Die hypoxische pulmonale Vasokonstriktion am Knockout-Mausmodell der endothelialen sowie der induzierbaren Stickstoffmonoxid-Synthase - Schüler, Daniela; Justus Liebig University Giessen (My University, 2017)
Die hypoxische pulmonale Vasokonstriktion ist ein Regulationsmechanismus, der durch eine gezielte Vasokonstriktion in schlecht belüfteten Lungenanteilen eine Umverteilung des Blutes in besser belüftete Areale ermöglicht und hierdurch einen effektiven Gasaustausch begünstigt. Diese Vasokonstriktion wird durch Signalmoleküle wie Thromboxan oder Prostacyclin, Änderungen der intrazellulären Ionenkonzentrationen oder lösliche Mediatoren wie Stickstoffmonoxid (NO) reguliert; NO wird durch verschiedene Isoformen der Stickstoffmonoxid-Synthase (NOS) erzeugt. In der vorliegenden Arbeit wurde am Modell der isolierten perfundierten Mauslunge von Knockouttieren der induzierbaren (iNOS) bzw. endothelialen (eNOS) Stickstoffmonoxid-Synthase sowie Wildtypmäusen die pulmonalarterielle Vasokonstriktion auf physikalische (Hypoxie) sowie pharmakologische vasokonstriktorische Stimuli (Thromboxanmimetikum U-46619) sowie Auswirkungen auf die Masse des rechten Herzventrikels untersucht. Es zeigte sich, dass der eNOS- und der iNOS-Knockout keinen signifikanten Einfluss auf den normoxischen pulmonalarteriellen Druck hat; eine chronische Hypoxie jedoch zu einem signifikanten pulmonalarteriellen Druckanstieg (pulmonale Hypertonie) führt, der sich in einer Gewichtszunahme des rechten Herzventrikels im Sinne eines Cor pulmonale wiederspiegelt. Bei unter Normalbedingungen gehaltenen Mäusen bestanden keine Unterschiede zwischen Wildtypmäusen und iNOS-Knockout-Mäusen bezüglich akut hypoxisch oder nicht-hypoxisch induzierter pulmonaler Vasokonstriktionen. Dies ist vermutlich durch alternative Regelkreisläufe / kompensatorische Regulationsmechanismen bedingt. Ein signifikant höherer Druckanstieg war nur bei eNOS-Knockout-Mäusen, sowohl als Reaktion auf eine akute hypoxische Ventilation, als auch auf die Gabe eines Thromboxananalogons zu beobachten, was zum einen den Stellenwert der eNOS als Aktivator und Modulator der HPV bestätigt und zum anderen auf die Beteiligung der eNOS an weiteren Signalwegen, die der Thromboxan-vermittelten Vasokonstriktion zugrunde liegen, hinweist. Bei unter chronischer Hypoxie gehaltenen Knockout-Mäusen zeigten sich Kompensationsmechanismen, die unter Stimulation mit dem Thromboxanmimetikum verstärkt wurden, damit offenbar Thomboxan-sensitiv sind, und die möglicherweise durch Aktivitäts- bzw. Expressionsänderungen von Kanalproteinen oder die Beteiligung anderer Enzymsysteme mitbedingt sind. Auf eine, durch eine Hochregulation durch alternative NOS-Isoformen bedingte, Kompensation ergab sich allerdings kein Hinweis, da der Effekt auch nach Gabe eines NOS-Inhibitors (L-NMMA) zu beobachten war.Die Ergebnisse unterstreichen einerseits den zentralen Stellenwert der eNOS bei der Regulation der akuten hypoxischen Vasokonstriktion, weisen aber andererseits unter anhaltender (chronischer) Hypoxie auf das Vorhandensein eNOS-unabhängiger Kompensationsmechanismen z.B. über die bereits beschriebenen veränderten Ionenkanalaktivitäten wie auch über Peptid-gesteuerte (via (A)NP-NPRA/B-pGC) oder Prostaglandin-gesteuerte cGMP-Bildung hin, die eine Vasodilatation trotz fehlendem oder zumindest reduziertem NO bei eNOS-Defizienz ermöglichen können. Diese Mechanismen können in der klinischen Praxis als therapeutische Ansätze bei Erkrankungen dienen, die durch eine anhaltende alveoläre Hypoventilation gekennzeichnet sind.

The term hypoxic pulmonary vasoconstriction (HPV) describes a regulatory mechanism that redistributes blood flow from poorly to well-ventilated lung areas in support of an effective gas exchange. The pulmonary vascular tone is, among others, regulated by thromboxane and prostacyclin as well as changes in intracellular ion concentrations or soluble messengers like nitric oxide (NO). The latter is synthesized by various isoforms of the nitric oxide synthase (NOS). In this thesis, changes in pulmonal arterial pressure (PAP, reflecting pulmonary vascular resistance) and changes in right heart weight upon various physical (hypoxia) and pharmacological (U-46619 = thromboxane mimetic) stimuli in murine knockout models for the endothelial and inducible NOS isoforms (eNOS, iNOS) as well as wildtype controls were investigated, using an isolated perfused lung system. It was found that the absence of both eNOS or iNOS had no significant effect on baseline PAP; however, long-term hypoxia led to a significant increase in PAP as well as in the weight of the right cardiac ventricle, reflecting the development of a cor pulmonale. Mice that were kept under standard conditions showed no differences in hypoxia- or non-hypoxia-induced vasoconstrictions irrespective of their genotype. This finding might be due to the presence of alternative or compensatory regulatory mechanisms. A significant increase in pulmonary arterial pressure was only found in eNOS-knockouts in response to acute hypoxic ventilation as well as application of a thromboxane mimetic. This confirms the predominant role of eNOS in activating and modulating acute HPV and shows its participation in other pathways depending on the thromboxane-mediated vasoconstriction. Knockout mice that had been kept under chronic hypoxia before the experiments developed after pharmacological thromboxane mimetic-stimulation (U-46619) a thromboxane-sensitive compensation mechanism that might be due to activation and / or altered expression of membrane ion channels or participation of alternative enzymatic pathways. There was no indication for upregulated alternative NOS-isoforms to be responsible for these compensation mechanisms, because the effect was also seen after using a NOS- inhibiting substrate analogon (L-NMMA).The results underline the central importance of eNOS in modulating acute hypoxic vasoconstriction and are indicative for eNOS-independent compensatory mechanisms of vasodilatation under chronic hypoxia such as activation of ion channels or cGMP triggering mechanisms like ANP or prostaglandines. These mechanisms have possible clinical relevance in patients with chronic alveolar hypoxia-related lung disease.
Keywords: ddc:610