Mechanismus der Insulin-vermittelten Myokardprotektion gegen den Reperfusionsschaden

Abstract

Hintergrund und Ziele:Experimentelle und klinische Studien haben gezeigt, dass die Applikation von Insulinwährend der Reperfusion zuvor ischämischen Myokards protektiv wirkt, aber diezugrunde liegenden Mechanismen sind noch unbekannt. In dieser Studieuntersuchten wir in isolierten Kardiomyozyten adulter Ratten, die einer simuliertenIschämie (Hypoxie) und Reperfusion (Reoxygenation) unterzogen wurden, ob dieGabe von Insulin während der Reperfusion gegen die Entwicklung vonHyperkontraktur schützen kann. Die Hyperkontraktur von Kardiomyozytencharakterisiert den frühen Reperfusionsschaden auf zelluläre Ebene und ist für dieEntstehung der Gewebsnekrose verantwortlich. Die Effekte von Insulin auf dieprotektiven Kinasen, d. h. PI3-Kinase und cGMP-abhängige Proteinkinase G (PKG),und auf die zytosolische Ca2+-Konzentration in reoxygenierten Kardiomyozytenwurden untersucht.Ergebnisse:Die Applikation von Insulin (10 mU/L) während der Reoxygenation schützte dieKardiomyozyten gegen die Hyperkontrakturentwicklung. Die zytosolische Ca2+-Erholung in den ersten Minuten der Reperfusion wurde in Anwesenheit von Insulinbeschleunigt. Die protektiven Effekte von Insulin auf die zytosolische Ca2+-Erholungund auf die Hyperkontrakturentwicklung wurden in Gegenwart von Hemmstoffen derPI3-Kinase (LY294002, 1 μM), der eNOS (L-NMMA, 100 μM), der PKG (KT 5823, 1μM) oder der SERCA (Thapsigargin, 150 nM) aufgehoben.Insulin führte zur verstärkten Phosphorylierung von eNOS und Phospholamban underhöht die Speicherkapazität des sarkoplasmatischen Retikulums in reoxygeniertenKardiomyozyten.Schlussfolgerung:Insulin schützt Kardiomyozyten gegen die reperfusionsinduzierte Hyperkontrakturdurch eine beschleunigte Erholung der zytosolischen Calciumüberladung in derfrühen Reperfusionsphase. Die beschleunigte Erholung des zytosolischen Calciumsist auf erhöhte Calciumsequestrierung in das sarkoplasmatischen Retikulum durchAktivierung der SERCA zurückzuführen. Diesem Schutzmechanismus liegt eineAktivierung des protektiven Signalweges PI3-Kinase/eNOS und PKG zugrunde. Objectives:Experimental and clinical studies have shown that administration of insulin duringreperfusion is cardioprotective, but the underlying mechanisms are still unknown. Inthis study, we investigated in isolated rat cardiomyocytes subjected to simulatedischemia (hypoxia) and reperfusion (reoxygenation) whether administration of insulinduring reoxygenation reduces reoxygenation-induced hypercontracture, a hallmark ofacute reperfusion injury. The effects of insulin on potential pro-survival kinases, i.e.,PI 3-kinase, NO synthase (eNOS), and cGMP-dependent protein kinase (PKG), andon cytosolic Ca2+- control in reoxygenated cardiomyocytes were investigated.Results:Administration of insulin (10mU/L) during reoxygenation protected cardiomyocytesagainst hypercontracture development. Cytosolic Ca2+-recovery during the first 2minutes of reoxygenation was accelerated. The beneficial effects of insulin oncytosolic Ca2+-recovery and hypercontracture were suppressed in the presence ofinhibitors of PI 3-kinase (LY294002, 1 μM), eNOS (L-NMMA, 100 μM), PKG (KT5823, 1 μM), or sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase (SERCA) (thapsigargin, 150nM). Insulin increased phosphorylation and activity of eNOS and augmentedphospholamban phosphorylation in reoxygenated cardiomyocytes. Correlated withphospholamban phosphorylation, insulin also augmented SR Ca2+- load.Conclusions:Insulin protects cardiomyocytes against reoxygenation-induced hypercontracture.This is due to acceleration of cytosolic Ca2+-recovery by enhanced Ca2+-sequestration into the sarcoplasmic reticulum via SERCA activation. This protectivemechanism is activated through the survival pathway consisting of PI3-kinase, eNOS,and PKG.