Diabetes mellitus ist eine Stoffwechselerkrankung charakterisiert durch eine chronische Hyperglykämie als Resultat einer fehlenden Insulinsekretion, einer gestörten Insulinwirkung oder von beidem. Eine eindeutige Zuordnung der Diabetesform ist für Betroffene von hoher prognostischer und therapeutischer Relevanz.
Diabetes mellitus ist eine Stoffwechselerkrankung charakterisiert durch eine chronische Hyperglykämie als Resultat einer fehlenden Insulinsekretion, einer gestörten Insulinwirkung oder von beidem (WHO und IDF 2006).
Diagnostische Kriterien des Diabetes mellitus bei Kindern und Jugendlichen
Die Diagnose eines Diabetes mellitus basiert auf der Bestimmung der Glukosekonzentration im Blut und der Präsenz von klinischen Symptomen wie Polyurie, Polydipsie und/oder Gewichtsverlust.
Die vom Expert Committee on the Diagnosis and Classification of Diabetes Mellitus (2014) vorgeschlagenen Kriterien für die Diabetesdiagnose sind wie folgt:
Typische Symptome und eine Plasmaglukosekonzentration von ≥200 mg/dl (11,1 mmol/l) unabhängig vom Zeitpunkt der Nahrungsaufnahme.
Nüchtern-Plasmaglukose ≥126 mg/dl (7,0 mmol/l) Als nüchtern ist eine Phase ohne jegliche Kalorienzufuhr für mindestens 8 h definiert.
Ein 2-h-Plasmaglukosewert von ≥200 mg/dl (11,1 mmol/l) im oralen Glukosetoleranztest (oGTT) durchgeführt nach den Vorschriften der Weltgesundheitsorganisation (WHO). Dem Belastungstest sollte in jedem Fall eine mindestens dreitägige Phase isokalorischer, normal kohlenhydrathaltiger Ernährung vorausgehen. Die Glukosebelastung erfolgt nach Verabreichung von 1,75 g/kg KG einer Oligosaccharidlösung (maximal 75 g, Dextro-OGT, 25 %, Fa. Boehringer-Mannheim), die innerhalb von 3–5 min getrunken werden muss.
HbA1c >6,5 % (48 mmol/mol) (HbA1c unter diesem Wert schließt das Vorliegen eines Diabetes mellitus nicht aus, International Expert Committee 2009).
Jedes der obigen Kriterien muss am folgenden Tage durch eine weitere Untersuchung bestätigt werden, wenn nicht eine deutliche Hyperglykämie mit typischen klinischen Symptomen vorliegt.
Der oGTT ist für die Routinediagnostik bei Kindern und Jugendlichen mit typischer Anamnese einer Polyurie, Polydipsie und/oder Gewichtsabnahme sowie einem Gelegenheitsblutzucker ≥200 mg/dl (11,1 mmol/l) entbehrlich.
Gestörte Glukosetoleranz und gestörte Nüchternglykämie
Gestörte Glukosetoleranz („impaired glucose tolerance“, IGT) und gestörte Nüchternglykämie („impaired fasting glucose“, IFG) stellen Zwischenstadien in der Entwicklung eines gestörten Kohlenhydratstoffwechsels vom Stadium der normalen Glukosehomöostase bis zum Diabetes mellitus dar. Gestörte Glukosetoleranz und gestörte Nüchternglykämie repräsentieren zwei verschiedene Abnormalitäten der Glukoseregulation. Eine gestörte Nüchternglykämie signalisiert Abnormalitäten der basalen Glukoseregulation, eine gestörte Glukosetoleranz hingegen inadäquate postprandiale Insulinsekretion und/oder -wirkung nach standardisierter Glukosebelastung.
Man spricht von einer gestörten Glukosetoleranz, wenn die 2-h-Plasmaglukosekonzentration im oralen Glukosetoleranztest (oGTT) zwischen 140 und 199 mg/dl (7,8–11,0 mmol/l) liegt, und von einer gestörten Nüchternglykämie, wenn der Nüchtern-Plasmaglukosewert 100–125 mg/dl (5,6–6,9 mmol/l) beträgt. Bei Letzterer wird eine Nüchternphase von mindestens 8 h vorausgesetzt.
Personen, die die Kriterien einer gestörten Glukosetoleranz oder einer gestörten Nüchternglykämie erfüllen, können unter normalen Alltagsbedingungen euglykämisch sein und normale oder leicht erhöhte HbA1c-Werte aufweisen. Personen mit einer gestörten Glukosetoleranz können nur im Rahmen einer Glukosebelastung mittels oGTT eine Hyperglykämie manifestieren.
Personen mit gestörter Glukosetoleranz oder Nüchternglykämie haben ein sehr hohes Risiko, einen Diabetes mellitus zu entwickeln (WHO und IDF 2006). Deswegen werden diese Stadien auch als Prädiabetes bezeichnet und können in der Entwicklung aller Diabetesformen auftreten.
Klassifikation des Diabetes
Die Differenzierung zwischen den verschiedenen Diabetestypen (Diabetes mellitus Typ 1, Diabetes mellitus Typ 2, syndromaler oder monogener Diabetes etc.) hat besondere Bedeutung sowohl für die Therapie als auch für die Schulung und Beratung der Patienten und ihrer Familien. Unabhängig jedoch vom Diabetestyp muss bei jedem Kind mit deutlicher Hyperglykämie, Dehydratation und metabolischer Entgleisung im Sinne einer Ketoazidose zunächst eine Insulintherapie begonnen werden.
Diabetes mellitus Typ 1 ist die häufigste Diabetesform im Kindes- und Jugendalter. Das Vorhandensein weiterer klinischer oder anamnestischer Besonderheiten wie
autosomal-dominant auftretender Diabetes in der Familienanamnese,
Diabetesmanifestation in den ersten 6 Lebensmonaten,
Symptome wie Schwerhörigkeit, Optikusatrophie, urogenitale Anomalien oder syndromale Charakteristika,
lang anhaltende Remissionsphase mit minimalem exogenen Insulinbedarf oder
Einnahme von Medikamenten, die eine toxische Wirkung auf die Betazelle oder eine Insulinresistenz verursachen können,
sollte auch an weitere Diabetesformen bei diesen jungen Patienten denken lassen.
Die ätiologische Klassifikation des Diabetes mellitus wird in folgender Übersicht aufgelistet.
Diabetes mellitus Typ 1 (Betazelldestruktion, normalerweise zu absolutem Insulinmangel führend)
A.
Immunvermittelt
B.
Idiopatisch
II.
Diabetes mellitus Typ 2 (variiert von vorwiegender Insulinresistenz mit relativem Insulinmangel bis zu einem vorwiegenden Defekt der Insulinsekretion mit Insulinresistenz)
III.
Andere spezifische Typen
A.
Genetische Defekte der Betazellfunktion, monogenetische Diabetesformen
Der Diabetes mellitus Typ 1 (T1D), auch insulinabhängiger Diabetes mellitus genannt, entsteht durch die Zerstörung der insulinproduzierenden Betazellen der Langerhans-Inseln des Pankreas im Rahmen einer chronischen Entzündung und macht ca. 5–10 % aller Diabetesfälle aus (Gillespie 2006). Der Diabetes mellitus Typ 1 kann in allen Altersgruppen auftreten, hauptsächlich jedoch bei Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen.
Die Ursache der chronischen Entzündung der Langerhans-Inseln der Bauchspeicheldrüse ist bisher nur teilweise bekannt. Neben genetischen Faktoren scheinen Umweltfaktoren, vor allem Ernährung und Infektionen, eine wesentliche Rolle bei der Entstehung des Autoimmunprozesses zu spielen. Mehr als 40 verschiedene Genloci sind mit Diabetes mellitus Typ 1 assoziiert (Noble und Erlich 2012). Viele davon spielen bei der Immunantwort eine wichtige Rolle. Den weitaus größten Einfluss haben Gene der MHC-Region („Major Histocompatibility Complex“), insbesondere HLA-DR und HLA-DQ. Die Genotypen HLA-DR3-DQ2/DR4-DQ8 und HLA-DR4-DQ8/DR4-DQ8 sind mit dem höchsten Diabetesrisiko assoziiert (Achenbach et al. 2005). Die bedeutendsten Nicht-MHC-Gene sind das Insulingen INS VNTR (Bennet et al. 1997) und PTPN22 (Rich et al. 2009).
Als Umweltfaktoren werden virale Infekte (Coxsackie-B, CMV, Enteroviren, Röteln, Influenzae etc.) sowie Ernährungsfaktoren wie kurze Stilldauer, Kuhmilchexposition in den ersten Lebensmonaten, Nitrat-, Nitrit- und Nitrosaminverbindungen in der Nahrung oder niedrige Vitamin-D-Konzentration sowie perinatale Determinanten (höheres Alter der Mutter, Sectio caeserea, AB0-Inkompatibilität) diskutiert. Der protektive Effekt einer kuhmilchproteinfreien Ernährung in der ersten Lebensmonaten konnte im Rahmen des „Trial to Reduce IDDM in Genetically at Risk“ (TRIGR) nicht bestätigt werden. Die Vorstellungen über die ätiopathogenetische Wirkung von Virusinfektionen variieren sehr:
a.
Viren infizieren die Betazellen direkt und zerstören sie;
b.
Viren induzieren in den Betazellen die Expression von Antigenen, die das Immunsystem als fremd erkennt. Die autoimmunologische Zerstörung der Betazellen wird dadurch gestartet;
c.
Betazellen und Viren exprimieren im Sinne einer „molecular mimicry“ ähnliche Antigene. Das Immunsystem zerstört neben Viren auch Betazellen (Beispiel: die Sequenzhomologie zwischen Glutamatdecarboxylase(GAD)-Proteinen der Betazellen und Proteinen des Coxsackie-B4-Virus) oder
d.
Viren aktivieren MHC-Gene, sodass Klasse-II-MHC-Proteine exprimiert werden, die die autoimmunologische Zerstörung der Betazellen induzieren.
Der Autoimmunprozess, dem die Entstehung des Diabetes mellitus Typ 1 zugrunde liegt, läuft über einen langen Zeitraum vor der klinischen Manifestation der Erkrankung ab (Abb. 1). Die Geschwindigkeit der Reduktion der Betazellmasse ist individuell sehr unterschiedlich. Bei Kleinkindern und präpubertären Kindern ist dieser Ablauf meist rapid, bei Erwachsenen eher langsamer.
Abb. 1
Schematische Darstellung der Entstehung eines Diabetes mellitus Typ 1. Bei Patienten mit einer genetischen Prädisposition triggert ein Umweltinsult eine immunvermittelte chronische Entzündung der Betazellen in den Langerhans-Inseln des Pankreas. Im Laufe der Zeit nimmt die T-Zell-Infiltration im Bereich der Inseln (Insulitis) zu, während die Insulinproduktion abnimmt. Erst wenn die Betazellmasse weniger als ca. 15 % der Norm beträgt, kommt es zu der klinischen Manifestation der Erkrankung mit dauerhafter Hyperglykämie und den typischen Symptomen der Polyurie und Polydipsie. oGTT oraler Glukosetoleranztest
×
Erst wenn die Insulinproduktion weniger als ca. 15–20 % der Norm ist, kommt es zur klinischen Manifestation des Diabetes mellitus mit Hyperglykämie und den typischen Symptomen der Polyurie und Polydipsie.
Bei Kindern und Jugendlichen kann zu diesem Zeitpunkt bereits eine Ketoazidose vorliegen. Bei manchen Patienten tritt erst eine moderate Nüchtern-Hyperglykämie auf, die aber im Rahmen einer Infektion oder einer Stresssituation rasant zu einer Hyperglykämie mit oder ohne Ketoazidose führen kann. Meist bei Erwachsenen kann die residuale Betazellfunktion über mehrere Jahre so aufrechterhalten werden, dass durch die noch vorhandene Insulinrestsekretion eine Ketoazidose vermieden werden kann.
Der Diabetes mellitus Typ 1 wird unterteilt in den dominierenden immunvermittelten und den idiopathischen (2014). Beim immunvermittelten Diabetes wird das Ausmaß der Zellschädigung durch spezifische Autoantikörper angezeigt, die im Rahmen der Autoimmunreaktion gegen verschiedene Substanzen und Strukturen der pankreatischen Betazelle gebildet werden (Achenbach et al. 2004). Diese sind Antikörper gegen das eigene Insulin (Insulinautoantikörper), die Glutamic acid decarboxylase 65 (GAD65), das Insulinoma-assoziierte Antigen 2 (IA-2) und den Zink-Transporter 8 (ZnT8). Circa 90 % der Kinder mit klinischer Manifestation eines Diabetes mellitus Typ 1 weisen mindestens einen der o. g. diabetesspezifischen Autoantikörper bei klinischer Manifestation der Erkrankung auf (Charpentier et al. 2008).
Über 80 % der Kinder und Jugendlichen mit Diabetes mellitus Typ 1 entwickeln bereits vor dem 5. Lebensjahr Betazellautoantikörper (Ziegler et al. 2012). Insulinautoantikörper treten häufig als erste Antikörper auf. Ein Inzidenzgipfel für das Auftreten der Antikörper findet sich schon zwischen dem 1. und 2. Lebensjahr (Abb. 2).
Abb. 2
Inzidenz der Inselautoantikörper. Beginn der Autoimmunität bei Diabetes mellitus Typ 1. Das Auftreten von Betazellautoantikörpern (Serokonversion) erreicht einen Höhepunkt zwischen dem 1. und 2. Lebensjahr. (Mod. nach Ziegler et al. 2012)
×
Fachgesellschaften diskutieren, ob das Stadium der Betazellautoimmunität mit einem Krankheitsnamen wie z. B. „autoimmune beta cell disorder“ (autoimmune Betazellerkrankung) versehen werden soll, um der Pathologie dieses Stadiums mehr Gewicht zu verleihen (Insel et al. 2015).
Folgende Stadien werden diskutiert:
Stadium 1: nachweisbare Betazellautoimmunität (>1 Autoantikörper) bei normaler Glukosetoleranz
Stadium 2: nachweisbare Betazellautoimmunität (>1 Autoantikörper) bei Dysglykämie
Stadium 5: Langzeit-Typ-1-Diabetes mit diabetesspezifischen Folgeerkrankungen
Zu der Gruppe des immunvermittelten Diabetes mellitus Typ 1a gehört auch der latente Autoimmundiabetes des Erwachsenen („late-onset autoimmune diabetes of the adult“, LADA), bei dem die Patienten meistens Autoantikörper gegen GAD aufweisen und von der Notwendigkeit einer frühzeitigen Insulintherapie ausgegangen werden muss. Dabei handelt es sich um Patienten mit einem permanenten Insulinmangel und einer deutlichen Ketoseneigung, bei denen jedoch jegliches Zeichen einer Autoimmunität fehlt. Obwohl es sich hierbei um eine Minderheit von Patienten mit Diabetes mellitus Typ 1 handelt, haben solche Patienten häufig eine afrikanische oder asiatische Herkunft.
Diabetes mellitus Typ 2
Die Kriterien für die Diagnose eines Diabetes mellitus Typ 2 (T2D) bei Jugendlichen entsprechen denen für Erwachsene (2014).
Hilfreiche klinische Zeichen zur Differenzierung zwischen Diabetes mellitus Typ 1 und Typ 2 bei Kindern und Jugendlichen sind ein schleichender Beginn, Übergewicht und Zeichen der Insulinresistenz (Acanthosis nigricans, Polyzystisches-Ovar-Syndrom).
Meist sind keine Antikörper (Glutamatdecarboxylase[GAD]-AK, Tyrosinphosphatase-IA-2-AK, Insulinautoantikörper [IAA], ZnT8-AK) nachweisbar und es liegen eine fehlende oder nur geringe Ketoseneigung sowie ein erhöhter C-Peptid-Spiegel vor. Wegweisend können weiterhin eine positive Familienanamnese und die ethnische Zugehörigkeit (vor allem Ostasiaten, Afroamerikaner, indigene Bevölkerung, Hispanier) sein (American Diabetes Association 2000).
Der klinisch manifeste Diabetes mellitus Typ 2 ist sowohl durch eine Störung der Insulinsekretion als auch durch eine Insulinresistenz der wesentlichen Zielgewebe wie Skelettmuskulatur, Leber und Fettgewebe gekennzeichnet. Die Insulinresistenz existiert bereits Jahre vor der klinischen Manifestation der Erkrankung. Der Skelettmuskel ist mit ca. 80 % für eine gestörte Glukoseverstoffwechselung in der postprandialen Glukoseverwertung verantwortlich, während in der Nüchternphase der Leber und dem Fettgewebe die führende Rolle zukommt. Darüber hinaus stellen Insulinsekretionsdefekte und Betazellmassenverlust weitere wichtige pathogenetische Faktoren für die Entwicklung des Diabetes mellitus Typ 2 dar (American Diabetes Association 2000).
Bei der Entwicklung des Diabetes mellitus Typ 2 spielen erbliche Komponenten eine sehr große Rolle. Das Risiko eines Diabetes mellitus Typ 2 ist für Verwandte von Menschen mit manifestem Diabetes mellitus Typ 2 stark erhöht; die Konkordanz bei eineiigigen Zwillingen für einen Diabetes mellitus Typ 2 beträgt bis zu 90 %. In einigen ethnischen Gruppen findet sich eine sehr hohe Prävalenz der Erkrankung wie z. B. bei den Pima-Indianern in Arizona mit einer Prävalenz für einen Diabetes mellitus Typ 2 von 35 % nach dem 20. Lebensjahr. In der weißen kaukasischen Population in Europa liegt die Prävalenz des Diabetes mellitus Typ 2 bei 4–7 %. Bisherige Versuche, den genetischen Hintergrund des Diabetes mellitus Typ 2 zu analysieren, basieren auf dem Kandidatengenansatz und dem Genomscreening. Dabei interessieren Gene, deren Produkte eine Rolle bei der Insulinsignalübertragung oder auch bei der Entwicklung einer Adipositas (Insulinresistenz) bzw. der Insulinsekretion (stoffwechselgesteuerter Kaliumkanal, Sulfonylharnstoffrezeptor 1) eine Rolle spielen. Mutationen der Transkriptionsfaktoren PPAR-γ und TCF7L2, des Insulinrezeptors, verschiedener Insulinrezeptorsubstratproteine (Gly972Arg, IRS-1; Gly1057Asp, IRS-2) oder der Kir6.2- bzw. SUR1-Untereinheiten sind bereits beschrieben worden, jedoch zeigen diese Daten auch die Problematik bei der Analyse einer polygenetischen Erkrankung (Rich et al. 2009). So können Mutationen in Abhängigkeit vom genetischen Kontext sehr verschiedene Phänotypen verursachen.
Bereits bei Manifestation oder nach kurzer Erkrankungsdauer können auch bei jungen Patienten mit Diabetes mellitus Typ 2 Begleiterkrankungen (Dyslipidämie, Hypertonus, mikrovaskuläre Komplikationen) vorhanden sein, die zusammen mit dem Diabetes mellitus einen bedeutenden kardiovaskulären Risikofaktor darstellen (American Diabetes Association 2000).
Monogenetischer Diabetes
Moderne, molekulargenetische Methoden, die mittlerweile eine Sequenzierung des gesamten Exoms (alle proteinkodierenden Bereiche des Genoms) und Genoms ermöglichen, haben gezeigt, dass nicht immunologisch bedingte, molekulargenetisch fixierte Formen des Diabetes häufiger sind als bisher angenommen (Yang und Chan 2016). Die Zuordnung neuer Mutationen zu einer Diabeteserkrankung eilt der o. g. bisherigen Klassifikation weit voraus. Derzeit sind bereits mehr als 30 Gene bei monogenen Diabetesformen bekannt (Yang und Chan 2016). Der wesentliche genetische Unterschied zwischen Diabetes mellitus Typ 1, Typ 2 und den monogenetischen Diabetesformen liegt in der Penetranz der jeweiligen Mutationen. Bei Diabetes mellitus Typ 1 und Typ 2 wird von einer polygen vererbten Prädisposition ausgegangen, und erst im Zusammentreffen mit Umweltfaktoren entsteht dann ein autoimmunvermittelter Diabetes mellitus Typ 1 bzw. ein ernährungs- und lifestyle-induzierter Diabetes mellitus Typ 2. Monogenetischer Diabetes ist im Vergleich zu Diabetes mellitus Typ 1 und Typ 2 relativ selten und umfasst bis zu 3 % aller Patienten. Die wesentlichen Diabetesformen sind dabei der „Maturity Onset Diabetes of the Young“ (MODY) und neonataler Diabetes mellitus. Die mutierten Gene kodieren entweder für Transkriptionsfaktoren oder Proteine, die in der Betazellfunktion eine Schlüsselstellung einnehmen. Mutationen in einigen Genen können sowohl MODY als auch neonatalen Diabetes verursachen, entweder durch unterschiedliche Penetranz einer dann autosomal-dominanten Mutation oder auch durch dominante (MODY) oder rezessive Vererbung (neonataler Diabetes). Die klinische Diagnose MODY-Diabetes betrifft Patienten von 0–20 Jahren in der Größenordnung von 2,4/100.000, wobei die Diagnose in weniger als 50 % der Fälle molekulargenetisch abgesichert wurde (Neu et al. 2009). Neonataler Diabetes wird über eine Diabetesmanifestation bis zum 6. Lebensmonat definiert und betrifft 0,17 % aller pädiatrisch registrierten Diabetesfälle (299 Zentren, 51.587 Patienten). Dies entspricht einer Inzidenz von 1/89.000 Lebendgeburten in Deutschland und Österreich (Grulich-Henn et al. 2010).
MODY
Der Begriff „Maturity Onset Diabetes of the Young“ (MODY) stand ursprünglich für die Kombination folgender klinischer Krankheitscharakteristika (Fajans et al. 2001; Owen und Hattersley 2001):
Diese klassische Definition kann Überlappungen mit einem Diabetes mellitus Typ 2 zeigen, bei dem ebenfalls die o. g. Charakteristika zutreffen können, ohne dass bisher monogenetische Mutationen in betroffenen Familien identifiziert wurden und daher von einem polygen-vererbten Diabetes mellitus Typ 2 ausgegangen wird. Darüber hinaus zeigen Familienstudien, dass auch bei identischer, in der Regel dominant vererbter Mutation große phänotypische Unterschiede zwischen Familienmitgliedern bestehen können.
Daher kann eine genaue MODY-Klassifikation nur durch Sequenzierung und molekulargenetische Zuordnung von Mutationen unternommen werden. Da eine genetische Diagnose auch therapeutische Konsequenzen, in manchen Fällen auch Alternativen zur Insulintherapie haben kann, ist eine genetische Diagnostik in jedem Fall zu empfehlen. Es gibt eine große Variation bezüglich der Ausprägung der Hyperglykämie, der Insulinabhängigkeit und des Risikos für die Entwicklung diabetesassoziierter Komplikationen bei Patienten mit unterschiedlichen MODY-Typen (Ellard et al. 2008; Schober et al. 2009).
Der MODY ist die häufigste Form eines monogenetisch bedingten Diabetes und macht 2–3 % der Diabetesfälle in Europa aus.
Unterschieden werden bislang 13 MODY-Formen (Online Mendelian Inheritance in Man, OMIM), die autosomal-dominant vererbt werden und entsprechend dem Gendefekt benannt werden. Die häufigsten MODY-Typen sind der Glukokinase-MODY (MODY 2), HNF1A-MODY (MODY 3) und HNF4A-MODY (MODY 1). Während in England der MODY 3 mit 52 % am häufigsten diagnostiziert wurde, gefolgt von MODY 2 (32 %) (Pihoker et al. 2013; Shields et al. 2010), war für den deutschsprachigen Raum bisher die Diagnose MODY 2 mit >40 % die häufigste MODY-Form (Schober et al. 2009), diese Angabe bezieht sich allerdings auf eine pädiatrische (<18 Jahre) Diabetesmanifestation. Bis auf den GCK-MODY (MODY 2) sind die MODY-Formen auf Genmutationen von Transkriptionsfaktoren zurückzuführen. Ergibt die genetische Diagnostik den Nachweis einer bisher nicht beschriebenen Mutation, so kann deren biologische Relevanz für die Diabeteserkrankung im Einzelfall unklar bleiben und erst eine Familienuntersuchung von diabetischen Familienmitgliedern die Aussagekraft des molekulargenetischen Befundes erhöhen.
GCK-MODY (MODY 2)
Der GCK-MODY gehört mit dem HNF1A-MODY zu den häufigsten MODY-Formen. Eine heterozygote Mutation des Glukokinase(GCK)-Gens im Chromosom 7 führt zu einem Funktionsverlust der Glukokinase, dem Schrittmacherenzym der Glykolyse. Die Glukokinase wird spezifisch in Betazellen exprimiert und schleust Glukose in linearem Verhältnis zur extrazellulären Glukosekonzentration als Glukose-6-Phosphat in die Glykolyse ein. Die davon abhängige weitere Bildung von zytoplasmatischem ATP aus Glukose ist der spezifische Regulator für eine Depolarisation der Betazellmembran und die glukoseabhängige Insulinsekretion. Heterozygote Mutationen reduzieren die Verfügbarkeit oder Funktion der Glukokinase und führen zu erhöhten Nüchtern-Blutglukosespiegeln von 100–140 mg/dl. Die postprandiale Insulinregulation findet auf einem höheren Niveau statt, bleibt aber i. Allg. relativ gut erhalten. Im oGTT kann meist eine gestörte Glukosetoleranz diagnostiziert werden.
Der MODY 2 ist nur gering progredient, sodass der Blutzuckerspiegel im Verlauf nur wenig ansteigt. Diabetesspezifische Spätkomplikationen kommen bei Patienten mit MODY 2 nicht vor. Eine Therapie mit oralen Antidiabetika oder Insulin ist nicht notwendig, da sie nicht zu einer Verbesserung des HbA1c-Wertes führt (Ellard et al. 2008). Besonders sorgfältig muss ein GCK-MODY während der Schwangerschaft überwacht und frühzeitig auch mit Insulin eingestellt werden.
Cave
Frauen mit GCK-Mutation und Gestationsdiabetes sind besonders überwachungspflichtig, da bei Föten ohne die maternale Mutation durch fehlende Diabeteseinstellung der Mutter eine ausgeprägte Makrosomie auftreten kann.
HNF1A- und HNF4A-MODY (MODY 3 und MODY 1)
Die zweite häufige dominante Mutation ist die des für den Transkriptionsfaktor kodierenden HNF1A-Gens im Chromosom 12. Eine Mutation dieses HNF4A-Gens im Chromosom 20 führt zu HNF4A-MODY (MODY 1). Mutationen in HNF1A und HNF4A können zu einem langsamen, aber progressiven Verlust der Betazellfunktion und -masse zu führen. Dies beruht wahrscheinlich auf einer Steuerung verschiedener glukosemetabolisierender Enzyme durch die Transkriptionsfaktoren HNF1A und HNF4A. Ellard und Hattersley berichten, dass die Penetration der HNF4A-Genmutationen deutlich niedriger ist als die des HNF1A-Gens (Ellard et al. 2008).
Der HNF1A-MODY manifestiert sich meistens während der Pubertät und im jungen Erwachsenenalter, kann aber schon vorher z. B. im Rahmen einer akuten Erkrankung oder zufälligerweise durch eine Glukosurie oder milde Hyperglykämie auffallen, insbesondere weil Patienten mit einer HNF1A-Genmutation auch eine erniedrigte Nierenschwelle für Glukose aufweisen (Hattersley 2006). Die Lokalisierung der Mutation im HNF1A-Gen hat Einfluss auf das Manifestationsalter der Erkrankung: Patienten mit Mutationen im Exon 1–6 sind deutlich jünger (im Mittel 18–20 Jahre alt) als solche mit Mutationen im Exon 8–10 (im Mittel 22–30 Jahre alt). Patienten mit HNF1A-MODY können initial oft mit reiner Ernährungstherapie behandelt werden. Bei ansteigendem HbA1c und Risiko für mikro- und makrovaskuläre Komplikationen sollten orale Antidiabetika eingesetzt werden, insbesondere Sulfonylharnstoffe. Bei unzureichender Stoffwechselkontrolle kann mit Insulin behandelt werden, wobei die Stoffwechselkontrolle häufig unter oraler Therapie mit Sulfonylharnstoffen oder Gliniden bezüglich HbA1c und Hypoglykämierate günstiger ist (Raile et al. 2015; Becker et al. 2014).
Menschen mit dem selteneren HNF4A-MODY (MODY 1) sind klinisch nicht von HNF1A-MODY zu unterscheiden und sollten ebenfalls auf eine orale Therapie umgestellt werden.
Da HNF1A und HNF4A-MODY-Patienten im Kindes- und Jugendalter vor molekulargenetischer Diagnosestellung häufig mit Insulin behandelt und eingestellt werden, wird eine Umstellung von Insulin auf Sulfonylharnstoffe explizit empfohlen. Die Umstellung von Patienten mit HNF1A- oder HNF4A-MODY von Insulin auf orale Antidiabetika ist unter intensiver, diabetologischer Überwachung durchzuführen.
Zusammenfassend machen Mutationen des GCK- und HNF1A-Gens ca. 70 % aller MODY-Fälle aus.
Das Verhältnis zwischen GCK- und HNF1A-Mutationen variiert jedoch von Population zu Population, da in den publizierten Studien unterschiedliche Screeningstrategien verwendet wurden. Würde man bei jungen, asymptomatischen Individuen mit erhöhten Blutglukosewerten ein genetisches Screening durchführen, dann würde ein höherer Anteil GCK-Mutationen entdeckt werden.
Seltene MODY-Formen
Seltene MODY-Formen beinhalten heterozygote Mutationen des
Insulinpromoterfaktors-1/Pancreatic-duodenal-homeobox-1(IPF-1/PDX-1)-Gens in Chromosom 13 (MODY 4),
Hepatozyten-Nuklearfaktor-1β(HNF1B)-Gens in Chromosom 17 (MODY 5) und
Neurogenic-Differentiation-1(NEUROD1)-Gens in Chromosom 2 (MODY 6).
Patienten mit HNF1B-MODY (MODY 5) zeigen typischerweise auch Fehlbildungen des urogenitalen Traktes (Nierenzysten, Hufeisenniere, Einzelniere, Malformationen der inneren Genitalorgane bei weiblichen Patienten wie Vaginaaplasie, rudimentärer Uterus etc.) oder auch eine hyperurikämische Nephropathie (Hattersley et al. 2006). Wegen des progressiven Verlustes der Insulinsekretion werden die meisten Patienten mit Insulin behandelt (Becker et al. 2014; Haldorsen et al. 2008).
Raeder et al. beschrieben Mutationen der Minisatelliten („variable number of tandem repeats“, VNTR) des Carboxyl-Ester-Lipase(CEL)-Gens im Chromosom 9, die zu Diabetes mellitus und zur exokrinen Pankreasinsuffizienz führen (MODY 8); Letztere war durch erniedrigte Konzentrationen der Pankreaselastase im Stuhl nachzuweisen (Raeder et al. 2006).
Neonataler Diabetes mellitus
Eine Sonderform des monogenen Diabetes mellitus ist der neonatale Diabetes mellitus (NDM) bzw. derjenige Diabetes mellitus, der in den ersten 6 Lebensmonaten auftritt. Klinisch werden zwei Untergruppen unterschieden:
Der TNDM ist die häufigste Form des neonatalen Diabetes.
TNDM ist oft mit Imprinting-Anomalien des Chromosoms 6q24 assoziiert, aber auch mit bestimmten ABCC8-(SUR1-) und seltener KCNJ11-Gen(Kir6.2)-Mutationen. Gewöhnlich tritt der TNDM in der ersten Lebenswoche auf und zeigt bereits ein deutlich reduziertes Geburtsgewicht unter der 3. Perzentile. Bei 30 % der Fälle mit 6q24-Defekten besteht eine Makroglossie, im Median tritt nach ca. 12 Wochen eine komplette Remission ein. Bei ca. 50 % der Fälle tritt im späteren Kindesalter zwischen dem 6. und 20. Lebensjahr ein Diabetesrezidiv auf (Aguilar-Bryan und Bryan 2008).
Die häufigste Ursache des PNDM sind aktivierende Mutationen des KCNJ11-Gens, welches für die Kir6.2-Untereinheit des ATP-sensitiven Kaliumkanals der Betazelle kodiert. Aktivierende Mutationen des ABCC8-Gens, das die SUR1-Untereinheit des Kaliumkanals kodiert, führen ebenfalls zum PNDM. Bei einem Teil der ABCC8- und KCNJ11-Mutationen kann auch eine neurologische Beteiligung mit Entwicklungsverzögerung, muskulärer Hypotonie und Epilepsie, dem DEND-Syndrom auftreten (Gloyn et al. 2006). Derzeit bestehen Hinweise, dass eine frühe Behandlung mit Sulfonylharnstoffen auch die neurologische Symptomatik günstig beeinflussen kann. Die nach der aktuellen Literatur zweithäufigste Ursache des PNDM sind homozygote Mutationen des Insulingens (INS; Edghill et al. 2008).
Differenzialdiagnostisch kann der PNDM auch durch Störungen der Pankreasanalage bis hin zur kompletten Pankreasaplasie verursacht sein. Diese sehr seltenen Syndrome geben wichtigen Aufschluss über zentrale Mechanismen in der humanen Pankreasentwicklung. Hier hat sich durch die Möglichkeiten der Sequenzierung des kompletten Genoms ein großer Wissenszuwachs ergeben. Der Großteil der Fälle wird durch rezessiv-vererbte Mutationen des PTF1A-Promoters in einer nichtkodierenden regulatorischen Region verursacht. PTF1A-Mutationen verursachen ein noch selteneres Syndrom mit Pankreasaplasie und Kleinhirndefekten.
Der bislang einzige Gendefekt, der zu neonatalem Diabetes bei massiv gesteigerter Betazellautoimmunität führt, sind FOXP3-Mutationen, die zum IPEX-Syndrom (Immunodysregulation, Polyendokrinopathie, Enteropathie, X-chromosomal assoziiert) führen können.
Klinisch tritt der PNDM bei KCNJ11-Mutationen häufig mit ausgeprägter Hyperglykämie (>500 mg/dl) und Ketoazidose auf (Pearson et al. 2006).
Bei einer Studie mit 239 Kindern aus 39 Ländern, die eine Diabetesmanifestation innerhalb der ersten 2 Lebensjahre hatten, zeigten lediglich Kinder mit einer Manifestation innerhalb der ersten 26 Wochen eine genetische Auffälligkeit (Flanagan et al. 2006). Flanagan et al. schlussfolgerten deshalb, dass eine Genanalyse bezüglich der häufigsten bekannten Mutationen (ABCC8, KCNJ11, INS) bei Patienten mit Diabetesmanifestation in den ersten 6 Lebensmonaten sinnvoll ist.
Patienten mit neonatalem Diabetes und ABCC8- und KCNJ11-Mutationen lassen sich häufig erfolgreich auf Sulfonylharnstoffe einstellen. Die Umstellung von Kindern mit PNDM aufgrund einer KCNJ11- oder ABCC8-Mutation auf Sulfonylharnstoffe kann nach einem Protokoll der Internationalen Arbeitsgruppe für neonatalen Diabetes durchgeführt werden (http://www.diabetesgenes.org/content/transferring-patients-diabetes-due-kir62-mutation-insulin-sulphonylureas, Stand: 06.02.2018). Bei bereits etablierter Insulintherapie soll die Umstellung bei Säuglingen und schneller Dosissteigerung primär stationär erfolgen, während bei älteren Kindern auch eine langsame Steigerung ambulant durchgeführt werden kann. Auf der Gewichtsbasis von Erwachsenen ist oft eine bis zu 10-fache Dosis mit 3–4 Gaben pro Tag nötig. Neu- und Frühgeborene sind oft sehr Glibenclamid-sensitiv und sprechen auf sehr geringe Dosen (0,05–0,1 mg/kg KG und Tag) an. Inzwischen sind zahlreiche Kinder erfolgreich von Insulin auf Sulfonylharnstoffe umgestellt worden, und nach erfolgreicher Umstellung ist in der Regel eine Reduktion der Sulfonylharnstoffdosis möglich.
Mitochondrialer Diabetes mellitus
Punktmutationen der mitochondrialen DNA sind assoziiert mit dem Auftreten eines Diabetes mellitus durch eine progressive nicht autoimmunvermittelte Betazelldysfunktion und einer sensoneuronalen Innenohrschwerhörigkeit. Mutationen der mitochondrialen DNA werden mütterlicherseits weitervererbt. Die häufigste Mutation findet sich bei der Position 3243 des mitochondrialen tRNA-Leucin-(UUR-)Gens und führt zu einer A→G-Nukleobasentransition (Reardon et al. 1992). Ähnliche Mutationen in der mitochondrialen DNA finden sich auch beim MELAS-Syndrom (mitochondriale Myopathie, Enzephalopathie, Laktatazidose, schlaganfallähnliche Krisen). Interessanterweise ist jedoch der Diabetes mellitus kein konstanter Bestandteil dieses Syndroms, das allerdings einen sehr variablen Phänotyp aufweist.
Diabetes mellitus bei zystischer Fibrose
Die Entstehung des Diabetes bei Patienten mit einer zystischen Fibrose (CF) oder Mukoviszidose („CF-related diabetes“, CFRD) ist multifaktoriell (Moran et al. 2014). Zu den Ursachen gehören der Verlust der pankreatischen Inselzellen mit einhergehendem Insulin- und Glukagonmangel, die fluktuierende Insulinresistenz, ggfs. eine Magenentleerungsstörung und/oder gestörte intestinale Motilität, die hochkalorische Energiezufuhr sowie die Hepatopathie. Eine Hyperglykämie im Sinne einer gestörten Glukosetoleranz oder auch eines behandlungsbedürftigen Diabetes kann jedoch bei CF-Patienten aufgrund einer peripheren Insulinresistenz im Rahmen von akuten Infekten oder therapiebedingt (Glukokortikosteroide, Bronchodilatativa) auftreten.
Ein CFRD kann in jedem Alter auftreten, meist im Jungend- oder frühen Erwachsenenalter. Das Auftreten einer CFRD korreliert mit einer Verschlechterung der Lungenfunktion sowie einem schlechteren Ernährungsstatus und einem kürzeren Gesamtüberleben (Koch et al. 2001). Mikrovaskuläre Komplikationen treten seltener bei einem CFRD als beim Diabetes mellitus Typ 1 auf. Für das Auftreten makrovaskulärer Komplikationen gibt es bisher keine gesicherte Evidenz, es liegt nur eine Einzelfallbeschreibung vor (Lanng et al. 1994).
Die HbA1c-Bestimmung ist nicht geeignet für die Frühentdeckung eines CFRD.
Bei CF beginnen die Blutglukoseveränderungen mit einer intermittierenden postprandialen Hyperglykämie, gefolgt von einer gestörten Glukosetoleranz mit und ohne Nüchtern-Hyperglykämie. Eine normale Glukosetoleranz im oGTT schließt eine abnormale postprandiale Hyperglykämie nicht immer zuverlässig aus. Bei unauffälligem oGTT und weiterhin bestehendem klinischem Verdacht auf CFRD können zusätzlich Blutzuckermessungen (prä- und 2-h-postprandial und ggf. nächtlich) durchgeführt werden (O’Riordan et al. 2008) bzw. der Einsatz eines Systems zur kontinuierlichen subkutanen Glukosemessung (CGM) diskutiert werden (Moran et al. 2014). Aufgrund der bestehenden Grunderkrankung sind die Symptome eines beginnenden Diabetes mellitus klinisch häufig nicht gut abzugrenzen. Eine Manifestation des CFRD mit dem Bild der Diabetischen Ketoazidose (DKA) ist jedoch selten. Um einen CFRD frühzeitig zu erkennen, empfiehlt sich die jährliche Durchführung eines oGTT ab dem 10. Lebensjahr.
Medikamentös induzierter Diabetes mellitus
Medikamentös induzierter Diabetes mellitus kann bei jungen Patienten mit hoch dosierten Glukokortikosteroiden (z. B. neurochirurgische Patienten), immunsuppressiver Therapie nach Organtransplantation sowie bei Therapie mit Psychopharmaka (z. B. Olanzapin, Risperidol) auftreten. Bei onkologischen Patienten, bei denen Behandlungsschemata mit hohen Dosen von Glukokortikosteroiden, L-Asparaginase, Ciclosporin oder Tacrolimus angewendet werden, kann ein behandlungsbedürftiger Diabetes mellitus sekundär auftreten. Während der Diabetes bei Glukokortikosteroiden und L-Asparaginase meistens transient ist, kann dieser bei Ciclopsorin und Tacrolimus eventuell aufgrund einer toxischen direkten Wirkung dieser Medikamente auf die Betazelle auch permanent sein (Drachenberg et al. 1999; Pui et al. 1981).
Cave
Das Risiko für das Auftreten eines Diabetes mellitus bei Patienten nach Organtransplantation scheint u. a. auch durch eine präexistierende Adipositas stark beeinflusst zu sein (Maes et al. 2001).
Stressbedingte Hyperglykämie
Im Rahmen von akuten Erkrankungen, Traumata, fieberhaften Infekten und Fieberkrämpfen können Kinder eine meist transiente Hyperglykämie und Glukosurie aufweisen. Studien haben gezeigt, dass bis zu 5 % aller Kinder einer Notfallambulanz eine stressbedingte Hyperglykämie aufweisen (Valerio et al. 2001).
Die Progression zu einem Diabetes mellitus ist sehr variabel und liegt nach Studienberichten zwischen 0 % und 32 % (Shehadeh et al. 1997). Als prognostisch ungünstige Faktoren gelten eine Positivität für diabetesspezifische Autoantikörper (Inselzellantikörper, ICA; Insulinautoantikörper , IAA) oder das Auftreten der Hyperglykämie im Rahmen einer banalen und nicht einer schweren akuten Erkrankung (Herskowitz-Dumont et al. 1993).
Das diagnostische Vorgehen bei pädiatrischen Patienten mit einer stressbedingten Hyperglykämie sollte zwischen einem zufällig entdeckten Diabetes mellitus Typ 1 in der sog. Prädiabetesphase (Zeichen einer Autoimmunität, relativer Insulinmangel) oder einer weiteren Störung des Kohlenhydratstoffwechsels (z. B. MODY, Diabetes mellitus Typ 2 etc.) bzw. einer akzidentellen und vorübergehenden Hyperglykämie differenzieren.
Die Basis-Blutentnahme beinhaltet die Bestimmung von HbA1c (als Marker der langfristigen glykämischen Stoffwechsellage der letzten 3 Monate) und der diabetesspezifischen Autoantikörper (z. B. IA2-AK, GAD-AK, IAA). Im Anschluss folgt ein Blutzuckertagesprofil (2-stündlich über eine Verweilkanüle) unter normaler, kohlenhydratreicher Kost.
Kommen pathologische Blutzuckerwerte (Nüchtern-Plasmaglukose >125 mg/dl, postprandiale Plasmaglukose >200 mg/dl) vor, ist das Vorliegen eines Diabetes mellitus sehr wahrscheinlich.
Sind die gemessenen Blutzuckerwerte nicht auffällig, sollte die Durchführung eines oGTT im Intervall empfohlen werden. Damit der oGTT aussagekräftig ist, muss das Kind mindestens 3 Tage vorher normale und kohlenhydratreiche Kost zu sich genommen haben! Die Dringlichkeit der Durchführung eines oGTT hängt auch vom HbA1c-Wert ab und ist höher, wenn dieser im oberen Normbereich liegt bzw. erhöht ist (HbA1c 5,7–6,4 % bzw. 39–47 mmol/mol) (American Diabetes Assocoation 2018). In Ausnahmefällen könnte ggf. als Ergänzung auch ein intravenöser Glukosetoleranztest (i.v.-GTT) durchgeführt werden.
Sind die diabetesspezifischen Autoantikörper positiv und die Provokationstests normal, empfiehlt sich eine Wiedervorstellung des Patienten nach ca. 6 Monaten zur Wiederholung der Tests, da das Risiko relativ hoch ist, einen insulinpflichtigen Diabetes mellitus zu entwickeln (Bastra et al. 2001). Deuten o. g. Testungen auf eine bereits verminderte endogene Insulinsekretion im Sinne einer Dysglykämie (gestörte Nüchternglukose: 100–125 mg/dl bzw. 5,6–6,9 mmol/l; gestörte Glukosetoleranz: 2-h-Glukose 140–199 mg/dl bzw. 7,8–11,0 mmol/l) oder einer HbA1c-Erhöhung (HbA1c 5,7–6,4 % bzw. 39–47 mmol/mol oder >10 % HbA1c-Anstieg im Verlauf) hin, befindet sich der Patient in der Prädiabetesphase (American Diabetes Assocoation 2018). Die American-Diabetes-Prevention-Trial-(DPT-1-)Präventionsstudie von Schatz und Bingley hat jedoch gezeigt, dass eine frühzeitige Insulintherapie bereits in dieser Phase die klinische Diabetesmanifestation nicht verzögern kann (Schatz und Bingley 2001). Regelmäßige Kontrolluntersuchungen (alle 3–6 Monate) sind erforderlich, insbesondere bei einem pathologischen oGTT.
Empfehlungen zur Diagnostik der Diabetesformen im Kindes- und Jugendalter
Sobald die Diagnose eines Diabetes mellitus gestellt wurde (Abschn. 2), sollten weitere Parameter berücksichtigt werden.
Cave
Das Vorhandensein einer Ketonurie oder einer Erhöhung der Betaketonkörperkonzentration im Blut macht den schnellstmöglichen Beginn einer Insulintherapie dringend notwendig, da die Entwicklung einer lebensgefährlichen diabetischen Ketoazidose sehr wahrscheinlich ist.
Ein oGTT ist für die Diagnose eines Diabetes mellitus bei Patienten mit typischer Anamnese und einem pathologischen Gelegenheitsblutzuckerwert oder bei solchen mit wiederholt pathologischem Nüchtern-Blutzucker entbehrlich.
Eine signifikante Hyperglykämie kann in Rahmen einer akuten Erkrankung (fieberhafte Infektionen, Trauma, Operation etc.) auftreten und sogar eine Insulinbehandlung benötigen, damit ein signifikanter Flüssigkeits- bzw. Kalorienverlust vermieden werden kann. Diese stressbedingte Hyperglykämie ist meistens transient und darf nicht per se als Diabetes mellitus interpretiert werden.
Die Bestimmung der diabetesassoziierten Autoantikörper (GAD-AK, IA2-AK, IAA, ICA) und des HbA1c-Wertes kann in manchen Situationen sehr hilfreich sein. Momentan gibt es jedoch wenig Evidenz, die routinemäßige HbA1c-Bestimmung als diagnostisches Kriterium eines Diabetes mellitus einzusetzen.
Die Bestimmung der Nüchternkonzentration von Insulin und C-Peptid kann für die Diagnose eines Diabetes mellitus Typ 2 bei Kindern und Jugendlichen hilfreich sein. Die Nüchtern-Insulin- und -C-Peptid-Werte sind dann meistens normal oder leicht erhöht, jedoch nicht adäquat in Relation zu der gemessenen Hyperglykämie.
Bei neonatalem Diabetes und bei Patienten mit einer Diabetesmanifestation innerhalb der ersten 6 Lebensmonate sollte eine molekulargenetische Analyse durchgeführt werden, da sie entscheidende therapeutische Konsequenzen haben kann.
Bei Patienten mit CF sollte ab dem 10. Lebensjahr jährlich ein oGTT durchgeführt werden, um einen CFRD frühzeitig zu erkennen und behandeln zu können.
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