Die Rolle des Endothelin-B-Rezeptors in der pulmonalen TH2-Inflammation

"The role of the endothelin B receptor in the pulmonary Th2 inflammation"

Pulmonary arterial hypertension is a rare, deadly disease, which is characterized by endothelial dysfunction, pulmonary vasoconstriction, pulmonary vascular hyperresponsiveness and pulmonary arterial remodeling. The endothelin system plays a crucial role in the pathogenesis of PAH. Hence, the aims of this study were to examine the role of the endothelin system in Th2-induced PAH-associated pathologies as well as agedependent endothelin-1-mediated alterations of the pulmonary vasculature. Pulmonary Th2 inflammation was induced in mice by systemic ovalbumin sensitization followed by ovalbumin airway exposure (OVA/OVA). Isolated perfused and ventilated lungs of transgenic mice were investigated to determine the effects of endothelin receptor B deficiency (ETB-/-) and human prepro-endothelin-1 overexpression (ETtg) on mean pulmonary arterial pressure and pulmonary vascular (hyper-) responsiveness. In addition, pulmonary collagen deposition and perivascular inflammation were examined by comparative histological analyses. Right ventricular hypertrophy was determined by Fulton index. Cytokine analyses of bronchoalveolar lavage fluid (BALF) and messenger ribonucleic acid analyses of lung homogenate allowed a specific characterization of the inflammation and regulatory mechanisms in the respective groups.
ETB-/- mice showed pulmonary hypertension, including pulmonary vascular hyperresponsiveness and right ventricular hypertrophy. Pulmonary vascular hyperresponsiveness and right ventricular hypertrophy aggravated following induction of pulmonary Th2 inflammation. OVA/OVA-treated ETB-/- mice showed markedly increased perivascular leukocyte infiltration, pulmonary endothelin-1 expression and BALF IL-12p40 levels in comparison to their corresponding wildtype animals. In addition, the endothelin-1-mediated pulmonary vascular release of thromboxane was distinctly augmented in ETB-/- mice. While prepro-endothelin-1 overexpression led to pulmonary vascular hyperresponsiveness in young ETtg animals, highly aged ETtg mice showed a fixed pulmonary hypertonus accompanied by right ventricular hypertrophy.
In summary, due to pulmonary Th2 inflammation, ETB deficiency led to an increased pulmonary leukocyte influx with markedly increased IL-12p40 levels and an enhanced expression of endothelin-1. These alterations as well as an increased pulmonary vascular release of thromboxane might have contributed to the increase in right ventricular hypertrophy and pulmonary vascular hyperresponsiveness, observed after OVA/OVA treatment. The results of this study support the hypothesis that endothelin receptor B plays a protective role in the pulmonary vascular system. Moreover, they show that endothelin-1 alone is sufficient to induce PAH-associated alterations in the heart and pulmonary circulation. Further studies, including separate and simultaneous inhibition of endothelin receptor A and/ or ETB, are needed to determine whether separate inhibition of endothelin receptor A could be superior to dual blockade of both endothelin receptors in PAH therapy. Die pulmonalarterielle Hypertonie ist eine seltene, zum Tode führende Erkrankung, welche durch eine endotheliale Dysfunktion, pulmonale Vasokonstriktion, pulmonalvaskuläre Hyperreagibilität und pulmonalarterielles Remodeling gekennzeichnet ist. Das Endothelinsystem spielt in der Pathogenese der PAH eine zentrale Rolle. Die Ziele dieser Arbeit lagen zum einen in der Untersuchung des Endothelin-Systems in der PAH-assoziierten
pulmonalen TH2-Inflammation und zum anderen in der Untersuchung altersabhängiger Endothelin-1-vermittelter Veränderungen von Herz und pulmonaler Zirkulation in der Maus. Die Induktion der pulmonalen TH2-Inflammation erfolgte mittels systemischer Ovalbumin-Sensibilisierung und nachfolgender Ovalbumin-Atemwegsexposition (OVA/OVA). Mit Hilfe transgener Mäuse konnten unter anderem im ex vivo Modell der isoliert perfundierten und ventilierten Mauslunge die Effekte der ETB-Defizienz (ETB-/-) und der humanen Prepro-Endothelin-1-Überexpression (ETtg) auf pulmonalarteriellen Mitteldruck und pulmonalvaskuläre (Hyper-) Reagibilität untersucht werden. Zudem erfolgten vergleichende histologische Analysen in Bezug auf pulmonale Kollagendeposition und perivaskuläre Inflammation. Mittels Fulton-Index erfolgte die Untersuchung rechtsventrikulärer Hypertrophie. Zytokin-Analysen aus der bronchoalveolären Lavage (BAL) und mRNS-Analysen aus dem Lungenhomogenat erlaubten eine genauere Charakterisierung der Inflammation und der Regulationsmechanismen in den einzelnen untersuchten Gruppen.
ETB-defiziente Mäuse wiesen einen pulmonalen Hypertonus inklusive pulmonalvaskulärer Hyperreagibilität und rechtsventrikulärer Hypertrophie auf. Infolge der pulmonalen TH2-Inflammation aggravierten sowohl die pulmonalvaskuläre Hyperreagibilität als auch die rechtsventrikuläre Hypertrophie. Die perivaskulären Leukozyteninfiltrate, die pulmonale Kollagendeposition, die pulmonale Endothelin-1-Expression und die IL-12p40-Spiegel der BAL zeigten sich in den OVA/OVA-behandelten ETB-/--Mäusen im Vergleich zu den WT-Tieren deutlich verstärkt. Zudem konnte in den ETB-/--Mäusen eine deutliche Zunahme der Endothelin-1-vermittelten pulmonalvaskulären Thromboxan-Freisetzung nachgewiesen werden. Während die Prepro-Endothelin-1-Überexpression in den jungen ETtg-Tieren mit einer pulmonalvaskulären Hyperreagibilität einherging, kam es in den stark gealterten ETtg-Mäusen zu einem fixierten pulmonalen Hypertonus inklusive rechtsventrikulärer Hypertrophie.
Zusammenfassend führte die ETB-Defizienz infolge der pulmonalen TH2-Inflammation zu einem vermehrten pulmonalen Leukozyteninflux mit deutlich erhöhten IL-12p40-Spiegeln und zu einer verstärkten Expression von Endothelin-1. Diese Veränderungen begünstigten möglicherweise die nach OVA/OVA-Behandlung detektierte Zunahme der rechtsventrikulären Hypertrophie und pulmonalvaskulären Hyperreagibilität, an der auch eine vermehrte pulmonalvaskuläre Thromboxanfreisetzung beteiligt zu sein scheint. Die hier erhobenen Daten unterstützen die Hypothese der protektiven Rolle des ETB-Rezeptors im pulmonalen Gefäßsystem. Zudem zeigen sie, dass Endothelin-1 als alleiniger Stimulus ausreicht, PAH-assoziierte Veränderungen an Herz und pulmonaler Zirkulation zu induzieren. Um zu klären, ob in der Behandlung der pulmonalarteriellen Hypertonie eine separate ETA-Inhibierung der dualen Endothelinrezeptor-Blockade überlegen sein könnte, sind jedoch weiterführende Analysen, inklusive separater und simultaner ETA- und/ oder ETB-Inhibierung, erforderlich.