Aus der Klinik für Innere Medizin mit Schwerpunkt Nephrologie Campus Charité Mitte der Medizinischen Fakultät der Charité - Universitätsmedizin Berlin

Dissertation

NO-vermittelte Effekte der Aminosäure L-Arginin auf die
TGF-ß-Überexpression im Modell der
akuten Anti-Thy-1-Glomerulonephritis

Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät der Charité -
Universitätsmedizin Berlin

von

Ute Daig

aus Berlin

Dekan: Prof. Dr. med. Martin Paul

Gutachter:
1. Priv.-Doz. Dr. med. H. Peters
2. Prof. Dr. med. F. Strutz
3. Priv.-Doz. Dr. med. E. Schulze-Lohoff

Datum der Promotion:12.09.2005

Widmung:

für Dr. Erwin Daig, Barbara und Isolde Daig

Zusammenfassung

Hintergrund: L-Arginin spielt eine komplexe Rolle in der renalen Matrixexpansion, eingeschlossen der endogene Stoffwechsel der Aminosäure in Stickoxid (NO), Polyamine, L-Prolin und Agmatin. Bei Ratten mit einer induzierten Anti-Thy-1-Glomerulonephritis (GN) ist gezeigt worden, dass die diätetische Gabe von L-Arginin die Überproduktion von transforming growth factor (TGF)-ß sowie die Matrixakkumulation limitieren konnte. Die vorliegende Studie testet die Hypothese, dass die günstigen Effekte auf die Überexpression von TGF-ß in vivo durch die Generierung von NO vermittelt wird.

Methoden: Einen Tag nach Induktion einer Anti-Thy-1-Glomerulonephritis wurden männliche Wistar Ratten, die mit normal proteinhaltigen Futter ernährt worden sind, in die folgenden Gruppen zugeordnet worden: (1) normale Kontrollen; (2) GN; (3) GN-Arg [plus 500 mg L-Arginin/die]; (4) GN-Arg-NAME [plus 500 mg L-Arginin/die und 75 mg/die des NO-Synthase-Inhibitors Nitro-L-Arginin-Methyl-Ester (L-NAME) im Trinkwasser] und (5) GN-Molsi [plus 10 mg/die des NO-Donors Molsidomin]. In Versuchsprotokoll 1 wurde die Behandlung bis Tag 7, in Protokoll 2 bis Tag 12 nach Induktion der Glomerulonephritis durchgeführt. Analysiert wurden die Daten des systolischen Blutdrucks, die histologische glomeruläre Matrixexpansion, die Proteinurie sowie die glomeruläre mRNA- und Protein-Expression des Schlüsselfibrogens TGF-ß, des Matrixproteins Fibronektin und des Protease-Inhibitors Plasminogen-Aktivator-Inhibitor Typ 1(PAI-1).

Ergebnisse: Die Blutdruckwerte zeigten sich normal in unbehandelten Anti-Thy-1-Tieren und nicht signifikant beeinflusst durch eine der Behandlungen. Verglichen mit unbehandelten, nephritischen Ratten, reduzierten die Gabe von L-Arginin sowie von Molsidomin signifikant die glomeruläre TGF-ß Überexpression und auch in ähnlichem Mass in beiden Studienprotokollen. Die günstigen Effekte von L-Arginin wurden durch gleichzeitige Blockade der NOS-Synthese mit L-NAME aufgehoben. Die glomeruläre Matrixakkumulation, Fibronektin und PAI-1 mRNA- und Protein-Expression folgten eng der TGF-ß-Expression. Die Proteinurie wurde durch keine der Behandlungen signifikant beeinflusst.

Schlussfolgerung: Die vorliegende Studie zeigt, dass die antifibrotischen Effekte der Aminosäure L-Arginin in der normotensiven Anti-Thy-1-Glomerulonephritis der Ratte hauptsächlich über die endogene Produktion von NO vermittelt werden. Diese Daten lassen vermuten, dass NO in vivo die TGF-ß-Überexpression auf einem blutdruck-unabhängigen Weg limitiert und dass NO-Donoren sich günstig in der Behandlung von menschlichen fibrotischen Nierenerkrankungen auswirken könnten.

Eigene Schlagworte: L-Arginin, Stickoxid, TGF-ß, Fibrose

Abstract

Background: L-arginine olays a complex role in renal matrix expansion, involving endogenous metabolism into nitric oxide (NO), polyamines, L-prolin and agmatine. Supplementing dietary L-arginine intake has been shown to limit transforming growth factor (TGF)-ß1 overproduction and matrix accumulation in rats with induced Anti-Thy-1 glomerulonephritis (GN). The present study tests the hypothesis that this beneficial effect on in vivo TGF-ß overproduction is mediated via the generation of NO.

Methods: One day after inducion of Anti-Thy-1 GN, male wistar rats fed a normal protein diet were assigned to the following groups: (1) normal controls; (2) GN; (3) GN-Arg [plus 500 mg L-arginine/day]; (4) GN-Arg-NAME [plus 500 mg L-arginine/day and 75 mg/day of the NO synthase inhibitor nitro-L-arginine-methyl ester (L-NAME) in the drinking water] and (5) GN-Molsi [plus 10 mg/day of the NO donor molsidomine]. In protocol 1, treatment lasted until day 7 and in protocol 2 until day 12 after disease induction, respectively. Analysis included systolic blood pressure, proteinuria, a glomerular histologic matrix score and the glomerular mRNA and protein expression of the key fibrogen TGF-ß1, the matrix protein fibronectin and the protease inhibitor plasminogen activator inhibitor type 1 (PAI-1).

Results: Blood pressure was normal in untreated Anti-Thy-1 animals and not significantly affected by any of the treatments. Compared to nephritic rats, administration of both L-arginine and molsidomine reduced glomerular TGF-ß1 overexpression significantly and to a similar degree in both protocols, while the beneficial effect of L-arginine was abolished by concomitant NO synthesis inhibition. Glomerular matrix accumulation, fibronectin and PAI-1 mRNA and protein expression cloxely followed the expression of TGF-ß1. Proteinuria was not significantly affected by any treatment.

Conclusion: The present study shows that L-arginine´s antifibrotic action in normothensive Anti-Thy-1 GN is mainly mediated by endogenous production of NO. The data suggest that NO limits in vivo TGF-ß overexpression in a pressure-independent manner and that NO donors may be of benefit in the treatment of human fibrotic renal disease.

Keywords: L-arginine, nitric oxide, TGF-ß, fibrosis

Inhaltsverzeichnis

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04.10.2006