Untersuchungen zur Wirkung der Phenylacetylsäure auf die iNOS Expression bei chronisch niereninsuffizienten Patienten

Abstract

Chronisch niereninsuffiziente Patienten haben eine gegenüber der Normalbevölkerung deutlich erhöhte kardiovaskuläre Morbidität und Mortalität. Erkrankungen des Herz - Kreislauf - Systems sind die häufigste Todesursache bei diesen Patienten. Dafür verantwortlich ist neben klassischen Risikofaktoren auch der urämische per se. Durch ihn kommt es zu Verschiebungen im Elektrolyt- und Flüssigkeitshaushalt, zu Veränderungen im Hormonhaushalt, zu einem erhöhten oxidativen Stress und zur Akkumulation sogenannter Urämietoxine. Im Gefäss kommt es durch diese Veränderungen u. a. zu Störungen im NO - Stoffwechsel, die mit zur Ausbildung eines proinflammatorischen und prothrombotischen Zustandes führen, den man als endotheliale Dysfunktion bezeichnet und der als erster Schritt auf dem Weg zu den dann auch morphologisch fassbaren Veränderungen der Atherosklerose anzusehen ist. In dieser Situation kann die Aktivierung der induzierbaren Nitroxidsynthase (iNOS) in glatten Gefässmuskelzellen als Kompensationsmechanismus wirken, der für die Aufrechterhaltung der vaskulären Homöostase notwendige NO - Mengen zur Verfügung stellt. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfuss von Phenylessigsäure (PAA) auf die iNOS - Expression in Monozyten untersucht. Dabei konnte PAA als neues Urämietoxin charakterisiert werden. Phenylessigsäure entstammt dem Phenylalaninstoffwechsel und akkumuliert im Körper chronisch niereninsuffizienter Patienten. Durch TaqMan - RT - PCR konnte ein dosisabhängiger, hemmender Einfluss von PAA auf die Expression der iNOS - mRNA in Monozyten nachgewiesen werden. Da iNOS sowohl in Monozyten und in glatten Gefäßmuskelzellen exprimiert wird und in beiden Zellarten gleiche Stimuli zu einer Aktiverung der iNOS - Expression führen, lassen sich die hier gewonnenen Erkenntnisse auf glatte Gefäßmuskelzellen extrapolieren. Der hemmende Einfluss von PAA zeigt sich bei Konzentrationen, in denen die Substanz auch im Plasma chronisch niereninsuffizienter Patienten nachweisbar ist und lässt sich in der murinen Makrophagen - Zelllinie RAW 264.7 auch auf Proteinebene nachweisen. Eine Verringerung der iNOS - Expression hat wesentliche pathophysiologische Bedeutung bei der terminalen Niereninsuffizienz. Die in der vorgelegten Arbeit beschriebenen Effekte von PAA bieten somit eine mögliche Erklärung für die eingeschränkte NO - Bioverfügbarkeit unter den Bedingungen des chronischen Nierenversagens. Damit erfüllt PAA die Bedingungen, die ein Urämiegift charakterisieren: es lässt sich im Körper terminal niereninsuffizienter Patienten in deutlich höheren Konzentrationen als im Körper gesunder Menschen nachweisen und es führt zu einer Störung in dem wichtigen Stoffwechselweg des NO - Metabolismus.

Patients with chronic renal failure (CRF) suffer from a much higher cardiovascular morbidity and mortality. Cardiovascular diseases are the leading cause of death among these patients. The increased cardiovascular mortality in patients with CRF is due in part to the prevalence of established risk factors but also the uremic status per se seems to be accountable. Uremia leads to disturbances in water and electrolyte metabolism, changes in hormonal homeostasis, increased oxidative stress and ac-cumulation of uremic toxins. As one consequence these alterations lead to disturbances in nitroxide (NO) metabo-lism with development of a proinflammatory and prothombotic situation called endo-thelial dysfunction. This is the first step on the way to the morphological changes typical for atherosclerosis. In such a situation the activation of inducible nitroxide syn-thase (iNOS) in vascular smooth muscle cells (VSMC) could be a rescue mechanism providing enough NO for maintaining vascular homeostasis. In the present study the effect of phenyl acetic acid (PAA) on the expression of iNOS in mononuclear leucocytes was investigated. PAA was characterized as a new ure-mic toxin that derive from phenylalanine metabolism and accumulate in the body of patients with end - stage renal disease. Using TaqMan - RT - PCR phenyl acetic acid was shown to inhibit iNOS - mRNA - expression in mononuclear leucocytes from healthy subjects.in a dose - dependent manner- Since iNOS is expressed in both VSMCs and leukocytes the latter may be a suitable model to study iNOS expression and the effects of PAA on iNOS expression in leucocytes may therefore be extrapolated to VSMC. The inhibiting influence of PAA on iNOS expression was found in concentrations that were also measured in plasma from patients with end - stage renal disease. Using western - blot analysis this effect is also detectable in the murine macrophage cell line RAW 264.7 on protein - level. A decline in iNOS - activity has important pathophysiological relevance in end - stage renal disease and the effects of PAA described in this study may contribute to re- duced NO - bioavailability in end - stage renal failure. Insofar PAA meets the conditions that characterize an uremic toxin: it is found in the body of patients suffering from chronic renal failure in concentrations much higher than that found in healthy control subjects and it leads to a disturbance in NO me-tabolism.