Eine der häufigsten kardiovaskulären Erkrankungen ist die Atherosklerose. Bei der Entstehung einer Atherosklerose spielt eine Hyperlipoproteinämie eine entscheidende Rolle. Ein weiterer Faktor für die Entstehung kardiovaskulärer Erkrankungen ist ein hoher Blutdruck. In dieser Arbeit wurde eine mögliche Interaktion zwischen Lipoproteinen und den blutdruckregulierenden Endothelin- und Renin-Angiotensin-Systemen untersucht. Weiterführende Analysen erfolgten an Rezeptoren für die Aufnahme von nLDL und oxLDL. Abschließend wurden Signalwege untersucht, die durch nLDL und oxLDL aktiviert werden. Tierexperimentielle Untersuchungen in Aorten und Herzen fettreich gefütterter Wildtyp- Mäuse unterstützen die Zellkultur-Ergebnisse einer Induzierung des Endothelin-Systems durch erhöhte Lipoproteine. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit neue Mechanismen der Interaktion von Lipoproteinen und blutdruckregulierenden Systemen in Endothelzellen. Die Rezeptoren scheinen dabei eine Schlüsselrolle zu spielen. Dies spricht für eine Potenzierung von Hyperlipoproteinämie und Hypertonie bei der Entstehung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Ziel dieser Dissertationsschrift war es, die Effekte des oxidativen Stresses in Form von oxLDL auf die Expression der atherogenen Scavenger-Rezeptoren CD36, SR-BI, des Transkriptionsfaktors PPARγ und pro-inflammatorischer Zytokine zu untersuchen. Die durchgeführten Untersuchungen beruhen auf der Annahme, dass modifizierte LDL durch Induktion der genannten Scavenger-Rezeptoren und nachfolgende unregulierte Aufnahme in Makrophagen mit Bildung von Schaumzellen entscheidend zur Entwicklung einer Atherosklerose beitragen. Dabei scheint vor allem die im Rahmen des oxidativen Stresses auftretende oxidative Modifizierung der LDL eine Rolle zu spielen. Oxidativem Stress wird in der Pathogenese vieler Krankheiten eine Bedeutung zugesprochen, deren pathobiochemische Grundlagen jedoch noch nicht vollständig geklärt sind und zu deren Erforschung diese Dissertation beitragen sollte. Im ersten Versuchsteil wurden deshalb in vitro – Versuche zu Expressionsraten oben genannter Rezeptoren durchgeführt. Dabei wurden Hypochlorit-oxidierte LDL genutzt, denen im Gegensatz zu den in vielen Versuchen verwendeten Kupfer-oxidierten LDL auch in vivo eine pathophysiologische Relevanz zukommt. Desweiteren ist bekannt, dass Diabetiker neben einem hohen Risiko an Atherosklerose zu erkranken, auch laborchemisch erhöhte Marker des oxidativen Stresses zeigen, inklusive einer gesteigerten Menge an zirkulierenden oxLDL. Im zweiten Versuchsteil wurde deshalb ex vivo untersucht, inwiefern LDL, gewonnen von Patienten im prädiabetischen Stadium der gestörten Glukosetoleranz, ähnliche Auswirkungen auf die Expression von Scavenger-Rezeptoren zeigen, wie in den mit Hypochlorit-oxidierten LDL durchgeführten in vitro - Untersuchungen beobachtet werden konnte. Es zeigte sich, dass CD36, der für die Aufnahme von oxidativ modifizierten LDL als der bedeutendste Rezeptor gilt, durch Hypochlorit-oxidierte LDL stark induziert wird. Zusammengenommen mit der ebenfalls beobachteten Heraufregulation des Transkriptionsfaktors PPARγ, sowie der signifikanten Korrelation beider Gene kann damit für Hypochlorit-oxidierte LDL eine atherogene Wirkung nachgewiesen werden. Die Ergebnisse bestätigen zudem die von Nagy und Tontonoz zuerst beschriebene Feed-Forward-Schleife, bei der oxidative LDL über Induktion und Aktivierung von PPARγ die Expression von CD36 erhöhen, mit nachfolgender unregulierter Aufnahme von Cholesterolestern in Makrophagen und subsequenter Bildung von Schaumzellen. Die Versuche zeigen zudem, dass der Scavenger-Rezeptor SR-BI, obwohl strukturell stark mit CD36 verwandt, eine differentielle Regulation aufweist und durch oxidativ modifizierte LDL signifikant supprimiert wird. Eine Induktion durch PPARγ, wie sie eindrucksvoll bei CD36 beobachtet werden kann, ist für SR-BI in den in vitro - Versuchen nicht vorhanden. Mit der in vielen Studien SR-BI, jedoch nicht CD36 zugesprochenen Funktion als Vermittler des HDL-Membranstransports gehen damit auch unterschiedliche Regulationsmechanismen einher. Die Ausschüttung pro-inflammatorischer Zytokine in murinen Makrophagen wurde durch Hypochlorit-oxidierte LDL im Vergleich mit nativen LDL signifikant vermindert, eine Assoziation mit dem Transkriptionsfaktor PPARγ konnte nicht gefunden werden. Die für die ex vivo - Versuche untersuchten Gruppen der insgesamt 40 Probanden mit gestörter und normaler Glukosetoleranz wiesen, mit Ausnahme eines pathologischen Glukosetoleranztests für IGT-Patienten, in der klinischen Untersuchung, beim Vergleich der Laborparameter, ebenso wie in der Zusammensetzung der LDL keine signifikanten Unterschiede auf. Dennoch fand sich eine signifikante Erhöhung der CD36-Expression in Makrophagen schon nach einstündiger Inkubation mit LDL aus IGT-Patienten im Vergleich zu LDL von Probanden mit normaler Glukosetoleranz. Für die Expressionsraten von SR-BI, PPARγ und die Zytokinausschüttung konnten nur marginale Unterschiede zwischen den Probandengruppen erfasst werden. Auch in den ex vivo – Untersuchungen wiesen eine insignifikante PPARγ - Erhöhung und eine positive Korrelation zwischen PPARγ und CD36 auf die Existenz und Aktivierung der beschriebenen atherogenen Feed-Forward-Schleife auch in IGT-Patienten hin. Zusammenfassend unterstreicht diese Dissertationsschrift die Bedeutung des oxidativen Stresses in der Entwicklung der Atherosklerose, indem erstmals auch für das pathophysiologisch relevante Hypochlorit-oxidierte LDL eine deutliche Expressionssteigerung des Scavenger-Rezeptors CD36 und des Transkriptionsfaktor PPARγ nachgewiesen werden konnte. Zudem zeigen die Experimente, dass bereits bei Patienten im Vorstadium des Diabetes mellitus Typ 2 funktionelle Veränderungen der LDL eingetreten sind, die zu einer verstärkten Atherosklerose führen können und die denen gleichen, die durch künstlich oxidierte LDL ausgelöst werden. Die Versuche liefern damit eine mögliche Erklärung für den bereits epidemiologisch nachgewiesenen Zusammenhang zwischen oxidativem Stress, Atherosklerose und Diabetes mellitus.

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Ziel dieser Dissertationsschrift war es, die Effekte des oxidativen Stresses in Form von oxLDL auf die Expression der atherogenen Scavenger-Rezeptoren CD36, SR-BI, des Transkriptionsfaktors PPARγ und pro-inflammatorischer Zytokine zu untersuchen. Die durchgeführten Untersuchungen beruhen auf der Annahme, dass modifizierte LDL durch Induktion der genannten Scavenger-Rezeptoren und nachfolgende unregulierte Aufnahme in Makrophagen mit Bildung von Schaumzellen entscheidend zur Entwicklung einer Atherosklerose beitragen. Dabei scheint vor allem die im Rahmen des oxidativen Stresses auftretende oxidative Modifizierung der LDL eine Rolle zu spielen. Oxidativem Stress wird in der Pathogenese vieler Krankheiten eine Bedeutung zugesprochen, deren pathobiochemische Grundlagen jedoch noch nicht vollständig geklärt sind und zu deren Erforschung diese Dissertation beitragen sollte. Im ersten Versuchsteil wurden deshalb in vitro – Versuche zu Expressionsraten oben genannter Rezeptoren durchgeführt. Dabei wurden Hypochlorit-oxidierte LDL genutzt, denen im Gegensatz zu den in vielen Versuchen verwendeten Kupfer-oxidierten LDL auch in vivo eine pathophysiologische Relevanz zukommt. Desweiteren ist bekannt, dass Diabetiker neben einem hohen Risiko an Atherosklerose zu erkranken, auch laborchemisch erhöhte Marker des oxidativen Stresses zeigen, inklusive einer gesteigerten Menge an zirkulierenden oxLDL. Im zweiten Versuchsteil wurde deshalb ex vivo untersucht, inwiefern LDL, gewonnen von Patienten im prädiabetischen Stadium der gestörten Glukosetoleranz, ähnliche Auswirkungen auf die Expression von Scavenger-Rezeptoren zeigen, wie in den mit Hypochlorit-oxidierten LDL durchgeführten in vitro - Untersuchungen beobachtet werden konnte. Es zeigte sich, dass CD36, der für die Aufnahme von oxidativ modifizierten LDL als der bedeutendste Rezeptor gilt, durch Hypochlorit-oxidierte LDL stark induziert wird. Zusammengenommen mit der ebenfalls beobachteten Heraufregulation des Transkriptionsfaktors PPARγ, sowie der signifikanten Korrelation beider Gene kann damit für Hypochlorit-oxidierte LDL eine atherogene Wirkung nachgewiesen werden. Die Ergebnisse bestätigen zudem die von Nagy und Tontonoz zuerst beschriebene Feed-Forward-Schleife, bei der oxidative LDL über Induktion und Aktivierung von PPARγ die Expression von CD36 erhöhen, mit nachfolgender unregulierter Aufnahme von Cholesterolestern in Makrophagen und subsequenter Bildung von Schaumzellen. Die Versuche zeigen zudem, dass der Scavenger-Rezeptor SR-BI, obwohl strukturell stark mit CD36 verwandt, eine differentielle Regulation aufweist und durch oxidativ modifizierte LDL signifikant supprimiert wird. Eine Induktion durch PPARγ, wie sie eindrucksvoll bei CD36 beobachtet werden kann, ist für SR-BI in den in vitro - Versuchen nicht vorhanden. Mit der in vielen Studien SR-BI, jedoch nicht CD36 zugesprochenen Funktion als Vermittler des HDL-Membranstransports gehen damit auch unterschiedliche Regulationsmechanismen einher. Die Ausschüttung pro-inflammatorischer Zytokine in murinen Makrophagen wurde durch Hypochlorit-oxidierte LDL im Vergleich mit nativen LDL signifikant vermindert, eine Assoziation mit dem Transkriptionsfaktor PPARγ konnte nicht gefunden werden. Die für die ex vivo - Versuche untersuchten Gruppen der insgesamt 40 Probanden mit gestörter und normaler Glukosetoleranz wiesen, mit Ausnahme eines pathologischen Glukosetoleranztests für IGT-Patienten, in der klinischen Untersuchung, beim Vergleich der Laborparameter, ebenso wie in der Zusammensetzung der LDL keine signifikanten Unterschiede auf. Dennoch fand sich eine signifikante Erhöhung der CD36-Expression in Makrophagen schon nach einstündiger Inkubation mit LDL aus IGT-Patienten im Vergleich zu LDL von Probanden mit normaler Glukosetoleranz. Für die Expressionsraten von SR-BI, PPARγ und die Zytokinausschüttung konnten nur marginale Unterschiede zwischen den Probandengruppen erfasst werden. Auch in den ex vivo – Untersuchungen wiesen eine insignifikante PPARγ - Erhöhung und eine positive Korrelation zwischen PPARγ und CD36 auf die Existenz und Aktivierung der beschriebenen atherogenen Feed-Forward-Schleife auch in IGT-Patienten hin. Zusammenfassend unterstreicht diese Dissertationsschrift die Bedeutung des oxidativen Stresses in der Entwicklung der Atherosklerose, indem erstmals auch für das pathophysiologisch relevante Hypochlorit-oxidierte LDL eine deutliche Expressionssteigerung des Scavenger-Rezeptors CD36 und des Transkriptionsfaktor PPARγ nachgewiesen werden konnte. Zudem zeigen die Experimente, dass bereits bei Patienten im Vorstadium des Diabetes mellitus Typ 2 funktionelle Veränderungen der LDL eingetreten sind, die zu einer verstärkten Atherosklerose führen können und die denen gleichen, die durch künstlich oxidierte LDL ausgelöst werden. Die Versuche liefern damit eine mögliche Erklärung für den bereits epidemiologisch nachgewiesenen Zusammenhang zwischen oxidativem Stress, Atherosklerose und Diabetes mellitus.

Für die Ätiopathogenese der Atherosklerose spielen eine Vielzahl von Mediatoren eine Rolle. Dabei werden durch das Endothel sowohl protektive als auch schädliche Mediatoren sezerniert. High Density Lipoproteine (HDL) stellen einen bedeutenden protektiven Marker für das kardiovaskuläre Risiko dar, u.a. durch die Aktivierung der endothelialen NO-Synthase (eNOS). HDL besteht zu 50 % aus Proteinen und zu 50 % aus Lipiden. Welche Komponenten des HDL für die eNOS Aktivierung verantwortlich sind, ist nicht bekannt gewesen. Im ersten Abschnitt dieser Promotionsarbeit konnte erfolgreich gezeigt werden, dass die Lysophospholipide, Sphingosin-1-Phosphat (S1P) und Sphinsosylphosphorylcholin (SPC), die strukturelle Bestandteile der Lipidfraktion von HDL darstellen, für einen Teil der HDL induzierten eNOS Aktivierung durch Stimulation des S1P3-Rezeptors verantwortlich sind. Diese eNOS Aktivierung wird durch den intrazellulären Einstrom von Calcium und durch die Aktivierung der Akt-Kinase induziert. Im zweiten Abschnitt dieser Promotionsarbeit konnte nachgewiesen werden, dass das oral verfügbare Lysophospholipid-basierte Medikament, FTY720, das ein strukturelles Analogon des S1P ist, den HDL induzierten Signaltransduktionsweg der eNOS Aktivierung in gleicher Weise induziert. Im dritten Abschnitt dieser Promotionsarbeit konnte ein neuartiges endothelabhängig sezerniertes gemischtes Dinukleosidpolyphosphat, Uridin-Adenosin-Tetraphosphat (Up4A), identifiziert werden. Up4A ist ein Agonist an den P2X- und P2Y-Purinrezeptoren. Up4A induziert bei Applikation in eine isoliert perfundierte Rattenniere hauptsächlich über die Aktivierung des P2X1-Rezeptors und des P2Y2/P2Y4-Rezeptors eine starke Vasokonstriktion im renalen Perfusionsgebiet mit einhergehender Erhöhung des mittleren renalen Perfusionsdrucks. Die direkte Infusion von Up4A in vivo in eine WKY-Ratte führt zu einer signifikanten Erhöhung des mittleren arteriellen Blutdrucks. / In the pathogenesis of atherosclerosis many mediators are included. Therefore the endothelium plays a crucial part by secreting protective but also deleterious factors. High density lipoproteins are an established protective factor in the risk profile of cardiovascular events especially by activating the endothelial NO synthase (eNOS). HDL is composed of 50 % proteins and 50 % lipids. Which component of HDL is responsible for the eNOS activation was not known. In the first part of this dissertation it could be shown, that the lysophospholipids, sphingosine-1-phosphate (S1P) and sphingosylphosphorylcholine (SPC), which are structural compounds of the lipid fraction of HDL, are responsible for a significant part of the HDL induced eNOS activation by stimulating the specific S1P3 receptor. In the signal transduction mechanism the activation of Akt kinase and an influx of calcium is involved. In the second part of this dissertation it could be shown, that the orally active lysophospholipide based drug FTY720, which is a structural analogue of S1P, is able to induce the same signal transduction mechanism activated by HDL including the stimulation of the S1P3 receptor. In the last part of this dissertation a new endothelium dependent vasoconstrictor, the dinucleoside polyphosphate uridine-adenosine-tetraphosphate (Up4A), could be for the first time identified. Up4A is a potent agonist of the P2X- and P2Y-purinoceptors. Via activating the P2X1 receptor and the P2Y2/P2Y4 receptor Up4A induce a strong vasoconstriction in the renal perfusion system in the model of the isolated perfused rat kidney with an adjacent increase of the mean perfusion pressure. By injection of Up4A in vivo in a Wistar Kyoto rat the mean arterial pressure also increase significantly.

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