Bisher konnte gezeigt werden, dass die podozytäre Beeinträchtigung des TGF-β Signalwegs erst im Laufe von Altersprozessen zu einer Manifestation von morphologischen Veränderungen führte. Als nächstes stellte sich die Frage, wie sich die beiden Podozyten-spezifischen Knockout-Modelle in einem induzierten und damit ‛akuten‛ Schaden verhalten.
Es gilt als allgemein akzeptiert, dass der TGF-β Signalweg eine entscheidende Funktion bei der Pathogenese von podozytären Nierenerkrankungen, wie die Diabetische Nephropathie (DN) übernimmt (Kim et al., 2003; Lee, 2011; Umezono et al., 2006). Infolgedessen wurde als Schadensmodell der nachfolgenden Untersuchungen die Streptozotocin (STZ)-induzierte DN gewählt. Es ist bislang nicht bekannt, ob die strukturellen Veränderungen in den
Glomeruli bei DN unabhängig voneinander oder durch eine zeitliche Kausalität verursacht werden. Aus diesem Grund wurde eine kurze Behandlungsdauer von STZ gewählt, um Aufschlüsse über die initialen Veränderungen zu erhalten. Diese Untersuchungen ergaben folgende Ergebnisse: (1) Alle diabetischen Mäuse (P-S7 kn, P-TR2 kn und gefloxte Kontrollmäuse) wiesen klassische Parameter einer DM Erkrankung auf. (2) Alle diabetischen Tiere zeigten das typische morphologische Krankheitsbild von Foot Process Effacement.
(3) Sklerotische Prozesse sowie eine Verbreiterung der GBM konnte nach 2 Monaten noch nicht detektiert werden. (4) Diabetische Kontrollmäuse zeigten eine Induktion von Col IV und Fibronektin innerhalb der Glomeruli, die in diabetischen P-S7 kn Tieren zusätzlich verstärkt wurde, während diese Induktion in diabetischen P-TR2 kn Mäusen blockiert war.
Klassische Symptome einer DM Erkrankung sind ein erhöhter Blutglucose-Spiegel, Gewichtsverlust sowie Polyurie und Proteinurie (Tesch and Allen, 2007; Ziyadeh and Wolf, 2008). Das vermehrte Ausscheiden von Proteinen mit dem Urin ließ sich zwar nachweisen, jedoch waren die Proteinmengen geringer als sie für eine klassische Proteinurie im Endstadium betragen würden. Die relativ geringe Erhöhung der ausgeschiedenen Proteine bei den STZ-Tieren zeigt somit den Beginn der DN an, deren Induktion durch die anderen untersuchten klinischen Parameter (Blutglucose-Spiegel, Urinvolumen und Gewichtsverlust) bestätigt werden konnte.
Zusätzlich wurde die Funktionalität der experimentell induzierte DN durch das charakteristische Auftreten von Foot Process Effacement für alle STZ-Tiere des Diabetes-Versuchs bestätigt (Li et al., 2007; Stitt-Cavanagh et al., 2009).
Interessant war der Befund, dass es trotz beginnender DN in keiner der diabetischen Mäuse zu einer signifikanten Verbreiterung der GBM kam. Dies lieferte zum ersten Mal den Hinweis, dass sich die pathologischen Merkmale von Foot Process Effacement und Verdickung der GBM unabhängig voneinander manifestieren. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass Foot Process Effacement Prozesse initial, also früher durch pathogene Bedingungen ausgelöst werden und im möglichen Zusammenhang mit einer Mikroalbuminurie stehen, während eine Verbreiterung der GBM das Resultat eines chronischen Verlaufs zu sein scheint und damit vermutlich unterstützend auf eine Proteinurie einwirkt. Verglichen mit dem altersbedingten Auftreten der GBM-Verbreiterung kann weiterhin vermutet werden, dass die Verbreiterung möglicherweise durch die glomerulären Endothel-Zellen vermittelt wird und aus einem progressiven Verlauf der DN resultiert.
Anhand der Analysen der Fußfortsatz-Frequenz konnte eine tendenzielle Verschlechterung der Fußfortsatz-Organisation innerhalb der diabetischen P-S7 kn Mäuse festgestellt werden.
Die negative Wirkung einer fehlenden Smad7 Expression wurde von Chen et al. durch die Langzeitbehandlung mit STZ (6 Monate) von Smad7Exon1-Knockout-Mäusen beschrieben
(Chen et al., 2011). Bei diesen Mäusen kommt es zur Expression einer trunkierten Form von Smad7, die eine stark verminderte Funktionalität dieses Proteins aufweist (Li et al., 2006).
Nach der Induktion von DN in Smad7Exon1 -/--Mäusen kam es, im Vergleich zu diabetischen Wildtyp-Mäusen, nach 6 Monaten zu einer zusätzlich gesteigerten Akkumulation von EZM-Proteinen in verschiedenen Bereichen der Niere, einschließlich der Glomeruli (Chen et al., 2011). Diabetische P-S7 kn Mäuse dieser Arbeit zeigten ebenfalls eine vermehrte Steigerung der sklerotischen Flächen innerhalb der Glomeruli. Es kann daher vermutet werden, dass ein verstärktes TGF-β Signal innerhalb der Podozyten alleine für die Induktion von EZM-Proteinen im Bereich der Glomeruli verantwortlich ist. Außerdem konnte von Chen et al.
ebenfalls eine gesteigerte Expression von Col IV und Fibronektin detektiert werden, dessen Induktion vor allem innerhalb der Glomeruli auftrat (Chen et al., 2011). Demnach führt der Verlust von Smad7 in Podozyten zu einer gesteigerten Verschlechterung der glomerulären Morphologie durch die induzierte Synthesesteigerung von Col IV und Fibronektin.
Obwohl in den diabetischen Mäusen keine eindeutige Verdickung der GBM gemessen werden konnte, legt die induzierte Col IV Synthese dennoch nahe, dass sich im Verlauf einer längeren Expositionsdauer eine Verdickung der GBM manifestieren könnte, ähnlich dem Befund, der erst im Alter auftretenden progressiven Erhöhung der GBM.
Insgesamt deuten diese Daten also darauf hin, dass der TGF-β Signalweg der Podozyten per se vor allem durch eine Reduktion von Smad7 negativ auf pathologische Morphologien wirkt.
Die Umkehrfolgerung des negativen Einflusses von TGF-β bzw. eines desinhibierten Signalwegs lautet infolgedessen, dass eine Blockierung der TGF-β Signaltransduktion einen protektiven Effekt auf die Niere aufweisen sollte. Untersuchungen hierzu wurden von Kim et al. unternommen. Aufgrund des letalen Phänotyps des Komplett-Knockout von TGF-β RII verwendete Kim heterozygote TGF-β RII+/--Mäuse für seine Analysen, um die Auswirkungen einer Inhibition der TGF-β Signaltransduktion auf die Pathogenese von DN zu untersuchen (Kim et al., 2004). Der heterozygote Knockout resultiert in einer ca. 50 % Reduktion der Rezeptor-Expression und führt zu keinen phänotypisch auffälligen Besonderheiten (Im et al., 2001). Die Analyse von sklerotischen Prozessen in diabetischen TGF-β RII+/--Mäusen ergab eine deutliche Reduktion von akkumulierten EZM-Proteinen im Bereich der Glomeruli (Kim et al., 2004). Diabetische P-TR2 kn Tiere in dieser Arbeit wiesen keine bis allenfalls eine geringe Verminderung der sklerotischen Flächen innerhalb der Glomeruli auf. Daraus kann geschlossen werden, dass unter diabetischen Bedingungen eine Akkumulation von EZM-Proteinen induziert wird, die entweder unabhängig von TGF-β abläuft, oder, was als wahrscheinlicher gilt, die überwiegend von Mesangial-Zellen der Glomeruli ausgeht. Als erwiesen muss angesehen werden, dass der Podozyt durch die
Blockade der TGF-β Signaltransduktion per se nicht in der Lage ist, protektiv auf sklerotische Prozesse zu wirken. Als weiteres Ergebnis konnten Kim et al. zeigen, dass es innerhalb der heterozygoten Mäuse zu einer Reduktion der renalen Col IV mRNA Expression kam (Kim et al., 2004). Dieser Befund konnte auf die glomeruläre Expression von Col IV in STZ- P-TR2 kn Mäuse übertragen werden und verdeutlicht, dass der Podozyten-spezifische Knockout von TGF-β RII durchaus das Expressionsmuster von EZM-Proteinen, wie Col IV, ebenso wie Fibronektin in Glomeruli verändern kann, obwohl sich daraus kein positiver Effekt auf die Glomerulosklerose oder die GBM ergab. Demnach müssen zusätzliche Proteine für die Akkumulation der EZM verantwortlich sein, deren Induktion vermutlich vorwiegend durch die glomerulären Mesangial-Zellen vermittelt wird.
Insgesamt zeigen die hier erhobenen Daten, dass eine Inhibition des TGF-β Signalwegs alleine in Podozyten keinen eindeutig protektiven Effekt auf pathologische Prozesse innerhalb der Glomeruli ausübte. Demnach müssen für eine Verbesserung der Glomeruli-Morphologie verschiedene Komponenten involviert werden.