Eine pharmakologische Stimulierung der endothelialen Nitritoxid-Synthase führt zu einer Verbesserung der Gefäßfunktion in einem diabetischen Rattenmodell

Abstract

Diabetes mellitus ist ein eigenständiger kardiovaskulärer Risikofaktor. Hauptverantwortlich für Morbidität und Mortalität bei diabetischen Patienten ist die Entwicklung und Progression einer Mikro- und Makrovaskulopathie, der Atherosklerose. Die endotheliale Dysfunktion ist das Vorstadium der Atherosklerose. Dieses Stadium ist durch eine reversible, verminderte NO- Bioverfügbarkeit bei unveränderter Gefäßmorphologie gekennzeichnet. Eine mögliche Ursache der verminderten NO-Bioverfügbarkeit beim Diabetes mellitus könnte in einer gestörten Regulation der eNOS-Expression begründet sein. Die vorliegende Arbeit konnte in einem Tiermodell für den Diabetes mellitus Typ-1 zeigen, dass eine pharmakologische Erhöhung der eNOS-Expression zu einer verbesserten Endothelfunktion führt. In dieser Arbeit wurde außerdem die Expression von vaskulären Adhäsionsmolekülen untersucht, um die vaskuläre inflammatorische Antwort bei diabetischer Stoffwechellage zu charakterisieren. Die verbesserte Endothelfunktion war assoziiert mit einer signifikanten Reduktion der mRNA-Expression von ICAM-I und VCAM-I. Sie sind verantwortlich für die Migration von Leukozyten, die in der Endothelzelle zum Beispiel zu einer erhöhten Zytokinexpression führt. Daher wurde in der vorliegenden Arbeit die mRNA-Expression des Zytokins TNFα untersucht. Die Reduktion der mRNA- Expression der Adhäsionsmolekülen ICAM-I und VCAM-I war assoziiert mit einer Reduktion der mRNA-Expression des Zytokins TNFα. Die Ergebnisse dieser Arbeit geben einen ersten Hinweis darauf, dass eine direkte pharmakologische Erhöhung der eNOS Expression ein neues Therapiekonzept zur Behandlung der diabetischen Vaskulopathie darstellen könnte.

Cardiovascular diseases are the major cause of morbidity and mortality in diabetic patients. Endothelial dysfunction is an own risk factor for cardiovascular diseases and is characterized also by a reduced bioavailability of nitric oxide (NO). We investigated whether pharmacological enhancement of the endothelial NO-synthase (eNOS) reduces endothelial dysfunction in type 1-diabetic rats in vivo. Methods: Streptozotozin- (STZ; 70mg/kg; i.p.) induced diabetic Sprague Dawley rats were treated with the eNOS enhancer S803 (STZeNOS, 10mg/kg/day, per gavage) for 48 days and compared with untreated STZ-rats and normogylcemic controls (Co). Vascular function of small arterial resistant vessels were analysed in vivo using the autoperfused hind limb model. The endothelial-dependent vasodilatation was analyzed after induction of shear stress (S) injecting different volumes of Krebs-Henseleit solution (80, 200, 600µl/kg). The vascular response to the stimuli was analyzed after calculation of the integral (I, mmHg*s) of the pressure decrease during the vasodilatation. The eNOS protein expression in hindlimb muscles was determined by Western Blot and mRNA level of ICAM-1 and VCAM-1 was assessed using RT-PCR. Results: Endothelial-dependent vasodilatation response was significantly reduced in untreated STZ compared to normoglycemic Co rats (I of 80 µl: 1187±111 vs. 2069±210; I of 200 µl: 2039±104 vs. 3089±217; I of 600 µl: 3253±284 vs. 4419±254; p<0.05). This finding was associated with a 1.5-fold reduced (p<0.05) expression of eNOS and enhanced expression of ICAM-1, VCAM-1 and TNF-α (P<0.05) in STZ vs. Co rats. The endothelial-dependent vasodilatation of the STZeNOS group was significantly improved compared to the STZ group (I of 80 µl: 2073± 196 vs. 1187±111; I of 200 µl: 2749±212 vs. 2039±104; I of 600 µl: 4854±62 vs. 3253±284; p<0.05). The improved endothelial-dependent vasodilatation of the STZeNOS group was associated with a 2.2-fold (p<0.05) higher eNOS protein expression and reduced mRNA expression of ICAM-1, VCAM-1 and TNF-α (p<0.05) compared to the STZ group. Conclusion: Our data demonstrate that an enhancement of eNOS via S803 soothes endothelial dysfunction and inflammatory response under diabetic conditions in vivo. We conclude that an increase of eNOS expression via S803 represents a novel approach to improve endothelial function in diabetes mellitus.