Zelluläre antioxidative Effekte des 3-Hydroxy-3-Methylglutaryl-Coenzym A-Reduktase- Inhibitors Atorvastatin

Abstract

HMG-CoA-Reduktasehemmer reduzieren die kardiovaskuläre Morbidität und Mortalität hypercholesterinämischer Patienten. Neben der Cholesterinsenkung weisen sie eine Vielzahl von cholesterinunabhängigen Wirkungen auf, die einen direkten Einfluss auf die Gefäßfunktion haben. Oxidativer Stress führt zu Zellschäden, schränkt die Funktionalität der Blutgefäße ein und begünstigt somit die Entstehung von endothelialer Dysfunktion und Atherosklerose. <br /> In der vorliegenden Arbeit wurde in kultivierten glatten Gefäßmuskelzellen der Ratte und am Tiermodell normocholesterinämischer spontan hypertensiver Ratten (SHR) untersucht, ob der HMG-CoA-Reduktasehemmer Atorvastatin direkte, cholesterinunabhängige Effekte auf vaskulären oxidativen Stress und die Endothelfunktion hat und welche molekularen Mechanismen diesen Effekten zugrunde liegen. Kultivierte glatte Gefäßmuskelzellen wurden mit Atorvastatin stimuliert. DCF-Fluoreszenzmessungen zeigten, dass die Angiotensin II induzierte Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) durch Atorvastatin reduziert wird. Die Angiotensin II induzierte ROS-Bildung wird über den Angiotensin II Typ 1-Rezeptor (AT1-Rezeptor) vermittelt. In Northern Blot-Versuchen konnte eine zeit- und konzentrationsabhängige Reduktion der AT1-Rezeptor-mRNA-Expression durch Atorvastatin nachgewiesen werden. Da auch die HMG-CoA-Reduktasehemmer Simvastatin und Lovastatin zu einer verminderten Expression der AT1-Rezeptor-mRNA führten, ist von einem Klasseneffekt der Statine auszugehen.<br /> Der in vitro-Effekt von Atorvastatin auf die Angiotensin II induzierte ROS-Produktion und auf die AT1-Rezeptor-mRNA-Expression konnte durch Mevalonat aufgehoben werden, nicht aber durch Hydroxycholesterin. Durch die Inhibition der HMG-CoA-Reduktase, dem zentralen Enzym der Cholesterinbiosynthese, wird nicht nur die Cholesterinbildung, sondern auch die Bildung von Zwischenprodukten wie Mevalonat und anderen Isoprenoiden wie Geranylgeranylpyrophosphat gehemmt. Diese stehen somit für wichtige zelluläre Isoprenylierungsvorgänge nicht mehr zur Verfügung. Dies stellt einen möglichen Mechanismus für die Effekte von Statinen dar, die über die Cholesterinsenkung hinausgehen. Northern Blot-Versuche zeigten, dass die spezifische Inhibition der Geranylgeranylierung ebenfalls eine verminderte AT1-Rezeptor-mRNA-Expression bewirkt. <br /> ROS werden in der Gefäßwand vorwiegend durch die NAD(P)H-Oxidase produziert. Das Enzym kann durch Angiotensin II über den AT1-Rezeptor aktiviert werden. In vitro war die mRNA-Expression der nox1-Untereinheit in glatten Gefäßmuskelzellen ebenfalls vermindert, was durch Zugabe von Mevalonat aufgehoben werden konnte, nicht aber durch Hydroxycholesterin. Die mRNA-Expression der p22phox-Untereinheit zeigte sich in vitro unter Atorvastatin-Stimulation nicht verändert. <br /> In Northern Blot-Versuchen wurde nachgewiesen, dass in vitro nach Atorvastatin die Expression der ROS-eliminierenden Enzyme Mangan-Superoxid-Dismutase (SOD), Kupfer-Zink-SOD, extrazelluläre SOD und Glutathion-Peroxidase (GPX) nicht signifikant verändert war. Hingegen bewirkte Atorvastatin in vitro eine verstärkte Expression und Aktivität der Katalase. <br /> Um die Atorvastatin-Effekte in vivo zu untersuchen, wurden SHR 30 Tage lang oral mit Atorvastatin behandelt. Im Lucigenin-Chemilumineszenz-Assay war die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) in Aortenringen Atorvastatin behandelter SHR gegenüber Tieren der Kontrollgruppe, die kein Atorvastatin erhielten, reduziert. RT-PCR-Experimente an Aortenhomogenaten konnten nachweisen, dass auch in vivo die vaskuläre AT1-Rezeptor-Expression nach Behandlung mit Atorvastatin vermindert war. <br /> Weitere RT-PCR-Experimente zeigten, dass die NAD(P)H-Oxidase-Untereinheiten p22phox und nox1 in vivo nach Atorvastatin-Behandlung in der Gefäßwand vermindert exprimiert wurden. <br /> Die SOD-Isoenzyme und GPX waren nach Atorvastatin-Behandlung nicht verändert, hingegen zeigte sich auch in vivo eine verstärkte Expression der Katalase. In Organbadexperimenten wurde die Endothelfunktion isolierter Aortenringe untersucht. Diese SHR wiesen eine endotheliale Dysfunktion auf. In Atorvastatin behandelten SHR war die endothelabhängige Vasodilatation im Vergleich zu unbehandelten SHR gebessert und die Angiotensin II bedingte Vasokonstriktion vermindert. Die in vitro-Ergebnisse konnten somit in vivo bestätigt werden. <br /> Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass Atorvastatin über die verminderte Expression des AT1-Rezeptors und wichtiger NAD(P)H-Oxidase-Untereinheiten sowie über die erhöhte Expression und Aktivität der Katalase direkte zelluläre antioxidative Effekte bewirkt, die nicht auf die cholesterinsenkende Wirkung von HMG-CoA-Reduktasehemmern zurückzuführen sind. Diese antioxidativen Eigenschaften der Statine mit konsekutiver Verbesserung der Endothelfunktion könnten zur atheroprotektiven Wirkung dieser Substanzklasse beitragen.