Versuche zur Identifizierung von strukturellen und funktionellen Veränderungen in high density lipoprotein

Abstract

Oxidativer Stress, systemische Inflammation und Lipidstoffwechselstörungen bei terminaler Niereninsuffizienz begünstigen die beschleunigte Atheroskleroseentwicklung. Atherosklerose ist eine chronische inflammatorische Funktionsstörung, in der verschiedene atherogene und atheroprotektive Komponenten involviert sind. Das Zytokin monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1), das bei der Monozyten-Infiltration in den subendothelialen Raum eine wesentliche Rolle spielt, stellt einen pro-inflammatorischen Indikator in früher Phase der Atherogenese dar. Die frühe Phase der Atherogenese ist durch eine Endothelfunktionsstörung charakterisiert. Es kommt zu einer Imbalance von gefäßprotektiven und -schädlichen Substanzen. Der vasoaktive Purinrezeptoragonist uridine adenosine tetraphosphate (Up4A) wirkt bei der kardiovaskulären Inflammation möglicherweise atherogen. In der vorliegenden Arbeit kann Up4A die Produktion des pro-inflammatorischen MCP 1 Dosis-abhängig stimulieren. Dies deutet darauf hin, dass eine mögliche Fehlregulation von Up4A unter pathologischen Bedingungen die pro-inflammatorische Reaktion in der Blutgefäßwand verstärken kann. Das high density lipoprotein (HDL) und Sphingosin 1 Phosphat (S1P), ein Lysophospholipid und Bestandteil des HDLs, sind in der Lage, die endotheliale Stickstoffmonoxid-Produktion durch die Aktivierung der endothelialen Stickstoffmonoxidsynthase zu stimulieren. Die vorliegende Arbeit konnte zeigen, dass HDL und eine seiner Proteinunterfraktionen sehr aktiv sind, S1P aus den Erythrozyten herauszuholen. In Bezug auf die Fähigkeiten von S1P, einige anti-atherogene Funktionen des HDLs zu vermitteln, stellt die Eigenschaft vom HDL, S1P aus Erythrozyten hinaus zu steuern, eine mögliche anti-atherogene Funktion des HDLs dar. Darüber hinaus spielt HDL beim reversen Cholesterintransport eine wesentliche Rolle und besitzt anti-inflammatorische, anti-oxidative und anti- thrombotische Eigenschaften. Bei terminaler Niereninsuffizienz ist die inflammatorische Kapazität des HDLs eher mit den Folgeerkrankungen der Patienten assoziiert als mit der HDL-Quantität. Die Dysfunktionalität vom HDL ist möglicherweise auf Veränderungen der Zusammensetzung des HDLs unter pathologischen Bedingungen zurückzuführen. Die in der vorliegenden Arbeit untersuchten HDL-Isolationen von Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz haben einen schlechteren Hemmungseffekt bei der Thrombin-induzierten MCP 1 Produktion als HDL-Proben von gesunden Probanden. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass HDL von Patienten zum Teil pro-inflammatorisch agiert. Der Funktionsverlust des HDLs lässt sich mindestens zu einem wichtigen Teil auf die Anreicherung des Serum Amyloid A (SAA) im HDL zurückführen. SAA ist ein hoch effektives pro-inflammatorisches Molekül im HDL und der SAA-Spiegel im HDL ist signifikant mit dem Verlust der anti-inflammatorischen Kapazität des HDLs korreliert. Zusammengefasst liefert die vorliegende Arbeit zusätzliche Hinweise darauf, dass HDL unter terminaler Niereninsuffizienz von einem funktionalen in einen dysfunktionalen Zustand wechselt. Unter systemisch inflammatorischen und oxidativen Bedingungen werden die atheroprotektiv wirkenden Komponenten des HDLs zum Teil durch die aufgenommenen atherogenen Moleküle aus dem Partikel verdrängt. Somit hat HDL verringerte anti-atherogene Funktionen und erhöhte pro-atherogene Kapazitäten. Zusammen mit der Dysfunktionalität des HDLs, können weitere Fehlregulationen von Komponenten, wie das in dieser Arbeit untersuchte Up4A, zur exzessiven kardiovaskulären Mortalität bei Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz und jeder anderen pro-inflammatorischen vaskulären Krankheit beitragen.

Oxidative stress, systemic inflammation and impaired lipid metabolism are thought to be the major causes for the accelerated atherosclerosis in patients with end stage renal disease (ESRD). Atherosclerosis is a chronic inflammatory disorder, in which various atherogenic and atheroprotective components are involved. Cytokine monocyte chemoattractant protein 1 (MCP‑1) plays an important role for monocyte infiltration into the subendothelial space. Hence it is a pro-inflammatory marker of early atherogenesis. Atherosclerosis is recognized to begin with endothelial dysfunction and characterized by a disturbed balance of different endothelium derived factors. A new identified vasoactive purinoceptor agonist, uridine adenosine tetraphosphate (Up4A) has been supposed to be pro-inflammatory and atherogenic. The present paper shows that Up4A stimulates MCP‑1 production in a dose-dependent manner. This indicates that a possible defective regulation of Up4A under pathological conditions could strengthen pro-inflammatory reactions in the blood vessel wall. High density lipoprotein (HDL) and one of its lysophospholipid components, sphingosine-1-phosphate (S1P), are able to activate the endothelial nitrogen monoxide synthase and stimulate thereafter the endothelial production of nitrogen monoxide. In this study, HDL and one of its protein subfractions are identified to be highly active to induce S1P- releasing from erythrocytes. Regarding to numerous anti-atherogenic functions of HDL that are exerted by S1P, HDL’s ability to induce the release of S1P from erythrocytes could be counted as one of its potent atheroprotective functions. In addition, HDL exerts reverse cholesterol transport and processes anti-inflammatory, anti-oxidative and anti-thrombotic properties. Instead of HDL’s quantity, the inflammatory capacity of HDL strongly associates with the outcome of the patients with ESRD. HDL’s dysfunction is potentially due to the changes in its components under pathological conditions. In this study, HDL of patients with ESRD exerts weaker inhibitory effect on the thrombin induced MCP‑1 production than HDL isolated from healthy controls. Furthermore, HDL of patients is pro-inflammatory active. To a significant extent, this functional loss might be attributed to the accumulation of serum amyloid A (SAA) in HDL. SAA acts highly pro-inflammatory and its content in HDL correlates significant with HDL’s loss of anti-inflammatory capacity. In summary, the present study provides additional information, that under the influence of ESRD HDL changes from a functional in a dysfunctional state. Under systemic inflammatory and oxidative conditions parts of the atheroprotective components of HDL are replaced by ahterogenic molecules, so that HDL possesses diminished anti- atherogenic functions and increased pro-atherogenic capacity. Together with HDL’s dysfunctionality, further defective regulations of components such as Up4A can make contribution to the excessive cardiovascular mortality in patients with ESRD and other pro-inflammatory vascular diseases.