Einfluss des Rauchens auf zirkulierende Progenitorzellen bei prämenopausalen Frauen

Abstract

Hintergrund: Es wird vermutet, dass die Anzahl zirkulierender Progenitorzellen (PC), insbesondere sogenannter endothelialer Progenitorzellen (EPC), durch Rauchen und weitere kardiovaskuläre Risikofaktoren negativ moduliert wird. Bei prämenopausalen Frauen besteht anderseits ein positiver Einfluss auf die sog. EPC seitens des Östrogens. Zielsetzung: Im Rahmen einer Probandenstudie sollte die Frage beantwortet werden, ob die Anzahl zirkulierender PC bei gesunden prämenopausalen Frauen durch chronisches inhalatives Rauchen unter geringem bzw. starkem Einfluss endogener weiblicher Hormone innerhalb des Menstruationszyklus beeinflusst wird. Des Weiteren sollte untersucht werden, ob die Quantität der PC innerhalb des Menstruationszyklus einer Schwankung unterliegt. Im experimentellen Teil der Arbeit sollte geklärt werden, ob aus CFU-EPC bzw. aus CD34+ PC proliferierende Endothelzellen entstehen können. Materialen und Methoden: Im Rahmen der Probandenstudie wurden die Endothelfunktion sowie die Anzahl der CD34+ und CD34+/CD133+ PC im peripheren Blut mittels FACS Analyse bestimmt. Zusätzlich wurde die Zahl der Colony forming units (CFU-EPC) in Zellkultur ermittelt. Bei 32 Frauen (17 Raucherinnen und 15 Nichtraucherinnen) erfolgten Messungen nur in der Menstruationsphase (3. Tag des Menstruationszyklus). Zusätzlich haben Untersuchungen bei 20 Frauen auch zu Zeitpunkten, wo deutlich stärkerer hormoneller Einfluss besteht, nämlich in der Follikelphase (7. Tag des Menstruationszyklus) und in der Lutealphase (7. Tag vor Beginn der Regelblutung), stattgefunden. Im experimentellen Teil der Arbeit wurden aus peripherem Blut gewonnene mononukleäre Zellen im Standard-Zellkulturmedium (M199+20% FCS) bzw. in angiogenem Zellkulturmedium (EBM mit EGM-2 Bullet Kits) kultiviert. Ferner wurde nach MACS Isolation die Differenzierung der CD34+, CD34- und der unselektierten mononukleären Zellen analysiert. Ergebnisse: Die Zahl der CD34+ PC war in der Rauchergruppe signifikant reduziert, sowohl in der Menstruationsphase als auch in der Follikel- und Lutealphase. Es lag kein signifikanter Unterschied in der Anzahl der untersuchten zirkulierenden PC zwischen den untersuchten Zeitpunkten des Menstruationszyklus vor. Nur die Anzahl der CD34+ PC zeigte eine Korrelation mit der endothelabhängigen Vasodilatation. Aus mononukleären Zellen können zwei Typen endothelartiger Zellen entstehen. Zu der ersten Zellgruppe gehören die Zellen der CFU-EPC, die eher transdifferenzierten Monozyten entsprechen. Die zweite Zellgruppe beinhaltet stark proliferierende Zellen mit Endotheleigenschaften, die mutmaßlich aus CD34+ PC oder abgeschilferten vaskulären Endothelzellen unter Einfluss von Zytokinen und weiteren mononukleären Zellen hervorgehen. Schlussfolgerung: Die Anzahl der CD34+ PC wird bei chronischen Raucherinnen beeinträchtigt, unabhängig von zusätzlichen endogenen hormonellen Einflüssen. Das Ausmaß des Anstiegs von Östrogen reicht in den untersuchten Phasen des Menstruationszyklus nicht aus, um die Anzahl von PC relevant zu beeinflussen. Die CD34+Zellzahl könnte bei gesunden prämenopausalen Frauen einen zusätzlichen Marker für die Endothelfunktion darstellen. Die sogenannten EPC stellen eine heterogene Zellgruppe dar.

BACKGROUND: Decreased levels of circulating bone marrow-derived progenitor cells have been associated with risk factors and cardiovascular diseases. Smoking is the most important modifiable risk factor for atherosclerosis in young women. OBJECTIVES: The aim of this pilot study was to assess in healthy premenopausal women without other risk factors for cardiovascular disease the influence of nicotine abuse on the number of circulating progenitor cells in relation to endothelial function. Further was the differentiation of CFU-EPC and CD34 + PC also analyzed, whether they can generate endothelial cells. METHODS: The number of endothelial progenitor cells, measured as colony- forming units in a cell-culture assay (EPC-CFU) and the number of circulating CD34 + and CD34 + /CD133 + cells, measured by flow cytometry, was estimated in 32 women at the menstrual phase of the menstrual cycle. In addition, flow- mediated dilation (FMD) was assessed as a marker for vascular function. In a subgroup of these women (n = 20), progenitor cells were also investigated at the mid-follicular and luteal phases of the menstrual cycle. In the experimental part of this work were peripheral blood mononuclear cells in standard cell culture medium (M199 +20% FCS) or in angiogenic cell culture medium (EBM with EGM-2 Bullet kit) cultivated. After MACS isolation was the differentiation of CD34 +, CD34-and unselected mononuclear cells analyzed. RESULTS: Compared to non-smokers, the abundance of circulating CD34 + cells was significantly lower in smoking women in the menstrual, mid-luteal, and mid-follicular phases of the menstrual cycle. The number of CD34 + progenitor cells was revealed to have significant positive correlation with FMD in young healthy women, whereas CD34 + /CD133 + progenitor cells and EPC-CFU showed no significant correlation. From mononuclear cells, two types of endothelial cells can arise. The first group encloses the colonies of CFU-EPC that share in cell culture and RT-PCR many similar properties with monocytes. The second group contains cells with high proliferative potential and typical endothelial morphology and expression of endothelial marker KDR, CD31, VE-Cadherin and NO synthase. They may arise from CD34 + putative PC or desquamated vascular endothelial cells under the influence of cytokines and other mononuclear cells. CONCLUSION: The number of CD34 + progenitor cells positively correlates with FMD in young healthy women and is decreased by smoking. The CD34 + cell count in healthy premenopausal women could be an additional marker for endothelial function. Endothelial progenitor cells represent a heterogeneous cell population.