Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Einfluss der C5a-Rezeptor-Inhibition auf den Reperfusionsschaden nach myokardialer Ischämie/Reperfusion bei der Maus

Völker, Meike

The myocardial infarction is the leading cause of death in industrial countries. To minimize the cardiac insufficiency as a well-known late-effect, a contemporary reperfusion of the ischemic tissue is necessary. Nowadays this is achieved with the percutaneous transluminal coronary angioplasty (PTCA) or with aortic coronary bypass operation. The desirable reperfusion, however, is the reason for myocardial damaging because of complement activation and subsequent inflammatory events. Thus, the complement system which represents the major humoral system of the innate immune system is in several ways involved in the acute and chronical inflammation.   In this context the complement component and anaphylatoxin C5a shows a high biological activity, including proinflammatory actions. C5a is strongly chemoattractant and therefore involved in the attraction of inflammatory cells, which mediate innate immune mechanisms, but which also can induce tissue damaging. Therefore, one of the important therapeutic aims in cardiology is, to find strategies for minimizing myocardial necrosis after infarction with subsequent reperfusion, in order to optimize the regeneration of the tissue and to preserve the contractile myocardium as much as possible.   One of these strategies is the application of C5a receptor antagonists. These antagonists will hopefully significantly reduce the reperfusion damage after myocardial infarction. Therefore two peptide antagonists – JPE1375 and JPE1471 – which bind at the C5a-receptor CD88 where examined. The most important question was, if the reperfusion-damage after ischemia (1h) and reperfusion (24) was influenced by the inhibition of the C5a-receptor. To analyse this, the size of the area at risk in the ischemia myokard, the cytokine-/chemokin-expression and the expression of CD45-positive inflammatory cells was measured.   In this work myocardial infarction over 1h was induced in mice. For this, the left ventricular aorta descendens of the arteria coronaria sinistra was ligated. The C5a receptor antagonists and the control substances were applied 25 min later via the arteria caudalis at 1 mg/kg body-weight (3.33 ml/kg body-weight). Two C5a receptor antagonists and one control substance were tested. Another control group was left un-treated. The hearts were taken out 24h after reperfusion of the infarcted tissue and were stained with Evans-blue and TTC. Treatment with the C5a receptor antagonists JPE1375 and JPE1471 resulted in a significant reduction of the percent infarcted area in the area at risk (INF/AAR).   Furthermore the concentration of Interleukin-1ß, Interleukin-6, TNFα, MIP-2,- KC-chemokine and MCP1 was determined with realtime-PCR as well as the number of CD45-positive leukocytes after ischemia/reperfusion with a immuno-histological CD45- and nucleus-staining with FITC. The mRNA amounts of all measured cytokines, chemokines and numbers of CD45-positive leukocytes was reduced in mice treated with the C5a receptor antagonists versus the control groups 1 and 2.   The obtained results indeed indicate a central role of the anaphylatoxin C5a regarding the inflammatory post ischemic reperfusion injury. Thus, the tested C5a receptor antagonists, which reduced the myocardial tissue injury after ischemia and subsequent reperfusion, are promising candidates for new treatment options in modern cardiology.

Der Myokardinfarkt steht in den Industrieländern als Todesursache an erster Stelle. Um die Herzinsuffizienz als bekannte Spätfolge daraus so gering wie möglich zu halten, ist eine zeitnahe Reperfusion des ischämischen Gewebes angezeigt. Dieses wird heutzutage entweder durch eine perkutane transluminale Koronarangioplastie (PTCA) oder durch eine aorto-koronare Bypass-Operation erreicht. Dieser gewünschten Reperfusion wird jedoch eine zusätzliche Schädigung des Myokards durch die Aktivierung des Komplementsystems und eines daraus resultierenden inflammatorischen Geschehens zugeschrieben. Das Komplementsystem repräsentiert nicht nur einen wichtigen Mechanismus der angeborenen Immunabwehr, sondern ist auch in die verschiedensten Formen des akuten und des chronischen Entzündungsgeschehens eingebunden.   Das Komplementprodukt und Anaphylatoxin C5a zeigt in diesem Zusammenhang eine hohe biologische Aktivität, die zu einem Entzündungsgeschehen führt. C5a ist stark chemotaktisch und somit in die Freisetzung verschiedener inflammatorischer Zellen eingebunden, die alle dazu beitragen, die angeborene Immunabwehr zu unterstützen. Sie initiieren dadurch aber ebenso eine Gewebeschädigung. Eines der bedeutendsten therapeutischen Ziele der Kardiologie ist es demnach, nach einem Infarkt und erfolgter Reperfusion, Strategien zur Minimalisierung von myokardialen Nekrosen zu finden, um die Regeneration des Gewebes zu optimieren und somit möglichst viel kontraktionsfähiges Myokard zu erhalten.   Eine dieser Strategien ist der Einsatz von C5a-Rezeptor-Antagonisten. Mit diesem Antagonisten erhofft man sich die Entwicklung von Medikamenten, die den Reperfusionsschaden nach dem Myokardinfarkt deutlich verringern. Dazu wurden in der vorliegenden Untersuchung zwei peptidische Antagonisten – JPE1375 und JPE1471 -, die an den C5a-Rezeptor CD88 binden, untersucht. Die zentrale Fragestellung war, ob durch die Inhibition des C5a-Rezeptors der Reperfusionsschaden nach myokardialer Ischämie (1h) und Reperfusion (24h) beeinflusst wurde. Zur Auswertung des Versuches wurden die Größe der Area at Risk im infarzierten Myokard, die Zytokin- und Chemokin-Expression und die Expression von CD45-positiven Inflammationszellen bestimmt.   Es wurde Mäusen durch einen operativen Eingriff ein 1-stündiger Myokardinfarkt gesetzt. Dazu wurde die linksventrikuläre Aorta descendens der Arteria coronaria sinistra okkludiert. Die Gabe der C5a-Rezeptor-Antagonisten und der Kontrollsubstanzen erfolgte nach 25 Minuten über die Arteria caudalis mit einer Dosierung von 1 mg/kg KG (das entspricht 3,33 ml pro kg KG). Es wurden zwei C5a-Rezeptor-Antagonisten und eine Kontrollsubstanz getestet. Einer weiteren Kontrollgruppe wurde keine Substanz verabreicht. Nach einer 24-stündigen Reperfusion des infarzierten Gewebes, erfolgte die Herzentnahme und eine Färbung des Gewebes mit Evans-Blue und TTC. In dem entnommenen Gewebe wurde eine signifikante Verminderung des Infarktanteils in der Area at Risk (INF/AAR) durch die Gabe der C5a-Rezeptor-Anatgonisten JPE1375 und JPE1471 festgestellt.   Desweiteren wurde die Konzentration von Interleukin-1β, Interleukin-6, TNF-α, MIP-2, KC-Chemokin und MCP1 mittels Realtime-PCR ermittelt, sowie die Anzahl der CD45-positiven Zellen nach Ischämie/Reperfusion durch eine immunhistologische CD45- und Nucleus-Färbung mittels FITC bestimmt. Hier verringerte sich die Konzentration der gemessenen Zytokine, Chemokine und der CD45-positiven Leukozyten bei den mit dem C5a-Rezeptor-Antagonisten behandelten Tieren gegenüber den Kontrollgruppen 1 und 2 signifikant.   Die vorliegenden Ergebnisse lassen auf eine zentrale Rolle des Anaphylatoxins C5a im Hinblick auf den inflammatorischen postischämischen Reperfusionsschaden schließen. Die geprüften C5a-Rezeptor-Antagonisten, welche die Myokardschädigungen nach einer Ischämie mit anschließender Reperfusion verringern, lassen auf einen möglichen neuen medikamentösen Therapieansatz in der modernen Kardiologie hoffen.

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Völker, Meike: Einfluss der C5a-Rezeptor-Inhibition auf den Reperfusionsschaden nach myokardialer Ischämie/Reperfusion bei der Maus. Hannover 2007. Tierärztliche Hochschule.

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