Charakterisierung der Expression des Kolonie-stimulierenden Faktor-1 Rezeptors in pulmonalarteriellen glatten Muskelzellen

Abstract

Bei der Pulmonalen Hypertonie (PH) handelt es sich um eine Erkrankung der Lungenstrombahn. Dabei kommt es durch eine pathologische Verengung der Lungengefäße durch Gefäßwandverdickung zu einer Zunahme des pulmonalarteriellen Drucks und einer daraus resultierenden Rechtsherzbelastung, die schließlich zum Tode führen kann. Bis heute kann therapeutisch lediglich die Lebensqualität verbessert, nicht aber eine Heilung von der PH erreicht werden. Daher sind Untersuchungen des Pathomechanismus mit dem Ziel der Entdeckung neuer Therapietargets essentiell, um die Prognose der PH zu verbessern. Die in dieser Arbeit untersuchten, in der experimentellen PH-Forschung etablierten Modelle von Tabakrauch- und Hypoxie-exponierten Mäusen, MCT-behandelten Ratten und IPAH- sowie COPD-Patienten, entwickeln eine pathologische Gefäßwandverdickung insbesondere in präkapillären Arteriolen. Da dabei pulmonalarterielle glatte Muskelzellen (PASMCs) eine entscheidende Rolle spielen, wurden diese auf die Expression des Kolonie-stimulierenden Faktor-1 Rezeptors (CSF-1R) und dessen Funktion für diesen Zelltyp hin untersucht. Beim CSF-1R handelt es sich indes um einen Rezeptor, der für die Entstehung und Progression anderer hyperproliferativer Erkrankungen bedeutsam ist und dort bereits diagnostisch und therapeutisch genutzt wird. Um die Expression des CSF-1R in Lungengewebe sowie PASMCs nachweisen und quantifizieren zu können, wurden die oben genannten Modelle mittels quantitativer Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (qPCR), Western Blot Analyse (WB) und Immunhistochemie (IHC) untersucht. Die Expression des CSF-1R in PASMCs konnte in allen verwendeten Tiermodellen sowie den humanen Proben qualitativ nachgewiesen werden. Quantitativ wiesen IPAH- und COPD-Patienten sowie MCT-exponierte Ratten in der IHC sowie PASMCs von MCT-exponierten Ratten in der WB im Vergleich zur jeweiligen Kontrollgruppe eine signifikant verstärkte CSF-1R-Expression auf. Bei Tabakrauch- und Hypoxie-exponierten Mäusen sowie Hypoxie-exponierten humanen PASMCs zeigten sich dagegen keine Unterschiede im CSF-1R-Expressionsverhalten im Vergleich zur jeweiligen Kontrollgruppe in WB, qPCR und IHC. Aufgrund der Ergebnisse dieser Arbeit könnte die CSF-1R-Expression von PASMCs bei multifaktoriellen Lungenerkrankungen wie der COPD sowie bei schweren PH-Formen wie MCT-induzierter PH und IPAH eine pathophysiologische Bedeutung haben. Bei milden PH-Formen wie Hypoxie- und Tabakrauch-induzierter PH im Mausmodell dagegen findet keine Regulation dieses Rezeptors statt. Im Zuge der funktionellen Analysen konnte eine signifikante Steigerung im Migrationsverhalten der PASMCs von Mäusen durch die Aktivierung des CSF-1R durch dessen Rezeptor-spezifischen Liganden CSF-1 gezeigt werden, ein Einfluss auf das Proliferationsverhalten zeigte sich dagegen nicht. Zusammengefasst wird der CSF-1R von PASMCs exprimiert, hat einen migrationsfördernden Einfluss auf diesen Zelltyp und könnte bei der Entwicklung multifaktorieller Lungenerkrankungen und schwerer Formen der PH eine Rolle spielen. Daher könnte weitere Forschung an der CSF-1R-Expression von PASMCs zu einem besseren Verständnis des Pathomechanismus der PH beitragen und schließlich zu einer effektiveren Therapie der PH führen. Pulmonary Hypertension (PH) affects the pulmonary vasculature by pathological thickening of the vessel walls and narrowing of the vascular lumen. Consequently the pulmonary blood pressure rises, leading to a right heart overload, which can eventually cause death by right heart failure. Until today there is no cure, but only symptomatic therapy for PH-patients. Therefore, investigations of the PH-pathomechanism are necessary to find new therapeutic targets and, above all, improve the patients´ prognosis. The models investigated in this study such as tobacco smoke- and hypoxia-exposed mice, monocrotalin-treated rats (MCT), IPAH- and COPD-Patients develop pathological thickening of the vessel walls especially in precapillar arteriols. Pulmonary arterial smooth muscle cells (PASMCs) are therefore of major importance regarding the formation and manifestation of PH. That is why this study investigated this specific cell type for their expression of the colony stimulating factor 1 receptor (CSF-1R), which is well known and already used in diagnostics and therapy of other hyperproliferative diseases. The characterization of the CSF-1R-expression of PASMCs was done by quantitative polymerase chain reaction (qPCR), Western Blot analysis (WB) and Immunhistochemistry (IHC). The expression of the CSF-1R was proven qualitatively in all models mentioned above. Quantitatively the study showed in IPAH- and COPD-patients, as well as in MCT-exposed rats in the IHC and in PASMCs of MCT-treated rats in WB a significant increase of the CSF-1R-expression compared to the respective control. All the other investigated PH-models did not show significant changes in their CSF-1R-expression. On the basis of this data the CSF-1R in PASMCs seems to play a pathophysiological role in multifactorial lung diseases such as COPD and severe types of PH such as IPAH and MCT-induced; however moderate models of PH such as tobacco smoke- and hypoxia-induced PH in mice appear to be less affected. In addition, this study showed a significant increase in migration of PASMCs stimulated by CSF-1, a CSF-1R-specific ligand. In summary, the data of this study shows that the CSF-1R is expressed by PASMCs and moreover, has a functional importance for this cell type. Therefore, further investigation of the CSF-1R could contribute to a deeper understanding of the PH´s pathology and ultimately, lead to a more effective treatment of the PH-disease.