Sympathoadrenerge Immunomodulation durch Regulation des Rezeptors für Advanced Glycation End Products (RAGE)

Abstract

RAGE ist ein Multiligandenrezeptor und spielt eine maßgebliche Rolle in unterschiedlichen pathophysiologischen Prozessen. Dieser wurde initial vor allem mit diabetischen Spätkomplikationen und inflammatorischen sowie profibrotischen Prozessen in Verbindung gebracht. Die lösliche Isoform des Rezeptors, das sogenannte soluble RAGE (sRAGE) entsteht entweder durch Abspaltung des Rezeptors an der Zellmembran oder als Splicing-Variante durch aktive Sekretion. Das sRAGE wirkt als sog. Decoy-Rezeptor (englisch für „Köder“), indem es Liganden wie z.B. AGEs abfängt und somit die Signaltransduktion des membranständigen RAGE verhindert. Im Tiermodell hat die Zufuhr von sRAGE diabetische Spätkomplikationen auf makro- und mikrovaskulärer Ebene supprimieren können. sRAGE wird deshalb als protektiver Faktor angesehen. Eine Hochregulation der RAGE-Expression bzw. eine Herunterregulation des sRAGE wurden bereits für mehrere akute und chronische pathophysiologische Bedingungen beschrieben, die mit einer Aktivierung des sympathischen Nervensystems assoziiert sind wie zum Beispiel auch beim metabolischen Syndrom. Das metabolische Syndrom ist mit einem erhöhtem Sympathikotonus und einer subklinischen Inflammation assoziiert. Ein direkter Zusammenhang zwischen sympathoadrenergem System und dem RAGE/sRAGE-System wurde bisher noch nicht charakterisiert. Wir haben uns daher gefragt, ob durch Modulation des sympathischen Nervensystems auch das RAGE/sRAGE-System beeinflusst werden kann und führten hierfür in vivo und in vitro Experimente durch. Als in vivo Modell des metabolischen Syndroms wählten wir das Modell der spontan hypertensiven obesen Ratte (SHRob). Die obesen Ratten hatten einen Leptin-Rezeptor-Defekt, aufgrund dessen sie einen ausgeprägten Hypertonus, eine Insulinresistenz und eine Hyperinsulinämie entwickelten. Weiterhin wiesen sie eine moderate linksventrikuläre diastolische Dysfunktion und eine ausgeprägte Nephropathie auf. Sowohl afferente als auch efferente renale sympathische Nervenfasern, die netzartig um die Nierengefäße verlaufen und bis in die Adventitia reichen, sind an der Pathogenese und Progression der Hypertonie beteiligt. Aus tierexperimentellen und klinischen Untersuchungen ist bekannt, dass die Aktivität des gesamten sympathischen Nervensystems maßgeblich von diesen afferenten renalen Nervenfasern bestimmt wird. Eine Überaktivität des sympathischen Nervensystems führt neben der Blutdrucksteigerung unter anderem zu oben genannten Endorganschäden und Komorbiditäten. Wir haben uns die Methode der renalen Denervation, bei der die sympathischen Afferenzen und Efferenzen in der Adventitia unterdrückt werden, zunutze gemacht, um einen systemisch erniedrigten Katecholamin-Spiegel zu erzielen. Dabei haben wir vier Gruppen miteinander verglichen: normotensive, normalgewichtige Kontrollratten (Kontrolle), spontan hypertensive, normalgewichtige Ratten (SHR), sham-denervierte spontan hypertensive obese Ratten (SHRob) und spontan hypertensive obese Ratten, die renal denerviert wurden (SHRobRDN). Wir haben die RAGE- und sRAGE-Expression immunochemisch mittels Western Blot aus Gewebehomogenaten und die sRAGE-Expression im Serum dieses Rattenmodells untersucht. Auch hierbei konnten wir die oben beschriebene pro-inflammatorische Umkehr des RAGE/sRAGE-Gleichgewichtes in Herz- und Nierengewebe der obesen Ratten nachweisen. Auch die Expression der RAGE-Liganden CML und HMGB1 zeigte sich im Sinne einer pro-inflammatorischen Dysbalance in den obesen Ratten erhöht und konnte wie das RAGE/sRAGE-Verhältnis durch renale Denervation korrigiert werden. Ebenso führte die Reduktion des Katecholaminspiegels nach renaler Denervation zu einer Verbesserung der kardio-renalen Fibrose sowie kardiofunktioneller und renaler Funktionsparameter. Western Blot-Analysen aus Zellmembranpräparationen und Zellkulturüberständen weisen darauf hin, dass es sich um blutdruckunabhängige Effekte handeln könnte. Adulte kardiale Rattenfibroblasten, renale Fibroblasten, humane embryonale Nierenzellen, frisch isolierte Rattensplenozyten sowie humane periphere mononukleäre Zellen wurden zeitabhängig mit dem unselektiven beta-Adrenorezeptoragonisten Isoproterenol stimuliert. Dies führte zu einer stetigen Abnahme der sRAGE-Sekretion ins Zellkulturmedium und zu einer Zunahme der membranständigen RAGE-Expression. Des Weiteren zeigte sich durch die selektive Blockade des β1- bzw. β2-Adrenorezeptors, dass die RAGE-Expression über den β1-Adrenorezeptor und die sRAGE-Ausschüttung über den β2-Adrenorezeptor reguliert wird. Zusammenfassend kann man sagen, dass die sympathoadrenerge Aktivierung in vivo und in vitro zu einer RAGE-Überexpression und einer sRAGE-Reduktion führt. Dieses proinflammatorische Ungleichgewicht kann durch die Modulation des Sympathikus vermindert werden. Damit könnte das Fortschreiten von Endorganschäden wie Herz- und Niereninsuffizienz beim metabolischen Syndrom verlangsamt werden, was die Grundlage für prospektive klinische Untersuchungen legt.

RAGE is a multi-ligand receptor and is involved in numerous pathophysiological processes. Initially it was described to be involved in diabetic late complications and pro-inflammatory and pro-fibrotic processes. The soluble isoform is either cleaved from the membrane bound receptor or is a splicing variant and secreted from the cytosol into the extracellular space/blood circulation. It acts as a decoy receptor by binding circulating RAGE ligands and thereby inhibiting the signal transduction of the membrane bound receptor. In animal models sRAGE administration prevented micro- and macrovascular diabetic late complications. Therefore, sRAGE is considered to be protective. RAGE-upregulation and sRAGE-downregulation was shown for acute and chronic pathophysiological processes with increased sympathetic activity such as the metabolic syndrome which is associated with increased sympathetic activity and subclinical inflammation. A direct relation between the sympathetic nervous system and the RAGE/sRAGE-system has not been characterized yet. The aim of this study was to figure out if the modulation of the sympathetic nervous system influences the RAGE/sRAGE-system in vivo and in vitro. The in vivo model for the metabolic syndrome was the spontaneously hypertensive obese rat. These animals had a leptin-receptor defect with insulin resistance and hyperinsulinemia. Furthermore, the rats showed moderate diastolic dysfunction and severe nephropathy. Afferent and efferent sympathetic nerves are located in the adventitia of renal arteries and are considered to be involved in the development and progression of arterial hypertension. Studies involving animal experiments and clinical studies showed a significant influence of the afferent renal nerves on the activity of the sympathetic nervous system. The overactivity of the sympathetic nervous system is associated with increased blood pressure, end-organ damage and comorbidities. For systemic reduction of catecholamine levels a surgical and chemical renal arterial denervation was performed in obese rats. We compared four groups: normotensive lean rats (Control), spontaneously hypertensive lean rats (SHR), spontaneously hypertensive obese rats with sham procedure (SHRob) and spontaneously hypertensive obese rats with renal denervation (SHRobRDN). RAGE- and sRAGE-expression in heart and renal tissue were assessed by western blot. We noted in all tissues a pro-fibrotic RAGE/sRAGE dysbalance in obese rats, while this dysbalance was corrected by renal denervation. We noted similar results regarding the RAGE ligands CML and HMGB1. We conclude that the modulation of the sympathetic nervous system led to a delayed progress of hypertension, renal and myocardial damage as shown by reduced cardio-renal fibrosis and improved cardio-functional and renal parameters. Western blot analysis of cell culture experiments indicate that the observed benefits could be independent of blood pressure reduction. Adult cardiac fibroblasts, renal fibroblasts, human embryonic kidney cells, fresh isolated rat splenocytes and human peripheral blood mononuclear cells were repeatedly stimulated with the β-adrenoreceptor agonist isoproterenol. We noted a reduction of sRAGE shedding into the cell culture medium, while membrane bound RAGE was upregulated. In conclusion, chronic sympathetic overactivity causes in vivo and in vitro RAGE upregulation and sRAGE downregulation. This pro-inflammatory dysbalance could be ameliorated by modulation of sympathetic nervous system via renal denervation. This could delay the progression of end organ damage such as renal and myocardial fibrosis in metabolic syndrome.