Adiponektin vermindert matrizelluläres Remodeling nach kardialer Schädigung durch Hochregulation der Matrix-Metalloproteinase 9-Expression

Abstract

Hintergrund: Adiponektin (APN) ist ein multifunktionelles immunmodulatorisches Adipozytokin, welches eine durch Druckbelastung und arterielle Hypertension induzierte linksventrikuläre Hypertrophie inhibiert und einem fibrotischen Umbau nach Myokardinfarkt entgegenwirkt. Das Coxsackievirus B3 (CVB3) führt zu schweren, mit einem ausgeprägten Remodeling der extrazellulären Matrix (ECM) assoziierten Myokarditiden, welche in eine dilatative Kardiomyopathie münden können. In der vorliegenden Arbeit untersuchten wir in vitro und an Modellen der kardialen Schädigung in vivo, ob APN durch die Regulation der Expression von Matrix-Metalloproteinasen (MMPs) ein adverses ECM-Remodeling inhibieren kann. Methoden: Kardiale Zellen wurden in vitro kultiviert. Eine kardiale Schädigung wurde durch CVB3-Infektion oder Myokardinfarkt in APN-KO- und WT-Mäusen induziert. Die Genexpression sowie die gelatinolytische Aktivität/Proteinexpression von MMPs wurde mittels qRT-PCR und mittels Zymographie gemessen. Die Bestimmung des Umsatzes von Kollagen 1 erfolgte mittels Bestimmung von Kollagenspaltprodukten (C-terminal telopeptide of collagen typ I – ICTP [ELISA]). Ergebnisse: In kultivierten Kardiomyozyten (CM) und kardialen Fibroblasten (CF) führt APN zu einer AMPK- und ERK1/2- abhängigen Hochregulation von MMP-9-mRNA und Proteinexpression ohne Einfluss auf die Expression von MMP-2, MMP-3 und MMP-13. In kardialen Fibroblasten kontrolliert sowohl AMPK als auch ERK1/2 die Hochregulation der MMP-9-Expression durch proinflammatorische Stimuli. Entsprechend führte APN in kardialen Fibroblasten nach Triggerung durch TNFα, LPS und R-848 zu einer signifikant gesteigerten Hochregulation von MMP-9. In Übereinstimmung mit diesen Beobachtungen zeigte sich in APN-defizienten Mäusen eine signifikante Verminderung der kardialen MMP-9-Aktivität im Rahmen der CVB3-Myokarditis am Tag 7 post-infektionem (p < 0,01) sowie eine Inhibition nach Myokardinfarkt. Die MMP-9-Expression in der Milz war in APN-KO-Mäusen am Tag 7 nach CVB3 Infektion ebenfalls vermindert und korrelierte mit einer verminderten Immunzellinfiltration im Herzmuskel dieser Tiere. In Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen zeigte sich eine signifikante Verminderung der Kollagenspaltprodukte (ICTP-ELISA) im Herzmuskel bei APN-KO-Mäusen (p < 0,05) im Rahmen der CVB3-Myokarditis als Zeichen eines reduzierten Umsatzes von Kollagen Typ I. Schlussfolgerung: Unsere Beobachtungen zeigen, dass APN adverses kardiales Remodeling als Folge einer kardialer Schädigung inhibiert. Dies geschieht durch eine Induktion der MMP-9-Expression in kardialen und infiltrierenden Immunzellen. Eine erhöhte kardiale MMP-9-Aktivitität führt zu einer gesteigerten Spaltung von akkumulierendem Kollagen und einem gesteigerten Umsatz der extrazellulären Matrix (ECM), was zu einer verminderten Fibrose sowie damit einhergehenden verbesserten kardialen Funktion führen könnte.

Background: Adiponectin (APN) is a multifunctional immunomodulatory adipocytokine that inhibits left ventricular hypertrophy induced by pressure overload as well as hypertension and attenuates fibrosis after myocardial infarction. Coxsackievirus B3 (CVB3) causes severe myocarditis associated with intense extracellular matrix (ECM) remodeling, which might progress to dilated cardiomyopathy. Here, we investigated whether APN inhibits adverse ECM remodeling in vitro and in cardiac injury models by affecting matrix metalloproteinase (MMP) expression. Methods: Cardiac cells were cultured in vitro. Cardiac injury was induced by CVB3 infection or myocardial infarction in APN-KO and WT mice. Gene expression and gelatinolytic activity/protein expression of MMPs was quantified by qRT-PCR and zymography, respectively. Activation status of protein kinases was determined by immunoblot. Collagen 1 turnover was assessed by the collagen split products Cterminal telopeptide of collagen typ I (ICTP ELISA). Results: In cultured cardiac myocytes (CM) and fibroblasts (CF) APN up-regulates MMP-9 gene and protein expression through activation of AMPK and ERK1/2 without affecting MMP-2, MMP-3 and MMP-13 expression levels. Both AMPK and ERK1/2 induced up-regulation of MMP-9 expression by pro-inflammatory stimuli in cardiac fibroblasts. Accordingly, APN further enhanced the up-regulation of MMP-9 expression triggered by TNFα, LPS and R-848 in CF. In line with these observations, cardiac MMP- 9 activity was significantly attenuated in APN-KO mice in subacute CVB3 myocarditis at day 7 post-infection (p < 0,01) and decreased following myocardial infarction. Moreover, splenic MMP-9 expression was also diminished in APN-KO mice at day 7 post-infection correlating with diminished immune cell infiltration in hearts of APN-KO mice. Accordingly, cardiac collagen split product (ICTP) accumulation was significantly reduced in hearts of APN deficient mice in CVB3 myocarditis (p < 0,05) indicating attenuated collagen 1 turnover. Conclusions: Our observations indicate that APN inhibits adverse cardiac remodeling following cardiac injury by inducing MMP-9 expression in resident cardiac and infiltrated immune cells. Enhanced cardiac MMP-9 activity results in increased cleavage of accumulating collagens and augmented ECM turnover that might inhibit cardiac fibrosis leading to improved cardiac function.