Rolle des lysosomalen Enzyms Cathepsin A bei der Entstehung arrhythmogener Substrate im Vorhof an einem Rattenmodell mit ventrikulärer Ischämie und Reperfusion

Abstract

1.1 Zusammenfassung Einleitung: Die Herzinsuffizienz ist mit der Entstehung arrhythmogener Substrate im Vorhof assoziiert. Die lysosomale Carboxypeptidase Cathepsin A (CatA) ist an Remodelingprozessen der extrazellulären Matrix beteiligt. Im Rahmen dieser Arbeit sollte der Einfluss eines CatA-Inhibitors (SAR) mit dem eines Hemmers des Angiotensin-Converting Enzyms (ACE) auf die Entstehung arrhythmogener Substrate im Vorhof in einem Rattenmodell mit Herzinsuffizienz untersucht werden. Methoden: In männlichen Wistar Ratten wurde durch eine 30-minütige Ligatur der linksanterioren deszendierenden (LAD) Koronararterie gefolgt von einer 3-monatigen Reperfusion (I/R) arrhythmogene strukturelle und kontraktile Veränderungen im Vorhof induziert. Während der 3-monatigen Reperfusionsphase wurden Ratten mit dem CatA-Inhibitor SAR (30 mg/kg/Tag, n=12) oder mit dem ACE-Inhibitor Ramipril (1 mg/kg/Tag, n=12) therapiert. 9 Sham-operierte und 13 Plazebo-therapierte I/R-Ratten dienten als Kontrollen. Nach 3 Monaten Reperfusion wurde die linksatriale (LA) Entleerungsfunktion mittels Magnet Resonanz Tomographie (MRT) und die LA Elektrophysiologie mittels einer elektrophysiologischen Studie untersucht, bevor die Herzen für weitere histologische und biochemische Analysen fixiert wurden. Ergebnisse: Nach drei monatiger Reperfusion zeigte sich im linken Ventrikel der I/R-Ratten eine verminderte linksventrikuläre (LV) Ejektionsfraktion, ein erhöhter LV enddiastolischer Druck, längere induzierbare Vorhofflimmerepisoden und eine reduzierte atriale Entleerungsfunktion. Die LA CatA Genexpression (2.1±0.3 vs. 1.3±0.3, p=0.009) und die ACE Plasma Aktivität waren erhöht in I/R-Ratten verglichen mit den Sham-operierten Ratten. SAR und Ramipril konnten bessere LA Entleerungsfunktion erhalten (47±2% und 46±3% jeweils gegen 37±3% in Plazebo-therapierten I/R-Ratten, p=0.008), die Verlängerung der induzierbaren Vorhofflimmerepisoden (1.4±0.4s und 4.3±1.7s jeweils gegen 32.6±19.0s in Plazebo-therapierten I/R-Ratten, p=0.02) und die Verlängerung der totalen atrialen Aktivierungszeit (11.9±0.6ms; 12.9±0.3ms jeweils gegen 15.2±1.7ms in Plazebo-therapierten I/R-Ratten, p=0.007). Der linksatriale Fibrosegehalt wurde durch SAR signifikant und durch Ramipril nur tendenziell reduziert (41±2% in Plazebo-therapierten I/R-Ratten; SAR: 34±1% (p=0.009 vs. Plazebo, Ramipril: 37.5±1.4% p>0.05 vs. Plazebo), die Kollagen 1a Genexpression (SAR: 9.05±1.3; Ramipril: 9.7±2.5 vs. 14.6±2.0 in Plazebo-therapierten I/R-Ratten, p=0.03) und die Lateralisierung des Connexins 43 bei I/R-Ratten. Eine Kardiomyozyten-spezifische CatA-Überexpression in einem transgenen Mausmodell war mit einer erhöhten atrialen Fibrosebildung, Hypertrophie und einer Verlängerung der induzierbaren Vorhofflimmerepisoden im linken Vorhof vergesellschaftet. Fazit: CatA ist an der Entstehung arrhythmogener Substrate im Vorhof beteiligt. Die pharmakologische Inhibition von CatA durch SAR reduzierte die Auslösbarkeit von Vorhofflimmern und die Verschlechterung der LA-Entleerungsfunktion bei I/R-Ratten vergleichbar zu Ramipril. Die atriale Fibrosebildung wird hauptsächlich durch SAR und nicht durch Ramipril beeinflusst.

1.2 Summary Introduction: Congestive heart failure (CHF) is associated with the development of an arrhythmogenic substrate in the atria. The lysosomal carboxypeptidase Cathepsin A (CatA) has been shown to be involved in remodeling processes of the extracellular matrix. We investigated the effect of the novel inhibitor of CatA (SAR) in comparison to the inhibitor of the angiotensin converting enzyme (ACE) ramipril on susceptibility to atrial fibrillation (AF) and left atrial (LA) emptying function. Method: In male Wistar rats, we investigated the effect of chronic treatment with SAR (30 mg/kg/d, n=12) and ramipril (1 mg/kg/d, n=12) for 3 months on atrial electrophysiology and the development of an atrial arrhythmogenic structural and contractile substrate during CHF induced by 30min of myocardial ischemia followed by reperfusion (I/R). 9 sham-operated and 13 placebo-treated I/R-rats served as a control. LA-emptying function (magnetic resonance imaging) and atrial electrophysiological parameters were measured before the hearts were harvested for histological and biochemical analysis. In transgenic mice, the effect of CatA overexpression on atrial remodeling was investigated. Results: Three months after surgery I/R-rats showed increased left ventricular (LV) enddiastolic pressure, dilated LA, longer inducible AT-durations and reduced atrial contractile function. LA CatA gene-expression (2.1±0.3 vs. 1.3±0.3; p= 0.009) as well as ACE-plasma activity were increased in I/R-rats compared to sham operated rats. CatA inhibition by SAR and ACE-inhibition by ramipril attenuated the effect of I/R on LA total percent emptying (47±2% and 46±3%, respectively, vs. 37±3% in I/R, p=0.008), susceptibility to AF (1.4±0.4s and 4.3±1.7s, respectively, vs. 32.6±8.2s in I/R, p=0.02) and total atrial activation time (11.9±0.6ms; 12.9±0.3 ms, respectively vs. 15.2 ± 1.7ms in placebo, p<0.007). SAR and Ramipril treatment reduced the amount of total atrial fibrosis which SAR reduced significantly (SAR: 34±1%, Ramipril: 37.5±1.4 % vs. 41±2% in placebo treated I/R-rats, p=0.009), collagen1a mRNA expression (SAR: 9.05±1.3; Ramipril: 9.7±2.5 vs. 14.6±2.0 in placebo treated I/R-rats, p=0.03) and connexin 43 lateralization in I/R-rats. Transgenic mice overexpressing CatA demonstrated enhanced atrial fibrosis formation and increased AF-susceptibility. Conclusion: SAR attenuates the development of an atrial arrhythmogenic substrate and preserves LA-emptying function parameters in I/R-rats comparable to ramipril. Atrial fibrosis formation can mostly be affected by SAR and not by ramipril.