Fettsäuren und Phospholipide - physiologische Modulatoren der 11ß- Hydroxysteroid Dehydrogenase-Aktivität bei der fetalen Lungenreifung

Abstract

Die 11ß-Hydroxysteroid Dehydrogenase (11ß-HSD) ist ein Enzym, das die Interkonversion zwischen aktiven und inaktiven Glucocorticosteroiden (GCS) katalysiert. Es sind zwei Isoformen des Enzyms bekannt: Die 11ß-HSD Typ I ist u.a. in Leber und Lunge anzutreffen und katalysiert im menschlichen Körper in vivo überwiegend die Reduktion des biologisch inaktiven GCS Cortison zu dessen aktiven Hydroxy-Metaboliten Cortisol. Die 11ß-HSD Typ II findet sich u.a. in Plazenta und Niere und fungiert in vivo, im Gegensatz zur 11ß-HSD Typ I, vor allem als Oxidase. Die 11ß-HSD Typ I spielt eine wichtige Rolle bei der fetalen Lungenreifung durch die Bildung aktiver GCS, die mittelbar die Surfactant-Synthese und damit die Lungenreifung angeregen. Wir gehen in dieser Arbeit der Frage nach, ob Fettsäuren und Phospholipide als Bestandteile des Surfactants einen regulierenden Einfluss auf die 11ß-HSD der Lunge ausüben können. Parallel dazu wurde Nieren- und Plazenta-Gewebe untersucht, um Anhaltspunkte für einen möglicherweise nicht nur auf die Lunge beschränkten Steuerungsmechanismus der 11ß-HSD-Aktivität zu gewinnen. Bei unseren Untersuchungen konnten folgende Ergebnisse ermittelt werden: 1\. In Homogenaten und Mikrosomen von humanem Nieren-, Plazenta- und Lungen-Gewebe führt die Zugabe von langkettigen, gesättigten Fettsäuren (Palmitinsäure C16, Stearinsäure C18) tendenziell zu einer Zunahme der oxidativen (11ß-HSD Typ I, 11ß-HSD Typ II) und reduktiven (11ß-HSD Typ I) Aktivität der 11ß-HSD. 2\. Langkettige, ungesättigte Fettsäuren (Linolsäure C18:2, Ölsäure C18:1) haben eine überwiegend hemmende Wirkung auf beide Isoenzyme der 11ß-HSD in Homogenaten und Mikrosomen der von uns untersuchten Organe. 3\. Die Hemmwirkung korreliert positiv mit der Anzahl der Doppelbindungen der Fettsäuren (Linolsäure > Ölsäure), wohingegen eine negative Korrelation zwischen Hemmwirkung und Kettenlänge der Fettsäuren (Stearinsäure < Palmitinsäure) festgestellt wurde. Die Wirkung der Na+-Salze übertrifft zumeist die der entsprechenden freien Fettsäuren. 4\. Die Hemmung von Linolsäure-Na+ auf beide Isoenzyme der 11ß-HSD ist vom allosterischen Typ . Analog dazu kann angenommen werden, dass die beobachtete Hemmung bzw. Aktivierung der 11ß-HSD durch die übrigen untersuchten Fettsäuren ebenfalls vom allosterischen Typ sind. 5\. Das Phospholipid PG entfaltet in Gewebshomogenaten und Mikrosomen aller untersuchten Organe, wahrscheinlich aufgrund der in Homogenaten und Mikrosomen beeinhalteten PLA2 und der von diesem Enzym katalysierten Freisetzung von Fettsäuren eine hemmende Wirkung auf die Aktivität beider Isoenzyme der 11ß-HSD. Die gewonnenen Ergebnisse unterstreichen die mögliche Bedeutung von Fettsäuren und Phospholipiden bei der Steuerung der 11ß-HSD-Aktivität während der fetalen Lungenreifung, im Sinne eines positiven feedback-Mechanismus bzw. einer entsprechenden down- Regulation in der nachgeburtlichen Phase.

The 11β-hydroxysteroid dehydrogenase enzyme (11β-HSD) catalyzes the reaction of biologically active glucocorticosteroids (GCS) into their inactive forms and vice versa. Two different isoforms of this enzyme are known: 11β-HSD type 1 and type 2. 11β-HSD type 1 is found in human liver and lung, acting in vivo predominantly as a reductase by converting the biologically inactive cortisone into its active hydroxy metabolite cortisol. 11β-HSD type 2 is localized in placenta and kidney, operating as an oxidase in vivo. 11β-HSD type 1 plays an important role during fetal lung maturation by providing active GCS, which induce fatty acid de novo synthesis as a prerequisite for surfactant production. In the present study, a potential regulatory influence of fatty acids and phospholipids, the main constituents of surfactants, onto 11β-HSD activity was investigated in lung tissue. Furthermore, parallel experiments with tissue derived from placenta and kidney were aimed at clarifying whether 11β-HSD activity is influenced by identical mechanisms also in placenta and kidney. We used a radioenzyme assay to detect the activity of 11β-HSD. Our experiments yielded the following results: 1\. Long chain saturated fatty acids (palmitic acid C16, stearic acid C18) tend to increase oxidase activity (11-HSD 1 and 2) as well as reductase activity (11β-HSD 1) in homogenates and microsomes of human lung, placenta and kidney. 2\. Long chain unsaturated fatty acids (linolic acid C18:2 and oleic acid C18:1) inhibit both isoforms of 11β-HSD in homogenates and microsomes of lung, placenta and kidney tissue. 3\. The inhibitory effects positively correlate with the number of double bindings in long chain unsaturated fatty acids (linolic acid > oleic acid), whereas a negative correlation between inhibition of 11β-HSD activity and lenght of the fatty acid chain (palmitinic acid C16 > stearinic acid C18) was detected. The inhibitory effects exerted by the sodium fatty acids exceed those of the corresponding free fatty acids in most instances. 4\. The inhibitory influence on both isoforms of 11β-HSD caused by Na+-linolic acid follows an allosteric" type. 5\. Phosphatidyl glycerol exerts inhibitory effects on 11β-HSD activity in all tissues investigated. We suggest that these effects are caused by phospholipaseA2, which is present in homogenates and microsomes. PhospholipaseA2 is able to eliminate free fatty acids from phosphatidyl glycerol, which in turn inhibit 11β-HSD activity. These data suggest a role for fatty acids and phopholipids on 11β-HSD activity during fetal lung maturation. The mechanisms observed may explain the stimulation of surfactant production in the fetal lung by positive-feedback and the down-regulation after birth.