Superoxidproduktion

Erhöhte Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies oder reduzierte antioxidative Kapazität führen zum sogenannten oxidativen Streß, welcher in der Pathophysiologie verschiedener Krankheitsbilder eine bedeutende Rolle einnimmt (CAVE et al., 2006). Auch nach einem Myokardinfarkt sind reaktive Sauerstoffspezies erhöht. Die vorliegende Studie ergab einen deutlichen Anstieg von Superoxidanionradikalen, detektiert mit der Chemilumineszenzmethode und der Dihydroethidiumfärbung im nichtinfarzierten Myokard der Wildtyp-Mäuse, im Vergleich zu kontrolloperierten Wildtyp-Tieren, 4 Wochen nach Myokardinfarkt. Weiterhin kam es zu einem ausgeprägten kardialen Remodeling und zu einer Dysfunktion bei den Wildtyp-Tieren nach der Myokardinfarktinduktion. In p47^phox -defizienten Mäusen blieb jedoch eine signifikante Erhöhung der Superoxidanionradikalproduktion sowie ein deutliches kardiales Remodeling nach Myokardinfarkt, in bezug auf die kontrolloperierten p47^phox-defizienten Tiere aus, was darauf schließen läßt, daß die NAD(P)H-Oxidase, und ihre Untereinheit p47^phox, wesentlich an der Superoxidanionradikalbildung nach Myokardinfarkt beteiligt sind. Andere

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Forschungsgruppen zeigten, daß die experimentelle Induktion eines Myokardinfarktes zum Anstieg von reaktiven Sauerstoffspezies führt und diese das linksventrikuläre Remodeling und die linksventrikuläre Funktion ungünstig beeinflussen, was anhand von Antioxidanzien bzw. Radikalfängern deutlich ersichtlich wird. Die Auslösung eines Myokardinfarktes in Mäusen erhöhte das Vorhandensein von Hydroxylradikalen, die Gabe eines Hydoxylradikalfängers verhinderte diesen Anstieg und schützte vor kontraktiler Dysfunktion sowie Kardiomyozytenhypertrophie (KINUGAWA et al., 2000). In einer großen Studie mit Ratten wurde oxidativer Streß anhand von Malondialdehydspiegeln nach der Induktion eines Myokardinfarktes ermittelt. Der oxidative Streß konnte mit dem Antioxidans Probucol nach Myokardinfarkt vermindert werden, außerdem verbesserte sich dadurch die linksventrikuläre Funktion und das linksventrikuläre Remodeling wurde reduziert (SIA et al., 2002). Die aktuelle Studie zeigt tierexperimentell einen pathophysiologisch entscheidenden Mechanismus, welcher zur erhöhten reaktiven Sauerstoffspeziesproduktion nach Myokardinfarkt im linken Ventrikel führt, und dort das Remodeling sowie die Funktion wesentlich beeinflußt.

5.2 NAD(P)H-Oxidaseaktivität

In dieser Studie wird demonstriert, daß die NAD(P)H-Oxidaseaktivität im nichtinfarzierten Myokard, gemessen mit der Elektronenspinresonanzspektroskopie, in Wildtyp-Mäusen, aber nicht in p47^phox-defizienten Tieren nach Myokardinfarkt, erhöht war. Davon kann abgeleitet werden, daß die Untereinheit p47^phox für die Aktivierung der NAD(P)H-Oxidase nach Myokardinfarkt notwendig ist. Sowohl der Zusatz von NADH als auch von NADPH zu den myokardialen Homogenaten, zwecks Ermittlung der NAD(P)H-Oxidaseaktivität, erzielte bei dem Projekt ein ähnliches Ergebnis. Das letztere Resultat stimmt mit der Feststellung überein, daß NADH und NADPH der NAD(P)H-Oxidase als Substrate dienen können (GRIENDLING et al., 2000). Die Rolle der NAD(P)H-Oxidase wurde bereits in anderen Tiermodellen, als dem in der aktuellen Studie verwendeten Modell, untersucht. Bei der ischämischen Präkonditionierung stieg die NAD(P)H-Oxidaseaktivität im Myokard von Wildtyp-Mäusen an, jedoch nicht im Herz von NOX2-defizienten Tieren, bei denen die Untereinheit NOX2 der NAD(P)H-Oxidase ausgeschaltet ist (BELL et al., 2005). Nach Angiotensin-II-Infusion

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zeigten Wildtyp-Mäuse, im Vergleich mit NOX2-defizienten Mäusen, eine höhere myokardiale NAD(P)H-Oxidaseaktivität (BENDALL et al., 2002). Diese zwei Arbeitsgruppen stellten fest, daß die NOX2-Untereinheit der NAD(P)H-Oxidase die NAD(P)H-Oxidaseaktivität steigert, im Modell der ischämischen Präkonditionierung und nach Angiotensin-II-Infusion. Eine völlig neue Erkenntnis ist, daß die p47^phox-Defizienz der NAD(P)H-Oxidase nach Myokardinfarkt die Erhöhung der NAD(P)H-Oxidaseaktivität verhindert, und, v.a. das LV-Remodeling sowie die LV-Dysfunktion reduziert.

Bei der humanen Herzinsuffizienz war die NAD(P)H-Oxidaseaktivität in bezug auf gesunde Probanden intensiviert (HEYMES et al., 2003, MAACK et al., 2003), was auf eine pathophysiologische Bedeutung der NAD(P)H-Oxidase in diesem Zusammenhang hinweist.

Die vorliegende Arbeit identifizierte die NAD(P)H-Oxidase, und insbesondere ihre Untereinheit p47^phox, als sehr wichtige Komponenten für die Entwicklung der Herzinsuffizienz nach Myokardinfarkt.

Zwei Veröffentlichungen sprechen sich gegen eine Bedeutung der Untereinheit NOX2 der NAD(P)H-Oxidase für die NAD(P)H-Oxidaseaktivität aus. Eine Aortenkonstriktion bewirkte die Zunahme der NAD(P)H-Oxidaseaktivität in Wildtyp- und NOX2-defizienten Mäusen in gleichem Ausmaß (BYRNE et al., 2003 a, MAYTIN et al., 2004). Die Erklärung für diese Beobachtung liegt wahrscheinlich in einer Heraufregulation des Homologs NOX4 anstelle von NOX2 der NAD(P)H-Oxidase in NOX2-defizienten Tieren nach Aorteneinengung,

wodurch die NAD(P)H-Oxidase wieder ihre Funktionsfähigkeit erhält (BYRNE et al., 2003 a).

Die NAD(P)H-Oxidaseaktivität im linken Ventrikel unterschied sich nicht zwischen den kontrolloperierten Tieren der Wildtyp- und der p47^phox-defizienten Gruppe. Hieraus läßt sich schlußfolgern, daß die Untereinheit p47^phox nicht entscheidend für die Aktivität der NAD(P)H-Oxidase im Ruhezustand, d.h. ohne Induktion eines Myokardinfarktes, ist. Eine Arbeit unterstreicht diese Annahme. In Aorten von p47^phox-defizienten Tieren war die basale NAD(P)H-abhängige O2

.--Produktion, im Vergleich zu Wildtyp-Tieren, nicht geringer (LI et

al., 2004 b). Weiterhin ist bekannt, daß für p47^phox eine Isoform existiert (CAVE et al., 2006), die als NOXO1 bezeichnet wird und im Ruhezustand der NAD(P)H-Oxidase bei den p47^phox -defizienten Mäusen an die Stelle der Untereinheit p47^phox treten könnte, und sich somit die

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gleiche Aktivität der NAD(P)H-Oxidase bei den kontrolloperierten Tieren beider Mausgruppen erklären würde.

5.3 Xanthinoxidaseaktivität

Die Elektronenspinresonanzspektroskopie-Messung ergab in dieser Studie eine erhebliche Aktivitätszunahme der Xanthinoxidase, vier Wochen nach Myokardinfarkt, im nichtinfarzierten Myokard von Wildtyp-Mäusen, jedoch blieb diese in p47^phox-defizienten Tieren aus. In der vorliegenden Arbeit stimmt der Anstieg der Xanthinoxidaseaktivität bei den Wildtyp-Mäusen nach Myokardinfarkt mit der erhöhten Xanthinoxidaseaktivität bei experimenteller und bei humaner Herzinsuffizienz überein (LANDMESSER et al., 2002, CAPPOLA et al., 2001, UKAI et al., 2001, KOGLER et al., 2001). Die Beobachtung der Aktivitätszunahme der Xanthinoxidase bei den Wildtyp-Mäusen nach Myokardinfarkt befindet sich auch mit den Ergebnissen anderer Gruppen im Einklang, welche speziell nach Myokardinfarkt eine Erhöhung der Xanthinoxidaseaktivität in Mäusen demonstrierten (ENGBERDING et al., 2004, STULL et al., 2004, NAUMOVA et al., 2006).

Besonders interessant ist im aktuellen Projekt, daß die p47^phox-Defizienz der NAD(P)H-Oxidase eine Aktivitätserhöhung der Xanthinoxidase nach Myokardinfarkt verhindert. Es liegt die Konklusion nahe, daß die Aktivität der Xanthinoxidase von der superoxidanionradikalproduzierenden NAD(P)H-Oxidase nach Myokardinfarkt abhängt. Es existieren Studien, die eine redoxsensitive Regulation der Xanthinoxidase beschreiben und damit die gezogene Schlußfolgerung unterstützen. In endothelialen p47^phox-defizienten Zellen konnte durch Einwirkung turbulenter Schubspannungen eine verminderte Superoxidanionradikalproduktion, eine erniedrigte Xanthinoxidaseaktivität sowie ein geringerer Proteinspiegel der Xanthinoxidase, im Vergleich zu Zellen von Wildtyp-Mäusen,

registriert werden. Die Transfektion von p47^phox-defizienten Zellen mit einem p47^phox-enthaltenden Vektor steigerte die Proteinspiegel der Xanthinoxidase, d.h., daß nach

der Wiederherstellung der vollen Funktionsfähigkeit der NAD(P)H-Oxidase in diesen Zellen die Xanthinoxidaseexpression zunahm (MCNALLY et al., 2003). Außerdem beeinflußt Wasserstoffperoxid die endotheliale Xanthinoxidase- und Xanthindehydrogenaseexpression,

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Peroxynitrit fördert die Umwandlung der Xanthindehydrogenase in die Xanthinoxidase in der Leber (MCNALLY et al., 2005, SAKUMA et al., 1997).

Die erhöhte Xanthinoxidaseaktivität trägt auch über die Produktion von Superoxidanionradikalen zum linksventrikulären Remodeling und zur linksventrikulären Dysfunktion bei. In einigen tierexperimentellen Arbeiten wurden positive Effekte der Xanthinoxidaseinhibition, mit Hilfe von Allopurinol, nach der Induktion eines Myokardinfarktes auf die linksventrikuläre Funktion und auf das linksventrikuläre Remodeling, beobachtet (ENGBERDING et al., 2004, STULL et al., 2004, NAUMOVA et al., 2006). In der vorliegenden Untersuchung zeigten die p47^phox-defizienten Tiere nach Myokardinfarkt ein vermindertes linksventrikuläres Remodeling, eine bessere linksventrikuläre Funktion sowie ein Ausbleiben des Anstieges der Xanthinoxidaseaktivität in bezug auf die Wildtyp-Tiere. Die positiven Auswirkungen auf das linksventrikuläre Remodeling und auf die linksventrikuläre Funktion erschienen bei den p47^phox-defizienten Tieren nach Myokardinfarkt, im Vergleich zu den nach Myokardinfarkt mit Allopurinol behandelten Mäusen, welche aus der Studie von Engberding (ENGBERDING et al., 2004) stammten, noch verstärkt zu sein. Eine erhöhte Überlebensrate, bei den mit Allopurinol behandelten Tieren nach Myokardinfarkt gegenüber unbehandelten Tieren, konnte in der Studie von Engberding (ENGBERDING et al., 2004) nicht gesehen werden. Im Kontrast dazu überlebten bei diesem Projekt die p47^phox-defizienten Mäuse nach Myokardinfarkt besser als die Wildtyp-Tiere. Es ist anzunehmen, daß einige der kardioprotektiven Effekte der p47^phox-defizienten NAD(P)H-Oxidase durch eine Verhinderung des Anstieges der kardialen Xanthinoxidaseaktivität verursacht werden.