Die Isoenzyme der 11ß-Hydroxysteroid-Dehydrogenase (11ß-HSD) spielen eine Schlüsselrolle für die Modulation der Wirkung von Glucocorticoiden. Die in vivo als Reduktase fungierende 11ß-HSD1 ist mit dem Glucocorticoidrezeptor kolokalisiert und zeigt eine hohe Expression in Leber und visceralem Fettgewebe. Die 11ß-HSD2 wird hauptsächlich in Mineralocorticoid-Zielgeweben exprimiert, wo sie als Oxidase den Mineralocorticoidrezeptor vor der Okkupation durch endogene Glucocorticoide schützt. In dieser Arbeit wurde die Aktivität der 11ß-HSD1 und der 11ß-HSD2 gegenüber verschiedenen - häufig klinisch eingesetzten - synthetischen Steroiden untersucht. Untersuchungen an transfizierten CHO-Zellen: An mit der 11ß-HSD1 transfizierten Chinese hamster ovarial (CHO) - Zellen konnten bekannte in vivo-Charakteristika des Isoenzyms beobachtet werden. Die Reduktaseaktivität der 11ß-HSD1 wurde durch eine 2-Methylgruppe stark, durch eine 2-Chlorgruppe vollständig gehemmt. Eine verstärkte 11ß-Reduktion ließ sich bei 9\- und 6-Fluorosteroiden (Fluorocortisol und Fluocortolon) sowie bei Prednisolon (1-Dehydrokonfiguration) beobachten. Die first pass-Aktivierung in der Leber scheint daher bei Prednison effektiver abzulaufen als bei Cortison. Die 11ß- HSD2 der transfizierten Zellen zeigte die charakteristische hohe Substrataffinität des Enzyms und fungierte gegenüber unfluorierten Steroiden ausschließlich als 11ß-Oxidase. Die 11ß-Oxidation der 11ß-HSD2 war vermindert bei Steroiden mit einer 6-Methylgruppe (Methylprednisolon), 16-Methylenkonfiguration (Prednyliden), 16-Methylgruppe und 9-Fluorierung (Dexamethason). Aus klinischer Sicht sind 9-Fluorosteroide daher für den Einsatz in Geweben mit hoher 11ß-HSD2 Expression besonders geeignet. Im Vergleich zu dem weithin verwendeten Prednisolon sollten 11-OH-Steroide mit geringerer 11-Oxidation durch die 11ß-HSD2 (z.B. 6-Methylprednisolon, Deflazacort oder Prednyliden) aus pharmakokinetischer Sicht für eine renale Immunsuppression vorteilhafter sein. In vivo Versuche an gesunden Probanden In vitro wird die Reduktaseaktivität der 11ß-HSD1 unter dem Einfluß von Glucocorticoiden stimuliert. In dieser Arbeit untersuchten wir den in vivo Effekt einer fünftägigen Gabe von 30mg Prednisolon auf die Aktivität der 11ß- HSD1. Unter Prednisolon zeigte sich eine signifikant stärkere Umwandlung von Cortison zu Cortisol sowie ein signifikant höherer Cortisol/Cortison-Quotient im Serum nach oraler Cortisongabe. Eine Induktion der 11ß-HSD1 durch Glucocorticoide scheint daher die ACTH-Antwort des Körpers in Stressituationen zu verstärken. Die Entwicklung selektiver Inhibitoren der 11ß-HSD1 ist von pharmakologischem Interesse zur Therapie von Insulinresistenz und Adipositas. Wir überprüften mit Chenodesoxycholsäure eine potentielle Substanz auf ihre Wirksamkeit in vivo. Es konnte jedoch kein Effekt auf die Reduktaseaktivität der 11ß-HSD1 nachgewiesen werden. Höher selektive und potentere Inhibitoren des Enzyms können vermutlich erst nach Aufklärung der Tertiärstruktur beider Isoenzyme der 11ß-HSD entwickelt werden. Beide von uns etablierten Bioassays eignen sich in sehr guter Weise für die klinische Testung der Aktivität der Isoenzyme der 11ß-HSD. Somit eröffnen die von uns etablierten in vitro - und in vivo - Systeme neue Einblicke in Funktion und Regulation der physiologisch und pathophysiologisch wichtigen 11ß-HSD-Enzyme.
The 11ß-hydroxysteroid dehydrogenases (11ß-HSD´s) convert cortisol to its inactive metabolite cortisone and vice versa. 11ß-HSD type 1 (11ß-HSD1) functions as a reductase in vivo, regulating cortisol access to the glucocorticoid receptor. In contrast, 11ß-HSD2 only mediates oxidation of natural glucocorticoids, protecting the mineralocorticoid receptor from high cortisol concentrations. Although 11ß-HSD activities are important determinants for the efficacy of synthetic MCs and GCs as well, corresponding pharmacokinetic data are scanty. Therefore, we characterized 11ß-HSD profiles for a wide range of steroids often used in clinical practice. In vitro measurements: 11ß-HSD1 and 11ß-HSD2 were selectively examined in Chinese hamster ovarian cells stably transfected with 11ß-HSD1 or 11ß-HSD2 expression vectors. Reduction by 11ß-HSD1 was diminished by 16-methyl, 16ß-methyl, 2-methyl, and 2-chlor substitution, whereas it was increased by the 1-dehydro configuration in prednisone, resulting in higher hepatic first pass activation of prednisone compared with cortisone. Oxidation of steroids by 11ß-HSD2 was diminished if they are fluorinated in position 6, 9 (e.g. in dexamethasone) or methylated at 2 or 6 (in methylprednisolone) or 16 or 16ß, by a methylene group at 16 (in prednylidene), methyloxazoline at 16, 17 (in deflazacort), or a 2-chlor configuration. Whereas the methyl groups also decreased reductase activity (steric effects), fluorination increased reductase activity (negative inductive effect). This may explain the strong MC activity of 9-fluorocortisol and should be considered in GC therapy directed to 11ß-HSD2-expressing tissues (kidney, colon, and placentofetal unit). 11ß- HSD2 oxidation of prednisolone is more effective than that of cortisol, explaining the reduced MC activity of prednisolone compared with cortisol. In vivo measurements: As glucocorticoid mediated enhanced acitivity of 11ß-HSD1 seems to play a role in stress adaptation, we furthermore investigated the effect of a short term prednisolone therapy on 11ß-HSD1 activity in healthy males. Reduction of orally ingested cortisone to cortisol (representing activity of 11ß-HSD1) was significantly enhanced after prednisolone therapy. Due to increased conversion of inactive cortisone to active cortisol, the liver seems to be an important cortisol production site in stress situations, besides the adrenals. Recent work shows that obese humans and rodents have increased 11beta-HSD1 activity selectively in adipose tissue. Selective Inhibition of the enzyme may offer new treatment options in metabolic disorders such as diabetes mellitus or syndrome X. As chenodesoxycholic acid selectively inhibits activity of 11ß-HSD1 in vitro, we measured the influence of the substance on reduction of orally ingested cortisone to cortisol, representing activity of 11ß-HSD1. Unfortunately, chenodesoxycholic acid � given in therapeutical dose -did not alter in vivo activity of the enzyme. Newer and more selective 11HSD1 inhibitors are in development. Nevertheless, therapeutic inhibition of 11beta-HSD1 reductase activity in patients with obesity and the metabolic syndrome, as well as in glaucoma , osteoporosis and cognitive dysfunction, remains an exciting prospect. In summary, both, the in vitro as well as the in vivo systems used in this study help to delight physiological, pathophysiological and therapeutical aspects of the 11ß- hydroxysteroid-dehydrogenase system.
