

Adjustiert für Alter, Geschlecht, Taillenumfang, Größe, Hypertonie, Cholesterin, Rauchen, Alkoholkonsum, körperliche Aktivität, anamnestisch Myokardinfarkt und/oder Schlaganfall, neurologische Erkrankungen,die zu Nervenschäden führen können, Einnahme von NSAID

IL-1β (pro-inflammatorisch) →→→→ ⇑⇑⇑⇑ IL-1 Rezeptor-Antagonist (RA) →→→→ ⇓⇓⇓⇓ IL-1β R

Herder et al., Diabetes Care 2013; 36: 3663-3670

In vivo konfokaleMikroskopie der Hornhaut (CCM)

Kontrollperson

Hornhaut-Mikroskopie

Neuropathie

Ziegler et al., Diabetes, published ahead of print February 26, 2014

Deutsche Diabetes Studie: Abnahme der Nervenfasernin der Hornhaut bei Teilnehmern mit Typ 2 Diabetes

Ziegler et al., Diabetes, published ahead of print February 26, 2014

Typ 2 Diabetes (n=86)Kontrollpersonen (n=48)

Nervenfaserlänge Nervenfaserdichte

Hornhaut-MikroskopieInternationale Normwert-Datenbasis (n=343)

Tavakoli et al., Diabetes Care 2015, Jan 29. pii: dc142311. [Epub ahead of print]

Nervenfaserdichte (CNFD) Nervenastdichte (CNBD)

Früherkennung

NLG

HRV

IENFD

QST

CCM

Auf gewundenen Pfaden von der Früherkennung zur Intervention

Bio-marker?

Früherkennung

NLG

HRV

IENFD

QST

CCM

Bio-marker?

Neuropathie

Auf gewundenen Pfaden von der Früherkennung zur Intervention

Diabetes-einstellung

Lifestyle/Multi-faktorielle

Intervention

Symptomatische

Schmerz-

therapie

Pathogenetisch

begründete

Therapie

Therapie der

diabetischen

Neuropathie

Ges

iche

rte

Pol

yneu

ropa

thie

(%

)

Jahre nach Diagnose des Typ 1 DiabetesZiegler et al., BMJ Open, in revision

Prävention der Polyneuropathie bei guter Diabetesei nstellungüber 24 Jahre nach Diagnose des Typ 1 Diabetes

Gruppe 1 (HbA1c [Jahr 1-24] <7,0 (6,5 ±±±±0,1)%Gruppe 2 (HbA1c [Jahr 1-24] ≥≥≥≥7,0% (8,3±±±±0,2)%

Pankreas-/Nierentransplantation bei Typ 1 DiabetesAnstieg der Nervenfaserdichte der Hornhaut nach 1 Jahr

Tavakoli et al., Diabetes 2013; 62: 254-60

Vor Transplantation

1 Jahr

Kein Effekt der intensiven Diabetestherapie auf die Entwicklungund Progression der Polyneuropathie bei Typ 2 Diabetes

Boussageon et al., BMJ 2011;343:d4169 doi: 10.1136/bmj.d4169

Intervention Design Outcome Zitat

αααα-Liponsäure(NATHAN 1)

4 Jahre PC600 mg p.o., n=460

NIS-LL+7 ↔↔↔↔NIS-LL ↑↑↑↑, NIS ↑↑↑↑NLG ↔↔↔↔

Ziegler et al., Diabetes Care, 2011

αααα-Liponsäure(SYDNEY 2)

5 Wochen PC600-1800 mg p.o., n=181

TSS ↑↑↑↑NIS ↑↑↑↑

Ziegler et al., Diabetes Care, 2006

αααα-Liponsäure(Meta-Analyse)

3 Wochen 4 PC RCTs600 mg i.v., n=1.258

TSS ↑↑↑↑NIS ↑↑↑↑, NIS-LL ↑↑↑↑

Ziegler et al.,Diabetic Med, 2004

Actovegin 24 Wochen PCi.v. → p.o., n=567

TSS ↑↑↑↑VPT ↑↑↑↑

Ziegler et al., Diabetes Care, 2009

↑ Verbessert vs Placebo, ↔ Kein UnterschiedPC = Placebo-kontrolliert, TSS = Total Symptom Score, NLG = Nervenleitgeschwindigkeit NIS-LL = Neuropathy Impairment Score of the Lower Limbs, VPT = Vibrationsschwelle

Pathogenetisch begründete Therapie der DPN

20

25

30

35

40

45

%

αααα-Liponsäure 600 mg/Tag (n=219)Placebo (n=210)

NATHAN 1-StudieAnsprechen vs Progression des NIS-LL nach 4 Jahren

AnsprechenNIS-LL ≥≥≥≥ -2 Pkte.

UnverändertNIS-LL > -2 to < +2

ProgressionNIS-LL ≥≥≥≥ +2 Pkte.

P=0.025

35.6

29.0

36.2 34.8

40.2

24.2

Ziegler et al., Diabetes Care, 2011; 34: 2054-60

Intervention Design Outcome Zitat

Lacosamid(Antikonvulsivum)

18 Wochen PC, n=357

Schmerzen ↔↔↔↔ Ziegler et al.,Diabetes Care, 2010

Duloxetin(SNRI)

12 WochenPC, gepoolt (3) n=1.024

Schmerzen ↑↑↑↑ Ziegler et al.,Diabetes Care, 2007

Muskelstimulation(„Hochtontherapie“)

1 Wochevs TENS, n=40

Symptome ↑↑↑↑ Reichstein et al., Diabetologia, 2005

Nervenstimulation(„FREMS“)

3 WochenCross-overPC, n=31

Schmerzen ↑↑↑↑SensorischeFunktion ↑↑↑↑

Bosi et al.,Diabetologia, 2013

Symptomatische Therapie neuropathischer Schmerzen

↑ Verbessert vs Placebo, ↔ Kein UnterschiedPC = Placebo-kontrolliertFREMS = Frequency-modulated electromagnetic neural stimulation

Intervention

αααα-Lipon-säure?

Acto-vegin?

TZASNRI

Opioide

αααα2δδδδ-Liganden

Benfo-tiamin?

Auf gewundenen Pfaden von der symptomatischen zur pathogenetischen Therapie

M. Behler S. Allgeier B. BongaertsJ. Brüggemann R. Guthoff T. FlemingS. Püttgen B. Köhler K. KaulB. Ringel C. Meisinger G. LauriaM. Schroers-Teuber A. Voss R. A. MalikA. Strom K. Winter P. NawrothI. Ziegler A. Zhivov N. Papanas

Deutsche Diabetes-Studiengruppe, DüsseldorfGDS Steering Committee: H. Al-Hasani, A.E. Buyken, G. Geerling, J. Eckel, C. Herder, A. Icks, J. Kotzka, O. Kuß,E. Lammert, J. Lundbom, K. Müssig, P.J. Nowotny, W. Rathmann, J. Szendroedi, D. Ziegler, M. Roden (PI)

Vielen Dank

Patienten & ProbandenMitarbeiter & Kooperationspartner & Förderinstitutionen

Deutsche Diabetes-Studie (DDS): ExtrazelluläreSOD3-Level nehmen nach 2 Jahren weiter ab

Typ 1 Diabetes Typ 2 Diabetes

PGP 9.5 and GAP-43 Immunhistochemie

PGP 9.5 GAP-43

Merged

Ziegler et al., unpubliziert

PGP 9.5/GAP-43positive fiber ratio

DSPN is a chronic symmetrical, length -dependent sensorimotor polyneuropathyattributable to metabolic and microvesselalterations as a result of chronic hyperglycemia exposure (diabetes)and cardiovascular risk covariates.

Diabetic sensorimotor polyneuropathy (DSPN)

Case definition

Tesfaye et al., Diabetes Care 2010; 33: 2285–2293

Ligation of RAGE suppresses cellulardetoxifying mechanisms: glyoxalase-1

Modified from Bierhaus & Nawroth, Diabetologia 2009; 52: 2251–2263

Transcription factorp65 is encoded bythe REL A gene

Methyl-glyoxal ↑↑↑↑

Ziegler et al., Acta Diabetologica 2014Jun 5. [Epub ahead of print]

*Coefficient of variation at rest (1 st Q. vs 2 nd - 4th Q.)

Plasma superoxide predicts deterioration inheart rate variability (HRV)* over 6 years

OR ( 95% CI) P value

Superoxide anion (mV) 1.63 (1.09-2.44) 0.017

Age (years) 0.89 (0.80-0.99) 0.032

Male sex 13.61 (1.38-134.11) 0.025

BMI (kg/m²) 1.00 (0.75-1.31) 0.973

Diabetes duration (years) 1.03 (0.91-1.15) 0.678

Change in HbA1c (%) 1.78 (0.80-3.93) 0.158

Albuminuria (µg/min) 0.99 (0.97-1.00) 0.329

Change in albuminuria (µg/min) 1.00 (0.99-1.01) 0.949

Hypertension (mmHg) 3.58 (0.33-38.43) 0.293

German Diabetes Study: CCM in recently diagnosed T2D

Ziegler et al., Diabetes, 2014; 63: 2454-2463

Diabetes duration: 2.1 ±±±±1.8 years

1 3 5 7

CAN

4.33

DIAD Study: Polyneuropathy and cardiac autonomicneuropathy (CAN) predict cardiac death/MI over 5 ye ars

Young et al., JAMA 2009; 301: 1547-55

Routine screening for CVD in asymptomatic type 2 di abetic patientsPrimary endpoint: cardiac death or non-fatal myocar dial infarction

NeuropathicPain

2.36

Adjusted HR (95% CI)

Event / No event

17 (53%) / 228 (21%)

9 (28%) / 127 (12%)

7 (22%) / 122 (11%)

Absentsensation

2.83

Oral benfotiamine plus αααα-lipoic acid normalisescomplication-causing pathways in type 1 diabetes

Du, X. et al., Diabetologia 2008; 51: 1930–1932

αααα-Lipoic acid : 600 mg bidBenfotiamine: 300 mg bid

Serum Angiopoietin-2

Intracellular N-acetylglucosamine-modified protein (GlcNAc) in monocytes

Serum 6-keto-PGF1 αααα

Hexosamine pathway activity

EC prostacyclin synthase

Marker of ↑↑↑↑ EC methylglyoxal

MONICA/KORA Augsburg Survey F4 (n=1047)

Association between painful DSPN and systemic subclinical and vascular inflammation

Herder et al., Diabetes Care 2015; 38: 91-6

Prevalence of CCM measures <2.5th centile of contro l persons in recently diagnosed Type 2 diabetic patie nts

Ziegler et al., Diabetes, 2014; 63: 2454-2463

Corneal nerve fiber length (NFL) vs INFDin recently diagnosed T2D patients

Ziegler et al., Diabetes, 2014; 63: 2454-2463

5th centile

Normal range

Abnormalrange

5th

cent

ile

CNFL: 17%IENFD: 14%

r=0.055; p=0.645; n=72

NF

L

Pla

sma

O2_

(cpm

)

0

1

2

3

4

5

6

7

*p<0.05 vs Control+p<0.05 vs PNP-/CAN-

*

Control n=85

PNP-CAN-n=62

PNP+CAN-n=105

PNP+CAN+n=22

**

+

+

Increased plasma superoxide anion generation isrelated to the severity of diabetic polyneuropathy (PNP)

Ziegler et al., Diabetes Care 2004; 27: 2178-83CAN = Cardiovascular autonomic neuropathy

German Diabetes Study (GDS): Systemicmethylglyoxal in recently diagnosed diabetes

Lower methylglyoxal concentrations in subjects with DSPN

Ziegler et al., unpublizierte Daten

Ziegler et al., unpublished observations

German Diabetes Study (GDS): Baseline SOD3 levels predict changes in ulnar MNCV over 2 years

MNCV = Motor nerve conduction velocity

0 50 100 150-20

-10

0

10

20

SOD3 baseline (ng/ml)

∆Uln

ar M

NC

V (

m/s

)

r = 0.395P = 0.0003

Take Home Messages (I)

� Painful neuropathy is relatively frequent in IGTas compared with NGT (and IFG).

� CVD risk factors (obesity, low physical activity)are associated with DPN and CAN, while peripheralarterial disease is a major comorbidity of DPN.

� A broad spectrum of abnormalities in the somato-sensory, autonomic, and central nervous system canbe detected at the time of diagnosis of type 1 andtype 2 diabetes.

� Small and large nerve fiber alterations develop inparallel in both type 1 and type 2 diabetes.

� Near-normoglycemia maintained from the time ofdiagnosis of type 1 diabetes may completely preventthe development of DPN and CAN over 24 years andstabilizes nerve dysfunction at later stages.

� Early detection of incipient nerve dysfunction and adequate consideration of associated risk factors and comorbidities should open up new strategies to prevent the clinical manifestations of neuropathies in diabetes and prediabetes.

Take Home Messages (II)

� Plasma markers of oxidative stress (superoxide anion) predict the development and progression of DPN and CAN over 6 years.

Conclusions

� The predictive value and usefulness of the novelmarkers as surrogate endpoints in clinical trials remainto be established in long-term prospective studies.

� Diabetic neuropathy is a predictor of cardiovascularmorbidity and mortality, and its prevalence is increasedeven in prediabetes.

� Recently diagnosed diabetic subjects show an early lossof epidermal nerve fibers, Langerhans cells and corne alnerve fibers as well as evidence of systemic oxidative and carbonyl stress and inflammation.

Manifestationen kardialer Erkrankungen bei Diabetes

� Koronare HerzkrankheitMyokardinfarkt

� Diabetische Herzmuskelerkrankung(„Diabetische Kardiomyopathie ““““)

� Kardiale autonome diabetische Neuropathie (KADN)

Reduzierte Herzfrequenzvariabilität (HRV): Ein früher Marker der KADN