Entkopplung der endothelialen Stickstoffmonoxid-Synthase hemmt die Mobilisation und Funktion endothelialer Progenitorzellen

• Main Author: Schultheiß, Maximilian
• Format: Doctoral Thesis
• Language: deu
• Published: 2009
• Subjects: Diabetes mellitus; Endothel; ddc:610
• Online Access: https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/2898; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-35835; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-35835; https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/2898/schultheiss_komplett_A.pdf

Eine Schädigung des Endothels ist früh nachweisbar in der Pathogenese kardiovaskulärer Erkrankungen. Beim Diabetes mellitus führt die Entkopplung der endothelialen Stickstoffmonoxid-Synthase (eNOS) durch Bildung von Superoxidanionen (O2-) anstatt von Stickstoffmonoxid (NO) zu einer gesteigerten Produktion an reaktiven Sauerstoffradikalen (ROS) und zu einer Schädigung des Endothels. Bei der Endothelregeneration spielen die kürzlich entdeckten endothelialen Progenitorzellen (EPCs) eine entscheidende Rolle. Für deren Mobilisierung und volle Funktionalität ist die eNOS von essentieller Bedeutung. In der vorliegenden Arbeit wurde die Hypothese untersucht, daß die beim Diabetes mellitus bekannte Entkopplung der eNOS auch eine wichtige Rolle bei der verminderten Mobilisierung und Dysfunktion von EPCs spielen könnte. Bei Patienten mit Typ-II Diabetes waren die EPC-Spiegel im Blut deutlich vermindert, die EPCs von diabetischen Patienten produzierten mehr O2- und ihre Funktion war im Vergleich zu den EPCs von Kontrollen eingeschränkt. Die gestörte Funktion der EPCs ließ sich durch eine Blockade der NOS mit NG-nitro-L-Arginin (L-NNA) zu einem großen Teil wiederherstellen. Gleichzeitig war dies auch mit einer verminderten O2--Produktion verbunden. In kultivierten EPCs führte die Inkubation mit Glukose zu einer vermehrten O2-- Produktion und einer verminderten Migrationsfähigkeit. Die Proteinkinase C scheint hierbei mechanistisch über eine Aktivierung der NADPH-Oxidase (NOX) von Bedeutung zu sein. Die durch Glukose hervorgerufene gesteigerte O2--Generierung resultiert in verminderten intrazellulären Tetrahydrobiopterin (BH4) -Spiegeln, dem wahrscheinlich entscheidenden pathophysiologischen Mechanismus bei der eNOS-Entkopplung. Nach exogener Zufuhr von BH4 kam es zu einer signifikanten Funktionsverbesserung der EPCs und einer deutlich verminderten O2--Produktion. Im Tiermodell des Diabetes wurden EPC-mobilisierende Mechanismen untersucht. Bei Ratten wurde durch Streptozotozininjektion ein Typ-I-Diabetes hervorgerufen. Bei diesen Tieren konnten ebenso wie bei den diabetischen Patienten verminderte EPC-Spiegel nachgewiesen werden. Ursache hierfür könnte eine Entkopplung der eNOS im Knochenmark sein. Hier zeigte sich eine gesteigerte O2--Produktion, welche durch eine NOS-Blockade mittels L-NNA teilweise reversibel war. Wahrscheinlich sind die auf die Entkopplung der eNOS zurückzuführende verminderte EPC-Mobilisierung und -Funktion mitbestimmende Faktoren in der Pathogenese von vaskulären Komplikationen beim Diabetes mellitus. === Early in the pathogenesis of cardiovascular diseases the endothelium gets impaired. In diabetes mellitus the uncoupling of the endothelial nitric oxide synthase (eNOS) causes endothelial dysfunction by the formation of superoxide anions (O2-) instead of nitric oxide (NO). For the proper regeneration of the endothelial monolayer endothelial progenitor cells (EPC) are essential. The eNOS plays a crucial role in the mobilisation and functionality of the EPCs. In this work we investigated, if the in diabetes mellitus appearing uncoupling of the eNOS plays a major role in the dysfunction and lesser mobilisation of EPCs. EPC levels in diabetic patients were significantly reduced and produced more O2-. The impaired function of EPCs could be nearly be reversed by adding NG-nitro-L-arginine (L-NNA) and also the O2-- production was reduced. Cultivated EPCs, who were incubated with glucose, produced more O2- and their migratory capacity was reduced. The protein-kinase C seems to activate the NADPH-oxidase. This seems to be an important mechanism in the eNOS-uncoupling. The intracellular tetrahydrobiopterin-concentration (BH4) was reduced. The exogenous application of BH4 resulted in a better EPC-function and lesser O2--production. In an animal-model the mechanisms for the EPC-mobilisation were investigated. We used type-1 diabetic rats, induced by the injection of streptocotocine. The EPC-levels in these animals were reduced. A reason for that could be the uncoupling of the eNOS in the bone marrow. The O2--formation was initially elevated and could be reduced by the addition of L-NNA. It is possible, that the by the eNOS-uncoupling induced bad function and lesser mobilisation of EPCs in diabetes mellitus can lead to vascular complications.