Die Bedeutung von Biomarkern und der extrazellulären Matrix in der Transition von kompensatorischer Adaptation zur Herzinsuffizienz

Abstract

In der hier vorliegenden Untersuchung stand die Identifikation von neuen Biomarkern als auch das Verständnis des Umbaus der ECM bei Patienten mit verschiedener kardialer Pathogenese im Vordergrund. Zur Untersuchung und zum Screen von Markern des kardialen Remodellierens wurden Omics-Technologien, Western Blot, ELISA und konfokale Fluoreszenzmikroskopie herangezogen.Bei Patienten mit Aortenklappenstenose konnten wir zeigen, dass die Menge an Kollagen I und VI mit Abnahme der Ejektionsfraktion bis hin zur Herzinsuffizienz kontinuierlich zunahm. Die Menge an Kollagen III und das matrizelluläre Protein Osteopontin blieben in allen Patientengruppengruppen vergleichbar erhöht. Bemerkenswert war bei zunehmender Reduktion der EF die Verschiebung der relativen Menge vom Kollagen III zum Kollagen I hin. Die erhöhte fibrotische Kollagen I- Ablagerung in der Gruppe 3 kann daher als typisches Merkmal der Entwicklung einer Herzinsuffizienz gedeutet werden.Der Umbau der extrazellulären Matrix korrelierte weiterhin mit einer signifikanten Abnahme der kardialen Telozyten im insuffizienten Herzen von Aortenstenosepatienten und wurde auch bei Patienten mit Myokarditis, ischämischer und dilatativer Kardiomyopathie beobachtet. Telozyten sind ein erst kürzlich identifizierter neuer Zelltyp, der durch einen geringen zytoplasmatischen Anteil und extrem lange dünne Ausläufer, den Telopoden, charakterisiert ist. Sie bilden ein Netzwerk, in das neben den Kardiomyozyten auch andere kardiale Zellen eingebunden sind. Dieses Netzwerk scheint eine Rolle als Leitsystem für kardiale Vorläuferzellen in der Herzentwicklung als auch in der Myokardregeneration zu spielen. Mit zunehmender Fibrosierung beobachteten wir eine Zellschrumpfung, eine Verkürzung der Telopoden und eine zytoplasmatische Vakuolisierung der Telozyten, die mit einer verstärkten Apoptose einherging. Wir folgern, dass die Hemmung der ECM Remodellierung zur Erhaltung des Telozyten Pools und damit zu einer verbesserten Regeneration führt. Besondere Aufmerksamkeit widmeten wir der Suche nach neuen Biomarkern, um mit ihrer Hilfe Aussagen zur Prognose und Therapie für Patienten mit unterschiedlichen Herzerkrankungen zu finden. Initiale Omics Studien an OSM stimulierten Herzmuskelzellkulturen vereinfachte das Screening und führte zur Identifikaton einer Stat3 abhängigen Sekretion des FGF23. Dieses war überraschend, da FGF23 normalerweise von Zellen des Knochens produziert wird. Wir konnten weiterhin nachweisen, dass Patienten mit Aortenstenose und präservierter Ejektionsfraktion einen fast dreimal höheren FGF23 Spiegel in der Perikardflüssigkeit als im Serum aufwiesen. Dies deutet darauf hin, dass auch das kranke Herz und nicht nur der Knochen die primäre Quelle dieses Wachs-tumsfaktors ist. Erhöhte Mengen an FGF23 exprimierenden Kardiomyozyten fanden wir auch in Patienten mit ICM und DCM. Die höchste Expression des FGF23 auf RNA- und Proteinebene beobachteten wir in Patienten mit Myokarditis.Die Identifikation des C- und des N-terminalen FGF23 im Zellkulturüberstand, aber nicht des intakten Proteins, das nur im Zelllysat von Kardiomyozyten nachzuweisen war, deutet auf eine intrazelluläre Phosphorylierung des FGF23 zur Sekretion seiner Peptide hin. Mechanismen dieser Fragmentierung und potentielle Funktionen der FGF23 Peptide wurden diskutiert. Um nachzuweisen, ob die kardiale Freisetzung des FGF23 bei der Entwicklung der Herzinsuffizienz vom OSM abhängig ist, deletierten wir den OSM Rezeptor in einem transgenen Mäusestamm mit einer kardialen Überexpression des MCP-1. Die Mäuse versterben infolge einer inflammatorischen DCM durch die massive Infiltration von Makrophagen ab dem sechsten Monat. Die stark erhöhte Konzentration des zirkulierendem C-terminalen FGF23 im MCP-1 transgenen Stamm fiel fast auf das Niveau der Wild-typ Maus nach OSMR Deletion und stimmte mit einer geringe-ren Expression im Herzen überein. Die Inaktivierung des OSMR reduzierte außerdem die Dilatation des Herzmuskels, verringerte die Mortalität und verbesserte die links-ventrikuläre Funktion. Die hier zusammengefassten wissenschaftlichen Arbeiten sind im Kontext der personalisierten Medizin zu sehen: individuellen Patienten und Patientengruppen sollen mittels spezifischer Prognose- und Therapieoptionen geholfen werden. Meine Forschungsarbeiten sehen sich daher dem translationalen wissenschaftlichen Ansatz verpflichtet. Mittels from bench to bedside sollen Ergebnisse der Grundlagenforschung möglichst rasch den Patienten zugutekommen und in den klinischen Alltag einfließen. Die Identifikation des FGF23 als ein OSM regulierter endokriner Faktor bei herzkranken Patienten ist ein erster Schritt in diese Richtung.