Bone marrow dysfunction in diabetes

Presupposti. Il diabete mellito (DM) aumenta il rischio cardiovascolare e ciò viene attribuito almeno in parte alla riduzione delle cellule vasculo-rigenerative di origine midollare. Infatti il midollo osseo contiene precursori per cellule endoteliali, muscolari lisce e cardiomiociti, che derivano da un progenitore CD34+. Dati recenti ottenuti da modelli sperimentali di diabete tipo 1 e tipo 2 indicano l’esistenza di difetti midollari che includono microangiopatia, neuropatia, alterazione dell’espressione genica e disfunzione della nicchia staminale. Obiettivi. Questo set di esperimenti ha avuto l’obiettivo di descrivere in dettaglio le alterazioni della funzione midollare nel diabete clinico e sperimentale. Metodi. Gli approcci metodologici sono diversificati e comprendono: 1) un trial di stimolazione midollare diretta con G-CSF ricombinante umano in pazienti con e senza diabete; 2) un’analisi di meta-regressione dei trials in cui il G-CSF è stato somministrato per indurre rigenerazione cardiovascolare in pazienti con e senza diabete; 3) lo studio della compartimentalizzazione delle cellule staminali/progenitrici nel midollo e nel sangue periferico, in relazione al diabete; 4) un modello animale per la definizione del ruolo di DPP-4 nel difetto di mobilizzazione midollare associato al diabete. Risultati. Parte 1: in risposta al G-CSF, le cellule CD34+ circolanti aumentavano significativamente nel paziente non diabetico, ma non nel diabetico, che mostrava anche una difettosa mobilizzazione di cellule ematopoietiche CD133+ e CD34+CD133+, nonché di cellule progenitrici endoteliali CD133+KDR+, indipendentemente dai possibili fattori confondenti. La capacità angiogenica in vivo delle cellule mononucleate aumentava significativamente dopo G-CSF nei soggetti diabetici ma non nei non diabetici, rispetto al basale. Il diabete risultava associato ad una incapacità di upregolare DPP-4 sulle cellule CD34+ in risposta al G-CSF. Parte 2: per la meta-regressione sono stati individuati 227 articoli, recuperati 96 e trattenuti 24 per l’analisi primaria. È stata identificata una forte correlazione negativa tra prevalenza del diabete all’interno di ogni trial e livello delle cellule CD34+ raggiunte dopo mobilizzazione con G-CSF (r=-0.68; p<0.0001). Una analisi di regressione multipla ha confermato che il risultato era indipendente da possibili fattori confondenti. In 13 articoli contenenti dati sui livelli di cellule CD34+ pre- e post-G-CSF, la correlazione negativa tra prevalenza del diabete e mobilizzazione appariva ancora più stretta (r=-0.82; p<0.0001). Parte 3: i livelli delle cellule CD34+ nel midollo e nel sangue periferico risultano essere direttamente correlati e la maggior parte delle cellule CD34+ erano di origine midollare, non proliferanti e non apoptotiche. Lo studio della compartimentalizzazione delle cellule CD34+ in 72 pazienti con e senza malattia cardiovascolare mediante l’uso delle mappe auto-organizzanti ha permesso di rilevare alterazioni della mobilizzazione in presenza di diabete ed elevato rischio cardiovascolare. Inoltre, un’elevata attività plasmatica di DPP-4 si associava ad alterata compartimentalizzazione delle cellule CD34+. In ratti diabetici rispetto ai controlli, l’attività di DPP-4 risultava significativamente aumentata nel sangue periferico e ridotta nel midollo osseo. Lo studio di ratti geneticamente deficienti dell’enzima DPP-4 ha permesso di stabilire che l’alterazione tessuto-specifica di DPP-4 nel diabete è responsabile del difetto di mobilizzazione post-G-CSF e post-ischemia. La delezione di DPP-4 ripristinava la mobilizzazione post-ischemica di cellule staminali ematopoietiche e progenitrici endoteliali e favoriva il recupero del tessuto ischemico nel diabete. Conclusioni. Diversi tipi di evidenze sperimentali indicano chiaramente che il diabete induce un difetto nella mobilizzazione delle cellule staminali/progenitrici midollari. Questo difetto primitivo del midollo osseo nel diabete è correlato ad una disregolazione tessuto-specifica dell’attività dell’enzima DPP-4