Einfluss von Vasopressin-Rezeptoren und Aquaporinen auf den sekundären Hirnschaden nach experimentellem Schädel-Hirntrauma

Das Schädel-Hirntrauma (SHT) ist bei Kindern und jungen Erwachsen
bis zum 45. Lebensjahr mit einer Inzidenz von 332 Verletzten pro
100.000 Einwohner in Deutschland die häufigste Krankheits- und
Todesursache. Neben dem persönlichen Leiden und der hohen Rate an
posttraumatischer Pflegebedürftigkeit, sollte auch die
sozioökonomische Tragweite mit, allein in Deutschland,
gesamtgesellschaftlichen Kosten von 2,8 Milliarden Euro pro Jahr
berücksichtigt werden. Zwei wesentliche Verletzungsmuster des SHT
werden unterschieden: die fokale Kontusion sowie der diffuse
Axonschaden. Beide Mechanismen führen zum posttraumatischen
Hirnödem und intrakraniellem Druckanstieg, Hauptprädiktoren für ein
schlechtes Ergebnis der Patienten. Die daraus resultierende
zerebrale Minderperfusion und Hirnischämie münden in einen Circulus
vitiosus mit Progredienz des Hirnödems. Ca. 50% des Hirnödems
entsteht sekundär und wäre daher einer Behandlung prinzipiell
zugänglich. Trotz intensiver Forschung fehlt weiterhin eine kausale
und anti-ödematöse Therapie. Vasopressin und V1a-Rezeptoren
scheinen eine wesentliche Rolle in der Pathophysiologie von
Hirnschädigungen zu spielen, da einerseits die Höhe des
Vasopressin-Serumspiegels positiv mit der Schwere von verschiedenen
Hirnläsionen korreliert und andererseits eine pharmakologische
Hemmung des V1a-Rezeptors das Hirnödem und den sekundären
Hirnschaden nach experimentellem Schädel-Hirntrauma mindert.
Während die systemische Regulation der Wasserhomöostase in der
Niere über den antidiuretischen Effekt von Vasopressin sehr gut
bekannt ist, vermittelt über V2-Rezeptoren und Aquaporin 2 (AQP2),
ist sowohl die zentrale Funktion von Vasopressin als auch die
Regulation zerebraler AQP noch unzureichend verstanden. Ziel der
vorliegenden Arbeit war es daher 1. den Einfluss von Vasopressin
V1a-Rezeptoren auf den sekundären Hirnschaden nach experimentellem
SHT an einem hochspezifischen V1a-Rezeptor knock-out Mausmodell zu
untersuchen, 2. die Bedeutung der zerebralen AQP 1, 4 & 9 für
den Hirnwassertransport und die post-traumatische Hirnödem
Entstehung zu erforschen sowie 3. die Frage zu klären, ob die
gezeigten anti-ödematösen Effekte des V1a-Rezeptors über zerebrale
AQP nach Controlled Cortical Impact (CCI) im Mausmodell vermittelt
werden. An tief anästhesierten Wildtyp und V1a-Rezeptor knock-out
Mäusen wurde nach mikrochirurgischer Präparation ein
standardisiertes und mittelschweres CCI ausgelöst. Die Hirnentnahme
erfolgte je nach Zielparameter jeweils von unbehandelten Mäusen
sowie 15 Minuten, 1, 3, 6, 12, 24 h oder 7 Tage nach Trauma. Für
die Validierung des knock-out Modells wurden die physiologischen
Parameter intrakranieller Druck, mittlerer arterieller Druck und
die zerebrale Durchblutung vor und über 30 Minuten nach CCI
bestimmt. Für die Untersuchung der neuroprotektiven Effekte des V1a
Rezeptors waren die Zielparameter: Hirnwassergehalt, sekundäres
Nekrosevolumen, die neurologische Funktion, Gewichtsänderung sowie
die Mortalität. Die Entwicklung von maushirnspezifischen Primern
war wesentliche Voraussetzung für die Quantifizierung von AQP1, 4
& 9 mRNA durch quantitative Real-Time PCR. Immunhistochemisch
wurden mit der Fluorchrom-Methode und dem Infrarot Scan AQP1 &
4 lokalisiert und quantifiziert. Wesentliche Ergebnisse waren der
Nachweis der neuroprotektiven Effekte durch die Deletion des
V1a-Rezeptors, wodurch das posttraumatische Hirnödem und der
sekundäre Hirnschaden 24 h nach Trauma um knapp 30% reduziert
wurde, der posttraumatische Gewichtsverlust über 7 Tage verringert
sowie die neurologische Funktion über 7 Tage nach experimentellem
SHT signifikant verbessert war. Die murinen AQP1, 4 & 9 Primer
waren spezifisch und für die quantitative RT-PCR geeignet. Auf
Transkriptionsebene wurde AQP1 V1a-Rezeptor-abhängig 24 h nach CCI
hochreguliert. AQP4 mRNA wurde konstitutiv exprimiert. AQP9
unterlag auf Transkriptionsebene keiner posttraumatischen
Regulation. Auf Proteinebene wurde AQP1 nicht nur auf dem Ependym
des Plexus choroideus, sondern erstmals auf kortikalen Neuronen im
Maushirn detektiert. AQP4 war ubiquitär auf kortikalen und
subkortikalen Astrozyten lokalisiert. Posttraumatisch wurde AQP1
kontralateral und AQP4 periläsional V1a-Rezeptor-abhängig sowohl
kurz- als auch langfristig reguliert. Zusammenfassend ist zu sagen,
dass Vasopressin an der Entstehung des sekundären Hirnschadens über
V1a Rezeptoren nach experimentellem SHT im Mausmodell beteiligt
ist. Die gezeigten anti-ödematösen Effekte werden im V1a-Rezeptor
knock-out Mausmodell über Aquaporine vermittelt. Die kurz- und
langfristige V1a-Rezeptor-abhängige AQP1 & 4 Regulation im
Hirnparenchym korreliert dabei mit der Bildung des
posttraumatischen Hirnödems. Somit sind der V1a-Rezeptor sowie AQP1
& 4 ein möglicher pharmakologischer Angriffspunkt für die
Prävention und Reduktion des posttraumatischen, sekundären
Hirnödems.