Einfluss der Inhibition von Kollagen und HIF1alpha- Prolyl-4-Hydroxylasen auf Volumenbelastung induzierte myokardiale Umbauprozesse

Abstract

Hintergrund: Chronische Volumenbelastung führt zu exzentrischen LV- Hypertrophie, myokardialer Fehlfunktion und Umbauprozessen sowie neurohormonaler Aktivierung und Kollagenakkumulation. Mitverantwortlich für die myokardialen Umbauprozesse sind die Reorganisation der extrazellulären Matrix und eine gesteigerte Kollagensynthese. Prolyl-4-Hydroxylasen spielen eine wichtige Rolle in der Pathogenese der Umbauprozesse. Um die Rolle der Inhibition der P4H (P4HI) bei chronischer Volumenbelastung zu untersuchen benutzten wir den Kollagen P4HI FG0041 und den HIF P4HI FG2216. Der oral verfügbare P4HI FG0041 verhindert die Hydroxylierung der Kollagene, LV Umbauprozesse und verbessert die Überlebensrate bei Ratten mit akutem Myokardinfarkt. Der P4HI FG2216 stabilisiert den Transkriptionsfaktor Hypoxie inducible Factor (HIF). Ziel dieser Studie ist die Bewertung der Rolle der Kollagen- und HIF P4H auf die pathologischen Umbauprozesse in chronisch volumenbelasteten Herzen. Methoden: Bei 28-Tage alten, männlichen Wistar Ratten erfolgte eine aortocavalen Shuntoperation und anschließend eine 28-tägige Behandlung mit FG0041oder FG2216 oder einem Vehicle. Kontroll-Tiere erfuhren die gleiche Operation ohne Shunt Anlage und die Behandlung mit der FG-Trägersubstanz Carboxymethylcellulose. Echokardiografie erfolgten an Tag 28. Neurohormonale Marker, Wachstumsfaktoren, Kollagen und Matrix Metalloproteinasen (MMP1,MMP2, MMP9, MT1MMP) sowie deren Inhibitoren (TIMP1-4) wurden im Myokard auf mRNA, Protein- und Aktivitätsebene quantifiziert. Ergebnisse: Chronische Volumenbelastung steigerte signifikant das Gewicht von Herz und Lunge, führte zu einer Verdickung der Herzhinterwand (HW) und des interventrikularen Septums (IVS), zu einer Vergrößerung des LV endiastolischen und endsystolischen Durchmessers (LVEDD, LVESD) und zu einer Abnahme der LV Ejektionsfraktion (LV-EF), des Fractional Shortening (LV-FS) und des systolischen Blutdruckes. FG0041 bewirkte eine Steigerung der LV-EF und LV-FS und hat keinen Einfluss auf LVEDD und LVESD. FG2216 reduzierte LVEDD und LVESD und führt zu einer deutlichen Verbesserung der LV-EF und LV-FS. Nach Anlage des ACS ergab sich eine Erhöhung der mRNA-Expression von AT1, ET1, ETRA, ETRB und ECE-1, der Wachstumsfaktoren (TGFß, CTGFß, ITGß, OPN), Kollagene und Komponente der ECM. Unter FG0041 zeigte sich eine Abnahme und unter FG2216 keine Veränderung der zuvor genannten Faktoren. Schlussfolgerung: FG0041 führt zu einer Verbesserung der durch ACS induzierten Fehlregulation der morphologischen und hämodynamischen Parameter und reduziert die Expression der hypertropie-assoziierten Gene. FG2216 verbessert die kardiale Pumpfunktion und reduziert die LVH des Myokards, unabhängig von der mRNA-und Proteinexpression der hypertropie- assoziierten Gene. FG0041 und FG2216 könnten somit eine bedeutende, therapeutische Rolle in der Verbesserung der kardialen Pumpfunktion und Verhinderung des myokardialen Umbaues durch chronische Volumenbelastung spielen

Chronic volume overload leads to excentric hypertrophy, myocardial dysfunction, activation of neurohumoral factors, accumulation of collagen and cardiac remodelling. Matrix reorganisation and collagen formation have been suggested to be responsible for cardiac remodeling. Prolyl-4 hydroxylase (P4H) is a key enzyme in collagen synthesis, which built thermally stable triple helix collagen. Inhibition of Collagen-P4H (C-P4HI) favors production of unstable collagen, which is quickly degraded. FG0041 a K-P4HI and FG2216, which inhibits the HIF-P4H are orally available. FG0041 has been shown to be effective in preventing LV remodeling after acute myocardial infarction. Aim of this study to determine wheter administration of P4HI leads to beneficial effects on myocardial remodeling in aortocaval shunt. Methods: Induction auf aortocaval shunt (ACS) in 28 day old male Sprague Dawley rats. Sham-operated rats served as control. From day 2 to 28, ACS animals were treated with either FG0041, FG2216 or vehicle. Echocardiographie two day before sacrifice. Activity of the metalloproteinase (MMP2, MMP9) and there inhibitors (TIMP1-4), mRNA and proteins levels of transforming growth factor ß (TGFß), connective tissue growth factor (CTGF), integrin ß (ITGß), osteopontin (OPN) and collagen I and III, MMP1, MMP2, TIMP1-4 were measured. Results: Characterization of aortocaval shunt heart weigt (HW), interventricular septum (IVS), porsterior wall (PW), the weight of the lung, left ventricular enddiastolic and end systolic diameter (LVEDD, LVESDD) were increased. LV- Ejection (LV-EF) and LV- fractional- shortening (LV-FS) were degreased. Endothelin-1, endothelin receptor alpha and beta (ETRa and ETRß), Growth factors like TGFß1, CTGF, ITGß and OPN mRNA Expression were increased by induction of shunt. Collagen, MMP2, TIMP1 and TIMP2 mRNA were upregulated in the shunt group. FG0041 increased LV- EF and LV-FS without significant alterations in LVEDD and LVESD. Treatment with FG2216 significantly reduced the enlargement of the right and left ventricle, reduced LVEDD and LVESD and increased LV-FS and LV-EF. No changes under FG0041 and FG2216 in the endothelin system. Growth factors TGFß, CTGFß and OPN, Collagen I and III mRNA Expression were reduced with FG0041. Under treatment with FG2216 merely the mRNA Expression of TGFß, activity of MMP9 were reduced and TIMP4 Genexpression increased. Conclusion: Induction of aortocaval shunt leads to increased left ventricular remodelling, induced hypertrophy- related growth factors, stress related mediators, collagen production and MMP and TIMP mRNA levels. Changes in mRNA and protein accompanying left ventricular remodelling can be reversed by FG0041. Changes in cardiac remodelling can be reversed by FG2216, but not the changes in mRNA and protein levels of growth factors, collagen and extracellular matrix protein. FG0041 and FG2216 could therefore be a new therapeutic option in the treatment of pathological myocardial growth processes