Erhöhung der endothelialen Permeabilität in vitro und in vivo durch extrazelluläres Adenosin

Abstract

ATP ist nicht nur eine wichtige Energiequelle für Zellen, sondern extrazellulär auch ein wichtiger Mediator von unterschiedlichen Effekten. Es wird unter verschiedenen (patho)physiologischen Bedingungen freigesetzt und rasch durch Ektonukleotidasen in seine Metabolite abgebaut. Adeninnukleotide besitzen häufig antagonistische Wirkungsweisen, beispielsweise auf die Regulation des Gefäßtonus oder der Thrombozytenaggregation. Sie beeinflussen auch die endotheliale Schrankenfunktion und spielen somit bei der Entstehung von lokalen Ödemen oder einem systemischen capillary leakage syndrome eine Rolle. Die Wirkung der extrazellulären Adeninnukleotide wird über Purin- und Adenosin-rezeptoren vermittelt. ATP bewirkt eine Stabilisierung der endothelialen Barriere. Eine Dephosphorylierung von MLC konnte als Ursache identifiziert werden. Doch schien ATP noch nicht in der Lage zu sein, die endotheliale Schranke dauerhaft zu stabilisieren. In dieser Studie wurde in vitro und in vivo untersucht, ob ATP die Barrierefunktion von Endothelzellen langfristig stabilisieren kann und die Erhöhung der Permeabilität durch ATP-Metabolite hervorgerufen wird.Die endotheliale Permeabilität wurde in vitro mit kultivierten koronaren mikro-vaskulären Rattenendothelzellen in einem Zweikammersytem untersucht und mit immunhistochemischen Methoden VE-Cadherin bestimmt. In vivo wurden Permeabilitätsveränderungen für FITC-markiertes Albumin in Rattenmesenterial-gefäßen bestimmt. Zudem wurde die Veränderung des Wassergehaltes von Rattenherzen gemessen. ATP führte alleine in vitro und in vivo zu einer biphasischen Veränderung mit einer Verringerung der Permeabilität zu Beginn und mit einer Erhöhung dieser am Ende der Versuchsdauer. Wurden die Adenosin-Rezeptoren mit dem nicht selektiven Adenosin-Rezeptor-Antagonisten 8-PT blockiert, konnte ATP die endotheliale Schranke längerfristig stabilisieren. Die ATP-Metabolite ADP, AMP und Adenosin sowie das Adenosin-Analogon NECA bewirkten in den Endothel-zellmonolayern einen Permeabilitätsanstieg. Dieser wurde mit 8-PT signifikant in Versuchsreihen mit Adenosin und NECA supprimiert. Immunhistochemisch konnte gezeigt werden, dass ATP initial die interendotheliale Adhäsionsstruktur stabilisiert und seine Abbauprodukte diese stören. In vivo kam es unter Adenosin ebenfalls zu einer Destabilisierung der endothelialen Schranke. 8-PT verringerte hier ebenfalls den Permeabiltätsanstieg. Ein beschleunigter Metabolismus von ATP in vitro und in vivo durch die lösliche Ektonukleotidase Apyrase induzierte einen Anstieg der Permeabilität. ATP verringerte tendenziell den Wassergehalt in Rattenherzen. Eine Zunahme des Wassergehaltes durch Adenosin konnte mit 8-PT signifikant verhindert werden. Eine Aktivierung von Adenosin-Rezeptoren durch ATP-Metabolite destabilisiert die endotheliale Barriere. Werden diese erfolgreich blockiert, so kann ATP langfristig die Schrankenfunktion schützen. Das Verständnis dieser antagonistischen Wirkungsweise könnte in Zukunft dazu beitragen, vor einem capillary leakage syndrome schützen. Beside as an important source for energy for cells, ATP is extracellulary also an important mediator for various effects. Under different (patho)physiological conditions, ATP is released and immediately metabolized by ecto-nucleotidases. Adenine-nucleotides often contain antagonistic effects, for example on the vascular tone or the aggregation of platelets. They also influence the endothelial barrier function and therefore, they contribute to the cause of local oedema or the capillary leakage syndrome. The effect of extracellular adenine-nucleotides is mediated by purine- and adenosine-receptors. ATP stabilizes the endothelial barrier. A dephosphorylation of MLC could be identified as the reason for its stabilisation. However, ATP seemed not to be able to permanently stabilize the endothelial barrier. This study reveals in vitro and in vivo if ATP can stabilize the endothelial barrier function of endothelial cells long-term and if the ATP-metabolites increase the permeability. In vitro, the endothelial permeability was measured with cultured coronary microvascular endothelial cells of the rat in a two-compartment-system and VE-cadherin was analysed by immunohistochemical methods. In vivo, changes of permeability in rat mesenteric vascular tones were measured with FITC-marked albumin. Furthermore, differences in the myocardial water content of the rat heart were measured. In vitro and in vivo, ATP alone showed a biphasic change of the permeability with a decrease at the beginning and an increase at the end of the study. If the non-selective adenosine-receptors-antagonist 8-PT blocked the adenosine-receptors, ATP was able to stabilize the endothelial barrier function long-term. The ATP-metabolites ADP, AMP and adenosine as well as the adenosine-analagon NECA led to an increase of the permeability in endothelial cell monolayers. In studies with NECA and adenosine, this increase was suppressed significantly by 8-PT. Immunohistochemically, ATP stabilized the endothelial adhesion-structure in the beginning. The ATP-metabolites led to a dysfunction of the endothelial adhesion-structure. In vivo, adenosine destabilized the endothelial barrier function and 8-PT also reduced the increase of the permeability. In vitro and in vivo, a faster metabolism of ATP caused by the soluble ecto-nucleotidase Apyrase induced an increase of the permeability. By trend, ATP reduced the water content in rat hearts. 8-PT prevented significantly an increase of the water content in rat hearts caused by adenosine.An activation of the adenosine-receptors by ATP-metabolites destabilized the endothelial barrier function. ATP is able to induce a long-term protection of the barrier function. In future, the understanding of this antagonistic effect may prevent against a capillary leakage syndrome.