Beta-Nikotinamid-Adenin-Dinukleotid als ein neuer Bronchodilator - Jurastow, Innokentij; Justus Liebig University Giessen (My University, 2015)
B-Nikotinamid-Adenin-Dinukleotid (beta-NAD) wurde als möglicher Neurotransmitter beschrieben, welcher die glatte Muskulatur im menschlichen Intestinaltrakt relaxiert. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob es auch in Atemwegen der Maus und des Menschen relaxierend wirkt und, falls ja, über welchen Signalweg diese Relaxation vermittelt wird. Atemwegskontraktion wurde in Organbadexperimenten (Maus, Mensch) und videomorphometrisch in lebenden Lungenschnittpräparationen (precision-cut lung slices = PCLS) der Maus gemessen. Mittels einer in dieser Arbeit neu etablierten Methode konnte in Lungenschnitten parallel zur Bronchusfläche gleichzeitig Veränderungen der [Ca2+]i und der Membranpotenziale bestimmt werden. An kultivierten glatten Muskelzellen wurden Änderungen der [Ca2+]i und, durch FRET-Experimente, der [cAMP]i nach Gabe von beta-NAD untersucht.beta-NAD relaxiert vorkontrahierte Atemwege sowohl der Maus als auch des Menschen. Dieser Effekt war vergleichbar mit der Relaxation nach Gabe von Salbutamol, einem beta2-Adrenozeptoragonisten. Im Gegensatz zu der Relaxation im Intestinaltrakt, welche durch purinerge Rezeptoren vermittelt wurde, war der relaxierende Effekt durch Antagonisten purinerger Rezeptoren nicht hemmbar. Außerdem war diese Relaxation unabhängig von der Hemmung G-Protein-gekoppelter Rezeptoren und vieler anderer Blocker der Dilation glatter Muskelzellen. In kultivierten Zellen und in glatten Muskelzellen der Bronchi in PCLS konnte eine Erhöhung der [Ca2+]i beobachtet werden, welche simultan mit einer Depolarisation und einer Relaxation einherging. Da von den eingesetzten Blockern einzig bei Rolipram, einem Blocker der PDE-4, eine Veränderung in der Relaxationskinetik, nämlich eine Verstärkung, beobachtet wurde, wurde cAMP mittels FRET gemessen. Hier zeigte sich eine beta-NAD-induzierte Erhöhung der [cAMP]i, welche durch einen Blocker der löslichen AC gehemmt werden konnte, der auch in Organbadversuchen die beta-NAD-induzierte Relaxation signifikant hemmte.Diese Ergebnisse zeigen beta-NAD als einen neuen Bronchodilator, welcher durch Aktivierung der löslichen AC und durch die Erhöhung der [cAMP]i zu einer Relaxation glatter Muskelzellen führt. Durch die hier gezeigte relaxierende Wirkung an glatten Muskelzellen der Atemwege und die in anderen Arbeiten gezeigte antiinflammatorische Komponente stellt beta-NAD möglicherweise ein neues Therapeutikum bei bronchokonstriktiven Erkrankungen dar.

Beta-NAD has been reported as a sympathetic neurotransmitter relaxing intestinal smooth muscle. We here address its ability to relax airway smooth muscle and the underlying mechanisms. Force development of murine trachea and human bronchioli was investigated in organ bath experiments, bronchoconstriction of murine intrapulmonary airways by videomicroscopic analysis of precision-cut lung slices. Further calcium measurements were made in isolated and cultivated smooth muscle cells from mouse trachea and human airways. Changes in [Ca2+]i were recorded simultaneously with changes in membrane potential and luminal area in intact bronchial smooth muscle in precision cut lung slices via a newly established method. Finally, beta-NAD-induced changes in intracellular cAMP were measured via FRET experiments. beta-NAD dose-dependently relaxed murine and human airways precontracted with muscarine by up to 100 %, being as potent as salbutamol, a beta 2-adrenoceptor agonist. In contrast to its reported action via purinergic receptors in intestinal smooth muscle, the airway relaxing effect of beta-NAD was resistant to purinergic inhibitors. beta-NAD-induced relaxation was unaffected by inhibition of G-protein coupled receptors and several other blockers of smooth muscle relaxation which were used in our experiments. Isolated airway smooth muscle cells and bronchial smooth muscle in precision-cut lung slices responded to beta-NAD with increase in [Ca2+]i and depolarization of the cell membrane while relaxing. In FRET-experiments, beta-NAD induced an increase in intracellular cAMP, which could be blocked by an inhibitor of the soluble adenylyl cyclase. This blocker could further significantly reduce the beta-NAD-induced relaxation.These results identify beta-NAD as a novel bronchodilator acting via the soluble adenylyl cyclase and increase in intracellular cAMP. Because of this relaxant effect and the anti-inflammatory effect of beta-NAD, which could be shown by other groups, it potentially represents a new therapeutic tool against bronchoconstrictory lung diseases.
Keywords: Asthma; COPD; Lunge; Kalzium; Muskelrelaxans; ddc:610