Remodeling des Glanzstreifens und Connexin-Expression am chronisch erkrankten menschlichen Herzen

Abstract

Gap Junctions spielen eine wichtige Rolle bei der Erregungsleitung des Herzens. Der Nachweis, dass Veränderungen ihrer Verteilung bzw. der Expression des Gap Junctionproteins Connexin zur Störung der normalen Erregungsleitung und somit zur Entstehung von Arrythmien führt, konnte im Laufe der letzten Jahre immer weiter untermauert werden. Es war jedoch weitgehend unbekannt, ob diese Veränderungen ein generelles Problem des chronisch erkrankten Herzens sind, oder ob dies an spezielle Pathomechanismen der unterschiedlichen Erkrankungen gebunden ist. Das Ziel unserer Studie war es, Veränderungen des Gap Junctionproteins Connexin 43 an Patienten mit dilatativer Kardiomyopathie, koronarer Herzerkrankung und Myokarditis zu untersuchen. Dieses Protein ist das wichtigste Gap Junctionprotein des ventrikulären Arbeitsmyokards. Gewebeproben des menschlichen linken Ventrikels wurden nach der Explantation erkrankter Herzen in flüssigem Stickstoff eingefroren und immunhistologisch mittels konfokaler Lasermikroskopie untersucht. Auf diese Weise konnten wir sowohl qualitative als auch quantitative Daten der verschiedenen Gewebe erheben. Es zeigte sich eine stark veränderte Verteilung der Connexin 43 Gap Junctions im Bereich fokaler Läsionen des Ventrikels, beispielsweise in an die Infarktnarbe angrenzenden Arealen (ICM), oder ausgedehnter Fibrosierung (DCM), aber auch andeutungsweise in Bereichen entzündlicher Lymphozyteninfiltration (MYO). Gemeinsam ist allen drei Beispielen, dass es zu einer Lateralisation der Gap Junctions kommt, also zu einer Verteilung der Gap Junctions auf das laterale Sarkolemm. Aber auch ein Verlust der großen Gap Junctions in der Peripherie des Glanzstreifens war zu beobachten. Es zeigten sich also deutliche qualitative Veränderungen bezüglich des Gap Junction Besatzes, im Sinne einer räumlichen Umverteilung im Vergleich zum Kontrollgewebe. Das Myokard fern von diesen fokalen Läsionen zeigte eine deutliche Reduktion der Gap Junctionfläche pro Zellfläche bzw. pro Zellvolumen. Diese Reduktion ist bei allen drei untersuchten Patientengruppen zu finden, ist jedoch unterschiedlich stark ausgeprägt. Am deutlichsten ist dies bei Patienten mit einer idiopathischen dilatativen Kardiomyopathie ausgeprägt, gefolgt von Patienten mit koronarer Herzerkrankung. Bei der Gruppe der Myokarditispatienten ist diese Reduktion am geringsten ausgeprägt, zeigt jedoch auch eine signifikante Verminderung der Gap Junctionfläche pro Zellfläche bzw. pro Zellvolumen im Vergleich zum Kontrollgewebe. Zusammengefasst lässt sich anhand der Ergebnisse der hier vorgelegten Arbeit sagen, dass fokale Desorganisation der Gap Junction Verteilung und verminderte Expression von Connexin 43 im gesamten Arbeitsmyokard typische Merkmale des myokardialen Remodelings sind. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung von ventrikulären Arrhythmien im chronisch erkrankten menschlichen Herzen, unabhängig von der zu Grunde liegenden Pathogenese. Die von uns untersuchten drei Patientengruppen, idiopathische dilatative Kardiomyopathie, koronare Herzerkrankung und Myokarditis, stellen einen Querschnitt durch sehr häufig vorkommende chronische Erkrankungen des menschlichen Herzens dar. Es bedarf weiterer Untersuchungen, inwieweit diese Veränderungen schon im Frühstadium dieser Erkrankungen, bzw. bei anderen Erkrankungen des Herzens, z.B. Herzklappendefekten, eine Rolle spielen. Des Weiteren ist der Frage nachzugehen, inwiefern therapeutisch Nutzen aus dieser Erkenntnis gezogen werden kann. Erste Ansätze durch Therapie mit ACE-Hemmern müssen auf ihren Erfolg hin kontrolliert werden, ob die Reduktion der Hypertrophie das Verhältnis von Gap Junctionfläche zur Zellgröße beeinflusst. Gap junctions (GJ) are important determinants of cardiac conduction and the evidence has recently emerged that altered distribution of these junctions and changes in the expression of their constituent connexins (Cx) may lead to abnormal coupling between cardiomyocytes and likely contribute to arrhythmogenesis. However, it is largely unknown whether changes in theexpression and distribution of the major cardiac GJ protein, Cx43 is a general feature of diverse chronic myocardial diseases or is confined to some particular pathophysiological settings. In the present study, we therefore set out to investigate qualitatively and quantitatively the distribution and expression of Cx43 in normal human myocardium and in patients with dilated (DCM), ischemic (ICM), and inflammatory cardiomyopathies (MYO). Left ventricular tissue sampleswere obtained at the time of cardiac transplantation and investigated with immunoconfocal and electron microscopy. As compared with the control group, Cx43 labeling in myocytes bordering regions of healed myocardial infarction (ICM), small areas of replacement fibrosis (DCM) and myocardial inflammation (MYO) was found to be highly disrupted instead of being confined to the intercalated discs. In all groups, myocardium distant from these regions showed anapparently normal Cx43 distribution at the intercalated discs. Quantitative immunoconfocal analysis of Cx43 in the latter myocytes revealed that the Cx43 area per myocyte area or per myocyte volume is significantly decreased by respectively 30% and 55% in DCM, 23% and 48% in ICM, and by 21% and 40% in MYO as compared with normal human myocardium. In conclusion, focal disorganization of GJ distribution and down-regulation of Cx43 are typical features of myocardial remodeling that may play an important role in the development of anarrhythmogenic substrate in human cardiomyopathies 91.