Charakterisierung des NO-sGC-cGMP-Systems in glomerulären Mikrogefäßen unter physiologischen Bedingungen und nach Hypoxie/Reoxygenierung

Abstract

Störungen der renalen Perfusion tragen zur Entstehung akuten und chronischen Nierenversagens bei. Die dabei beobachtete Hyperreaktivität von renalen Mikrogefäßen auf vasokonstriktorische Substanzen ist Ausdruck eines gestörten Gleichgewichts von dilatierenden und konstringieren Substanzen. Eine verminderte Verfügbarkeit von Stickstoffmonoxid (NO) trägt zum Ungleichgewicht bei. NO wird im Endothel gebildet, diffundiert in die glatten Gefäßmuskelzellen und aktiviert dort die lösliche Guanylatzyklase (sGC), welche cGMP bildet und die Proteinkinase G aktiviert. Dies führt durch Modifikation verschiedenster Proteine zur Verminderung der zytosolischen Calciumkonzentration in VSMC und damit zur Dilatation der Gefäße. In der vorliegenden Arbeit wird die Hypothese getestet, dass eine pharmakologische Aktivierung der sGC renale glomeruläre Mikrogefäße bei NO-Mangel dilatiert und damit potentiell renoprotektiv ist. Es wird weiterhin untersucht, ob sGC-Aktivierung auch Gefäße nach Hypoxie/Reoxygenierung, einem wichtigen pathogenetischen Faktor bei AKI und CKD, erweitert. Die Hypothese wurde an isoliert perfundierten afferenten (AA) und efferenten Arteriolen (EA) der Maus getestet. Zur Charakterisierung des NO-sGC-cGMP-Signalweges wurde zunächst Sildenafil appliziert. Die Vorbehandlung mit Sildenafil schwächte die Angiotensin II (Ang II)-induzierte Konstriktion der AA, nicht aber EA, ab. Ang II-konstringierte EA dilatierten auf Sildenafilbolusgabe stärker als AA. Der sGC-Aktivator Cinaciguat dilatierte L-NAME-behandelte als auch nicht-L-NAME behandelte, Ang II-konstringierte, EA stärker als AA. Ebenso wurden AA von Cinaciguat erweitert, die zuvor mit einem jodhaltigen Kontrastmittel behandelt wurden und NO-defizient waren. Nach Hypoxie (0,1%, 30 min) und Reoxygenierung (10 min) der Arteriolen, dilatierte Cinaciguat EA, nicht aber AA. Die Ergebnisse weisen auf einen wichtigen Beitrag der NO-sGC-cGMP-Systems für die den Gefäßtonus glomerulärer Arteriolen hin. Sie zeigen die Fähigkeit des sGC-Aktivators Cinaciguat, Arteriolen bei NO-Defizit zu dilatieren. Die differentielle Fähigkeit von Cinaciguat, glomeruläre Arteriolen auch nach Hypoxie/Reoxygenierung zu erweitern, ist für die Anwendung dieser Substanz für die Behandlung von AKI und CKD von Bedeutung.

Acute kidney injury (AKI) and chronic kidney disease (CKD) go along with impaired renal perfusion. Hallmark of renal microvessel function under these conditions is an increased reactivity to vasoconstrictors. Nitric oxide (NO) deficiency contributes to the imbalance of dilator and constrictor factors. NO is produced by the endothelial NO synthase, diffuses to the vascular smooth muscle cells (VSMC), and activates the soluble guanylyl cyclase (sGC), which catalyzes the production of cGMP. Latter activates the protein kinase G (PKG), which in turn modulates enzymes involved in calcium homeostasis resulting in reduced cytosolic calcium and vessel dilatation. Here, we test the hypothesis that pharmacological activation of sGC dilates NO-deficient vessels and vessels after hypoxia/reoxygenation, both important pathogenetic factors in AKI and CKD. Experiments were performed in isolated, perfused afferent (AA) and efferent (EA) glomerular arterioles in mice. We applied sildenafil to characterize the NO-sGC-cGMP pathway. Sildenafil pre-treatment reduced the constrictor effect of angiotensin II (Ang II) in AA but not EA. Bolus application of sildenafil vessels dilated Ang II-preconstricted EA stronger than preconstricted AA. Cinaciguat dilated L-NAME treated and non-treated similarly, however the effect was AA stronger than EA under the same conditions. Further, cincaciguat dilated AA pretreated with an iodinated contrast medium, which is known to reduce the NO-bioavailability. Remarkably, cinaciguat increased vessel diameters after hypoxia (0.1%, 30min) and re-oxygenation (10min) only in EA. The results suggest an important role of the NO-sGC-cGMP system for the vessel tone of AA and EA. They also show that cinaciguat has dilatory properties in vessel with NOdeficiency. The differential effect of cinaciguat on AA and EA after hypoxia/re-oxygenation is important for the application of such drugs for renoprotection in AKI and CKD.