Die Rolle von Stickstoffmonoxid in der Arteriogenese

Abstract

Es war das Ziel zahlreicher Forschungsprojekte im Herz-Kreislauf-Bereich der letzten zehn Jahre, das Wachstum natürlich bestehender Kollateralkreisläufe zu fördern. Das Wachstum dieser Kollateralgefäße wird dabei als Arteriogenese bezeichnet. Kollateralarterien entstehen dabei aus präexistenten arteriolären Anastomosen. Anhand von Ausgussmodellen, post mortem Angiographien und immunhistochemischen Analysen zeigen wir hier zum allerersten Mal in einem Modell am Hinterlauf der Ratte, dass das Substrat der Arteriogenese, ein präexistente arterioläre Anastomose, vorhanden ist. 24 h nach unilateraler Femoralarterienligatur fängt diese Anastomose an zu proliferieren, der Proliferation folgt eine Remodeling-Phase. Am Ende dieses mehrphasischen Prozesses steht die Kollateralarterie in ihrer typischen korkenzieherartigen Struktur. Wir können somit zeigen, dass das von uns vorgestellte Tiermodell Studien zur Arteriogenese erlaubt. Pharmakologische Substanzen, die potenziell in der Lage sind die Arteriogenese zu fördern, sind zahlreich. Andererseits ist die Wirkung anderer Substanzen bisher nicht eindeutig geklärt. Stickstoffmonoxid ist ein gasförmiges Molekül, welches in der Vergangenheit immer wieder mit der Arteriogenese in Verbindung gebracht wurde, seine Rolle aber nach wie vor unklar ist. In der Literatur lassen sich in Bezug auf die Arteriogenese widersprüchliche Eigenschaften von NO finden. Wir können diesen Widerspruch auflösen, indem wir angiographisch proarteriogene Effekte sowohl von NO als auch von MCP-1 nachweisen konnten. Die proarteriogenenen Effekte können wir mittels kinetischer Untersuchungen jeweils unterschiedlichen Phasen der Arteriogenese zuordnen. Anhand von Western Blot Analysen legen wir zum allerersten Mal Beweise dafür vor, dass NO 12 h nach Initiierung der Arteriogenese vermindert, nach 24 h dann aber vermehrt in Kollateralgefäßen vorhanden ist. Eine NO-Kinetik ist hieraus abgeleitet worden. Aus unseren Vorarbeiten wissen wir, wie sich im Gegenzug die Makrophagenkinetik im Kollateralgefäß verhält. In der Korrelation beider Kinetiken zeigt sich, dass das bisher postulierte 2-Phasen-Modell mit Proliferation- und Remodeling-Phase unzureichend ist. Wir postulieren eine Art Triggerphase, welche der eigentlichen Proliferationsphase zeitlich vorausgeht. Diese findet innerhalb der ersten 24 h nach Initiierung der Arteriogenese statt. Sie ist durch eine verminderte NO-Konzentration gekennzeichnet. Dieses hat einen gedrosselten kollateralen Blutfluss zur Folge, welches wiederum in einer niedrigen Scherkraft am Endothel resultiert. Monozyten können sich unter diesen Bedingungen ans Endothel heften. Postkapilläre Venolen beginnen sich innerhalb dieser Phase zu dilatieren, über eine Art Saugeffekt erhöht sich dann langsam der Blutfluss durch die vorgeschalteten Arteriolen. Nach 24 h, also zum Ende der Triggerphase hin, sind die Makrophagen durch das Endothel in die Gefäßwand migriert und beginnen mit der Produktion von Wachstumsfaktoren und MMPs. Die Proliferationsphase beginnt. Durch den stetig steigenden Saugeffekt der dilatierten Venolen wirken vermehrt Scherkräfte auf das Endothel, die NOS werden stimuliert und ihre Expression hochreguliert. NO erhöht damit den kollateralen Blutfluss. Im weiteren Verlauf dilatiert das vermehrt vorhandene NO wiederum die Arteriolen. Damit sinken die Scherkraftverhältnisse wieder auf ein normales Niveau ab. Die NOS-Stimulation fällt weg, und die Expression normalisiert sich wieder. Die Aktivität der NOS, abgeleitet aus der pAkt-Expression, ist aber nach wie vor erhöht. Unsere Western-Blot-Analysen zeigen, dass NO in der Remodeling-Phase vermehrt vorhanden ist. Unseren Erkenntnissen nach hat NO demnach keinen Einfluss auf die Phase, in der Makrophagenadhäsion, -migration und -proliferation stattfindet (Triggerphase). Dies bestätigen auch bisher unveröffentlichte Versuche, die zeigen konnten, dass NO keinen Einfluss auf die Proliferation innerhalb der Kollateralgefäße hat. NO hat aber Einfluss auf die Arteriogenese; dies zeigen unsere angiographischen Analysen. Dieser proarteriogene Effekt wird vorwiegend in der Remodelingphase entfaltet und ist für die Gefäßfunktionalität von großer Bedeutung. Weitere Beweise für unsere Mehrphasen-Hypothese sind in der Wirkung von Chemokinen und Wachstumsfaktoren zu finden: Wenn die Monozytenadhäsion und -migration in der Triggerphase stattfindet und NO keinen Einfluss auf diese Phase hat, so muss MCP-1s proarteriogener Effekt NO unabhängig sein. Auch dieses kann in unseren angiographischen Analysen bestätigt werden. Die Wirkung von VEGF und bFGF dagegen ist durch eine NO-Hemmung zu antagonisieren. Dies wiederum bedeutet, dass sie ihre Wirkung verstärkt in der Remodeling-Phase entfalten. All diese Erkenntnisse helfen, neue Einblicke in die molekularen Prozesse der Arteriogenese, als auch in ihre Stimulation zu gewinnen und sie damit besser zu verstehen. Hieraus könnten in Zukunft neue therapeutische Ansätze resultieren.