Kardioprotektion nach Ischämie/Reperfusion durch embryonale endotheliale Progenitorzellen

Der akute Myokardinfarkt stellt in den Industrienationen immer noch
eine der häufigsten Todesursachen dar. Auch nach Wiedereröffnen des
Gefäßes führt eine prolongierte myokardiale Ischämie zur Ausbildung
eines Infarktareals. Neben der irreversiblen Schädigung der
Myozyten während der Ischämie kommt es auch zu dem so genannten
Reperfusionsschaden, dieser kann aber, zumindest tierexperimentell,
durch eine entsprechende Therapie verringert werden. Wir konnten
bereits zeigen, dass die retrograde Applikation von embryonalen
endothelialen Vorläuferzellen, von murinen Embryonen Tag 7,5
(Tie-2+, c-Kit+, Sca-1+, flk-1 low, MHC-1-) eine Kardioprotektion
über lösliche Faktoren vermittelt. Diese Reduktion der Infarktgöße
war über einen PI3K-AKT Signaltransduktionsweg vermittet. In der
hier vorliegenden Studie haben wir uns mit dem Einfluss von
Thymosin β4 auf die eEPC vermittelte Kardioprotektion beschäftigt.
Methoden: In vitro wurden neonatale ventrikuläre Myozyten der Ratte
einer Hypoxie (4 h) und Reoxygenation (1 h) ausgesetzt. Die
überlebenden Zellen wurden mittels Trypan-Blau-Exklusion
identifiziert. Des Weiteren wurden neonatale ventrikuläre
Endothelzellen der Ratte auch einer Hypoxie (18 h) und
Reoxygenation (4 h) ausgesetzt und die Apoptoserate mittles
TUNEL-Färbung analysiert. Embryonale EPCs mit/ohne Thymosin β4
shRNA Transfektion wurden während Hypoxie kokultiviert oder
Thymosin β4 Protein wurde dem Medium zugesetzt. In Schweinen (n= 9
pro Gruppe) wurde am Tag 1 mittels LAD-Verschluß (1 h) ein Infarkt
induziert. 5x106 eEPCs mit/ohne Thymosin β4 shRNA Transfektion oder
Thymosin β4 Protein wurden nach 55 min Ischämie in die anteriore
interventrikulare Herzvene retroinfundiert. Nach 24 h Reperfusion
wurden die globale und regionale Myokardfunktion (Sonomikrometrie)
sowie die Infarktgröße bestimmt. Darüber hinaus wurde die
Inflammation mittels Myeloperoxidase Analyse im Gewebe untersucht.
Ergebnisse: Die „short hairpin“ Ribonukleinsäure (shRNA)
Transfektion führte zu einer verringerten Thymosin „messanger“ RNA
Expression in „real time“ Polimerase Kettenreaktions-Untersuchungen
(rt-PCR). In Zellkultur war der Anteil überlebender neonataler
Kardiomyozyten in Anwesenheit von eEPCs signifikant erhöht, wenn
diese Zellen Thymosin β4 exprimierten. Die Analyse der
TUNEL-Färbung zeigte eine deutlich geringere Apoptoserate der
neonatalen Endothelzellen, die mit eEPCs kokultiviert wurden, es
sei denn die Thymosin β4 Expression wurde durch Transfektion der
shRNA reduziert. Die Applikation von Thymosin β4 Protein zeigte bei
beiden Zellarten ein ähnliches Ergebnis wie die Kokultivierung mit
den eEPCs. In vivo waren nach 24 h zahlreiche Zellen im
ischämischen Areal nachweisbar. Die Anzahl der Zellen war durch die
Reduktion der Thymosin β4 Expression nicht beeinträchtigt. Die
regionale Applikation der eEPCs reduzierte die Infarktgröße
signifikant gegenüber der Kontrollgruppe, wohingegen die Thymosin
β4 shRNA Transfektion der eEPCs diesen Effekt inhibierte. Auch hier
zeigte die retrograde Applikation des Thymosin β4 Proteins eine
kardioprotektive Wirkung, die ähnlich ausgeprägt war wie die der
eEPCs. Die Analyse der TUNEL-positiven Zellen zeigte eine deutliche
Reduktion der Apoptoserate nach Retroinfusion der eEPCs oder des
Thymosin β4 Protein, auch hier verloren die eEPCs ihre protektiven
Eigenschaften nach der Transfektion mit Thymosin β4 shRNA. Die
Inflammation im Ischämieareal, ein wichtiges Kennzeichen für die
Ausprägung des Ischämie/Reperfusionsschadens, konnte durch die
Verabreichung von eEPCs und auch Thymosin β4 Protein signifikant
reduziert werden. Die Reduktion der Thymosin β4 Expression
verhinderte wiederum diesen kardioprotektiven Effekt. Diese
Untersuchungen zeigen, dass embryonale endotheliale Vorläuferzellen
den Ischämie/Reperfusionsschaden zu einem frühen postischämischen
Zeitpunkt verringern. Der kardioprotektive Effekt dieser Zellen ist
zumindest teilweise Thymosin β4 abhängig, da eine analoge
Protektion durch die lokale Applikation von Thymosin β4 Protein
erreicht werden kann. Generell zeigt diese Arbeit, dass neben dem
direkten Einsatz von Vorläuferzellen und Stammzellen zur Behandlung
des Reperfusionsschadens diese Zellen auch genutzt werden können,
um mögliche Kandidatenproteine zur Kardioprotektion nach akutem
Myokardinfarkt zu identifizieren und somit eine effektive Therapie
des Reperfusions-schadens beim Menschen zu ermöglichen.