Zirkulierende Fibrozyten in der Pathogenese und Therapie von Pulmonaler Hypertonie-Rolle von Rezeptortyrosinkinasen

Abstract

Die Pathogenese der pulmonal arteriellen Hypertonie (PAH) geht mit Remodeling-Prozessen der Pulmonalgefäße einher, die zur Erhöhung des pulmonalarteriellen Druckes und Widerstandes führen. Durch Hypertrophie und Hyperplasie glatter Muskelzellen und Fibroblasten sowie übermäßiger Deposition extrazellulärer Matrix (z.B. Kollagen) kommt es zu einer progressiven Lumenverengung.Proliferation residenter Zellen sowie Rekrutierung hämatopoetischer Zellen mit mesenchymalen Eigenschaften (zirkulierender Fibrozyten) tragen zum Remodeling der pulmonalen Widerstandsgefäße bei. Anti-proliferative Substanzen etablieren sich derzeit als potentieller neuer Therapiepfad für PAH-Patienten, da diese die übermäßige proliferative Stimulation durch Wachstumsfaktoren, wie PDGF, blockieren.In dieser vorliegenden Arbeit konnte erfolgreich eine positive Beeinflussung des Remodelings sowie die Induktion des reverse Remodelings (Rückführung der Veränderungen in etablierter Krankheit) durch den Rezeptortyrosinkinase-Inhibitor Imatinib im in vivo Hypoxie-induzierten PH-Modell gezeigt werden. Imatinib senkte wesentliche PH-relevante klinische, hämodynamische und histologische Parameter, wie die Ausprägung einer Rechtsherzhypertrophie, die Senkung des rechtventrikulären Drucks und den Muskularisierungsgrad der Pulmonalgefäße. Der Muskularisierungsgrad wurde erfolgreich erstmalig in dieser Arbeitsgruppe mittels Stereologie bestimmt, und zeigte eine gute Korrelation zu bereits publizierten Daten mit herkömmlicher Morphometrie-Messung der Pulmonalgefäße. Ebenso konnte auf Transkriptions- und Proteinebene eine Herabregulation der Expression des PDGF-b; Rezeptors und CXCR4, einem Chemokinrezeptor, der für die Rekrutierung von zirkulierenden Fibrozyten wichtig ist, in Maus-Lungenhomogenaten festgestellt werden. Imatinib bewirkte eine signifikante Reduktion der Rekrutierung zirkulierender Fibrozyten in pulmonale Widerstandsgefäße Hypoxie-exponierter Mäuse. Innerhalb dieser Arbeit konnten zirkulierende Fibrozyten erfolgreich aus humanen Blut isoliert und kultiviert werden. Es konnten die charakteristischen hämatopoetischen und mesenchymalen Marker auf den Zellen nachgewiesen werden. In vitro wurden die Zellen auf mRNA- und Proteinebene positiv auf die Expression PH-relevanter Rezeptoren (PDGFR b) getestet, ebenso konnte die Expression von CXCR4 bestätigt werden, welche bei der Rekrutierung aus dem Knochenmark von Bedeutung ist. Zirkulierende Fibrozyten induzierten parakrin eine Proliferationsstimulation pulmonaler glatter Muskelzellen und Fibroblasten der Adventitia, was den negativen Einfluss der Fibrozyten im pulmonalen Gefäßsystem zusätzlich erklärt.

In pulmonary arterial hypertension (PAH), remodeling processes of pulmonary vessels cause an increase of pulmonary arterial pressure and resistance. Thickening of the vessel walls due to smooth muscle cell hyperplasia and extracellular matrix components, like collagens, leads to a narrowing of the lumen. In this process, the recruitment of circulating fibrocytes (CFs) from the blood to the vessels has been proposed. Proliferative processes are important during the pulmonary vascular remodeling. Targeted anti-proliferative substances are currently investigated as new therapeutic tools for PAH treatment. Increased expression and activity of growth factors like PDGF-B have been shown to be involved in the pathogenesis of PAH as well as PH in animal models. The treatment with a PDGFR b; inhibitor can block these effects. In this work the anti-proliferative effects of Imatinib, a receptor tyrosine-kinase inhibitor of PDGF, c-kit and BCR-ABL, significantly decreased PH-relevant clinical, hemodynamic and histologic parameters, like right heart hypertrophy, right ventricular pressure and muscularization of pulmonary resistance vessels in hypoxia exposed mice. For the first time the degree of muscularization was measured by stereology and showed good correlations to published data regarding morphometric measurement. On transcriptional and protein levels Imatinib decreased the mRNA and protein expression of the PDGFR b; and CXCR4 in hypoxic lung homogenates. CXCR4 is a chemokine receptor important for the recruitment of CFs and was also detected on circulating fibrocytes in this project. There was a beneficial effect of Imatinib in terms of reduction of the recruitment of CFs to pulmonary resistance vessels in the hypoxia-induced mouse model. In vitro these cells were positive for PH-relevant receptors (PDGFR b). We found a role of paracrine pro-proliferative stimulation of smooth muscle cells and adventitial fibroblasts by CF in vitro, which likely contributes to remodeling process in vivo.