Die Lage des Endothels zwischen dem Blutkompartment und den reagierenden glatten Gefässmuskelzellen prädisponiert zu einer interaktiven Rolle in der Regulation des Blutdruckes und -flusses. Wachsende Beweise zeigen eine Schlüsselstellung des für den endothelium-derived relaxing factor (EDRF) verantwortlich gemachte Stickstoffmonoxid (NO) in dem Prozess des Aufrechterhalten einer niedrigen Gefässspannung und Blutdruckes. Das katalysierende Enzym ist die endotheliale NO-Synthase.

Chronische Hypoxie und inflammatorische Stimulation wurden als Bedingungen beschrieben, die zu einer pulmonalen Hypertonie und einer Gefässhypertrophie (vascular remodeling) der Arteriolen führen.

Ich habe die Frage untersucht, ob die endotheliale NO-Synthase (eNOS) einer Kontrolle durch diese Faktoren unterliegt.

Dazu wurde eine Kultur von humanen pulmonal-arteriellen Endothelzellen etabliert und deren Verhalten unter den oben beschriebenen Bedingungen im Vergleich zu Kontrollbedingungen getestet. Zu verschiedenen Zeiten (nach 24, 48 bzw. 96 Stunden) wurden jeweils die Gesamt-RNA und -Proteinmenge aus den Zellen isoliert und die eNOS-mRNAund die eNOS-Aktivität spezifisch mittels northern und western blotting semiquantitativ bestimmt. Zusätzlich wurde die mRNA-Expression von vasokonstriktiven bzw. -proliferativen Mediatoren (Endothelin-1 und Interleukin-8) mit spezifischen northern blotting beobachtet.

Die Versuche zeigten einen Abfall der eNOS-Aktivität und eine Expression von potenten Vasokonstriktoren und Wachstumsfaktoren unter niedrigen Sauerstoffkonzentrationen und Stimulation mit proinflammatorischen Mediatoren (IL-1&bgr;, LPS und TNF&agr;). Die Ergebnisse schlagen weiter vor, dass die Regulation der eNOS-Aktivität auf transkriptioneller Ebene besteht, da die eNOS-mRNA bis auf nicht mehr detektierbare Mengen reduziert wird. Die Effekte werden durch gemeinsame Stimulation mit Hypoxie und proinflammatorischen Mediatoren verstärkt.

Die Bedeutung einer wirkungsvollen Therapie der pulmonalen Hypertonie ist groß. Die inhalative NO-Substitutionstherapie findet bereits Anwendung im intensivmedizinischen Bereich zur Therapie des “acute respiratory distress syndrom” (ARDS; Weitzberg, 1993), in der Neonatologie zur Therapie der “persistent pulmonary hypertension of the newborn” (PPHN; Roberts, 1992) und in der Pulmologie zur Senkung einer bestehenden pulmonalen Hypertonie (Pebke-Zaba, 1991).

Ein therapeutischer Ansatz, der auch durch diese Arbeit vorgeschlagen wird, stellt eine pharmakologische Manipulation dar, die das gestörte Gleichgewicht der Genregulation wiederherstellen kann. Potentielle Wirkstoffe sind körpereigene Hormone bzw. deren Derivate (Estrogenderivate), die ein Aufrechterhalten der Basisexpression der eNOS bewirken. Antagonisten der vasokonstriktorischen Mediatoren können einen helfenden Effekt besitzen.

Eine offene Frage ist ebenfalls: Bestehen Mutationen der eNOS, die zu der Ausbildung einer pulmonalen Hypertonie prädisponieren? Wenn das der Fall ist, und eine Diagnose dieses Defektes bei Risikopatien-

ten möglich ist, könnte durch eine früh begonnene Therapie mit einem pharmakologischen Aktivator der eNOS der Entwicklung einer fixierten Hypertonie entgegengewirkt werden.

Regulation of the endothelial nitric oxide synthase under hypoxia and proinflammatory stimulation in human pulmonary artery endothelial cells

Endothelium-derived relaxing factor is thought to produce and maintain vascular relaxation. Nitric oxide accounts for the biological activity of EDRF and is produced by the endothelial nitric oxide synthase. Chronic hypoxia and proinflammatory stimulators such as LPS (Lipopolysaccharides from Pseudomonas aeroginosa) and Il-1&bgr; (Interleukin-1&bgr;) have been shown to produce pulmonary hypertension and to induce vascular remodeling of small pulmonary arteries in animal models (Rabinovitch, 1979 and Graham, 1990). The purpose of this study was to characterize the influence of these factors on the regulation of the endothelial nitric oxide synthase (eNOS) in human pulmonary artery endothelial cells (HPAEC). To adress this question I established a culture of HPAEC and exposed the cell lines to hypoxia (3% O₂), Il-1&bgr;, TNF&agr; and LPS either alone or to hypoxia in combination with Il-1&bgr;, TNF&agr; or LPS. The mRNA and whole protein were extracted to the following time points: 24, 48 and 96 hours after begin of exposion. The eNOS mRNA and protein expression were analyzed using northern and western blotting techniques. Additionally, monitoring of the mRNA expression of the vasoconstructive and vasoproliferative mediators endothelin-1 (ET-1) and interleukin-8 (Il-8) were performed using northern blotting. The presented data show that hypoxia and proinflammatory stimulators as well as the combination of both induce a downregulation of the eNOS protein. The parallel downregulation of the eNOS mRNA strongly suggests that this regulation takes place at the transcriptional level. The same stimuli upregulate the ET-1 and Il-8 mRNA.

These findings indicate that the reciprocal regulation of vasodilators and vasoconstrictors contribute to the pathomechanisms involved in the development of pulmonary hypertension.