Die Bedeutung der vaskulären Nukleosid-Triphosphat-Diphosphohydrolase (NTPDase 1/CD39) für den hepatischen und intestinalen Ischämie-Reperfusionsschaden in der Maus

Abstract

Die Nukleotide Adenosintriphosphat (ATP) und diphosphat (ADP) sowie das Adenosin selbst sind interzelluläre Signalmoleküle. Die Nukleosid-Triphosphat- Diphosphohydrolase 1 (NTPDase 1/CD39) wird auf Endothelzellen exprimiert, hydrolisiert effektiv ATP und ADP zu Adenosinmonophosphat (AMP). Die 5 -Nukleotidase (5 -NT) zeigt eine ubiquitäre Verbreitung und katalysiert die Hydrolyse des AMP zu Adenosin. Das frei zirkulierende Adenosin wird dann rasch über Transportproteine in den Intrazellularraum aufgenommen. Als Folge von Ischämie und Reperfusion konnte in verschiedenen Organsystemen eine Abnahme der Aktivität der NTPDase 1 nachgewiesen und in der Konsequenz eine lokal erhöhte ADP-Konzentration postuliert werden, die den Ischämie- Reperfusionsschaden manifestiert. Die Substitution einer wasserlöslichen NTPDase ist geeignet, diesen Prozess zu unterbrechen. Mehr als die Hälfte der globalen Nukleotidase-Aktivität der Leber entfällt auf die alkalische Phosphatase. Unabhängig von diesen Befunden stellt die NTPDase 1 einen bedeutenden Faktor für die Ischämietoleranz des Organs dar, da der cd39-Mangel der Versuchstiere durch die Substitution mit löslicher NTPDase oder Adenosin/Amrinon teilweise kompensiert werden kann. Im Jejunum hingegen entfällt die Hälfte der Nukleotidase-Aktivität auf die NTPDase 1. In der frühen Reperfusionsphase des Intestinums zeigt sich in den vaskulären Strukturen der Wildtyp-Mäuse ein signifikanter Abfall der NTPDase-Aktivität, die innerhalb von 60 Minuten eine vollständige Rekonstitution erfährt. In einem Transplantationsmodell (xenogene Herztransplantation), mit Konservierungsschaden und fortgesetzten immunologischen Insulten, zeigt sich hingegen eine erheblich verzögerte Rekonstitution. Die Gefäßpermeabilität des Jejunums zeigt eine erhöhte Empfindlichkeit der cd39-null Mäuse für intestinale Traumen, die durch Substitution der intravasalen NTPDase oder von Adenosin/Amrinon vermindert wird. Entsprechend zeigt die Substitution mit löslicher NTPDase in der Reperfusionsphase nach muriner intestinaler Ischämie eine Verminderung des Ischämie-Reperfusionsschaden bei gleichzeitiger Verminderung der Thrombozytenadhäsion in postkapillären Venolen. Die alleinige Applikation von Adenosin/Amrinon erhöht die Überlebensrate hingegen nicht. In der Schlussfolgerung findet sich eine duale Wirkung der NTPDase, die die post- ischämen Thrombozyten-Endothelzell-Interaktionen reduziert und die vaskuläre Permeabilität verringert. Protektive Effekte können sowohl für die Organtransplantation als auch bei arteriellen Verschlüssen oder chronisch- entzündlichen Prozessen postuliert werden.

Adenosine-triphosphate (ATP), adenosine-diphosphate (ADP) and adenosine itself have been identified as intercellular signaling molecules. The endothelial cell nucleoside-triphosphate-diphosphohydrolase 1 (NTPDase 1/CD39) effectively hydrolyzes extracellular ATP and ADP to adenosine-monophosphate (AMP), while the ubiquitary 5 -nucleotidase (5 -NT) further hydrolyzes AMP to adenosine. The rapid cellular uptake of circulating adenosine is maintained by transporting proteins. In the sequel of ischemia-reperfusion, a loss of NTPDase activity has been documented in several organs. Therefore, a local increase of ADP concentration has been suggested, that leads to increased platelet activation and promotes the ischemia-reperfusion-injury. The supplementation of soluble NTPDase may interrupt this process. Although alkaline phosphatase is the predominant nucleotidase of the liver, NTPDase 1 plays also a crucial role for its ischemic tolerance, as experimental cd39-deficiency can partly be compensated by application of soluble NTPDase or adenosine/amrinone. In the jejunum, NTPDase 1 accounts for more than half of the global nucleotidase activity. During the early phase of reperfusion, intestinal vascular structures of wildtype mice demonstrate a significant drop of NTPDase activity followed by a complete reconstitution within 60 minutes. In a xenogenic cardiac transplantation model with additional preservation injury and ongoing immunological insults, reconstitution is significantly delayed. Moreover, vascular permeability assays demonstrate an increased susceptibility of cd39-null mice for intestinal injury. The supplementation with soluble NTPDase or adenosine/amrinone reduces this effect. Consequently, substitution of soluble NTPDase in murine intestinal ischemia-reperfusion models decreases the ischemia-reperfusion-injury and minimizes platelet adhesion in post-capillary venules. The application of adenosine/amrinone alone, however, does not increase survival rates. In conclusion, vascular NTPDase exerts a dual action in post-ischemic tissues, that reduces platelet endothelial cell-interactions and decreases vascular permeability. Both effects may be beneficial in solid organ transplantation as well as in arterial occlusive disease or chronic inflammation.