The Prostanoid EP4 receptor in prostacyclin sensing by pulmonary arterial smooth muscle cells in Monocrotaline-induced pulmonary hypertension in rats

Abstract

Chronic pulmonary hypertension is characterized by vascular remodeling and perivascular inflammation. In clinical and experimental studies with inhaled or systemically-administered prostanoids, it has been shown that prostacyclin, iloprost or treprostinil reduce pulmonary arterial pressure, increase cardiac output and increase the exercise capacity. Prostacyclin and its analogs work mainly by binding to the prostacyclin receptor (IP), which belongs to the family of G-protein coupled receptors. Activation of the receptor leads to an elevation of intracellular cAMP by activation of adenylate cylase. In the first part of my thesis, the expression of the different prostanoid receptors was investigated in lungs and smooth musclecells of pulmonary hypertensive rats and lungs from patients undergoing lung transplantation due to idiopathic pulmonary arterial hypertension. Interestingly, the expression of the prostacyclin receptor was markedly reduced under the conditions of both experimental and clinical pulmonary hypertension, while other prostaglandin receptors, such as the EP4 receptor, were unchanged in their expression. In the second part, functional experiments were performed which show that iloprost and treprostinil reduce serum-induced proliferation of rat pulmonary arterial smooth muscle cells (PASMC). In addition, the iloprost-induced cAMP-production of PASMCs, but not that of treprostinil, could be blocked by the EP4 receptor antagonist AH23848, suggesting that iloprost, at least in part, acts via the EP4 receptor. An investigation was carried out on treprostinil, which is known to activate nuclear peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) in addition to the prostanoid receptors.Interestingly, the PPARs were downregulated in experimental and clinical pulmonary hypertension but treprostinil induced PPAR-alpha and PPAR-gamma suggesting a potential role for a prostanoid receptor-independent mechanism of treprostinil. Taken together, the prostacyclinreceptor is downregulated in experimental and clinical pulmonary hypertension and a novel role is indicated for the EP4 receptor in the signaling of iloprost, a clinically-approved prostacyclin analog. The major results of thesis were published in Am J Respir Crit Care Med.in July 2008. Die chronische pulmonale Hypertonie ist eine eigenständige Erkrankung oder stellt die gemeinsame Endstrecke einer Vielzahl von degenerativen und inflammatorischen Lungenerkrankungen, dar. In klinischen und experimentellen Studien konnte gezeigt werden, dass gefäßerweiternde Substanzen, wie zum Beispiel Prostanoide, hochwirksame pulmonaldrucksenkende Wirkstoffe sind. Dies führte nach erfolgreich durchgeführten präklinischen und klinischen Studien zur Zulassung von intravenös verabreichtem Prostazyklin und inhalativem Iloprost zur Therapie verschiedener Formen der chronischen PH. Prostazyklin sowie dessenAnaloga wirken vornehmlich über den Gs-Protein gekoppelten Prostazyklinrezeptor, der nach Bindung des Liganden zu einer Erhöhung des Botenstoffes cAMP führt. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde die Expression verschiedener Prostanoid rezeptoren in Lungen pulmonalhypertensiver Ratten und humanem Lungengewebe untersucht. Als wesentlicher Befund konnte gezeigt werden, dass der Prostazyklin Rezeptor in diesen Geweben herunter reguliert ist, während andere Rezeptoren, wie der Prostaglandin E4 Rezeptor (EP4 Rezeptor) stabil exprimiert werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurden funktionelle Untersuchungen mitden klinisch verfügbaren Prostazyklin Analoga Iloprost und Treprostinil durchgeführt. Beide Substanzen senkten die Serum-induzierte Proliferation von glatten pulmonalarteriellen Muskelzellen. Darüber hinaus konnte im Gegensatz zu Treprostinil der Iloprost-induzierte cAMP Anstieg durch den EP4 Rezeptorantagonisten AH23848 unterdrückt werden, was auf eine Rolle des EP4 Rezeptors in der Signaltransduktion von Iloprost hinweist. Im dritten Teil der Arbeit wurde die Wirkungsweise von Treprostinil weiter untersucht, das bekannterweise ein Ligand der Peroxisome Proliferator-Activated Receptors (PPARs) ist, welche unter Bedingungen der pulmonalen Hypertonie niedriger exprimiert sind. Dennoch führt Treprostinil zu einer Translokation von PPAR-alpha and PPAR-gamma in den Zellkern, was auf einen Prostanoid-Rezeptor unabhängigen Signalweg hinweist. Zusammengefasst konnte gezeigt werden, dass der Prostazyklin Rezeptor in der pulmonalen Hypertonie herunter reguliert ist und dass das klinisch zugelassene Iloprost möglicherweise neben dem IP Rezeptor auch über den EP4 Rezeptor wirkt, was die zukünftige Entwicklung neuer Prostanoide beeinflussenkann.