Die Wirkung von VLDL-Isoformen auf die flussabhängige Dilatation an Koronararterien des Menschen

Abstract

Die Wirkung von VLDL-Isoformen auf die flussabhängige Dilatation von Koronararterien ist im Hinblick auf die Entstehung von arteriosklerotischen Veränderungen, die zum Krankheitsbild der Koronaren Herzerkrankung führen, als auch an Gehirnarterien, einem pathologischen Korrelat der Alzheimer-Demenz, ein interessantes, bisher unzureichend untersuchtes Phänomen. Die Frage nach einem von der Apo E-Isoform abhängigen Einfluss auf die Dilatation ist von Bedeutung, insbesondere aufgrund der Tatsache, dass die Homozygotie für Apo E4 ein Risikofaktor für bei-de Krankheitsbilder ist. In dieser Arbeit konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die flussabhängige Dilatation, als wesentlicher Regulator der Gefäßweite im arteriellen System, von physiologischen Konzentrationen des VLDL beeinflusst wird. Darüber hinaus haben wir eine unterschiedliche Reaktion der Gefäße auf gepooltes, mit verschiedenen Apo E-Isoformen besetztes, und auf homozygotes Apo E4/E4-VLDL gemessen. Hierzu wurde an unbehandelten intakten humanen Koronararterien in Abhängigkeit von steigenden Flussraten die Kraftentwicklung mit einem induktiven Kraftaufnehmer, das Membranpotential intrazellulär mit Glasmikroelektroden und anschließend die intrazelluläre Konzentration der zyklischen Nukleotide cAMP und cGMP bestimmt. Die dilatative Reaktion glatter Gefäßmuskulatur auf steigende Flussraten von VLDL-Lösung war gegenüber der Reaktion auf Krebslösung im Bereich niedriger Flussraten signifikant eingeschränkt. Bei einer maximalen Flussrate der Krebslösung von 100 mL/min nahm der Tonus der Gefäßstreifen um 16 % ab und die Zellen hyperpolarisierten. Unter VLDL-Lösung wurde eine geringere Tonusabnahme von 9% gemessen, entsprechend auch eine geringere Hyperpolarisation. Die Quantifizierung des Einflusses der Very-Low-Density-Lipoproteine auf die Signaltransduktion zeigte eine um 20% reduzierte cGMP- und um fast 50% reduzierte cAMP-Freisetzung, in Übereinstimmung mit der eingeschränkten Relaxation. Wie der Vergleich mit Experimenten an Gefäßabschnitten ohne Endothel zeigt, ist die Einschränkung der flussabhängigen Dilatation hauptsächlich endothelabhängig. Es wurde kein signifikanter Unterschied der flussabhängigen Dilatation unter Krebslösung versus VLDL an deendothelialisierten Präparaten gemessen. Bekanntermaßen geht die Atherosklerose mit einer endothelialen Dysfunktion einher. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen darauf hin, dass bereits in intakten Gefäßen die physiologische Relaxation glatter Gefäßmuskulatur auf Flussreiz durch VLDL negativ beeinflusst wird. Dabei scheint die Abnahme der Vasodilatation unter physiologischen VLDL-Konzentrationen auf eine Bindung an Flusssensoren, und folglich auf die Blockade der optimalen Übersetzung des Flussreizes mittels Bildung von sekundären Botenstoffen, zurückzugehen. In weiteren Untersuchungen wurde unter homozygotem Apo E4/E4-VLDL eine komplette Aufhebung der flussabhängigen Dilatation beobachtet. Bei steigenden Flussraten kam es zu einer signifikanten Tonuszunahme der glatten Gefäßmuskulatur und zur Depolarisation ihrer Zellmembranen. Dabei lag der Tonus der Arterienstreifen bei maximaler Flussrate um 13 % über dem Ausgangstonus. Gleichzeitig wurde eine Konzentrationsabnahme der Botenstoffe cGMP und cAMP bestimmt. Insgesamt konnten wir eine kontrahierende Wirkung von Apo E4 auf die glatte Muskulatur von Arterien nachweisen. Laut gängiger Meinung ist Apolipoprotein E4 ein molekulargenetischer Risikofaktor für Atheroskleroseentstehung sowie Entwicklung einer Alzheimer-Demenz. Diese Assoziation ist auf pathophysiologischer Ebene bisher unzureichend untersucht. Die in dieser Arbeit erstmals gemessene Einschränkung der flussabhängigen Dilatation mit gleichzeitiger Abnahme der sekundären Botenstoffe in der Gefäßmuskulatur von Apo E4/E4-VLDL-ausgesetzten Koronararterien könnte ein weiterer Mechanismus sein, über den der Apo E4-Genotyp an der Entstehung dieser Erkrankungen beteiligt ist.

The effect of VLDL-isoforms on flow-dependent dilatation in the development of atherosclerosis is an inadequately studied phenomenon. The present investigation aimed to unveil the role of VLDL-ApoE isoforms in vascular reactivity. Atherosclerotic changes play a major role in the pathophysiology of Coronary Heart Disease as well as Alzheimers Disease. The question of an Apo E isoform dependent effect is particulary interesting given the fact that the homozygosity for Apo E4 is a risk factor for both diseases. Isometric tension, membrane potential and cAMP/cGMP concentrations were measured in segments of human coronary arteries from heart transplantations. Krebs solution alone and with addition of 30 mg/dL pooled VLDL and VLDL-apoE4/E4 was used as a superperfusate. Upon a basal flow rate of 3 mL/min, the initial tension showed a graded course in both normal and in deendothelialized preparations: pooled VLDL diminished whereas VLDL-apoE4/E4 enhanced mechanical force. Endothelium denuded segments had basically a higher tone on grounds of an impaired NO release. Latter preparations demonstrated this graded course especially significant during flow-dependent dilatation, which was reduced under pooled VLDL and changed to flow-dependent constriction under VLDL- apoE4/E4. Membrane potentials reflected tension: hyperpolarisation of the vascular smooth muscle cell preceded relaxation, depolarisation preceded contraction. Relating the membrane potential to the corresponding tone revealed a common sigmoidal electro-mechanical coupling curve. For the first time in literature we report on a mechano-biochemical coupling curve by correlating the tension change to the difference in cAMP/cGMP concentration. We were able to show that physiologic concentrations of VLDL reduce flow- dependent dilatation and VLDL-apoE4/E4 reversed flow-dependent dilatation to constriction. There is growing evidence that binding of apoE4/E4 to the flow sensor proteoheparan sulfate leads to Nanoplaque build-up at the endothelium- blood interface and thus impairs vascular reactivity.