Die Bedeutung des Transkriptionsfaktors STAT3 in der chronischen Myokarditis

Abstract

Der Transkriptionsfaktor STAT3 ist von großer Bedeutung für die Zytoprotektion und Hypertrophie von Kardiomyozyten. STAT3 wird über den JAK/STAT Signalweg durch IL-6-ähnliche Proteine aktiviert und reguliert die Genexpression von Proteinen, die an der Steuerung von Angiogenese, Inflammation, Apoptose und dem Umbau der extrazellulären Matrix im Herzen beteiligt sind. In dieser Arbeit wurde der Einfluss eines kardiomyozytenspezifischen Knockouts von STAT3 auf die chronische Phase der Coxsackievirus B3- induzierten Myokarditis untersucht. Dazu wurden sieben Mäuse mit einem kardiomyozytenspezifischen STAT3 Knockout und neun Wildtyp Mäuse des CB6FI-Stammes im Alter von sechs bis sieben Wochen intraperitoneal mit 5 x 10^7 PFU Coxsackievirus B3 (Nancy Strain) infiziert. Als Kontrollgruppen dienten vier Wildtyp und vier STAT3 Knockout Tiere. In der chronischen Phase der Myokarditis 28 Tage post infectionem wurden die Mäuse hämodynamischen Messungen unterzogen und geopfert. Die myokardiale Genexpression der Zytokine IL-1β, IL-6, IL-10, TNF-α, TGF-β und IFN-γ, der Apoptoseregulatoren Bax und Bcl-2, der Matrixkomponenten Kollagen I und III, der Matrixmetalloproteinasen MMP-2, MMP-3, MMP-8, MMP-9, MMP-12 und MMP-13 und der Tissue Inhibitors of Metalloproteinases TIMP-1, TIMP-2 und TIMP-4 wurde mithilfe der Realtime-PCR bestimmt. Immunhistochemisch wurden die Zelladhäsionsmoleküle ICAM und VCAM, die Infiltration von Makrophagen und CD3+ Lymphozyten, die Matrixkomponente Kollagen I und die Matrixmetalloproteinasen MMP-2 und MMP-9 nachgewiesen. Die Aktivität von MMP-2 wurde zymographisch gemessen. Die Ergebnisse zeigten eine deutlich erhöhte Zahl an Zelladhäsionsmolekülen und Inflammationszellen in den STAT3 Knockout Tieren. Diese Entzündungsreaktion ging jedoch nicht mit einer veränderten Apoptose oder erhöhten Expression von Zytokinen einher. Im Sinne eines pathologischen myokardialen Remodelings waren Kollagen I und MMP-2 im Myokard der STAT3 Knockout Mäuse erhöht, MMP-13 hingegen vermindert und die TIMPs unverändert. Die chronische Inflammationsreaktion und das pathologische Remodeling spiegelten sich hämodynamisch in einer linksventrikulären Funktionseinschränkung wider. STAT3 besitzt demnach bedeutende kardioprotektive Eigenschaften in der chronischen Myokarditis.

The Signal Transducer and Activator of Transcription 3 (STAT3) plays an important role for both the cytoprotection and hypertrophy of cardiomyocytes. STAT3 is activated via the intracellular JAK/STAT pathway by Interleukin-6-related cytokines and regulates gene expression of proteins involved in angiogenesis, inflammation, apoptosis, and the remodeling of the cardiac extracellular matrix. In this study, we investigated the effects of a heart-specific STAT3 knockout on the chronic phase of Coxsackievirus B3-induced murine myocarditis. Six week old male CB6FI mice with a cardiomyocyte-specific deletion of STAT3 (n=7) and wild type mice (n=9) were infected with Coxsackievirus B6 (Nancy Strain). The control groups included sham-infected wild type mice (n=4) and STAT3 knockout mice (n=4). Myocardial tissues were analyzed after hemodynamic evaluation in the chronic phase of myocarditis (28 days post-infection) by real-time PCR, gelatin zymography and immuno-histochemistry. Compared to the infected wild type mice, STAT3 knockout mice displayed an increased infiltration of macrophages and CD3+ lymphocytes accompanied by protein upregulation of cell adhesion molecules ICAM and VCAM in response to the Coxsackie B3 infection. The mRNA expression of pro- inflammatory and anti-inflammatory cytokines (IL-1β, IL-6, IL-10, TNF-α, TGF-β, IFN-γ) and of apoptosis markers (Bax, Bcl-2) remained unaltered. However, there was a significant protein upregulation of the matrix metalloproteinase MMP-2 and mRNA downregulation of MMP-13 in infected STAT3 knockout mice, whereas no effects on MMP-3, MMP-8, MMP-9, MMP-12 and tissue inhibitors of matrix metalloproteinases TIMP-1, TIMP-2, TIMP-4 gene expression could be observed. In addition to the MMP/TIMP dysregulation, increased cardiac fibrosis was detected via significantly elevated protein levels of collagen I in STAT3 knockout mice after the Coxsackie B3 infection. Moreover, the persistent myocardial inflammation and the pathological matrix remodeling were associated with a significant impairment of the left ventricular function. Thus, our results strongly suggest that STAT3 is cardioprotective in chronic murine Coxsackie B3-induced myocarditis.