Pharmacological and biochemical studies on the contribution of NADPH oxidases to oxidative stress in the aorta of spontaneously hypertensive rats

Vaskulärer oxidativer Stress führt zu einer Beeinträchtigung der endothelabhängigen Gefäßrelaxation. Stickstoffmonoxid scheint unter Bedingungen, wie sie bei Diabetes mellitus, Hypercholesterolämie oder arteriellem Bluthochdruck vorliegen, von Superoxid und anderen reaktiven Sauerstoffspezies (ROS)...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Wind, Sven
Beteiligte: Schmidt, Harald (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Englisch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2006
Pharmakologie und Toxikologie
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:Vaskulärer oxidativer Stress führt zu einer Beeinträchtigung der endothelabhängigen Gefäßrelaxation. Stickstoffmonoxid scheint unter Bedingungen, wie sie bei Diabetes mellitus, Hypercholesterolämie oder arteriellem Bluthochdruck vorliegen, von Superoxid und anderen reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) inaktiviert zu werden. Als Hauptquellen für ROS in Blutgefässen sind NADPH Oxidasen identifiziert worden. Die vorliegende Arbeit untersucht die Rolle von NADPH Oxidasen in Aorten von 12 bis 14 Monate alten spontan-hypertensiven Ratten (SHR) im Vergleich zu gleichaltrigen Wistar Kyoto Ratten (WKY). Die in-situ Detektion von ROS mittels DHE Fluoreszenz zeigte, dass die ROS Produktion in Aorten von SHR stark erhöht ist. Die NADPH Oxidase-Inhibitoren Apocynin und die neue Substanz VAS2870, nicht aber der eNOS-Hemmstoff L-NAME oder der Xanthinoxidase-Inhibitor Oxypurinol unterdrücken diese ROS Bildung, was auf NADPH Oxidasen als Hauptquelle für oxidativen Stress hinweist. Mit diesem Befund einhergehend zeigten SHR Aorten eine erhöhte NADPH Oxidase Aktivität. NADPH Oxidasen sind Multimer-Komplexe, die aus verschiedenen zytosolischen und zwei membranständigen Untereinheiten, p22phox und einer katalytischen Nox Isoform, bestehen. In Rattenaorten sind die Isoformen Nox1, Nox2 und Nox4 exprimiert, wie mittels RT-PCR in Aortenhomogenaten von SHR und WKY bestätigt wurde. Die immunhistochemische Analyse der Gefässe deutete eine primäre Lokalisation von Nox1 in der Media an, während Nox2 in Adventitia und Intima und Nox4 in der gesamten Aortenwand gefunden wurden. Im Vergleich zu WKY, konnten erhöhte Nox1 und Nox2 Proteinspiegel im SHR-Aortenhomogenat mittels quantitativer Western Blot Analyse nachgewiesen werden, während die Nox4 Expression nicht signifikant verändert war. Weiterhin war die Nox1 Expression im Endothel der SHR Aorten hochreguliert, wie Kolokalisierungsexperimente von Nox1 mit dem glatten Muskelzell-Marker α-SM-actin und dem Endothelzell-spezifischen Marker RECA-1 zeigten. Zusammenfassend weisen diese Daten darauf hin, dass Nox1 und Nox2-basierte NADPH Oxidasen den oxidativen Stress in der Aortenwand gealteter SHR verursachen. Um zu untersuchen, ob der durch NADPH Oxidasen hervorgerufene oxidative Stress mit einer endothelialen Dysfunktion der Aorten zusammenhängt, wurde die Azetylcholin-induzierte, endothelabhängige Gefässdilatation bestimmt. In SHR-Aorten war die Relaxation im Vergleich zur WKY Kontrolle beeinträchtigt, konnte aber in Anwesenheit von Apocynin und VAS2870 signifikant verbessert werden. Diese, durch die Inhibitoren bewirkte Verbesserung der Relaxation war in WKY Aorten weniger ausgeprägt, was auf die funktionelle Relevanz der erhöhten NADPH Oxidase Aktivität hindeutet. Daraus lassen sich folgende Schlussfolgerungen ableiten: Nox1 und Nox2- basierte NADPH Oxidasen wurden als Hauptquellen für oxidativen Stress in SHR Aorten identifiziert und tragen damit signifikant zur endothelialen Dysfunktion bei. Deshalb stellt die Hemmung dieser Enzyme einen vielversprechenden, therapeutischem Ansatz dar. Der neuartige NADPH Oxidase Hemmstoff VAS2870 konnte den oxidativen Stress in SHR Aorten wirksam reduzieren und damit deren endotheliale Funktion verbessern. Somit verdeutlicht die vorliegende Arbeit das Potential von VAS2870 als experimentelles „Tool“ in der Pharmakologie von NADPH Oxidasen. Darüberhinaus stellt VAS2870 auch eine interessante Modellsubstanz für die Behandlung kardiovaskulärer und anderer mit oxidativem Stress assoziierten Erkrankungen dar.