Metabolismus und Synthese von Steroidhormonen in der Niere und ihr Einfluss auf den Blutdruck

Abstract

Die Substratspezifität des Mineralokortikoid-Rezeptors (MR) in der Niere ist nicht Rezeptor- sondern überwiegend Enzym-vermittelt. Die Bindung von Kortisol an den MR wird durch das Enzym 11beta-HSD2 verhindert, da es das aktive Kortisol zu Kortison inaktiviert. Beim Menschen sind Mutationen des 11beta- HSD2 Gens beschrieben. Sie verursachen das Apparente Mineralokortikoid Exzess (AME) Syndrom, das durch einen schweren Kortisol-induzierten Hypertonus, Hypokaliämie und Wachstumsschwäche bei Kindern gekennzeichnet ist. Eine erworbene Schwäche der 11beta-HSD2 kommt durch Lakritzkonsum zustande. Bei einigen Krankheitsbildern, wie der essentiellen Hypertonie und Niereninsuffizienz wird eine verminderte 11beta-HSD2 Aktivität auch als Ursache für eine vermehrte Salz- und Wasserresorption vermutet. Eine Substratüberladung der 11beta-HSD2 durch Kortisol führt zu einer verminderten Funktion und so zur Hypertonie und Hypokaliämie. Dies ist eine Erklärung für die deutlich ausgeprägtere Symptomatik mit Hypokaliämie und Hypertonie beim ektopen Cushing Syndrom im Vergleich zum adrenalen oder hypophysären Cushing. Neben der 11beta-HSD2 gibt es noch ein weiteres 11beta-HSD Isoenzym: die hauptsächlich in der Leber lokalisierte 11beta-HSD1, die Kortison zu Kortisol aktiviert. Wir identifizierten beide 11beta-HSD Isoenzyme beim Meerschweinchen, und untersuchten die Wirkung von Stress auf die 11beta-HSD Isoenzyme. Durch ACTH Gabe beobachteten wir eine Aktivierung der hepatischen 11beta-HSD1 und eine Verschiebung des Reaktiongleichgewichtes auf die Seite des aktiven Kortisols. Dies bedeutet, dass neben der Neusynthese und Sekretion aus den Nebennieren, die Leber einen bedeutenden Anteil an der Kortisol- Bereitstellung in Stressssituationen hat. Progesteron bindet, wie auch Aldosteron und Kortisol, mit sehr hoher Affinität an den MR, ist aber ein MR Antagonist. Wir konnten nachweisen, dass auch Progesteron durch einen Enzym- vermittelten Metabolismus in der Niere an der MR-Bindung gehindert wird, ähnlich dem Schutzmechanismus durch die 11beta-HSD2. Die aus Progesteron gebildeten Metaboliten haben eine deutlich niedrigere Bindungsaffinität am MR und sind somit inaktiv. Wir konnten die Enzyme des Progesteron-Abbaus in der Niere identifizieren. Dies waren P450c17, 3beta-HSD Typ 2, 5alpha-Reduktase Typ 1, und Enzyme der Aldo-Keto-Reduktase Gruppe. Weiterhin untersuchten wir die antimineralokortikoide Wirkung von Progesteron in vivo, und erbrachten einen Nachweis über den effektiven Progesteronabbau in vivo. Erstaunlicherweise sind die Enzyme des Progesteron-Abbaus auch an Androgensynthese und abbau beteiligt. Wir konnten nachweisen, dass die Niere in der Lage ist, aus Steroidvorläufern (wie Pregnenolon und DHEA) aktive Androgene (Testosteron und gering auch 5alpha-Dihydro-Testosteron) zu bilden. Männer haben generell einen höheren Blutdruck als Frauen und ein höheres Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen. Der geschlechtsspezifische Unterschied im Blutdruck tritt mit Beginn der Pubertät auf und lässt vermuten, dass Sexualhormone, vor allem Androgene, daran beteiligt sind. Wir konnten zeigen, dass das Gen, das für die alpha-Untereinheit des epithelialen Natriumkanals (alpha-ENaC) kodiert, durch Testosteron reguliert wird. Testosteron steigert über ein Androgen responsives Element direkt die alpha- ENaC Expression. Dies könnte eine Erklärung für die geschlechtsspezifischen Unterschiede im Blutdruck sein.

The substrate specificity of the mineralocorticoid receptor (MR) is not receptor-specific, but enzyme-specific. The enzyme 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 (11beta-HSD2) inactivates cortisol to its metabolite cortisone. The latter is not able to bind to the MR. Mutations in the 11beta- HSD2 gene cause the apparent mineralocorticoid excess syndrome, which is characterized by a cortisol-induced hypertension, hypokalemia and growth retardation in children. An acquired form of 11beta-HSD2 insufficiency is caused by chronic liquorice ingestion. In patients with essential hypertension, especially low-renin hypertension, or with renal insufficiency, a reduced 11beta-HSD2 activity is suspected to be responsible for increased sodium and water reabsorption. The 11beta-HSD2 enzyme may be overloaded by the substrate cortisol in ectopic ACTH syndrome explaining the more pronounced symptoms of hypertension and hypokalemia in those patients compared to those with adrenal or pituitary Cushing´s syndrome. The second 11beta-HSD isozyme is the 11beta-HSD1, which is mainly expressed in the liver and activates cortisone to cortisol. We identified both 11beta-HSD isozymes in the guinea pig and investigated their regulation in stress situations. Treatment with ACTH resulted in an increased activation of cortisone to cortisol in the liver. This indicates that the liver is able to supply the body with additional cortisol in stress situations besides the increased synthesis and secretion of cortisol by the adrenal glands. Progesterone binds to the MR with similar affinity as cortisol and aldosterone, but progesterone is a MR antagonist. We showed the existence of a progesterone metabolizing system which protects the MR against high progesterone concentrations similar to the mechanism of 11beta-HSD2 against cortisol. Progesterone metabolites showed a reduced binding affinity to the MR and are inactive. We identified the following enzymes of the progesterone metabolism in the kidney: P450c17, 3beta-HSD type 2, 5alpha-reductase type 1, and enzymes of the aldo-keto- reductase family. We examined the anti-MR effect of progesterone in vivo and showed the effective progesterone metabolism in vivo. Surprisingly, the enzymes, which are involved in progesterone metabolism, are able to synthesize androgens from androgen precursors (pregnenolone to DHEA; and testosterone to 5alpha-dihydro-testosterone). With the onset of puberty boys and men have a higher blood pressure and are more susceptible to hypertension than girls and women. This indicates a possible involvement of sex steroids, e.g. androgens, in blood pressure regulation. We showed that testosterone directly induces the expression of the alpha-subunit of the epithelial sodium channel (alpha-ENaC), a key regulator of renal sodium reabsorption and blood pressure regulation, via an androgen-responsive element in the promoter region of this gene. This can be a possible mechanism of gender specific blood pressure regulation.