Die Bedeutung von TRPC1, 3 und 6 für die Pathogenese der durch chronische Hypoxie induzierten pulmonalen Hypertonie

Chronische Hypoxie induzierte pulmonale Hypertonie (CHPH) ist eine schwerwiegende Erkrankung, die mit einer Erhöhung des mittleren pulmonalartiellen Drucks auf über 25 mmHg einhergeht. Im Zuge der Erkrankung kommt es zum vaskulären Remodelling, an dem insbesondere pulmonalarterielle glatte Muskelzellen (pulmonary arterial smooth muscle cells, PASMC) der Tunica media beteiligt sind und das zu einem Anstieg des pulmonalen Gefäßwiderstands und somit des rechtsventrikulären Drucks führt. Bei schweren Fällen führt dies zu einer rechtsventrikulären Hypertrophie, die im finalen Stadium der PH eine systolische und diastolische Dysfunktion des rechten Ventrikels zur Folge hat. Dabei beeinflusst die Funktion des rechten Ventrikels entscheidend die Überlebensdauer der an PH erkrankten Patienten. Obwohl eine steigende Prävalenz der an PH erkrankten Patienten verzeichnet wird, existiert bislang keine Therapie, die ein Fortschreiten der Erkrankung vollständig verhindert.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Bedeutung der klassischen transienten Rezeptor Potential (TRPC) Proteine 1, 3 und 6 für die Entstehung von CHPH untersucht. TRPC Proteine bilden nicht-selektive Kationenkanäle, die vorwiegend Calcium- und Natrium-Ionen leiten. Eine hohe intrazelluläre Calciumkonzentration wird mit einer hohen Proliferations- sowie Migrationsrate und einer reduzierten Apoptoserate der PASMC in Verbindung gebracht, sodass eine Verbesserung der PH-assoziierten Veränderungen durch das Fehlen von TRPC1, 3 und 6 vermutet wird.
Daher wurden TRPC1, 3 und 6 defiziente Mäuse (TRPC1/3/6-/- Mäuse) sowie TRPC1/3/6 Wildtyp Mäuse (TRPC WT Mäuse) im Hypoxiemodell der pulmonalen Hypertonie untersucht. Dabei zeigten die hämodynamischen sowie echokardiografischen Untersuchungen, dass TRPC1/3/6-/- Mäuse eine PH mit geringerem Schweregrad im Vergleich zu TRPC WT Mäuse entwickeln. Obwohl auch der echokardiografisch bestimmte pulmonale Gefäßwiderstand eine Verbesserung aufwies, blieb das vaskuläre Remodelling durch die gleichzeitige Defizienz von TRPC1, 3 und 6 unverändert gegenüber der Kontrollgruppe. Auch wenn die intrazelluläre Calciumkonzentration der PASMC durch das Fehlen der TRPC1, 3 und 6 Proteine reduziert werden konnte, zeigten PASMC isoliert aus TRPC1/3/6-/- Mäusen im Vergleich zu PASMC isoliert aus TRPC WT Mäusen keine reduzierte Proliferations- sowie Migrationsrate. Im Gegensatz dazu konnte eine verminderte Apoptoserate der PASMC von TRPC1/3/6-/- verglichen mit TRPC WT Mäusen festgestellt werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit zeigten TRPC1/3/6 /- Mäuse zudem eine rechts- und linksventrikuläre Hypertrophie sowie eine erhöhte Kollageneinlagerung in das Herz- sowie Lungengewebe. Des Weiteren ergab sich in Untersuchungen mithilfe des 4-Kammer-Myographensystems eine reduzierte aortale Wandspannung sowie bei Versuchen der isolierten, ventilierten und blutfrei perfundierten Lunge ein reduzierter Anstieg des pulmonalarteriellen Drucks nach Applikation des Vasokonstriktors Kaliumchlorid für TRPC1/3/6-/- Mäuse. Zudem konnte eine geringere Konzentration des Angiotensin-konvertierenden Enzyms 2 in Plasmaproben der Normoxie-exponierten TRPC1/3/6-/- Mäuse festgestellt werden. Darüber hinaus hatte die gleichzeitige TRPC1, 3 und 6 Defizienz einen Einfluss auf die systemische Hämodynamik. Insgesamt konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass eine Deletion der TRPC1, 3 und 6 Proteine zu einem partiellen Schutz vor der Entstehung einer CHPH führt. Ursachen, warum in der vorliegenden Arbeit lediglich ein partieller Schutz festgestellt werden konnte, wie beispielsweise mögliche kompensatorische Gegenregulationen, bleibt in zukünftigen Studien zu untersuchen. Chronic hypoxia induced pulmonary hypertension (CHPH) is a severe disease, which is accompanied by a rise in mean pulmonary arterial pressure above 25 mmHg. In addition, it is characterized by an increased right ventricular systolic pressure due to pulmonary vascular remodeling, in which pulmonary arterial smooth muscle cells (PASMCs) of the tunica media are particularly involved. Pulmonary vascular remodeling results in increased muscularization of small pulmonary arteries and pulmonary vascular resistance leading to right ventricular hypertrophy and can ultimately result in systolic and diastolic right ventricular dysfunction. In this context, the function of the right ventricle decisively influences the survival of patients suffering from PH. Although the prevalence of PH patients is increasing, there is no therapy available that completely prevents the progression of the disease nor can it be cured. In the present work, the role of the classical transient receptor potential (TRPC) proteins 1, 3 and 6 in the pathogenesis of CHPH was investigated. TRPC channels are non-selective cation channels, especially conducting calcium and sodium ions. High level of intracellular calcium concentration is associated with abnormal proliferation, migration and apoptosis of PASMCs, which is supposed to be the reason for the development of PH, thus amelioration of PH-associated changes is presumed by the absence of TRPC1, 3, and 6.
Therefore, mice simultaneously deficient of TRPC1, 3, and 6 (TRPC1/3/6-/- mice) and TRPC1/3/6 wild type mice (TRPC WT mice) were studied in the chronic hypoxia induced PH. Here, the hemodynamic as well as echocardiographic measurements showed that PH was less severe in TRPC1/3/6-/- mice when compared to TRPC WT mice. While echocardiographically determined pulmonary vascular resistance was ameliorated, vascular remodeling was unaffected by knockout of TRPC1, 3, and 6. Even though PASMCs isolated from TRPC1/3/6-/- mice had a lower intracellular calcium concentration, reduced proliferation and migration rate were not observed. In contrast, a decreased apoptosis rate of PASMCs isolated from TRPC1/3/6-/- compared with TRPC WT mice was detected. However, TRPC1/3/6-/- mice developed right and left ventricular hypertrophy and demonstrated increased collagen content in heart and lung tissue. In addition, studies using the 4-chamber myograph system showed a reduced aortic wall tension and isolated, ventilated and perfused lung measurements displayed a reduced increase in pulmonary arterial pressure after application of potassium chloride in these mice. In addition, a lower concentration of angiotensin-converting enzyme 2 was detected in plasma samples of normoxia-exposed TRPC1/3/6-/- mice. Moreover, the simultaneous deficiency of TRPC1, 3 and 6 had an impact on systemic hemodynamics. Overall, the present results show that deletion of TRPC1, 3, and 6 proteins lead to partial protection against the development of CHPH. Causes why only partial protection could be observed in the present work, such as possible compensatory counterregulations, remain to be determined in future studies.