Neuroprotektive Effekte von Atorvastatin bei Glutamat-induzierter Exzitotoxizität in primären kortikalen Neuronen

Abstract

Atorvastatin gehört zu einer Gruppe lipidsenkender Medikamente, die über eine kompetitive Hemmung des Schlüsselenzyms der Cholesterin-Biosynthese, der -HMG-CoA-Reduktase (-Hydroxymethylglutaryl-Coenzym A-Reduktase) wirken. Sie sind daher zur Therapie der Hypercholesterinämie (Stein et al. 2002) und der koronaren Herzkrankheit (Rader et al. 2003) indiziert. In zahlreichen klinischen Studien konnte gezeigt werden, dass unter Statinmedikation ebenfalls die Schlaganfallinzidenz gesenkt wird (Hess et al. 2000, Cuchiara und Kassner 2001, Heart Protection Study Collaborative Group 2002, Bösel und Endres 2002) und durch Statinvorbehandlung die klinischen Auswirkungen des Schlaganfalls gemildert werden (Greisenegger et al. 2004, Marti-Fabregas et al. 2004, Endres et al. 1998). Dies ist umso erstaunlicher, als ein hoher Cholesterinspiegel als Risikofaktor für den ischämischen Schlaganfall gar nicht als etabliert anzusehen ist, sondern kontrovers diskutiert wird (Prospective Studies Collaboration 1995, Hebert et al. 1995, Hachinski et al. 1996, Amarenco 2001). In zahlreichen experimentellen Studien zeigte sich aber, dass die durch Statine vermittelten Wirkungen vielfach auf cholesterin- unabhängigen Mechanismen beruhen. Diese sogenannten pleiotropen Effekte umfassen vasodilatative, antiinflammatorische, antithrombotische und antioxidative Mechanismen (Endres et al. 1998, Takemoto und Liao 2001, Tsiara et al. 2003). Gegenstand dieser Arbeit ist es, unabhängig von vaskulär vermittelten Komponenten die direkte Neuroprotektion eines Statins in neuronalen Zellkulturen zu untersuchen. Dabei konnte in etablierten Modellen für den exzitotoxischen neuronalen Zelltod eine signifikante zeit- und dosisabhängige Neuroprotektion durch Atorvastatin-Vorbehandlung gezeigt werden. Weiter konnte durch Atorvastatin-Vorbehandlung der durch exzitotoxische Stimuli induzierte Anstieg intrazellulären Kalziums signifikant gesenkt werden. Dieser Effekt ließ sich nicht durch Umgehung der Enzymhemmung umkehren, ist also unabhängig von der HMG-CoA-Reduktase-Hemmung. Zudem zeigte Atorvastatin pro-apoptotische Eigenschaften im Camptothecin-induzierten apoptotischen Zelltod. Im in-vitro-Schlaganfallmodell, der kombinierten Sauerstoff-Glukose-Deprivation, vermittelte Atorvastatin keine direkten neuroprotektiven Eigenschaften. Zusammengefasst vermittelt Atorvastatin antiexzitotoxische Eigenschaften unabhängig von der HMG-CoA-Reduktase-Hemmung.

Atorvastatin is a lipid lowering drug acting via competitive inhibition of the key enzyme of the cholesterol biosynthesis, the HMG-CoA reductase and is therefore indicated for the treatment of hypercholesterolaemia (Stein et al. 2002) and coronary heart disease (Rader et al. 2003). It has been shown that statins lower the risk of stroke (Hess et al. 2000, Cuchiara und Kassner 2001, Heart Protection Study Collaborative Group 2002, Bösel und Endres 2002). In addition, premedication with statins improves the outcome of stroke (Greisenegger et al. 2004, Marti-Fabregas et al. 2004, Endres et al. 1998). This remains remarkable as high cholesterol levels as a risk factor for stroke are discussed controversially (Prospective Studies Collaboration 1995, Hebert et al. 1995, Hachinski et al. 1996, Amarenco 2001). These pleiotropic effects include vasodilatative, anti-inflammatory, anti-thrombotic and anti-oxidative properties (Endres et al. 1998, Takemoto und Liao 2001, Tsiara et al. 2003). We examined the direct neuroprotective effects of atorvastatin in primary cortical neuronal cell cultures seperate from vascular mediated mechanisms. In established excitotoxic paradigms of neuronal cell death atorvastatin mediated a significant time and dose dependent neuroprotection. Furthermore, atorvastatin significantly lowered the glutamate-induced increase of calcium. This effect could not be reversed by coapplication of mevalonate or other isoprenoids; hence they are independent of HMG-CoA reductase inhibition. Subtype-analysis of glutamate receptors showed that atorvastatin attenuated NMDA-mediated changes in intracellular calcium concentrations. Atorvastatin showed pro-apoptotic properties in Camptothecin-induced apoptosis and did not exert direct neuroprotective properties in an in vitro model of stroke, the oxygen-glucose-deprivation. Together, atorvastatin exerts direct anti- excitotoxic neuroprotection independent of HMG-CoA reductase inhibition.