Unterschiede in der Wirkung von isoliertem High Density Lipoprotein (HDL) von Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion auf die endotheliale Funktion im Vergleich zu Gesunden

Abstract

Die Reduzierung eines erhöhten LDL-Plasmaspiegels sowie die Elimination der oxidierten Anteile des LDL sind ein wichtiger Therapiebeitrag zur Risiko- Minimierung einer Herz-Kreislauf-Erkrankung. Zahlreiche Studien zeigen jedoch, dass nicht allein die medikamentöse Beeinflussung des LDL-Spiegels eine Rolle in der Prävention dieser Krankheitsentitäten spielt. Auch der Plasmaspiegel des HDL ist von großer Bedeutung. So korreliert ein hoher HDL-Plasmaspiegel invers mit der Atherosklerose-Entstehung. Eine medikamentöse Steigerung der Plasma-HDL-Konzentration erscheint in diesem Sinne wünschenswert. Um einen Ansatzpunkt einer pharmakologischen Stimulation der antiatherogenen Eigenschaften des HDL zu finden, war es zunächst wichtig, den Mechanismus der gefäßprotektiven Eigenschaft des Lipoproteins zu entschlüsseln. Vor allem der Lysophospholipid-Anteil des HDL ist für die Aktivierung der endothelialen NO- Synthase verantwortlich [2]. Der Lipidanteil des HDL bindet an den S1P3-Rezeptor, einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor der S1P-Familie. In der Folge kommt es zur Phosphorylierung der AKT-Kinase, welche daraufhin ihrerseits die eNOS aktiviert. NO wirkt nun vasodilatierend und damit protektiv auf das entsprechende Gefäß. Zudem blockiert es die Monozytenchemotaxis und –adhäsion, die Oxidation des LDL sowie die Apoptose der Endothelzellen. Das HDL ist jedoch ein heterogenes Molekül, welches sich in seiner Zusammensetzung interindividuell unterscheiden kann. Dies konnte in früheren Arbeiten bereits für das HDL Gesunder gezeigt werden. In dieser Dissertation sollte die im Vergleich zu Gesunden variierende Wirkung des HDL von niereninsuffizienten Patienten aufgezeigt werden. So kommt es bei Patienten, deren Nierenfunktion auf ein Kreatinin von < 15 ml/min/1,73m2 reduziert ist, zu Oxidationsprozessen des HDL mit entsprechenden strukturellen Auswirkungen. Es resultiert eine im Vergleich zu Gesunden bis zu 50 % (bei Applikation von 1 µg/ml HDL) verminderte Vasodilatation bei Applikation des HDL auf Aortenringe im Kleingefäßmyographen, mit entsprechend veränderten Strömungseigenschaften im Gefäßlumen als Folge. Eine interindividuell variierende Zusammensetzung trifft, wie im Rahmen dieser Arbeit dargestellt, für HDL terminal niereninsuffizienter Patienten ebenso wie für das HDL Gesunder zu. Hierfür können verschiedene Mechanismen verantwortlich gemacht werden. Zum einen bewirkt ein reduzierter Anteil an S1P, wie er auch bei Gesunden vorkommt, eine Minderung der NO-Produktion. Auch der Anteil an Apo A-I ist im „kranken“ HDL reduziert bzw. liegt als Konglomerat vor. Diese morphologische Veränderung des Apo A-I durch Oxidation konnte hier mittels SDS-PAGE und Western Blot Analyse gezeigt werden. Sie bewirkt eine gestörte Rezeptorkommunikation, es kommt zu einer verminderten Interaktion des HDL mit der Endothelzelle. Zum anderen führen Oxidationsprozesse zu Veränderungen von HDL-assoziierten Enzymsystemen wie etwa der PON-1 oder PAF-AH. Alle beschriebenen Veränderungen sind zu einem Großteil auf eine vermehrte Oxidation des HDL zurückzuführen und können damit, je nach Oxidationsgrad, unterschiedlich stark ausgeprägt sein. Dies hat nicht allein Auswirkung auf die Vasorelaxation, sondern bedingt zudem eine proinflammatorische und zytotoxische Wirkung des Moleküls und erklärt, warum zahlreiche Studien ergeben, dass im Niereninsuffizienten die Erhöhung des Serum-HDL mit keinem Benefit einhergeht. Unsere experimentellen Befunde lassen darauf schließen, dass der Anteil des oxidierten HDL als Marker für die endotheliale Dysfunktion bzw. für die Effizienz der Dialyse dienen kann. Auch könnten unsere Beobachtungen sowohl die beschleunigt fortschreitende Atherosklerose bei diesen Patienten erklären als auch eine Erklärung für eine Transplantatinsuffizienz bei Nierentransplantierten infolge einer Gefäßpathologie bieten. Neue therapeutische Ansätze zur Steigerung des S1P- Anteils des HDL sowie zur Vermeidung einer Oxidation, insbesondere des Apo A-I, sind Ausdruck der veränderten Forschungslage und werfen zugleich viele neue Fragen auf. Die Senkung des LDL-Spiegels bei gleichzeitiger relativer Erhöhung des HDL-Plasmaspiegels im Sinne einer Therapie mit CSE-Hemmern erscheint bei Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz nach neuester Studienlage dahingegen nicht sinnvoll. Es ist vielmehr eine Veränderung der molekularen Zusammensetzung der Lipoproteine welche anzustreben ist, etwa durch die pharmakologische Vermeidung der Apo A-I-Oxidation. Eine genauere Differenzierung der veränderten Morphologie sowie deren quantitatives Ausmaß ist Schwerpunkt weiterer Forschung in der Erwartung der Therapie neue Wege zu öffnen.

Reduction of high plasma levels of LDL as well as eliminating oxidized LDL play an important role in risk-control of cardiovascular disease. However, clinical trials have shown that not only low plasma LDL-levels, but also high levels of HDL have great influence in preventing cardiac and circulatory troubles. A pharmacologically induced increase of HDL-plasma-level seems therefore desirable. CSE-inhibitors increase HDL-plasma-concentration, but it is important to understand the protective mechanism of HDL concerning vessel disease. It is especially the lysophospholipids that, binding to the S1P3-receptor, activate the endothelium NO-synthetase by a process of phosphorlyating AKT.kinase. The synthesized NO makes vessels dilate which protects vessels from artherosclerotic changes. It also blockades monocytes from cellular adhesion, prevents monocytical chemotaxis, oxidation of LDL and endothelium apoptosis. However, HDL is a heterogenous molecule, differently composed in each individual. This has been shown in previous studies concerning HDL molecules of healthy probands. In this thesis the functional difference of HDL of healthy probands compared to patients with terminal renal failure will be shown. In patients with a creatinine of <15 ml/min/1,73m² the level of oxidized HDL is significantly higher. Its ability to dilate vessels is up to 50% lower (when applying 1 µg/ml HDL in a small vessel myograph) compared to “healthy” HDL. This results in modified flow characteristics. An interindividual varying configuration is also the case with HDL of patients with terminal renal failure as it has already been shown for HDL of healthy probands. A variety of mechanisms are responsible for a reduced capacity to dilate vessels. On the one hand a lower level of S1P results in a decrease of NO-production. Oxidized Apo-A-I conglomerates and also results in less NO- activity due to disturbed receptor interaction. This has been shown by SDS- Page and Western Blot analysis. On the other hand oxidation processes also result in changes in HDL-associated enzyme systems such as PON-I or PAF-AH. All described alterations are due to oxidation of HDL and can therefore, concerning to its degree, be more or less intense. This not only results in a reduced relaxation of vessels but also in a proinflammtory and cytotoxic effect on vessels. An explanation for the missing benefit of high HDL plasma levels in patients with terminal renal failure. Our experimental findings show that oxidized HDL is an indicator for endothelial dysfunction as well as it can be used to evaluate the efficiency of dialysis. Accelerated progression of atherosclerosis is due to a larger fraction of oxidized HDL and explanes transplant insufficiency in patients with renal allograft. According to this perception new therapeutic concepts have to minimize oxidational processes in lipoproteins (and in particular in Apo A-I) and increase S1P-fraction in HDL. Lowering LDL-plasma-levels while simultaneously raising HDL-levels in patients with terminal renal failure by treating with CSE-inhibitors does however no longer seem benefitial. It is rather a change in molecular composition of HDL which should be aimed for. An accurate differentiation of the morphological changes in HDL as well as their quantitative degree is still focus of further research in order to be able to draw concrete therapeutical consequences.