Stress-induzierte Nierenfibrose: Komponenten des Endothels und der Epithelien

Abstract

Stickstoffmonoxid (NO) übt eine Reihe von Einflüssen auf die Nierenfunktion aus, die Endothelien sowie auch Epithelien betreffen. Der Mangel an verfügbarem NO führt zu renalen Funktionsstörungen, die in eine Nephrosklerose münden können. Diese wie auch die parallel auftretende tubulointerstitielle Vernarbung, können den Fortschritt chronischer Nierenerkrankungen beeinflussen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Hypothese, dass eine primär endotheliale, durch geringgradigen NO-Mangel (0,3 und 0,8 mg/ml über 3-6 Monate) bedingte Funktionsstörung in Abwesenheit zusätzlicher profibrotischer Faktoren eine Schädigungskaskade in der Niere begründen kann. Zuvor war ein Kandidatengen, das für die Progression NO-Mangel-bedingter Nierenschädigung relevant ist (Kollagen XVIII und sein anti-angiogenes Fragment Endostatin), von uns identifiziert worden. Experimentell wurde bei Mäusen unter L-NMMA-induziertem NO-Mangel eine mäßiggradige endotheliale Pathologie des äußeren Nierenmarks mit kapillarer Rarifizierung in der Niere beobachtet. Endothelien wurden hierzu immunhistochemisch mit CD31 identifiziert. Die Endostatinwerte waren im Modell der subpressorischen NO- Verarmung erhöht. Die Gefäßregression war mit einer leichten Gefäßpathologie mit Thrombozytenaggregation, Leukozyteninfiltration und �adhäsion sowie Lipofuszingranula-Einlagerungen vaskulärer Zellen und Masson-Trichrom- positiven, fibrotischen Arealen in perivaskulärer Lage identifizierbar. NO- Mangel erzeugte auch in Maus-Endothelzelllinie signifikant erhöhte Endostatinproduktion, die den Zusammenhang zur Gefäßschädigung stützte. Im Modell der unilateralen Ureterobstruktion (UUO), das durch progressive Nierenfibrose und tubulo-interstitielle Narbenbildung charakterisiert ist, wurde ebenfalls die Wirkung geringgradiger L-NMMA-Gabe zur Drosselung des endothelialen NO-Systems im chronischen Verlauf nach Auflösung der Obstruktion getestet. Es kam hier zu einer signifikanten Verminderung der Rekrutierung verschiedener Stammzellpopulationen; diese ist jedoch eine wichtige Voraussetzung für die Regeneration des Nierengewebes nach Auflösung der Obstruktion. Ein indirekter Zusammenhang zwischen NO-Verfügbarkeit und Nierenregeneration nach UUO konnte durch diese Studie hergestellt werden. In einem dritten Ansatz wurde die renale Verteilung der Connexine (Cx) beleuchtet, die funktionelle Daten zur Gefäßbiologie Zelltyp-spezifisch untermauern sollten. Die vaskuläre Verteilung von Cx37 wies auf eine mögliche Rolle dieses Cx bei regionalspezifischen Gefäßreaktionen bei Nierenerkrankungen hin. Hinzu kam eine differenzierte Analyse der Verteilung von Cx37 in renalen Epithelien. Die Resultate können als Grundlagen für die Wirkung von NO bei der interzellulären Kommunikation vaskulärer Zellen über Cx37 verstanden werden, welche für die Tonuseinstellung bedeutsam ist. Durch NO beeinflussbare Interaktionen auf epithelialer Ebene müssen ebenfalls in Betracht gezogen werden. Zusammenfassend sind in den aufgeführten Arbeiten Daten erhoben worden, die die Rolle von NO bei chronischer Nierenerkrankung modellhaft anhand von Veränderungen der Gefäßbiologie bei subpressorischer NOS-Inhibition beleuchten. Zusätzlich wurde die Verteilung von Cx37 als Mittler von Zell-Zellkommunikation und Zielprotein für NO-abhängige Interaktion analysiert.

Deficiency of nitric oxide (NO) represents a consistent manifestation of endothelial cell dysfunction, and the accumulation of asymmetric dimethylarginine occurs early in renal disease. Here, we confirmed in vitro and in vivo the previous finding that a fragment of collagen XVIII, endostatin, was upregulated by chronic inhibition of NO production and thought to support a hypothesis that primary endothelial dysfunction contributes to nephrosclerosis in the absence of other profibrotic factors. To emulate more closely the indolent course of endothelial dysfunction, the study was expanded to an in vivo model with NG-monomethyl-L-arginine (L-NMMA; mimics effects of asymmetric dimethylarginine) administered to mice in the drinking water at subpressor doses of 0.3 and 0.8 mg/ml for 3�6 months. This resulted in subtle but significant morphological alterations detected in kidneys of mice chronically treated with L-NMMA: 1) consistent perivascular expansion of interstitial matrix components at the inner stripe of the outer medulla and 2) collagen XVIII/endostatin abundance. Ultrastructural abnormalities were detected in L-NMMA-treated mice: 1) increased activity of the interstitial fibroblasts; 2) occasional detachment of endothelial cells from the basement membrane; 3) splitting of the vascular basement membrane; 4) focal fibrosis; and 5) accumulation of lipofuscin by interstitial fibroblasts. Preembedding labeling of microvasculature with anti-CD31 antibodies showed infiltrating leukocytes and agglomerating platelets attaching to the visibly intact or denuded capillaries. Collectively, the data indicate that the mouse model of subpressor chronic administration of L-NMMA is not a robust one (endothelial pathology visible only ultrastructurally), and yet it closely resembles the natural progression of endothelial dysfunction, microvascular abnormalities, and associated tubulointerstitial scarring. In another approach, the role of long-term, subpressor inhibition of NOS was studied during the recovery phase after unilateral ureteral obstruction (UUO, RUUO). As a major result, vascular stem cell accumulation during healing was impaired, suggesting a role of NO in the surge of vascular stem cells during recovery from renal damage. Analysis of the gap junctional protein, connexin 37, addressed its possible role in vascular and epithelial cell-cell communication in the light of renal disease. In sum, data have been raised to model the role of NO in chronic kidney disease. Alterations in vascular biology have been studied under subpressor inhibition of NOS. The role of stem cell surge under subpressor dose of NOS inibition has been elucidated in RUUO. In addition, a basic analysis has been performed to characterize the distribution of a gap junctional channel protein, Cx 37, as a potential mediator of cell-cell communication and target protein for NO-dependent processes.