Rolle der Aldehyddehydrogenase Typ 2 für die Bioaktivierung von Nitroglycerin in menschlichen Venen

Abstract

Hintergrund: Glyceroltrinitrat ist ein häufig und seit langem eingesetztes Pharmakon, für dessen Wirkung eine Biotransformation notwendig ist. Am Tiermodell gibt es Hinweise dafür, dass in glatten Muskelzellen der Gefäße die mitochondrial lokalisierte Aldehyddehydrogenase 2 (ALDH2) das hauptverantwortliche Enzym für die Bioaktivierung von Glyceroltrinitrat ist. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob dies auch für Kapazitätsgefäße des Menschen zutrifft, die Hauptwirkorte dieses Medikaments sind. Methoden: In humanen Venen wurde mittels RT-PCR, Western Blot, Immunfluoreszenz und optisch-enzymatischem Test die Expression der ALDH2 bzw. das Vorkommen von Aldehyd-Dehydrogenase-Aktivität untersucht. In Organbädern wurden Kontraktionsexperimente an menschlichen Venen durchgeführt. Hierbei wurde der Effekt von Inhibitoren der ALDH2 auf die Vasokonstriktion durch den Alpha-Agonisten Phenylephrin und die Relaxation durch Glyceroltrinitrat (biotransformationsabhängig) und DEA-NONOat (direkter NO-Donator) untersucht. Ergebnisse: 1. Das Gen für ALDH2 wird in den Zellen der humanen Venenwand transkribiert. 2. ALDH2-Protein wird in den Zellen der humanen Venenwand exprimiert. 3. Die glatten Muskelzellen sind der Hauptexpressionsort der ALDH2 in menschlichen Venen. 4. In humanem Venengewebe konnte enzymatische Aldehyd-Dehydrogenase-Aktivität im Bereich des pH-Optimums von ALDH2 nachgewiesen werden. 5. Für drei chemisch unterschiedlich wirkende ALDH2-Inhibitoren (Chloralhydrat, Cyanamid, Ethoxycyclopropanol) konnte eine Potenzminderung der vasodilatierenden Wirkung von Glyceroltrinitrat gezeigt werden. Die Phenylephrin-induzierte Vasokontraktion und die NO-induzierte Vasodilatation blieben jeweils unbeeinflusst, so dass unspezifische Effekte der Inhibitoren auf die Kontraktion und die Wirkung von NO ausgeschlossen werden konnten. Schlussfolgerungen: Zusammengenommen legen der Nachweis der ALDH2 in menschlichen Venen und die selektive Hemmung des relaxierenden Effekts von Glyceroltrinitrat bei klinisch relevanten Konzentrationen unter Inhibition der ALDH2 eine zentrale Rolle dieses Enzyms für die Biotransformation von Glyceroltrinitrat in den Kapazitätsgefäßen des Menschen nahe.

Recent studies suggest that the mitochondrial aldehyde dehydrogenase (ALDH)2 is involved in vascular bioactivation of nitroglycerin (GTN). However, neither expression of ALDH2 nor its functional role in GTN bioactivation has been reported for the main drug target in humans, namely capacitance vessels. We investigated whether ALDH2 is expressed in human veins and whether inhibition of the enzyme attenuates nitroglycerin effects in these vessels. We determined expression of ALDH2 and dehydrogenase activity in human veins by reverse transcriptase-polymerase chain reaction, Western blotting, and immunofluorescence microscopy. In vitro contraction experiments were performed in the presence or absence of the ALDH inhibitors chloral hydrate, cyanamide, and ethoxycyclopropanol. Concentration response curves were determined for the alpha-agonist phenylephrine, nitroglycerin, and the direct NO donor diethylamine NONOate (DEA-NONOate). ALDH2 expression was largely confined to smooth muscle cells as determined by confocal immunofluorescence microscopy. Contractile responses to phenylephrine were unaffected by all ALDH inhibitors tested. In clear contrast, the ALDH inhibitors significantly reduced the potency of nitroglycerin by approximately 1 order of magnitude (P<0.01). Neither of the inhibitors affected the potency of the direct NO donor DEA-NONOate, which ruled out nonspecific effects on the NO signaling cascade. In human capacitance vessels, ALDH2 is a key enzyme in the biotransformation of the frequently used antianginal drug nitroglycerin.