Lösliche Komponenten aus dem Serum von Ratten mit Chronischer Niereninsuffizienz Inhibieren die Angiogenese Nicht

Abstract

Die chronische Nierenerkrankung (chronic kidney disease, kurz CKD) stellt nicht nur aufgrund der stetig steigenden Prävalenz und der schlechten Prognose der Patienten eine große Herausforderung für das Gesundheitssystem dar. Die Diagnose erfolgt meist erst im fortgeschrittenen Stadium, wobei bereits irreversible Schädigungen der Nephrone sowie kardiovaskuläre Begleiterkrankungen (v.a. linksventrikuläre Hypertrophie, LVH) auftreten, die oft zum plötzlichen Herztod führen. Auch nach jahrelanger Forschung ist der genaue Mechanismus nicht bekannt, wie die endotheliale Dysfunktion und die Kapillarrarefizierung bei Niereninsuffizienz auf molekularer Ebene zwischen löslichen Faktoren und verschiedenen Zelltypen vermittelt werden.

Es wurde mehrfach postuliert, dass lösliche Serumkomponenten niereninsuffizienter Patienten die Endothelzellfunktion und die Kapillarisierung negativ beeinflussen. In unserem Modell der subtotalen Nephrektomie (SNx) lag verglichen mit scheinoperierten (Sham) Kontrolltieren eine fortgeschrittene Niereninsuffizienz mit einhergehender Kapillarrarefizierung in Herz und Niere sowie einer ausgeprägten LVH vor. Erhöhte Konzentrationen des fibroblast growth factor 23 (FGF23) konnten im Serum der SNx-Tiere sowie auf mRNA-Ebene in Niere und Herz gezeigt werden, wobei FGF23 in der Literatur mit zunehmender LVH assoziiert ist. Die vascular endothelial growth factor-Konzentration im SNx-Serum hingegen lag, verglichen mit den Kontrolltieren, etwas höher. Das Serum der SNx-Tiere zeigte trotzdem keinen negativen Einfluss auf den Wundverschluss von Endothelzellen im Scratch-Assay. Auch im Chick Chorioallantoic Membrane Assay und dem Aortenscheibenassay konnten wir keine Unterschiede in der Endothelzellfunktion feststellen. Zudem wurde durch Zugabe von SNx-Serum keine vermehrte Hypertrophie in isolierten Kardiomyozyten ausgelöst. Auch der Überstand von mit Serum behandelten Makrophagen, die eine große Rolle bei der defektiven Angiogenese und der Entzündung bei Niereninsuffizienz spielen, brachte weder im Wundverschluss noch bei der Behandlung von Kardiomyozyten Unterschiede im Vergleich zur Sham-Kohorte hervor.

Auf Grundlage einer Mikroarray Analyse nach Hinterlaufischämie wurden Metallothionein 1a (MT1a) und Chemokine (C-C motif) ligand 7 (CCL7) im ischämischen Hinterlauf der SNx-Tiere, verglichen mit Sham-Tieren, weniger stark hochreguliert. Im SNx-Modell wurden auf Proteinebene in der Niere zu allen Zeitpunkten eine erhöhte MT1a- und CCL7-Expression gefunden. Auf mRNA-Ebene war MT1a in der Niere der SNx-Tiere nicht differenziell reguliert, im Herzen lag 8 Wochen nach SNx eine transient erhöhte Expression vor. CCL7 war in der Niere stets signifikant hochreguliert und im Herzen lag, verglichen mit den Kontrolltieren, zumindest eine tendenziell höhere Expression vor. Dies bestätigte die protektive Rolle von MT1a in vitro und bestärkte die Vermutung, dass CCL7 im Laufe der Nierenerkrankung vermehrt zur endothelialen Dysfunktion beiträgt.

Letztlich konnte in der vorliegenden Arbeit kein direkter, negativer Einfluss von Serum niereninsuffizienter Tiere auf die Proliferation und Migration von Endothelzellen bestätigt werden. Die komplexen Zusammenhänge zwischen den Organsystemen Niere und Herz lassen sich schwer in vitro abbilden und Kombinationen von löslichen und zellulären Komponenten müssen getestet werden, um tiefere Einblicke in die gestörte Angiogenese bei CKD zu erhalten.

Abstract (AI English translation)

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Chronic kidney disease (CKD) poses a major challenge for the healthcare system, not only because of the steadily increasing prevalence and the poor prognosis of the patients. The diagnosis is usually only made at an advanced stage, with irreversible damage to the nephrons and cardiovascular Concomitant diseases (especially left ventricular hypertrophy, LVH) occur, which often lead to sudden cardiac death. Even after years of research, the exact mechanism of how endothelial dysfunction and capillary rarefaction in renal insufficiency are mediated at the molecular level between soluble factors and different cell types is not known.

It has been repeatedly postulated that soluble serum components of patients with renal insufficiency negatively influence endothelial cell function and capillarization. In our model of subtotal nephrectomy (SNx), compared to sham operated control animals, there was advanced renal insufficiency with associated capillary rarefaction in the heart and kidneys and pronounced LVH. Increased concentrations of fibroblast growth factor 23 (FGF23) could be shown in the serum of the SNx animals as well as on the mRNA level in the kidneys and heart, with FGF23 being associated with increasing LVH in the literature. The vascular endothelial growth factor concentration in the SNx serum, on the other hand, was slightly higher than in the control animals. Nevertheless, the serum of the SNx animals showed no negative influence on the wound closure of endothelial cells in the scratch assay. Also in the Chick Chorioallantoic Membrane Assay and the Aortic Disc Assay we could not detect any differences in the endothelial cell function. In addition, no increased hypertrophy in isolated cardiomyocytes was triggered by the addition of SNx serum. Also, the supernatant from serum-treated macrophages, which play a major role in defective angiogenesis and inflammation in renal failure, did not reveal any differences in wound closure or in the treatment of cardiomyocytes compared to the Sham cohort.

Based on microarray analysis after hindlimb ischemia, metallothionein 1a (MT1a) and chemokines (C-C motif) ligand 7 (CCL7) were upregulated less strongly in the ischemic hindlimb of SNx animals compared to Sham animals. In the SNx model, increased MT1a and CCL7 expression was found at the protein level in the kidneys at all time points. At the mRNA level, MT1a was not differentially regulated in the kidneys of the SNx animals; 8 weeks after SNx, there was a transiently increased expression in the heart. CCL7 was always significantly upregulated in the kidneys and in the heart there was at least a tendency towards higher expression than in the control animals. This confirmed the protective role of MT1a in vitro and strengthened the assumption that CCL7 contributes increasingly to endothelial dysfunction in the course of renal disease.

Ultimately, no direct, negative influence of serum from animals with renal insufficiency on the proliferation and migration of endothelial cells could be confirmed in the present work. The complex relationships between the kidney and heart organ systems are difficult to image in vitro, and combinations of soluble and cellular components need to be tested to gain deeper insights into impaired angiogenesis in CKD.