Pfannenschmidt, Gerd: „Der Effekt von Antithrombin III auf die pulmonalvaskuläre Freisetzung von Big Endothelin-1, Endothelin-1 und Prostanoiden unter septischen und nichtseptischen Bedingungen sowie seine Mechanismen“

Kapitel 2. Grundlagen

2.1 Antithrombin III

Das Plasmaprotein AT III ist ein wichtiger Inhibitor der Serin-Proteasen 30 . Seine physiologische Hauptfunktion besteht in der Inaktivierung des Schlüsselenzyms der Gerinnungskaskade, Thrombin, wobei es mit diesem einen Komplex im Verhältnis 1:1 bildet 31 , 32 . Weiterhin inaktiviert AT III sowohl Gerinnungsfaktoren als auch fibrinolytische Enzyme, wie die Faktoren IXa, Xa, XIa, XIIa, Kallikrein, Urokinase und Plasmin, die alle Serin-Proteasen sind 30 .

AT III ist ein Glykoprotein mit einem Molekulargewicht von 65.000. Es wandert in der Elektrophorese mit der alpha-Globulin-Fraktion der Plasmaproteine. Die physiologische Halbwertzeit des in der Leber synthetisierten AT III beträgt etwa 4 Tage. Der katabole Mechanismus ist wie bei anderen Gerinnungsfaktoren nicht genau bekannt 30 .

Das normale Plasma enthält mehr AT III- als Prothrombinmoleküle. Die inhibitorische Reaktion des AT III verläuft jedoch langsamer als die thrombinabhängige Umwandlung von Fibrinogen in Fibrin, was Voraussetzung der Gerinnung ist. In Anwesenheit von Heparin ist die inhibitorische Aktivität von AT III durch eine Konformationsänderung des Moleküls massiv erhöht. Das erklärt den antikoagulatorischen Effekt des Heparins 33 .

Klinisch kommt vor allem dem AT III-Mangel eine Bedeutung zu. AT III-Spiegel unter 60% der Norm erhöhen das Risiko von Thrombembolien 30 . AT III-Mangel kann auf einer heriditären Synthesestörung, einer Lebererkrankung oder Proteinverlust bei Nierenerkrankungen beruhen 34 . Bei der disseminierten intravasalen Gerinnung (DIC)


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werden Serin-Proteasen in einem höheren Maße als AT III produziert. Es resultiert ein relativer AT III-Mangel. Zu den Komplikationen der DIC gehört durch disseminierte Thrombosierung der Mikrozirkulation das ARDS. Beiden Erkrankungen können als Auslöser beispielsweise gramnegative Sepsis, Polytrauma oder nichtseptischer Schock zugrunde liegen 2 , 35 .

2.2 Endothelin

Ein peptiderger endothelialer konstringierender Faktor - EDCF (endothelium-derived contracting factor) - wurde erstmals 1985 beschrieben 36 und 1988 aus dem Überstand von kultivierten Endothelzellen der Schweineaorta isoliert und sequenziert 37 . Das ET genannte Peptid besteht aus 21 Aminosäuren und besitzt 2 Disulfidbrücken. In der Tertiärstruktur bildet ET eine Helix. Neben dem zuerst beschriebenen ET-1 entdeckte man 2 Isoformen, die sich in der Primärstruktur in 2 (ET-2) bzw. in 6 (ET-3) Aminosäuren von ET-1 unterscheiden. Alle drei Unterformen sind von eigenen, auf unterschiedlichen Chromosomen lokalisierten Genen kodiert 37 , 38 . Aus dem primären Syntheseprodukt Prä-pro-ET (bei Prä-pro-ET-1 203 Aminosäuren) entsteht durch Proteolyse Big-ET (39 Aminosäuren), das wiederum durch proteolytische Wirkung des endothelin-converting enzyme (ECE), von dem bereits verschiedene Subtypen (ECE 1 alpha,beta 39 und gamma 40 sowie ECE 2 41 ) spezifiziert wurden, in das aktive ET umgewandelt wird 37 .

Die drei Isoformen des ET werden in verschiedenen Geweben in unterschiedlichen Verteilungsmustern exprimiert. ET-1 wurde als einziger Vertreter der ET-Familie in Endothelzellen gefunden 37 , 42 . Weiterhin wird es vor allem in Gefäßmuskelzellen 43 , aber auch in nichtvaskulärem Gewebe synthetisiert 44 . ET-2 und ET-3 wurden nicht in Endothelzellen, jedoch in einer Vielzahl anderer Gewebe wie Gehirn, Leber und Niere nachgewiesen 45 , 46 .

ET-1 wird in sekretorischen Granula gespeichert 47 . Stimuli wie Hypoxie, Ischämie und Scherung können neben der Freisetzung von ET-1 aus diesen Granula auch innerhalb von Minuten die Transkription von ET-1-mRNA und nachfolgend die Synthese und Sekretion von ET-1 induzieren. Die Halbwertzeit der mRNA beträgt


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15-20 Minuten 48 und die Plasmahalbwertzeit von ET-1 4-7 Minuten 42 . Bei der ersten Lungenpassage wird Plasma-ET-1 zu 50-90% aus dem Blut entfernt 49 , 50 . Unter physiologischen Bedingungen wird in der Pulmonalstrombahn jedoch annähernd ebensoviel ET-1 freigesetzt wie entfernt, so daß die pulmonalarterielle ET-1-Konzentration etwa der pulmonalvenösen ET-1-Konzentration entspricht (Quotient pulmonalarterieller/pulmonalvenöser Konzentration ca. 0,8-0,9) 51 . Dies unterstreicht die Bedeutung der Lunge für die Regulation der Plasma-ET-1-Konzentration, die beim Menschen bei circa 2 pg/ml liegt 52 . Da jedoch 75% des in Endothelzellen synthetisierten ET-1 abluminal sezerniert wird und seine Wirkung direkt am glatten Gefäßmuskel ausübt, ist ET-1 eher als parakrines denn als endokrines Hormon aufzufassen 53 .

Die zellulären Effekte von ET werden durch spezifische Rezeptoren vermittelt. Die Rezeptordichte und die Affinität sind gewebsspezifisch. Die nahezu irreversible Bindung 54 (extrem lange Dissoziationszeit) erklärt die Diskrepanz zwischen der kurzen Plasmahalbwert-zeit und der über eine Stunde anhaltenden Vasokonstriktion nach Injektion eines ET-Bolus. Es lassen sich drei Gruppen von ET-Rezeptoren unterscheiden. Der ETA-Rezeptor bindet mit hoher Affinität ET-1 und mit jeweils abnehmender Affinität ET-2 und ET-3. Der ETB-Rezeptor bindet ET-1, ET-2 und ET-3 mit gleicher Affinität 55 . Ein ETC-Rezeptor ist bei Amphibien bekannt, wurde aber bei Säugetieren noch nicht beschrieben 56 .

ETA-Rezeptoren findet man in Gehirn, Herz, Lunge und Gefäßsystem. Sie sind vor allem auf Gefäßmuskelzellen und Herzmuskelzellen lokalisiert. ETA-Rezeptoren wirken über eine G-Protein-vermittelte Stimulation der Phospholipase C, die zur Bildung von Inositol-1,4,5-trisphosphat (IP3) und Diazylglyzerol (DAG) führt 57 . Diese erhöhen als second messenger die intrazelluläre Kalziumkonzentration, wodurch letztendlich die Vasokonstriktion hervorgerufen wird 58 . Der ETB-Rezeptor, der bisher in Gehirn, Niere, Lunge und Gefäßsystem nachgewiesen wurde und vornehmlich auf Endothelzellen und weniger auf Gefäßmuskelzellen lokalisiert ist, vermittelt seine Wirkung ähnlich wie der ETA-Rezeptor über die Aktivierung der Phopholipase C, mit dem Unterschied, daß er auch an inhibitorische G-Proteine binden kann 59 , 60 . Wahrscheinlich müssen noch ETB1-Rezeptoren, die über NO eine Vasodilatation, und ETB2-Rezeptoren, die eine Vasokonstriktion vermitteln, unterschieden werden 61 , 62 .


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Das auch als Pro-Endothelin bezeichnete Big-ET besitzt im Vergleich zum aktiven ET eine 140-fach geringere Affinität zum ET-Rezeptor 63 . Obwohl ECE-1 auch in der Lunge nachweisbar ist konnte nach Gabe von Big-ET eine Extraktion des Peptids aus dem Plasma beim Menschen 64 , beim Schwein 65 sowie bei Ratten 66 vor allem im Splanchnikus- 67 und renalen Stromgebiet 64 nicht jedoch in der Lungen-strombahn beobachtet werden.

ET ist der stärkste bisher identifizierte endogene Vasokonstriktor 37 52 , und als einer der „endothelium derived contracting factors“ (EDCF) im Zusammenspiel mit den „endothelium derived relaxing factors“ (EDRF) an der Regulation des Vasotonus beteiligt. Die von ET ausgelöste - ETA-vermittelte - Kontraktion der Gefäßmuskel-zellen ist konzentrationsabhängig 68 . In vivo induziert exogenes ET nach einem kurzen initialen Blutdruckabfall einen langanhaltenden Blutdruckanstieg 69 . Die transiente Hypotonie kommt - ETB1-vermittelt - durch den relaxierenden Effekt der Freisetzung von Stickstoffmonoxid (NO) und PGI2 zustande 68 , 70 .

ET spielt offensichtlich bei einer Vielzahl von Erkrankungen eine pathophysiologische Rolle. Bei einer Reihe von Lungenerkrankungen, wie primärer pulmonaler Hypertonie, Asthma, entzündlichen Lungenerkrankungen und ARDS wurden erhöhte Konzentrationen von Big-ET-1 und ET-1 im Plasma gemessen 7 , 71 , 72 . In der Lunge kann ET-1 von glatten Muskelzellen 71 , Endothel- 73 , Tracheoepithel- 74 und Bronchoepithelzellen 75 sowie Gewebsmakrophagen 76 synthetisiert werden. Einmal sezerniert kann ET-1 eine prolongierte Pulmonalarterienvasokonstriktion 77 , Bronchokonstriktion 78 , Aktivierung von Alveolarmakrophagen und die Freisetzung von Eikosanoiden auslösen 79 .


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Wed Nov 15 13:47:58 2000