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1.  Einleitung und Fragestellung

1.1. Vorwort

Diese Habilitationsarbeit beruht im Wesentlichen auf dem Inhalt der nachfolgend aufgelisteten Publikationen (P1 – 20), von denen die wichtigsten, P1 – P9, im Hauptteil der Habilitationsarbeit zusammengestellt sind. Damit wird die nach der neuen Habilitationsordnung vom 29. Januar 1999 gegebene Möglichkeit „zur Vorlage publizierter Forschungsergebnisse, die in ihrer Gesamtheit eine einer Habilitationsschrift gleichwertige wissenschaftliche Leistung darstellen“ genutzt. Weitere Publikationen des Habilitanden, die nicht in dieser Arbeit verwertet wurden, sind in einem separaten Schriftenverzeichnis aufgeführt.


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P1

Dechend R, Hirano F, Lehmann, Vigo Heissmeyer V, Ansieau S, Wulczyn FG,Scheidereit C,Leutz A The Bcl-3 oncoprotein acts as a bridging factor between NF-kB/Rel and nuclear co-regulators Oncogene 1999;18:3316-23

P2

Dechend R, Maass M, Gieffers J, Dietz R, Scheidereit C, Leutz A, Gulba Chlamydia pneumoniae infection of vascular smooth muscle and endothelial cells activates NF-kappaB and induces tissue factor and PAI-1 expression : A potential link to accelerated arteriosclerosis. Circulation 1999;100:1369-73

P3

Dechend R, J Gieffers, R Dietz, A Joerres, J Rupp, FC Luft, M Maass HMG-CoA Reductase Inhibition Reduces Chlamydia pneumoniae-induced Cell Interaction And Activation, Circulation 2003, 108; 261-265

P4

Dechend R*, DN Müller*, EMA. Mervaala*, A Fiebeler, JK Park, F Schmidt, J Theuer, V Breu, N Mackman, T Luther, DC Gulba, D Ganten, H Haller, FC Luft AT1 receptor blockade reduces tissue factor via inhibition of NF-kB and AP-1 in angiotensin II-induced cardiac damage Am J Pathol. 2000;157:111-22

P5

Dechend R*, Müller DN*, Mervaala EMA, Schmidt F, Park J-K, Fiebeler A, Theuer J, Breu V, Ganten D, Haller H, Luft FC. Inhibition of NF-kB protects against end-organ damage in rats with human renin and angiotensinogen genes. Hypertension 2000, 35: 193-201

P6

Dechend R*, Muller DN*, Heissmeyer V*, Hampich F, Park JK, Fiebeler A, Shagdarsuren E, Theuer J, Pilz B, Breu V, Schroer K, Ganten D, Dietz R, Haller H, Scheidereit, C, Luft FC. Aspirin inhibits NF-kappaB and protects from angiotensin II-induced organ damage. FASEB J. 2001 ;15:1822-4

P7

Dechend R, Fiebeler A, Park JK, Muller DN, Theuer J, Mervaala E, Bieringer M, Gulba D, Dietz R, Luft FC, Haller H. Amelioration of angiotensin II-induced cardiac injury by a 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme a reductase inhibitor. Circulation. 2001 ;104: 576-81.

P8

Dechend R, V Homuth, G Wallukat, J Kreuzer, JK Park, J Theuer, A Juepner, DC Gulba, N Mackman, H Haller, FC. Luft AT1 Receptor agonistic antibodies from preeclamptic patients cause vascular cells to express tissue factor Circulation 2000 ;101:2382-2387

P9

Dechend R, Viedt C , Müller DN, Ugele B, Brandes RP, Wallukat G, Park JK, Janke J, Barta P, Theuer J, Fiebeler A, Homuth V , Dietz R, Haller H, Kreuzer J, Luft FC, AT1 receptor agonistic antibodies from preeclamptic patients stimulate NADPH-Oxidase Circulation, 2003 1;107:1632-9.


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Die im weiteren aufgeführten Publikationen sind nicht als pdf dargestellt. Die Ergebnisse haben aber zur der Habilitationsschrift beigetragen und sind im Text verwendet worden.


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P10

Park J-K, Müller DN, Mervaala EMA, Fiebeler A, Dechend R, Schmidt F, Bieringer M, Ganten D, Luft FC, Haller H. Inhibition of NF-kB protects against end-organ damage in rats with human renin and angiotensinogen genes. Kidney Int. 2000; 58: 1420-30.

P11

Viedt C, Dechend R, Fei J, Hansch GM, Kreuzer J, Orth SR. MCP-1 induces inflammatory activation of human tubular epithelial cells: involvement of the transcription factors, nuclear factor-kappaB and activating protein-1. J Am Soc Nephrol. 2002; 13: 1534-47

P12

Muller DN, Shagdarsuren E, Park JK, Dechend R, Mervaala E, Hampich F, Fiebeler A, Ju X, Theuer J, Viedt C, Kreuzer J, Heidecke H, Haller H, Zenke M, Luft FC. Immunosuppressive treatment protects against angiotensin II-induced renal damage. Am J Pathol. 2002; 161: 1679-93

P13

Gueler F, Rong S, Park JK, Fiebeler A, Menne J, Elger M, Mueller DN, Hampich F, Dechend R, Kunter U, Luft FC, Haller H. Postischemic acute renal failure is reduced by short-term statin treatment in a rat model. J Am Soc Nephrol. 2002; 13: 2288-98

P14

Muller DN, Mullally A, Dechend R, Park JK, Fiebeler A, Pilz B, Loffler BM, Blum-Kaelin D, Masur S, Dehmlow H, Aebi JD, Haller H, Luft FC. Endothelin-converting enzyme inhibition ameliorates angiotensin II-induced cardiac damage. Hypertension. 2002;40:840-6.

P15

Park JK, Fiebeler A, Muller DN, Mervaala EM, Dechend R, Abou-Rebyeh F, Luft FC, Haller H. Lacidipine inhibits adhesion molecule and oxidase expression independent of blood pressure reduction in angiotensin-induced vascular injury. Hypertension. 2002;39:685-9.

P16

Muller DN, Mullally A, Dechend R, Park JK, Fiebeler A, Pilz B, Loffler BM, Blum-Kaelin D, Masur S, Dehmlow H, Aebi JD, Haller H, Luft FC. Endothelin-Converting Enzyme Inhibition Ameliorates Ang II-Induced Cardiac Damage. Hypertension. 2002;40: 840-6.

P17

Fiebeler A, Schmidt F, Muller DN, Park JK, Dechend R, Bieringer M, Shagdarsuren E, Breu V, Haller H, Luft FC. Mineralocorticoid receptor affects AP-1 and nuclear factor-kappab activation in angiotensin II-induced cardiac injury. Hypertension. 2001 ;37: 787-93.

P18

Mervaala EMA, Müller DN, Park JK, Schmidt F, Dechend R, Fiebeler A, Bieringer M, Breu V, Ganten D, Haller H, Luft FC. Cyclosporine A protects against angiotensin II-induced end-organ damage in double transgenic rats harboring human renin and angiotensinogen genes Hypertension 2000, 35: 360-366

P19

Muller DN, Mervaala EMA, Schmidt F, Park JK, Dechend R, Breu V,Löffler BM, Schneider W, Ganten D, Haller H, Luft FC Bosentan ameliorates end-organ damage by inhibiting inflammation in rats with high human renin hypertension Hypertension. 2000;36:282-290

P20

Ansieau S, Kowentz-Leutz E, Dechend R, Leutz A B-Myb: a repressed trans-activating protein J Mol Med 1997; 75: 815-819


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1.2.  Einleitung: Chronische Entzündungsprozesse und Pathogenese der Gefäßveränderungen bei Hypertonie und Arteriosklerose

1.2.1. Arterielle Hypertonie

Die Hypertonie gehört zu den führenden Risikofaktoren bei der Ausbildung arteriosklerotischer Gefäßwandläsionen.1 In den industrialisierten Ländern ist die Hypertonie heute sogar der bedeutendste Risikofaktor für die Arteriosklerose.2 In den USA und Europa sind etwa 15 % bis 30 % der erwachsenen Bevölkerung nach den von den WHO-Kriterien als Hypertoniker zu bezeichnen. Gut 95 % aller Hypertonien sind primäre oder essentielle Hypertonien, d.h. dass keine organische Ursache nachweisbar ist.3 Epidemiologische Untersuchungen haben eine positive Korrelation zwischen der Höhe des Blutdrucks und der Morbidität und Mortalität an kardiovaskulären Erkrankungen nachgewiesen. Eine blutdrucksenkende Therapie vermindert das kardiovaskuläre Risiko und verlängert die Lebenserwartung.4 Die initiierenden wie auch die perpetuierenden Mechanismen der Hypertonie und in deren Folge die Arteriosklerose sind im Detail nicht erschöpfend geklärt.5 Ziel der hier dargelegten Untersuchungen ist es, molekulare Mechanismen in der vaskulären Biologie zu identifizieren, die zum Verständnis der pathophysiologischen Gefäßreaktion beitragen.

Die Pathogenese der Hypertonie ist ein multifaktorieller Prozess, welcher die Interaktion von genetischen und Umweltfaktoren involviert.6 Die Pathophysiologie der Hypertonie beinhaltet u.a. Veränderungen der Nierenfunktion, eine gesteigerte Aktivität des Renin - Angiotensin - Systems und eine sympathische Hyperaktivität.7 In unterschiedlicher Ausprägung tragen Abnormalitäten der Volumenregulation, eine endotheliale Dysfunktion mit verstärkter Vasokonstriktion sowie Veränderungen der Arterienwand zur Ausbildung einer Hypertonie bei.8

Das „International Atherosclerosis Project“ war eine der ersten Studien, welche schwerere und diffus auftretende arteriosklerotische Läsionen bei Hypertonikern im Vergleich mit Normotonikern nachwies. Klinische und experimentelle Daten zeigen, [Seite 10↓]dass hoher Blutdruck die Entwicklung der Arteriosklerose fördert, insbesondere lassen sich eine erhöhte Inzidenz zerebrovaskulärer Erkrankungen und der koronaren Herzkrankheit nachweisen.9 Nach der Framingham Studie besteht bei 35-64 jährigen Patienten mit Hypertonie im Vergleich zu Normotonikern ein zwei- bis vierfach höheres Risiko, ein schweres kardiovaskuläres Ereignis zu erleiden.10 Wichtige tierexperimentelle Daten zeigen, dass der Hypertonus die lipid-induzierte Arteriosklerose verstärkt und die Reduktion des Blutdruckes eine Regredienz der pathologischen Veränderungen bewirkt. Die Arteriosklerose stellt eine chronische Entzündung im Subendothelium dar, welche durch Lipidablagerungen - insbesondere von "Low-density" - Lipoproteinen (LDL) - unterhalten wird. 11

1.2.2. Arteriosklerose

Bereits 1925 wurden Fettstreifen („fatty streaks“) an Arterien von Kindern im Detail beschrieben, und es wurde vermutet, dass hier der Ausgangspunkt für die Entwicklung von komplizierten Plaques zu suchen ist.12 Diese These gilt heute immer noch. Nach dem histologischen Bild teilt man die arteriosklerotischen Wandveränderungen in unterschiedliche Stadien ein (Abbildung 1, modifiziert nach R. Ross).13 Die erwähnten Frühveränderungen sind Lipidflecke, die sich durch Ansammlung von lipid- und cholesterinüberladenen Makrophagen im subendothelialen Raum bilden und die zusammen mit den im weiteren Verlauf entstehenden lipidangereicherten glatten Muskelzellen die Schaumzellen bilden (Stadium I und II).14 Diese im Anfangsstadium beteiligten Zellen sind klassische Komponenten eines chronisch entzündlichen Prozesses, der in die Migration und Proliferation arterieller glatter Muskelzellen mündet. Im weiteren Verlauf findet man im Prä-Atherom (Stadium III) extrazellulär vorkommende Lipide, die im IV. Stadium zu einem Lipidkern zusammengewachsen sind, was wiederum mit massiven strukturellen Schädigungen der Intima verbunden ist.

In diesem Stadium lassen sich auch eindeutig feste Bestandteile wie Kalk und Cholesterinkristalle nachweisen. Im Gegensatz zu Kalk und fibrösem Material können [Seite 11↓]weiche Fetteinlagerungen aus der Gefäßwand abtransportiert werden, wenn die Ursache der Fetteinlagerung beseitigt ist. Durch lokale Freisetzung von Wachstumsfaktoren kommt es zu einer Aktivierung glatter Muskelzellen, die in die Intima einwandern und dort proliferieren. Kennzeichen fortgeschrittener Arteriosklerose ist das Auftreten fibro-atheromatöser Plaques (Stadium V) mit der Entwicklung deutlicher Kollagenschichten und Vermehrung von glatten Muskelzellen über dem Lipidkern.15

Durch fortschreitende Endothelläsionen ist die Produktion endothelialer Mediatoren wie NO, Prostacyclin und endothelialer Plasminogen-Aktivatoren gestört.16 Es kommt zur Anlagerung von thrombotischem Material, wodurch das Lumen verengt und so die Blutversorgung lebenswichtiger Organe gefährdet wird. Für den Gefäßverschluß bei Myokardinfarkt oder Apoplex sind meistens Thrombosen verantwortlich.17

Alle Entwicklungsstadien der arteriosklerotischen Plaques sind durch eine Ansammlung von immunkompetenten Zellen, d.h. von Monozyten und Lymphozyten, gekennzeichnet.18,19 Immunchemisch konnte gezeigt werden, dass es bereits vor der Bildung der Lipidplaques zu einer Ansammlung von Blutmonozyten in der Gefäßwandintima kommt.20 Diese vermehrte Adhärenz von Monozyten an das Endothel wird unter anderem durch erhöhte LDL-Plasmaspiegel induziert21, da oxidiertes LDL gemäß der “response-to-injury”-Hypothese zu einer proinflammatorischen Veränderung des Gefäßendothels führt.13,22 Oxidiertes LDL wirkt chemotaktisch auf Monozyten und unterstützt die Expression von Adhäsionsmolekülen auf Endothelzellen.20 Es kommt zur Adhäsion und subendothelialen Migration von Monozyten, die durch die Aufnahme von oxidiertem LDL zu Schaumzellen werden.23 In der Plaque kommt es zur Sekretion verschiedener Wachstumsfaktoren wie PDGF und TGFβ und Zytokinen wie IL-1, IL-6 und IL-8 sowie zur Expression von Adhäsionsmolekülen.13,24,25


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Abbildung 1: Die Gefäßveränderungen in der Arteriosklerose nach Ross

Die bekannten klassischen kardiovaskulären Risikofaktoren, wie Hypercholesterinämie, arterielle Hypertonie, Nikotinkonsum und Diabetes mellitus, gehen mit einem Verlust der endothelvermittelten Vasodilatation einher.26 Dieser Verlust der NO-vermittelten Gefäßerweiterung ist das Kennzeichen einer "endothelialen Dysfunktion", die bereits in der Frühphase der Arteriosklerose nachweisbar und ursächlich mit dieser Erkrankung verbunden ist.27 Es kommt zu einer Endothelzellaktivierung, die durch eine Expression von Adhäsionsmolekülen wie "Vascular Cell Adhesion Molecule-1" (VCAM-1), "Intercellular Adhesion Molecule-1" (ICAM-1) und "Endothelial-leukocyte Adhesion Molecule-1" (E-Selektin) charakterisiert ist und eine Ankopplung zirkulierender Leukozyten an das Endothel bewirkt.28


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1.2.3.  Die Bedeutung der chronischen Entzündungsreaktion

Das Verständnis der Pathogenese der Arteriosklerose ist in den letzten 20 Jahren revolutioniert worden. Wesentlich zu dem modernen Verständnis dieser chronischen Erkrankung beigetragen haben die Arbeiten von R. Ross, der in den 70er Jahren die „Response to injury“ Hypothese formulierte.13,26 Im Laufe der Jahre wurde diese Hypothese modifiziert und den neuen Erkenntnissen angepaßt, ist aber in ihrem grundlegenden Gedanken auch heute noch wichtig. Zunächst stand die Reaktion der glatten Muskelzellen im Vordergrund der Forschung.13,29 Die ursprüngliche Hypothese besagte, dass Veränderungen an den glatten Muskelzellen den Ausgangspunkt für Thrombozytenaggregate darstellen, die wiederum durch Freigabe von Zytokinen und Wachstumsfaktoren, wie z.B. PDGF, eine Kaskade von Ereignissen triggern, die letztendlich in der arteriosklerotischen Läsion enden.30 Nach diesen Vorstellungen sind die die Intima auskleidenden Endothelzellen wiederholten oder kontinuierlichen Angriffen auf die Integrität ausgesetzt. In den letzten Jahren hat jedoch ein Paradigmawechsel stattgefunden, der davon ausgeht, dass bei der Hypertonie und der Arteriosklerose das Endothel der zentrale Angriffspunkt, der zu einer chronischen Entzündungsreaktion führt, ist.31 Die Arteriosklerose, aber auch die arterielle Hypertonie, sind assoziiert mit morphologischen und funktionellen Alterationen des Endothels. Die arteriosklerotischen Veränderungen entstehen durch eine chronische pro-inflammatorische Reaktion.32 Die morphologischen Veränderungen dieser chronischen Entzündungsreaktion beinhalten die subendotheliale Akkumulation von Fibrin, zelluläre Infiltrationen sowie eine Schwellung der Endothelzellen. Funktionell alteriert ist die Endothel-abhängige Regulation des Gefäßtonus, einschließlich der NO, Endothelin und Cyclooxygenase vermittelten Prozesse.29,33 Als Resultat finden sich kleinste Veränderungen der arteriellen Endothelzellauskleidung sowie der zirkulierenden Monozyten. Diese geringen Verletzungen des Endothels können zu funktionellen Veränderungen der Zellen und zu einer gesteigerten Monozytenadhärenz führen.31


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Arteriosklerose und Hypertonie sind verwandte Krankheitsentitäten.34 Daher sind die molekularen Mechanismen an den Gefäßen ähnlich, jedoch nicht im Detail verstanden. Die zur Zeit allgemein vertretene Auffassung besagt, dass die frühen Stadien der Arteriosklerose einem entzündungsähnlichen Prozeß35 gleichen, der durch die Einlagerung von Lipoproteinen in die Gefäßwand induziert wird und zunächst als ein reparativer Prozeß verstanden werden kann, der jedoch, wenn er überhand nimmt und chronisch bleibt, zu einer Zerstörung des Organs „Gefäß“ führt.36 Atherogene Stimulanzien, wie erhöhte LDL-Konzentrationen, initiieren die Entzündungsreaktion durch Mechanismen, die die Rekrutierung von Monozyten und oxidativen Stress auszulösen.37 Zudem werden auch pathogene Mikroorganismen und ihre Produkte als Ko-Faktoren für Initiation und Progression der Arteriosklerose diskutiert.21 Der Transkriptionsfaktor NF-κB ist der Hauptschalter bei der Aktivierung der Gene, die zu der Aktivierung von Leukozyten und zu der Entwicklung der Entzündungsreaktion führen.38

Die Hypertonie und Arteriosklerose sind in der Tat durch eine verstärkte Rekrutierung mononukleärer Zellen in der Intima charakterisiert.33 Arterien von Hypertonikern sind verdickt, die Zellen der glatten Muskulatur können vermehrt sein, und es findet sich eine erhöhte Ablagerung von Bindegewebe. In der Tat ist die mit der Hypertonie vergesellschaftete Arteriosklerose charakterisiert durch eine entzündliche proliferative Reaktion der Gefäßwand.39 Das Hauptmerkmal der Entwicklung einer Gefäßläsion im Rahmen von Hypertonie und Arteriosklerose ist eine Ansammlung von Monozyten/Makrophagen und T-Zellen innerhalb der Arterien in Arealen mit niedrigem Scherstress.40 Eine vermehrte Proliferation von Zellen glatter Muskulatur in der Media mit einer zunehmenden Ablagerung von Bindegewebe und einer vermehrten Neovaskularisierung zeichnen die pathophysiologischen Veränderungen bei Arteriosklerose und arterieller Hypertonie aus.41

Eine besondere Form der arteriellen Hypertonie stellt die Präeklampsie dar.42 Präeklampsie ist definiert als ein Anstieg des Blutdrucks nach der 20. [Seite 15↓]Schwangerschaftswoche auf (>140/90 mm Hg) mit Proteinurie (> 300 mg/l) in Patientinnen, die vorher keine Hypertonie oder Nierenveränderungen aufgewiesen haben. Präeklampsie ist eine Hauptursache für mütterliche Morbidität und Mortalität sowie die Hauptursache für kindliche Frühgeburtlichkeit und Morbidität.43 Ein besonderes Phänomen der Präeklampsie ist, dass die gefäßbedingten Veränderungen foudroyant verlaufen und innerhalb weniger Wochen Veränderungen sichtbar werden, die bei anderen Formen der Hypertonie viele Jahre benötigen.44 Es wird ein akuter arteriosklerotischer Prozeß der Basalarterien, und zwar in ihrem myometrialen Abschnitt und am Übergang zur intradezidualen Spiralarterienstrecke, beobachtet. Dabei treten fibrinoide Wandnekrosen, eine diffuse Fibrininsudation, Lipidakkumulation, Makrophagen und perivaskuläre monozytäre Infiltrate sowie zusätzliche Fibrinthromben auf.45 Insofern ist die Präeklampsie ein Modell für Hypertonie-bedingte Gefäßveränderungen. Die Ursache für Präeklampsie ist trotz intensiver Forschung ungeklärt.46 Nach dem jetzigen Stand der Wissenschaft aber sind eine chronisch Entzündungsreaktion, eine immunologische Komponente und eine Fehlregulation des Renin-Angiotensin Systems in dem Krankheitsprozess sehr involviert.47,48

In Anbetracht der Interaktionen von Arteriosklerose und arterieller Hypertonie scheint es sinnvoll, Mechanismen anzunehmen, die beiden gemeinsam sind. Zu diesen potentiellen Mechanismen gehören: eine endotheliale Dysfunktion, eine erhöhte Permeabilität des Endothels für Lipoproteine, eine erhöhte Adhärenz mononukleärer Zellen und erhöhter oxidativer sowie hämodynamischer Stress, welcher eine Plaqueruptur triggern kann.41 In beiden Prozessen ist eine chronische Entzündungsreaktion ein Schlüsselereignis und für die pathophysiologischen Prozesse in der Gefäßwand verantwortlich. Die hier aufgezeigten Untersuchungen befassen sich mit dieser Problematik.


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1.3.  Der Transkriptionsfaktor NF-κB und seine Bedeutung in der Entzündungsreaktion

1.3.1. Einleitung

Die verschiedenen Zellen der Gefäßwand reagieren auf verschiedenste Veränderungen in ihrer Umgebung mit einer spezifischen Genexpressionsantwort, die zu einer de novo-Proteinsynthese führt.49 Diese Veränderungen werden in der Regel durch die verschiedenen Rezeptorsysteme ausgelöst, welche sich in der Zellmembran oder im Zytosol befinden und durch einen spezifischen Stimulus oder ein definiertes Spektrums an Stimuli aktiviert werden.30 Dieser Aktivierung folgt eine komplexe Abfolge an Signalübertragungsvorgängen. Das letzte Glied einer solchen Signaltransduktionskaskade, das zur Genexpression führt, bilden die Transkriptionsfaktoren.50,51 Dies sind Proteine, die darauf spezialisiert sind, nach einer Aktivierung in den Zellkern der Zelle verlagert zu werden und die Transkription von Genen durch sequenzspezifische DNA-Bindung an regulatorische Promoter- und Enhancer- Einheiten zu regulieren.52

Sen und Baltimore haben NF-κB zuerst als Transkriptionsfaktor an einer charakteristischen DNA-Region, dem Immunglobulin-kappa-Ketten-Enhancer, in reifen B-Lymphozyten der Maus 1986 beschrieben.53,54 Die weiteren Analysen ergaben, dass NF-κB sowohl in vielen immunologisch kompetenten Zellen als auch in sämtlichen Zellen der Gefäßwand, ja in fast allen Körperzellen durch unterschiedliche Stimuli freigesetzt wird und dass dadurch äußerst schnell zahlreiche Gene aktiviert werden können.55 Viren, insbesondere auch Retroviren wie HTLV-1 und HIV-1, besitzen ebenfalls spezifische Bindungselemente für NF-κB.56-58

1.3.2. Physiologie von NF-κB

Es stellte sich heraus, dass NF-κB ein pluripotenter Aktivierungsfaktor einer zellulären Antwort auf Veränderungen in der Umwelt ist.59 Die Stimuli, welche NF-κB aktivieren, reichen von physikalischem Stress (ionisierende Strahlung, UV-Strahlung, [Seite 17↓]Scherkräfte) über infektiöse Agenzien (wie Viren, Bakterien, Parasiten und ihre Produkte) bis hin zu biochemischen Reizen und zellulären Botenstoffen (wie den Zytokinen, Hormonen oder Wachstumsfaktoren).60 Eine Schlüsselrolle in der Aktivierung von NF-κB nimmt oxidativer Stress in Form von H202 oder 02- und Tumor-Nekrose-Faktor α (TNF α) ein.61,62

Der Vielfalt an Stimuli, die NF-κB aktivieren können, steht eine nicht minder große Anzahl an Genen gegenüber, die durch NF-κB reguliert werden. Diese noch nicht abgeschlossene Reihe reicht von Zytokinen und Wachstumsfaktoren wie z. B. Interleukin (IL)-1, IL-6, IL-8, TNFα bis zu Granulozyten/ Makrophagen-Kolonie-stimulierenden Faktor (GM-CSF).58,63

In seiner aktiven Form liegt NF-κB beim Menschen als Homo- oder Heterodimer vor.64 Die Untereinheiten zeichnen sich durch die so genannte Rel-Homology-Domain (RHD) aus, eine ca. 300 Aminosäuren lange Region. Innerhalb dieser Domäne befinden sich die DNA-Bindestelle, das Kernlokalisierungssignal (Nuclear Localization Signal = NLS) sowie die Dimerisierungsregion.65 Bisher sind fünf Mitglieder der NF-κB/Rel-Familie bekannt: p65 (RelA), RelB, c-Rel, p100/p52, p105/p50. Am häufigsten ist NF-κB aus den Untereinheiten p50/p65 zusammengesetzt. p65 (RelA), RelB und c-Rel werden primär als transkriptionsaktivierende Proteine synthetisiert. p100/p52 und p105/p50 werden als 100 bzw. 105 kDa- Vorläuferprotein synthetisiert, das anschließend in eine 52 bzw. 50 kDa schwere transkriptionell aktive Form prozessiert wird.55 NF-κB bindet an verschiedene DNA-Erkennungsmotive, entsprechend der DNA-Konsensussequenz 5'-GGGRNNYYCC-3'(R = Purin, Y = Pyrimidin). Die einzelnen Mitglieder der NF-κB Familie binden mit unterschiedlich hoher Affinität und Spezifität auch an von dieser Konsensussequenz gering abweichende DNA-Sequenzen, wodurch rasch ein Netzwerk an unterschiedlichen Aktivierungsmustern der Zielgene erreicht wird.66

Die NF-κB-/IκB-homologen Proteine Dorsal und Cactus sind bei der Fruchtfliege Drosophila melanogaster in der Embryogenese bei der dorso-ventralen Polarisation und zusammen mit den NF-κB-homologen Proteinen Dif und Relish in der adulten [Seite 18↓]Fruchtfliege bei der unspezifischen Immunantwort von Bedeutung.67 Die Signaltransduktion erfolgt über Toll, einen Rezeptor, der eine hohe Homologie zum humanen IL-1-Rezeptor aufweist. Eine für die Signalübertragung wesentliche Kinase ist Pelle, das Drosophila-Homolog zur humanen IRAK-Proteinfamilie.68 Die Toll-Proteinfamilie zeichnet sich durch eine Region hoher Homologie, Toll/IL-1-Rezeptor- Domäne (TIR) genannt, aus. Diese Domäne findet sich bisher in zahlreichen Rezeptoren und einem zytoplasmatischen Adapterprotein.69

1.3.3. Physiologie von IκB

Die präzise Regulation von Genexpression durch die NF-κB/Rel Familie erfordert komplexe Mechanismen, welche die zelluläre Umgebung registrieren und auf eventuelle Veränderungen reagieren können. 63 NF-κB liegt im Zytoplasma an eine inhibitorische Untereinheit, IκB, gebunden vor. 70 Bislang wurden sieben IκB-Moleküle identifiziert: IκBα, IκBβ, IκBγ, IκBε, Bcl-3, p100 und p105. Allen IκB-Molekülen gemeinsam ist eine sich wiederholende Region von 30–33 Aminosäuren, den so genannten Ankyrin-Repeats, die eine Protein-Protein-Interaktionsdomäne darstellt. 71 Die IκB-Moleküle enthalten zusätzlich eine C-terminale Sequenz, die reich an Prolin, Glutamat, Serin und Threonin ist.72 Diese sogenannte PEST-Sequenz ist essentiell für die schnelle Degradation der IκB-Moleküle bei NF-κB Aktivierung.73 Das am besten analysierte IκB-Molekül ist IκBα. IκBα inhibiert durch Maskierung des NLS die Translokation von NF-κB in den Zellkern.66 Eine Ankyrin-Repeat-Domäne mit anschließender PEST-Sequenz findet sich auch am carboxyterminalen Ende der Vorläuferproteine für p52 und p50 (p105 und p100). p105 und p100 fungieren als interne Inhibitoren durch Assoziation mit p65 oder c‑Rel und sind ebenfalls Ziel von Phosphorylierungen und proteolytischer Spaltung nach Stimulierung mit TNFα, PMA oder LPS.74 Die Phosphorylierung von IκBα ist der erste Schritt für die Degradierung des Inhibitormoleküls, was anschließend durch die Ubiquitinilierung an Lysin 21 und Lysin 22 erfolgt, der die Degradierung durch das 26S-Proteasom einleitet.75


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Im weiteren konnte der Kinasenkomplex, der zur Degradation von IκB führt, identifiziert werden.71 Zu ihnen gehören NEMO (NF-κB essential modulator), welches an der Bildung des IκKα/IκKβ-Komplexes beteiligt ist und heute auch IκKγ genannt wird, sowie der Aktivator von IκKαund IκKβ, die NF- κ B-induzierende Kinase (NIK). 66,76

1.3.4. Funktion von NF-κB

NF-κB induziert zahlreiche Gene, die für entzündliche Prozesse und für die Akute- Phase-Reaktion relevant sind. Hierzu zählen insbesondere eine große Anzahl an proinflammatorisch-regulierenden Genen, zu denen Wachstumsfaktoren, Zytokine, Chemokine und zelluläre Rezeptoren gehören.77 Einige werden jedoch nicht nur durch NF-κB induziert, sondern sind auch selbst in der Lage, NF-κB zu aktivieren, sodass sich hier ein sich selbst amplifizierender Zyklus ergibt.78 Als Beispiel seien hier die pluripotenten Zytokine TNFα, IL-1 und IL-6 genannt, die zugleich auch die wichtigsten NF-κB regulierten Akute-Phase-Regulatoren sind.65

Ein wesentlicher Faktor bei der Entstehung von Entzündungsprozessen ist die Rekrutierung von Granulozyten, Monozyten sowie T-Lymphozyten aus dem Kreislauf an den Ort der Entzündung.79 Hierzu müssen Adhäsionsmoleküle wie VCAM-1, ICAM-1, PECAM-1 und E-Selektin exprimiert werden um einerseits die Oberfläche der Endothelzellen für die Ansammlung und andererseits die Migration von immunologisch relevanten Zellen ins Zielgewebe vorzubereiten. 80

Ein Schlüssel liegt hierbei in der örtlichen Aktivierung von NF-κB durch inflammatorische oder immunologische Reize, welche eine Stressreaktion mittels ROIs (Reactive Oxygen Intermediates) und Anschalten des pro-inflammatorischen Enzyms iNOS (inducible Nitric Oxidase Synthase) auslösen.81

Neben der breiten aktivierenden Wirkung auf Chemokine, Zytokine, Immunrezeptoren und Adhäsionsmoleküle wird bei zahlreichen chronisch-entzündlichen Prozessen eine erhöhte Expression der NF-κB-induzierbaren iNOS Enzym vorgefunden: in den Epithelien der Atemwege und in Makrophagen von [Seite 20↓]Asthma-Patienten, in den Epithelien der Kolonschleimhaut bei Colitis ulcerosa , bei Lupus erythematodes und Synovialzellen bei rheumatoider Arthritis.58 NF-κB ist in letzter Zeit in verschiedenen kardiologischen Fragestellungen untersucht worden.82,83 In tierexperimentellen Untersuchungen konnte durch die Hemmung von NF-κB ein Myokardinfarkt in der Ratte nahezu verhindert werden.84 Ritchie et al. konnten zeigen, dass NF-κB selektiv in Patienten mit instabiler Angina pectoris aktiviert ist.85 Brand et al. konnten zeigen, dass aktiviertes NF-κB in arteriosklerotischem Gewebe in glatten Muskelzellen, Endothel und Makrophagen exprimiert ist.86 Funktionelle Daten hierzu kamen aus den Arbeitsgruppen von Libby, die zeigen konnten, dass aktiviertes NF-κB für die Proliferation von glatten Muskel- bzw. Endothelzellen notwendig ist.15 In einem Tiermodell an hypercholesterinämischen Kaninchen konnten Hernandez-Resa et al. zeigen, dass NF-κB vor allem in den frühen Phasen der Plaqueentwicklung beteiligt ist.87 Komplexe genetische Regressionsanalysen von Liao et al. haben einen gemeinsamen Zusammenhang für freie Sauerstoffradikale, oxidiertes LDL, die Entstehung von "fatty streaks" in der Aorta und einer NF-κB-Aktivierung aufgezeigt.88

NF-κB ist in Makrophagen, Endothelzellen, glatten Gefäßmuskelzellen, Glomeruli und Tubuli beschrieben worden.38 Ebenso ist der Transkriptionsfaktor in Fibroblasten und Kardiomyozyten identifiziert worden. Neben verschiedenen Stimuli wie Lipopolysaccharid (LPS), Interleukin-1 (IL-1) und TNFα, führt Angiotensin II (Ang II) zu einer Aktivierung von NF-κB. Diese Aktivierung von NF-κB durch eine chronische Ang II Stimulation ist für die Entstehung des Endorganschadens an Gefäßen in Niere und Herz besonders wichtig.89

Stickoxid (NO), das Produkt der iNOS, vermag in Lymphozyten NF-kB zu aktivieren.90 Dieser positive autoregulatorische Mechanismus, ähnlich wie für TNF dargestellt, scheint hier jedoch zelltypspezifisch zu sein, da in Endothelzellen NO die Aktivierung von NF-kB durch TNFa inhibieren kann. Wahrscheinlich liegt eine gleichzeitige Induktion von IkBa zugrunde.91


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Im Laufe der Zeit kristallisierten sich reaktive Sauerstoffradikale (ROI) als ein wichtiger Botenstoff bei der Aktivierung von NF-κB und der Induktion von Entzündungsreaktionen heraus.66 Die Aktivierung von NF-κB durch H2O2 kann ebenfalls durch Präinkubation der Zellen mit Antioxidantien wie NAC (N-Acetylcystein), DITC (Dithiocarbamat) oder PDTC (Pyrrholidindithiocarbamat) wie auch dem Enzym Thioredoxin inhibiert werden.92,93 Dies weist auf eine Redoxkontrolle hin.60 Die verstärkte Expression von proinflammatorisch wirkenden Zytokinen kann so durch die Aktivierung von NF-κB nach einer Reperfusion und somit Reoxygenierung von hypoxischem Gewebe ausgelöst werden.79,94

Eine Induktion von NF-κB durch Viren aktiviert zum einen pro-inflammatorische Zytokine wie IL-6, die zur Aktivierung oder Verstärkung einer bestehenden entzündlichen Erkrankung führen können, zum anderen wird NF-κB oft für die Replikation des Virus selbst ausgenutzt.57 Zytomegalovirus (CMV) stimuliert NF-κB und wird wiederum transkriptionell aktiviert durch NF-κB.55

Eine weitere wesentliche physiologische Bedeutung der NF-κB-Aktivierung über TNF-Rezeptor-1 besteht in der antiapoptotischen Funktion.56 Ein erster Hinweis hierfür kam durch p65 (RelA)-defiziente Mäuse, die intrauterin an einer Leberapoptose verstarben.95 Auch hier hat man weitere wichtige Signaltransduktionswege identifiziert, an denen die durch NF-κB regulierten c-IAPs (Inhibitors of Apoptosis) von besonderer Bedeutung sind. Die c-IAPs induzierten antiapoptotische Wirkung nach NF-κB-Aktivierung.96

1.3.5. therapeutische Interventionsmöglichkeit

NF-κB ist maßgeblich an der Aktivierung zahlreicher für den Ablauf einer Entzündung relevanter Gene beteiligt.66 Daher liegt der Versuch nahe, über diesen Faktor eine breite entzündungshemmende Wirkung zu erreichen.90 Die Gruppe der Glukokortikosteroidhormone repräsentiert nach wie vor die klinisch bedeutsamsten Immunsuppressiva. Es konnte gezeigt werden, dass Glukokortikosteroide durch verschiedene Mechanismen NF-κB inhibieren können.97 Antiphlogistische [Seite 22↓]Substanzen wie Azetylsalizylsäure, Sulfasalazin, Pentoxiphyllin und Vitamin-A-Säure, vermitteln ihre Wirkung ebenfalls teilweise durch eine Inhibition von NF-κB.58 Azetylsalizylsäure und Sulfasalazin interferieren hierbei mit der Degradation von IκBa und IκBb.84,98

Proteine der NF-κB-Familie stehen bei fast allen inflammatorischen und immunologisch initiierten Reaktionen und bei Erkrankungen mit Einflussnahme der Apoptoseregulation (z.B. bei bestimmten Tumoren) als regulatorische Instanz funktionell oder als pathophysiologisch relevante Kandidatengene im Interesse der Forschung.99,100

Bei Morbus Hodgkin, einem B-Zell-Lymphom, besteht eine besonders hohe Proliferationsrate der klonalen malignen Reed-Sternberg-Zellen mit Zellaktivierung und Zytokinproduktion bei gleichzeitiger hoher Aktivität von NF-κB.101 Diese war lange Zeit durch eine NF-κB-Transaktivierung durch Epstein-Barr-Virus-Proteine zu erklären.57 Bei EBV-negativen Hodgkin-Lymphomen konnten somatische Mutationen im IκBα-Gen in Hodgkin/Reed-Sternberg-Zellen und gleichzeitiger Verlust der IκBa-Funktion identifiziert werden. Somit stellt eine genetische Veränderung mit Funktionsverlust des wichtigsten Kontrollproteins der NF-κB-Signalkaskade einen definierten Ausgangspunkt für klonale Proliferation, Ausbleiben von apoptotischem Zelltod und somit für eine maligne Transformation in B-Lymphozyten dar.102,103

Bei der seltenen X-chromosomal-dominant vererbten Erkrankung Incontinentia pigmenti konnte bei der größten Anzahl der Patientinnen an dem Schlüsselprotein für die Aktivierung von NF-κB, NEMO (NF-kB Essential Modulator)/IκKγ, ein zugrunde liegender Defekt nachgewiesen werden.104 Somit ist neben dem Morbus Hodgkin eine weitere Erkrankung mit Dysregulation der Zellproliferation und Apoptose pathogenetisch auf der Genebene mit Proteinen dieses Transkriptionsfaktorsystems assoziiert.102,105. Zukünftige Analysen mit transgenen Modellen und genetische Untersuchungen beim Menschen werden Aufschluss über pathophysiologische Zusammenhänge und therapeutische Möglichkeiten, auch die vaskuläre Medizin betreffend, geben.38


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1.4.  Zielstellung der Untersuchungen

Die vorliegende Habilitationsschrift befasst sich mit folgenden Problemstellungen:


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17.06.2004