Zell-spezifische Wirkungen der Leptin-Rezeptor-vermittelten Signaltransduktion und ihre Bedeutung für die vaskuläre Wundheilung
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Übergewicht ist mit erhöhten zirkulierenden Spiegeln des Adipozytenhormons Leptin und einer hypothalamischen Leptin-Resistenz assoziiert. Klinische Studien identifizierten erhöhte Serum-Leptinspiegel als unabhängigen Risikofaktor für kardiovaskuläre Erkrankungen. Leptin-Rezeptoren (LepR) werden auf Endothel- und glatten Muskelzellen exprimiert und experimentelle Befunde zeigen, dass Hyperleptinämie oder exogenes Leptin die Neointimabildung fördern. Ziel dieser Arbeit war es, die unterschiedliche Rolle der Endothel- und glatten Muskelzell-vermittelten LepR-Signaltransduktion auf die vaskuläre Wundheilung zu untersuchen und zu klären, inwieweit die Neointima-Hyperplasie bei Übergewicht aus der chronischen Hyperleptinämie und Aktivierung des Leptin-Signalwegs oder einer vaskulären Leptin-Resistenz resultiert.
Mäuse mit loxP-flankierten LepR-Allelen wurden mit Mäusen verpaart, die eine Liganden-aktivierbare Cre-Rekombinase unter Kontrolle des endothelialen Rezeptor-Tyrosinkinase (Tie2) oder glatte Muskelzell-Myosin-schwere Kette (SMMHC) Promotors exprimierten. Die Endothel (End.LepR)- oder glatte Muskelzell (SMC.LepR)-spezifische LepR-Genexzision erfolgte durch Gabe von Tamoxifen-Futter, Übergewicht wurde durch eine Hochfettdiät induziert. Die Neointimabildung an der Arteria Carotis wurde nach Eisen(III)-chlorid-induzierter Gefäßverletzung untersucht. Die morphometrische Quantifizierung der Läsionen ergab eine signifikant erhöhte intimale Hyperplasie, neointimale Zellularität und Proliferation in End.LepR Knockout (KO) Mäusen. Ein ähnlicher vaskulärer Phänotyp wurde auch in übergewichtigen, hyperleptinämischen End.LepR Wildtyp (WT) Mäusen beobachtet. Dagegen ging der SMC.LepR-KO mit einer Media-Hyperplasie einher, hatte jedoch keinen Einfluss auf die Neointimabildung oder Lumenstenose. Die Analyse primärer pulmonaler Endothelzellen (mPECs) von End.LepR-KO und übergewichtigen End.LepR-WT Mäusen bestätigte die fehlende Leptin-induzierte Phosphorylierung des Transkriptionsfaktors STAT3. Mittels quantitativer PCR und Immunfluoreszenz wurde eine signifikant erhöhte Expression von Endothelin-1 (ET-1) in Endothelzellen von LepR-defizienten und übergewichtigen, Leptin-resistenten Mäusen nachgewiesen. Mittels ELISA wurde eine erhöhte ET-1-Sekretion in Zellkulturüberständen von mPECs LepR-defizienter Mäuse bestätigt, während die ET(A/B)-Rezeptor-Antagonisierung deren parakrine Effekte auf die Proliferation muriner glatter Muskelzellen signifikant abschwächte. Eine reduzierte Expression des Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptors-γ und vermehrte Translokation des Transkriptionsfaktors AP-1 in den Nukleus in mPECs von End.LepR-KO und übergewichtigen End.LepR-WT Mäusen wurde als möglicher Mechanismus identifiziert, wie die (funktionelle) LepR-Deletion zur ET-1-Überexpression beigetragen haben könnte.
Insgesamt heben die Ergebnisse die Bedeutung einer intakten endothelialen Leptin-Signaltransduktion bei der Limitierung der Neointimabildung hervor und weisen darauf hin, dass Übergewicht mit einer endothelialen Leptin-Resistenz einhergeht. ET-1 wurde als möglicher parakriner Mediator der vaskulären Komplikationen bei Übergewicht und potentieller therapeutischer Angriffspunkt zur Kontrolle der Proliferation glatter Muskelzellen nach Gefäßverletzung identifiziert.