Einfluss von PACAP (Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptide) bzw. des PACAP Rezeptors PAC1 auf Metabolismus, Morphologie und Expression proinflammatorischer / oxidativen Stress -relevanter Proteine/Zytokine in der Leber bei 20 Wochen Cholesteringefütterten ApoE-/- Mäusen

Die koronare Herzkrankheit ist seit vielen Jahren eine der Haupttodesursachen in den Industrienationen. Die Ursache für Ischämien und Infarkte stellen hierbei Gefäßveränderungen durch Atherosklerose dar. Die therapeutische Behandlung sowie Prävention stellen die Wissenschaft weiterhin vor Herausford...

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Main Author: Puffert, Resa
Contributors: Kinscherf, Ralf (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2021
Subjects:
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Description
Summary:Die koronare Herzkrankheit ist seit vielen Jahren eine der Haupttodesursachen in den Industrienationen. Die Ursache für Ischämien und Infarkte stellen hierbei Gefäßveränderungen durch Atherosklerose dar. Die therapeutische Behandlung sowie Prävention stellen die Wissenschaft weiterhin vor Herausforderungen, da immer noch nicht alle pathophysiologischen Mechanismen bekannt sind. Eine entscheidende Rolle bei der Atheroskleroseentstehung spielen jedoch der Lipidstoffwechsel, sowie PACAP und ApoE. Da die Leber eine zentrale Funktion im Fettstoffwechsel einnimmt, sowie systemische Entzündungsreaktionen und die Entstehung der Atherosklerose beeinflusst, sollte zum Verständnis des Krankheitsbildes ebenfalls der Einfluss von PACAP, dem PACAP-Rezeptor PAC1 und ApoE auf den Leberstoffwechsel untersucht werden. PACAP ist ein autonomer Neurotransmitter, der zur Familie des Glukagons, Sekretins, VIP sowie des GHRH gehört und über die PAC1-, VPAC1- und VPAC2-Rezeptoren sowohl immunmodulatorisch und antiapoptotisch als auch modulatorisch auf Kreislauf und Metabolismus wirkt. Die vorliegende Dissertation soll dieses bisher wenig erforschte Thema näher untersuchen und ein besseres Verständnis für den Einfluss von PACAP und PAC1 auf den Leberstoffwechsel vermitteln. Hierfür wurden vier verschiedene Genotypen verwendet: Wildtyp-, ApoE-/--, PACAP-/-/ApoE-/-- und PAC1-/-/ApoE-/--Mäuse. Diese wurden für 20 Wochen mit cholesterinreichem Futter versorgt. Die Lebern der Mäuse wurden durch immunhistochemische Färbungen im Hinblick auf proinflammatorische und metabolische Marker untersucht. Biochemische Untersuchungen konnten zusätzlich einen Überblick über den metabolischen Status der Leber geben. Die Arbeit zeigte bei ApoE-/--Mäusen 8,9-fach höhere Plasmacholesterinspiegel als bei Wildtyp-Mäusen und bei PACAP-/-/ApoE-/--Mäusen 1,5-fach höhere Plasmatriglyzeridspiegel als bei ApoE-/--Mäusen. Gleichzeitig war die hepatische Cholesterinkonzentration bei ApoE-/--Mäusen 2,6-fach höher als bei Wildtyp-Mäusen, aber bei PACAP-/-/ApoE-/--, sowie PAC1-/-/ApoE-/--Mäusen 54,6 % bzw. 56,9 % geringer als bei ApoE-/--Mäusen. Die hepatische Triglyzeridkonzentration war bei PACAP-/-/ApoE-/--Mäusen um 73,4 % höher als bei ApoE-/--Mäusen. Die Konzentration an proteinogenen und nicht-proteinogenen Aminosäuren im Lebergewebe von ApoE-/--Mäusen war um 84,5 % bzw. 83,8 % geringer als bei Wildtyp-Mäusen. Das Lebergewebe der PAC1-/-/ApoE-/--Mäuse zeigte um 21,3 % geringere Konzentrationen an nicht-proteinogenen Aminosäuren als bei ApoE-/--Mäusen. Bei ApoE-/--Mäusen zeigten sich im Lebergewebe Hydroxyprolinkonzentrationen, während die Konzentrationen bei Wildtyp-Mäusen unter der Nachweisgrenze lagen. PACAP-/-/ApoE-/--Mäuse hatten um 24,4 % geringere hepatische Asparaginsäurekonzentrationen als ApoE-/--Mäuse und um 37,5 % höhere hepatische Tyrosinkonzentrationen als ApoE-/--Mäuse. Die PAC1-/-/ApoE-/--Mäuse zeigten um 25,8 % geringere Ureakonzentrationen, um 26,3 % niedrigere Threoninkonzentrationen, um 23,8 % niedrigere Asparaginkonzentrationen und um 15,1 % niedrigere Ornithinkonzentrationen im Lebergewebe als ApoE-/--Mäuse. Die GSH- und rGSH-Konzentrationen im Lebergewebe der ApoE-/--Mäuse waren um 30,5 % bzw. 32,8 % höher als bei Wildtyp-Mäusen, während auch der rGSH2/GSSG-Quotient um 95,4 % höher war als bei Wildtyp-Mäusen. PAC1-/-/ApoE-/--Mäuse hatten um 18,6 % niedrigere GSH- und um 19,0 % niedrigere rGSH-Konzentrationen im Lebergewebe als ApoE-/-- Mäuse. Die immunhistochemischen Analysen zeigten eine 2,1-fach höhere Dichte an CD68-positiven Makrophagen um die hepatischen Glisson Trias von ApoE-/--Mäusen als bei Wildtyp-Mäusen, wobei auch die Dichte der MOMA-2-positiven Makrophagen um die Glisson Trias 3,5-fach höher war als bei Wildtyp-Mäusen. Auch die Dichte an COX-2-positiven Zellen war bei ApoE-/--Mäusen um die Glisson Trias 1,5-fach höher als bei Wildtyp-Mäusen. PACAP-/-/ApoE-/--Mäuse zeigten im Bereich der Glisson Trias eine nicht signifikant 1,7-fach höhere Dichte an IL-1β-positiven Zellen als ApoE-/--Mäuse. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass eine PACAP-Defizienz eine Hypertriglyzeridämie sowie erhöhte hepatische Triglyzeridkonzentrationen bewirken könnte. Ob PACAP unter physiologischen Bedingungen die plasmatische und hepatische Triglyzeridkonzentration senken könnte bleibt noch unklar. Diese Feststellung eröffnet neue Möglichkeiten, um therapeutische Ansätze für Hypertriglyzeridämie-Erkrankungen zu entwickeln, die bei bestimmten ApoE-Subtypen auftreten können. Gleichzeitig geben unsere Daten starke Hinweise darauf, dass PACAP und sein Rezeptor an der Cholesterinaufnahme in die Leber beteiligt sind. Aus therapeutischer Sicht könnte durch PACAP- oder PAC1-Antagonisten die Entstehung einer cholesterinbedingten Leberverfettung reduziert werden. Mögliche Nebenwirkungen könnten dann jedoch erhöhte plasmatische und hepatische Triglyzeridkonzentrationen sein. Außerdem lassen unsere Ergebnisse vermuten, dass ApoE-Defizienz einen Mangel an proteinogenen und nicht-proteinogenen Aminosäuren im Lebergewebe bewirkt, der mit einem fibrotischen Umbau des Lebergewebes einhergehen könnte. Der fehlende PAC1-Rezeptor in ApoE-/--Mäusen scheint zusätzlich einen Anstieg von Substraten und eine gleichzeitige Verminderung von Produkten des Harnstoffzyklus und eine verminderteKonzentration an den hepatoprotektiv wirkenden Aminosäuren Asparagin und Ornithin zu bewirken. Auch als proinflammatorisch geltende Aminosäuren wie Tyrosin scheinen vermehrt unter PACAP-Defizienz anzufallen. Des Weiteren scheint ein ApoE-/--Mangel mit erhöhten hepatischen GSH- und rGSHKonzentrationen sowie einem erhöhten hepatischen GSH2/GSSG-Quotienten vergesellschaftet zu sein. Im Gegensatz dazu scheint eine PAC1-Defizienz verminderte hepatische GSH- und rGSH-Konzentrationen zu bewirken und dadurch eine niedrigere Toleranz der Leberzellen gegenüber oxidativem Stress zu begünstigen. Diese Beobachtungen sind mit früheren Studien über PACAP und dessen zytoprotektiven Einfluss bei Ischämie-induzierter Leberschädigung vergleichbar. Die immunhistochemischen Analysen deuten darauf hin, dass eine ApoE-Defizienz eine vermehrte Makrophageninfiltration des Lebergewebes und eine höhere Dichte an COX-2-positiven Zellen bewirkt, während eine PACAP-Defizienz in ApoE-/--Mäusen möglicherweise zu einer höheren Dichte an IL-1β-positiven Zellen führen könnte. Diese Ergebnisse unterstützen die antiinflammatorischen Eigenschaften sowohl von ApoE als auch von PACAP, wie sie bereits in anderen Studien gezeigt wurden. Zumal Autoimmunerkrankungen einen großen Anteil der Morbidität besonders der jüngeren Gesellschaft ausmachen, eröffnen unsere Ergebnisse an dieser Stelle weitere PACAP basierte Therapiemöglichkeiten und mögliche Alternativen für IL-1β-Inhibitoren. Unsere Daten unterstützen die Ergebnisse bisheriger Studien zu PACAP und PAC1, insbesondere bezüglich der antiinflammatorischen Wirkung. Zudem zeigen sich neue Erkenntnisse über hepatische Stoffwechselvorgänge, die durch PACAP bzw. PAC1 beeinflusst werden. Für mögliche therapeutische Ansätze mit PACAP-/PAC1-Agonisten oder -Antagonisten sind allerdings weitere Studien mit größeren Fallzahlen vonnöten.
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