Regulation von Adiponektin durch das Renin-Angiotensin-System

Abstract

Die Inzidenz des metabolischen Syndroms nimmt in den Industrieländern aufgrund von Fehlernährung und körperlicher Inaktivität immer mehr zu. Es umfasst eine Anhäufung verschiedener, sich gegenseitig verstärkender Erkrankungen und Risikofaktoren, die meist gemeinsame Ursachen teilen. Ein wichtiger pathogenetischer Faktor des metabolischen Syndroms ist die Insulin-resistenz, welche meist als Folgeerkrankung einer erhöhten Fettleibigkeit auftritt. Die AT1-Antagonisten stellen die jüngste Gruppe von Antihypertensiva dar, deren Effizienz und Nebenwirkungsarmut in den letzten Jahren in großen klinischen Studien überprüft wurde. Ein weiteres, wichtiges Ergebnis dieser Erhebungen war eine Senkung der Inzidenz von neu auftretendem Diabetes Typ 2 in den mit AT1-Antagonisten behandelten Patienten, deren Ursache und Mechanismus noch unklar ist. Adiponektin ist ein erst in den letzten Jahren entdecktes Adipozytokin, welches nicht nur stark mit der Insulinsensitivität korreliert, sondern dessen Gabe in mehreren Tiermodellen der Insulinresistenz sogar eine Insulinsensitivierung hervorrief. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, welchen Einfluss AT1-Antagonisten auf die Adiponektinexpression besitzen und ob der in den klinischen Studien registrierte positive Effekt dieser Antihypertensiva auf die Insulinsensitivität über eine Modulation dieses Adipozytokins erreicht wird. Mit dem zur Klärung dieser Fragen herangezogenen, murinen 3T3-L1 Adipozytenmodell zur Untersuchung des Einflusses des RAS auf die Adiponektinexpression in-vitro konnte zunächst eine AT2R-vermittelte Induktion der Adiponektin-Proteinexpression durch Ang II gefunden werden. Weitere Experimente zeigten, dass bestimmte AT1-Antagonisten, von denen wir kürzlich deren PPARγ-aktivierenden Eigenschaften ermitteln konnten, eine noch stärkere und vom Ang II und dem AT1R völlig unabhängige Stimulierung der Adiponektin-Proteinexpression verursachten. Versuche mit verschiedenen PPARγ- aktivierenden und nicht -aktivierenden AT1-Antagonisten sowie mit dem PPARγ- Antagonisten GW 9662 enthüllten, dass auch die hier gefundene verstärkte Stimulation der Adiponektin-Proteinexpression PPARγ-vermittelt ist. Interessanterweise konnte die gefundene Stimulation auf transkriptioneller Ebene nicht bestätigt werden und deutete somit auf einen post- transkriptionellen Mechanismus der Adiponektininduktion hin. Die Analyse der zellulären Adiponektindepletion in Anwesenheit des Proteinsynthese-Inhibitors Cycloheximid zeigte, dass durch Irbesartan-behandlung die zelluläre Verarmung an Adiponektin aufgehalten werden kann, was einen Rückschluß auf eine inhibitorische Wirkung des AT1-Antagonisten bezüglich der Adiponektindegradation zuließ. Inhibitoren des bedeutendsten Proteindegradationsweges in Eukaryoten, des Ubiquitin-Proteasom-Systems, bewirkten wie Irbesartan eine Aufrechterhaltung der zellulären Adiponektinspiegel und ließen damit erstmalig auf einen Abbau des Adipozytokins über diesen Mechanismus schließen. Auch die Irbesartan- vermittelte Aufrechterhaltung der Adiponektin-Proteinexpression machte die Inhibition dieses System als Ursache wahrscheinlich. Die Aktivität des zentralen Proteasompartikels konnte jedoch durch Irbesartan nicht eingeschränkt werden und ließ damit eine Interferenz an einer anderen Stelle der Degradationskaskade vermuten. Die in-vitro gefundenen Erkenntnisse über die Modulation des Adiponektins durch PPARγ-aktivierende AT1-Antagonisten wurden des Weiteren in einem Rattenmodell der Insulinresistenz, nämlich dem der adipösen fa/ fa ZF-Ratte, überprüft. Eine 3-wöchige Behandlung mit Irbesartan konnte Parameter der Insulinsensitivität deutlich verbessern, was mit einer Aufrechterhaltung der Adiponektin-Plasmaspiegel gegenüber einer signifikanten Senkung in den Kontrolltieren assoziiert war. Ex-vivo Studien konnten außerdem die PPARγ-vermittelte Induktion der Adiponektinexpression durch Irbesartan gegenüber den nicht-PPARγ-aktivierenden AT1-Antagonisten auch direkt im Fettgewebe der Ratte nachweisen. Zuletzt wurde die fettgewebsspezifische Verteilung des Adiponektins untersucht. Die Analysen konnten keinen Unterschied zwischen der Expression in einem viszeralen Fettdepot gegenüber der im subkutanen Fettgewebe feststellen. Dafür wurde interessanterweise eine deutlich geringere Expression im perikardialen Fettgewebe beobachtet. Das daraufhin untersuchte Myokard der Tiere lieferte einen ersten Beweis für die Präsenz von Adiponektin im Herzgewebe, dessen Konzentration zudem noch sehr eng mit der im umliegenden perikardialen Fettgewebe korrelierte. Diese Ergebnisse ließen den Schluß zu, dass das Adiponektin im perikardialen Fettgewebe womöglich ins Myokard gelangt und dort als Adipozytokin bestimmte Wirkungen hervorruft und ebneten den Weg für zukünftige Arbeiten, die sowohl den Weg des Adiponektins ins Myokard als auch dessen dortige Funktion aufklären könnten. Die im Rahmen dieser Dissertation vorgestellten Ergebnisse lieferten wichtige Erkenntnisse bezüglich der RAS- und PPARγ-vermittelten Modulation des Adipozytokins Adiponektin und wiesen somit auf einen möglichen Mechanismus der, in klinischen Studien festgestellten, insulinsentivierenden Eigenschaften einiger AT1-Antagonisten hin. Diese Arbeit liefert außerdem Ansätze zur Entwicklung neuer AT1-Antagonisten, die durch gleichzeitige AT1R-Blockade und verstärkte PPARγ- aktivierende Wirkung sowohl antihyperton als auch insulinsensitivierend wirken und damit zukünftig eine bessere therapeutische Alternative für die Behandlung des metabolischen Syndroms darstellen könnten.

The incidence of the Metabolic Syndrome in the industrialized countries is increasing more and more due to malnutrition and physical inactivity. It comprises an accumulation of different and mutually intensifying diseases and risk factors, which mostly share the same causes. An important pathogenic factor is the insulin-resistance which is often a consequence of increased obesity. The AT1-Antagonists are the latest group of antihypertensive drugs, whose efficiency and safety has been controlled in big clinical trials during the last few years. Another important result of these studies was a reduction of the incidence of new onset diabetes in AT1-Antagonist-treated patients, whose reason and mechanism are still unclear. Adiponectin is an adipozytokine which has been discovered in the last few years. It does not only correlate strongly with insulin-sensitivity, it had also been demonstrated in different knock-out animal-models that it even induces an insulin-sensitization. This work deals with the question whether there is an influence of AT1-Antagonists on the expression of adiponectin and whether the positive effect of these antihypertensive drugs on insulin-sensitivity is achieved by a modulation of this adipozytokine. With the murine 3T3-L1 adipocyte model used to analyze the influence of the RAS on the expression of adiponectin in-vitro at first an AT2R-mediated induction of the adiponectin protein expression by Ang II could be found. Further experiments showed that certain AT1-Antagonists, whose PPARγ-activating properties could be recently revealed by our group, caused an even stronger induction of the adiponectin protein expression being completely independent of Ang II or the AT1R. Investigations with different PPARγ- activating and non-activating AT1-Antagonists and with the PPARγ-antagonist GW 9662 revealed, that also the found stimulation of the adiponectin protein expression is PPARγ-mediated. Interestingly this stimulation of the adiponectin protein expression couldn´t be confirmed on the transcriptional level and therefore pointed towards a post-transkriptional mechanism of the adiponectin increase. The analysation of the cellular adiponectin-depletion in the presence of the protein-synthesis inhibitor cycloheximide indicated that the cellular impoverishment of adiponectin could be inhibited by Irbesartan- treatment. This allowed the interpretation of an inhibitory action of the AT1-Antagonist regarding the adiponectin-depletion. Inhibitors of the most important protein-degradation pathway in eucaryots, the Ubiquitin-Proteasome- System, caused like Irbesartan a stabilisation of the cellular adiponectin- levels and illuminated for the first time a possible degradation of this adipozytokine via this pathway. Also the Irbesartan-mediated stabilisation of the adiponectin protein expression turned the inhibition of this system into a probable cause. And yet the activity of the central proteasome particle couldn´t be diminished by Irbesartan, assuming an interference in a different area of the degradation cascade. The cognitions of the modulation of adiponectin by PPARγ-activating AT1-Antagonists found in-vitro were further verified in a rat model of insulin-resistance, the obese fa/ fa ZF-Rat. A 3-week Irbesartan-treatment was able to improve parameters of insulin- sensitivity significantly which was associated with a stabilisation of the adiponectin plasma-levels in contrast to a significant reduction in the control animals. Furthermore ex-vivo studies could also demonstrate directly the PPARγ-mediated induction of the adiponectin-expression by Irbesartan in contrast to the non-PPARγ-activating AT1-Antagonists in the epididymal fat tissue of the rat. Finally the fat depot-specific distribution of adiponectin was analyzed. The experiments were not able to detect a difference between the expression in a visceral in contrast to the one in subcutanious fat tissue. But interestingly a markedly reduced expression in pericardial fat tissue was measured. The thereupon investigated myocardium of the animals delivered a first proof of the presence of adiponectin in heart tissue, whose concentration corellates even more strongly with the one in the surrounding pericardial fat tissue. These results allowed the conclusion that adiponectin in the pericardial fat tissue somehow gets into the myocardium and there causes distinct effects as an adipocytokine. Now further studies could clarify the way of adiponectin into the myocardium and its function in that tissue. The results presented within this framework provide important knowledge regarding the RAS- and PPARγ-mediated modulation of the adipocytokine adiponectin and therefore point to a possible mechanism of the insulin- sensitizing actions of the AT1-Antagonists, found in clinical studies. This work moreover supplies new approaches for the development of new AT1-Antagonists, being antihypertensive and insulin-sensitizing by simultaniously blocking the AT1R and activitating the PPARγ thus leading to a better therapeutic trategy for the treatment of the metabolic syndrome.