Eine mögliche Erklärung für die Beteiligung unterschiedlicher Kaliumkanäle an der ADRF-Wirkung an Aorta und Mesenterialarterie ist, dass K_ATP-Kanäle in Aorta und Mesenterialarterie entsprechend ihrer unterschiedlichen anatomisch-physiologischen Lage und Funktion unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Elektrophysiologische Untersuchungen konnten belegen, dass K_ATP-Kanäle großer Leitfähigkeit (~190 pS), die sensitiv auf intrazelluläres ATP reagieren, in der Aorta, aber nicht in der Mesenterialarterie, gefunden wurden (Janigro et al., 1993; Matzno et al., 1995; Quayle et al., 1995). In Mesenterialarterien der Ratte konnten K_ATP-Kanäle geringer Leitfähigkeit gefunden werden (~25 pS), die durch Nukleosiddiphosphate (UDP oder GDP) und ATP von der Innenseite der Zelle aus reguliert werden (Davie et al., 1998; Zhang et al., 1995).

Darüber hinaus ist die molekulare Identität der K_ATP-Kanäle in Aorta und Mesenterialalarterie nicht endgültig geklärt. Ein K_ATP-Kanal setzt sich aus vier Kir6.x-Untereinheiten (Kir 6.1 oder Kir 6.2), und vier Sulfonylharnstoff-Rezeptoren, SUR1 bzw. SUR2, zusammen. Die vier Kir6.x bilden die Kanalpore. SUR1 und SUR2 fungieren als regulatorische Untereinheiten. Zusätzlich gibt es mindestens zwei Splice-Varianten von SUR2, die als SUR2A und SUR2B bezeichnet werden (Wang et al., 2003). Die Eigenschaften eines K_ATP-Kanals sind abhängig von der Zusammensetzung dieser Untereinheiten. Verschiedene Kombinationen von Kir6.x und SUR scheinen möglich, d.h. Homotetramere vs. Heterotetramere von Kir6.x in Kombination mit Homotetramere vs. Heterotetramere von SUR1, SUR2A bzw. SUR2B. Der in der Mesenterialarterie der Ratte beschriebene K_ATP-Kanaltyp weist Eigenschaften auf, die am ehesten mit den biophysikalischen Eigenschaften des Kanals Kir6.1/SUR2B übereinstimmen (Wang et al., 2003; Yamada et al., 1997; Zhang, 1995; Zhang et al., 1996), während diese Übereinstimmung für den K_ATP-Kanaltyp der Aorta noch nicht etabliert werden konnte (Miki et al., 2002; Suzuki et al., 2001). In der Aorta konnte eine Expression sowohl von Kir 6.1 und 6.2 und SUR2B nachgewiesen werden (Ren et al., 2001). Zu den Eigenschaften des mesenterialen K_ATP-Kanaltyps gehört die oben beschriebene Stimulierbarkeit durch interne Nukleosiddiphosphate, weswegen der Kanaltyp auch K_NDP-Kanal genannt wird (Wang et al., 2003).

Aufgrund dieser molekularen Diversität ist es möglich, dass aortale und mesenteriale K_ATP-Kanäle unterschiedlich auf ADRF reagieren.

Eine weitere Erklärungsmöglichkeit der Rolle der K_V-Kanäle bei der Vermittlung des ADRF-Effekts an der Mesenterialarterie, im Gegensatz zu den Daten der Aorta-Versuche, ist eine differentielle Expression der K_V-Kanäle in beiden Geweben.

Spannungsregulierte, verzögert rektifizierende K_V-Kanäle konnten in allen glatten Gefäßmuskelzellen, die bisher untersucht wurden, nachgewiesen werden (Nelson et al., 1995). K_V-Kanäle leiten eine K⁺-Auswärtsströmung, die das Membranpotential beeinflusst und zur Replolarisation von Aktionspotentialen beiträgt.

In funktionellen und elektrophysiologischen Untersuchungen konnte erforscht werden, dass K_V-Kanal-Blockierung mit 4-AP zu einer gesteigerten Antwort bei erhöhtem intravaskulärem Druck führt (Cole et al., 1996). Für K_V-Kanäle wurde nachgewiesen, dass sie auch durch intrazelluläre Signaltransduktionsmechanismen reguliert werden, die die Aktivierung von PKA und PKC involvieren (Aiello et al., 1998; Aiello et al., 1995; Cole et al., 1996; Waldron et al., 1998). Für Zerebralarterien der Ratte belegte man, dass K_V-Kanal-Aktivierung durch Adenylat-zyklasenaktivierung und Aktivierung der PKA durch PGI₂-Rezeptoraktivierung geschieht. (Waldron et al., 1999). Eine Beteiligung von K_V-Kanälen an der physiologischen Regulation des arteriellen Durchmessers durch lokal freigesetzte oder zirkulierende vasoaktive Faktoren ist damit wahrscheinlich (Cole et al., 1996; Knot et al., 1995; Liu et al., 2001; Terata et al., 2000).

Die molekulare Identität von vaskulären, 4-AP sensitiven K_V-Kanälen ist noch nicht endgültig etabliert. In aktuellen Veröffentlichungen wurde jedoch die Expression verschiedener K_V-Kanal-Subtypen in VSMCs beschrieben. Ein K_V-Kanal setzt sich aus vier porenbildenden K_Vα-Untereinheiten und vier regulatorischen K_Vβ-Untereinheiten zusammen. K_Vα-Proteine werden von neun verwandten Genfamilien enkodiert, K_V1-9. Die Proteine formen homotetramere Kanäle oder vereinigen sich mit Mitgliedern der selben Familie zu heterotetrameren Kanälen (Martens et al., 1999). Zusätzliche Verschiedenheit wird erreicht, wenn sich K_Vα-Untereinheiten mit verschiedenen K_Vβ-Untereinheiten zusammenlagern. Für K_Vβ Proteine kodieren 4 Gene, K_Vβ1-4, wobei Splice-Varianten von K_Vβ1 und K_Vβ2 identifiziert worden sind (Accili et al., 1997; Heinemann et al., 1996; Rhodes et al., 1997; Trimmer, 1998).

Für Mesenterialarterien der Ratte konnte gezeigt werden, dass Kanalproteine der Genfamilien K_V1.2, K_V1.3, K_V1.5 und K_V2.1 sowie K_Vβ1,K_Vβ2 und K_Vβ3 exprimiert werden (Cox et al., 2001; Xu et al., 1999). In der Aorta wurden dagegen die Kanaluntereinheiten von K_V1.1 und K_V1.6 exprimiert, die auch in der Pulmonalarterie vorkommen, nicht jedoch in der Mesenterialarterie (Xu et al., 1999). Für die Pfortader der Ratte konnte die Struktur des dort exprimierten K_V-Kanaltyps auf einen heterotetrameren Kanal bestehend aus K_V1.4, K_V1.5, sowie K_Vβ1.2, K_Vβ1.3 und K_Vβ2.1 festgelegt werden (Thorneloe et al., 2001). Eine weitere Studie konnte beweisen, dass es eine größere Dichte dieser Kanäle in der Mesenterialarterie als in der Aorta von Ratten gab (Cox et al., 2001).

Aufgrund dieser molekularen Vielfalt der Expression von K_V-Kanal-Untereinheiten kann es auf funktioneller Ebene zu Besonderheiten kommen. So ist für den K_V-Kanal der Pulmonalarterie beschrieben, dass Hypoxie K_V-Ströme reduziert. Das konnte für mesenteriale K_V-Kanäle nicht verifiziert werden (Yuan et al., 1993). Diese Unterschiede weisen auf eine gewebsspezifische Expression und Regulation von K_Vα- sowie K_Vβ-Untereinheiten hin, die der Erfüllung von unterschiedlichen Aufgaben in verschiedenen Geweben dienen. Somit kann spekuliert werden, dass es spezifische K_V-Kanaltypen in der Mesenterialarterie gibt, die die antikontraktile Wirkung von ADRF in der Mesenterialarterie vermitteln und nicht in der Aorta exprimiert werden. Es ist auch denkbar, dass es K_ATP-Kanaltypen gibt, die nicht in der Mesenterialarterie vorkommen, aber die antikontraktilen Effekte von ADRF in der Aorta bewirken. Zusammengefasst könnte es sich bei ADRF um ein und denselben Faktor handeln, der verschiedene K⁺-Kanaltypen reguliert. Diese Kanäle dienen als Zielstruktur für ADRF und werden differentiell in den verschiedenen Gefäßmuskelarten exprimiert. Abb. 5.2 fasst diese Vorstellung schematisch zusammen.

Abb. 5.2 Mögliche Verhältnisse bezüglich der K⁺-Kanäle an Aorta und Mesenterialarterie. ADRF relaxiert aortale und mesenteriale Gefäßmuskelzellen durch Öffnung von KATP- bzw. K_v-Kanälen. Die molekulare Diversität der exprimierten K⁺-Kanäle könnte die gewebespezifische Beteiligung von unterschiedlichen K⁺-Kanälen am ADRF-Effekt in beiden Präparaten erklären. Hier liegt ein möglicher Erklärungsansatz für die unterschiedliche Wirkungsweise des perivaskulären Fettgewebes. Für nähere Erläuterungen siehe Text.

Alternativ könnte ADRF an einen oder verschiedene ADRF-Rezeptoren binden und über unterschiedliche intrazelluläre Signalwege K_v-Kanäle oder K_ATP-Kanäle in der Mesenterialarterie bzw. Aorta aktivieren. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass H-89 (9 µM), KT5823 (0,5µM) und Tyrphostin A25 (10µM) nicht die Wirkung von ADRF an der Aorta hemmt. So ist zu vermuten, dass die Aktivierung von K_ATP-Kanälen in der Aorta nicht durch Proteinkinase A, Proteinkinase G oder Tyrosinkinase vermittelt wird. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um die ADRF-regulierten K_ATP- und K_V-Kanäle in den Gefäßmuskelzellen zu identifizieren und die beteiligten intrazellulären Signalwege zu charakterisieren. Zukünftige Patch-Clamp-Untersuchungen an isolierten Gefäßmuskelzellen könnten den Nachweis der beteiligten K⁺-Kanäle erbringen.

In den vorliegenden Versuchen bewirkten TEA (1 mM), TPeA (10 µM) und Iberiotoxin (100 nM) eine ca. 20-30%ige Steigerung der kontraktilen Antwort in mesenterialarteriellen Gefäßringen (+)fat und (-)fat. Es ist möglich, dass diese Effekte durch Hemmung von BK-Kanälen induziert wurden. Iberiotoxin (100 nM) hemmt spezifisch BK-Kanäle in Gefäßmuskelzellen (Nelson et al., 1995). TEA und TPeA gehören zur Gruppe der quarternären Ammoniumionen (Yao et al., 2000). Da die Effekte in beiden Gefäßringgruppen beobachtet wurden, sind BK-Kanäle vermutlich nicht an der antikontraktilen Wirkung des perivaskulären Fettgewebes beteiligt.

Obwohl TPeA in der angewendeten Konzentration ein bekannter Blocker von vaskulären K_ATP-Kanälen ist (Kovacs et al., 1991) und Cromakalim-induzierte Relaxationen von Arterien bewirkt (Yao et al., 2000), wurden kürzlich auch hemmende Effekte auf BK-Kanäle in VSMC beschrieben (Yao et al., 2000).

TEA^{blockiert in der angewendeten Konzentration (1 mM) K_Ca 2+-Kanäle in VSMC (Nelson et al., 1995). Die Applikation von TEA führt beispielsweise in isobarischen Messungen an zerebralen Arterien des Hasen zur Konstriktion des Gefäßes durch Blockade von BK-Kanälen. In höheren Konzentrationen blockiert TEA auch andere Kanäle, wie K_V-Kanäle (EC₅₀, 7 mM) und K_ATP-Kanäle (EC₅₀, 10 mM) (Nelson et al., 1995). Andere Untersuchungen konnten eine Steigerung der kontraktilen Antwort auf verschiedene Vasokonstriktoren nach Inkubation mit TEA belegen (Champion et al., 1997). In der vorliegenden Arbeit führte die Inkubation der Gefäßringe (+)fat und (-)fat mit TEA, Iberiotoxin und TPeA zu einer verstärkten kontraktilen Antwort auf erneute Stimulation mit Serotonin (2 µM). In Einklang mit der Literatur ist diese verstärkte Kontraktion am ehesten mit der Hemmung von BK-Kanälen zu erklären, die einen hemmenden Einfluss auf den Gefäßtonus ausüben. Eine spezifische Inhibition des ADRF-Effekts durch TEA, TPeA oder Iberiotoxoin trat hierbei nicht auf.}

Eine andere Erklärungsmöglichkeit für den unterschiedlichen Wirkungsmechanismus des perivaskulären Fettgewebes von Aorta und Mesenterialarterie ist, dass das Fettgewebe verschiedene vasorelaxierende Faktoren (ADRFs) sezerniert. Möglicherweise besteht eine dem jeweiligen Gewebe angepasste Produktion von verschiedenen ADRFs.

Eine analoge Situation findet sich in dem vom Endothel der Blutgefäße gebildeten Hyperpolarisationsfaktor EDHF. In der derzeitigen Forschung gibt es verschiedene Hypothesen über Ursprung und Wirkung von EDHF. Epoxide der Arachidonsäure gelten als Kandidaten für diesen Faktor (Adeagbo et al., 1993; Campbell, 1996; Campbell et al., 1999; Cowan et al., 1991; Mombouli et al., 1997; Quilley et al., 2000).

Quilley et al. fassten zusammen, dass verschiedene EDHFs existieren, die auf verschiedene Kanäle wirken, abhängig von untersuchter Spezies und untersuchtem Gefäßbett (Quilley et al., 2000). Insbesondere die vaskuläre Aktivität der EETs ist abhängig von untersuchter Gefäßregion, Gewebe und Spezies. So konnte man zeigen, dass die vasodilatierende Wirkung von EETs mit geringer werdendem Durchmesser des Gefäßes zunimmt, was mit einer zunehmenden EDHF-Bedeutung an kleiner werdenden Gefäßen übereinstimmt (Quilley et al., 2000). In der Aorta wird eine Produktion von EETs normalerweise nicht beobachtet (Pfister et al., 1991). Vasodilatatorische Wirkungen von EETs wurden vor allem in kleinen, mehr peripher gelegenen Gefäßregionen, wie intestinalen (Proctor et al., 1987), zerebralen (Gebremedhin et al., 1992), renalen (Zou et al., 1996) und koronaren Arterien (Rosolowsky et al., 1993; Rosolowsky et al., 1996; Rosolowsky et al., 1990), beobachtet. EETs hyperpolarisieren die VSMC, eine essentielle Eigenschaft eines EDHF-Kandidaten, durch Öffnung von K⁺-Kanälen (Campbell et al., 1996; Quilley et al., 1997).

Analog zur Situation im Bereich der EDHF-Forschung ist eine solche Unterschiedlichkeit der exprimierten ADRFs, abhängig von untersuchter Gefäßregion und letztendlich Spezies, vorstellbar. Die Produktion von unterschiedlichen ADRFs könnte erklären, dass unterschiedliche K⁺-Kanäle als Zielstrukturen in der Aorta und der Mesenterialarterie durch perivaskuläres Fettgewebe reguliert werden. Abb. 5.3 fasst den Erklärungsansatz schematisch zusammen.

An dieser Stelle ist es wichtig zu bemerken, dass ADRF nicht EDHF ist. Die Beteiligung des Endothels an den ADRF-Wirkungen konnte durch mechanische Entfernung des Endothels ausgeschlossen werden, sowohl an der Aorta (Löhn et al., 2002) als auch in den Untersuchungen in dieser Arbeit (Siehe Abb. 4.14). Zum jetzigen Zeitpunkt ist es jedoch noch nicht möglich, eine Aussage über die Identität von ADRF zu machen. Es fand ausschließlich eine indirekte Charakterisierung des Faktors mit pharmakologischen Mitteln statt. Weitergehenden Studien müssen sich anschließen, um den Faktor selbst zu isolieren und zu charakterisieren.

Abb. 5.3 Modell der möglichen Wirkungsweise von ADRF an Aorta und Mesenterialarterie. Mindestens zwei unterschiedliche ADRFs (ADRF 1, ADRF 2) werden vom perivaskulären Fettgewebe der Aorta bzw. Mesenterialarterie produziert. ADRF 1 relaxiert die Aorta durch Öffnung von glattmuskulären K_ATP-Kanälen, ADRF 2 die Mesenterialarterie durch Öffnung von K_V-Kanälen. ADRF1 und ADRF2 werden möglicherweise direkt aus den Adipozyten freigesetzt.