Bedeutung der vaskulären Hyaluronsäure-Synthese für vaskuläres Remodelling und Entzündung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Hyaluronan (Hyaluronsäure, HA) ist ein makromolekulares Kohlenhydrat der extrazellulären Matrix von Blutgefäßen. Das Projekt hatte die Untersuchung der Rolle der HA-Matrix für die Neointimahyperplasie und die Atherosklerose zum Ziel. Spezifisch sollten die Funktionen der HA-Synthasen (HAS) charakterisiert werden. Die systemische, pharmakologische Hemmung der HA-Synthese mit 4-Methylumbelliferon (4-MU) führte Blutdruckunabhängig zu einer Verstärkung der Atherosklerose und zu einem pro-thrombotischen Effekt. Die Plättchenaktiverung und die Thrombinbildung waren dagegen nicht verändert. Auffällig war eine verstärkte Makrophagen-Akkumulation in den Plaques von 4-MU behandelten Tieren sowohl 2 Wochen als auch 21 Wochen nach Beginn der Behandlung und eine verstärkte Adhäsion von Monozyten an die Gefäßwand der Arteria carotis, wie mittels Intravitalmikroskopie gezeigt wurde. Elektronenmikroskopisch und fluoreszenzmikroskopisch wurde schon 2 Wochen nach Beginn der Behandlung mit 4-MU eine starke Abnahme der Glykokalyx von Endothelzellen der Arteria brachiocephalika und von myokardialen Kapillaren nachgewiesen. Diese Befunde sprechen dafür, dass es unter systemischer Hemmung der HA-Synthese zu einer Schädigung der Glykokalyx kommt, welche eine verstärkte Adhäsion von Thrombozyten und Leukozyten nach sich zieht und den prothrombotischen und pro-atherosklerotischen Effekt von 4-MU verursacht. Zusätzlich wird durch diese Untersuchung die Bedeutung des HA-Anteils der endothelialen Glykokalyx betont und eine wichtige atheroprotektive Funktion der Glykokalyx experimentell nahegelegt. Im Umkehrschluss weisen die Befunde darauf hin, dass therapeutische Strategien, die eine Schädigung der Glykokalyx verursachen, kardiovaskuläre (atherothrombotische) Nebenwirkungen verursachen könnten. Dies ist relevant, weil die Hemmung der HA-Synthese auch für onkologische Erkrankungen erwogen wird. Nachfolgende Untersuchungen an ApoE-Mäusen zeigten, dass die HA-Synthese in frühen Stadien atherosklerotischer Plaques mit der Makrophageninvasion und der Expression von HA-Synthase 3 (HAS3) zusammenfällt. Es wurde in vitro an humanen SMC nachgewiesen, dass HAS3 durch typische Makrophagen-Zytokine wie IL-1β und TNFα NFκB-abhängig induziert wird. Die ektope Überexpression von HAS3 stimulierte besonders die Migration aber auch die Proliferation von humanen SMC. Diese Aktivierung wurde durch CD44- und RHAMM-abhängige Erhöhung der Expression von FAK und verstärkte Phosphorylierung von FAK verursacht, die nachgeschaltet erhöhte Paxillin-, AKT- und ERK1/2 Phosphorylierung nach sich zog. Die pathophysiologische Bedeutung der phänotypischen Aktivierung von SMC durch HAS3-bhängige HA- Synthese wurde in vivo durch die verminderte Neointimahyperplasie in HAS3 KO Mäusen bestätigt. Schließlich wurde untersucht, ob die durch IL-1β induzierte HAS3/HA-Synthese auf die Entzündungszellen zurückwirkt. In der Tat exprimieren humane Monozyten die HA-Rezeptoren, CD44 und RHAMM, und adhärieren an die IL-1β induzierte perizelluläre HA-Matrix. Weiterhin stimulierte HA die Sekretion von TNFα, MCP1 und CCL5 durch peritoneal Makrophagen von ApoE-defizienten Mäusen. HAS3 Expression wurde auch in humanen Atherektomie-Proben der Arteria carotis immunhistochemisch und mittels PT-PCR nachgewiesen. Zusammen genommen ergeben sich zwei wichtige Schlussfolgerungen: 1. Nach systemischer HA-Synthese Hemmung kommt es zur Schädigung der endothelialen Glykokalyx und nachfolgend verstärkter Atherosklerose sowie erhöhter Thromboseneigung. 2. Makrophagen induzieren durch IL-1β und TNFα HAS3 und dadurch die Ausbildung einer perizellulären Matrix, die SMCs aktiviert und Neointimahyperplasie fördert und gleichzeitig für Immunzellen adhäsive und stimulierende Eigenschaften hat und somit lokal entzündungsfördernd wirkt. Daher erscheint HAS3 eine geeignete therapeutische Zielstruktur, um proliferative und inflammatorische Aspekte der Pathophysiologie der Atherosklerose zu beeinflussen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Inhibition of hyaluronan synthesis accelerates murine atherosclerosis: novel insights into the role of hyaluronan synthesis. Circulation. 2010;122:2313-2322
Nagy N, Freudenberger T, Melchior-Becker A, Rock K, Ter Braak M, Jastrow H, Kinzig M, Lucke S, Suvorava T, Kojda G, Weber AA, Sorgel F, Levkau B, Ergun S, Fischer JW
- Novel effects of adenosine receptors on pericellular hyaluronan matrix: implications for human smooth muscle cell phenotype and interactions with monocytes during atherosclerosis. Basic Res Cardiol. 2013;108:340
Grandoch M, Hoffmann J, Rock K, Wenzel F, Oberhuber A, Schelzig H, Fischer JW
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00395-013-0340-6)
