Effekte einer oralen Therapie mit Atorvastatin auf Atherosklerose und Entzündungsmediatoren bei experimenteller Niereninsuffizienz im Tiermodell der ApoE-/-Knock out Maus
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1.1 Background and Objectives The 2005/2006 QUASI-kidney annual report places at 41% the rate of cardiac causes of death in patients with chronic renal insufficiency, the most common cause of patient deaths with terminal renal insufficiency.(72) Aside from late complications, derived from hemodialysis, often required in the course of the disease, it is the earlier malfunctions (84) that are responsible for this high mortality rate. Contrary to patients showing no signs of renal dysfunction, a different genesis and composition of atherosclerotic plaques (8) can be found, showing an increased incidence of calcification and oxidative stress. Hyperlipidemias induce a progression of vascular damage.(20) It has been demonstrated in studies that alongside their lipid-reducing qualities, HMG- CoA- reductase inhibitors (Statins), potent obstructers of cholesterol biosynthesis, have numerous effects at the cellular level: Antioxidative effects, antiphlogistic effects, the repression of thrombus formation, the stabilization of plaques, activation of smooth muscle cells and the generation of foam cells as well as an improvement of the endothelial function (108), summed up as pleiotropic effects (1, 21). The objective of the present secondary prevention study in an ApoE / animal model is to examine the effect of a statin therapy on atherosclerotic plaques with pre-existing renal damage following a uninephrectomy on the basis of morphometric and immunohistochemical methods. 1.2 Animal model and methods of examination The ApoE-/- deficient mouse model was used for this study. These animals are suitable because of their spontaneous formation of hyperlipidemia with the creation of severe atherosclerotic lesions, especially in the root and arch regions of the aorta (15, 19, 63). These lesions can well be compared to human atherosclerotic damage (70). Six month old male animals were randomized and divided into 4 groups. To accelerate the effects of renal damage, a uninephrectomy (UNX) was performed with 2 groups following a 2 weeks phase of adaptation. The other groups were sham operated. For the next 6 months, one group of the UNX- (n=9) and one group of animals having received a sham operation (n=11) were treated with Atorvastatin , the other animals (ApoE, n=10; ApoE+UNX, n=9) were left untreated. Using paraffin sections, the atherosclerotic changes were histologically, quantitatively and qualitatively identified and compared from one group to the other using standardized means of analysis and morphometric methods. The morphological particularities of the atherosclerotic plaques were determined with the help of immunohistochemical examinations. 1.3 Results and observations The results of this experiment do not show that statins have a decisive therapeutic effect, in relationship to the size of plaques in the region of the ascending aorta in the ApoE-mouse-model. With statins, it was possible to significantly reduce the expression of pro-inflammatory molecules such as VCAM or CD 40. However, a consistent statin treatment effect could not be discerned, even though, with the majority of the characteristics under examination, there was a tendency to be less expressed in groups treated with statins. But contrary to this tendency, some of the measured data, such as blood pressure and the amount of cholesterol in the blood, showed even an increase during the statin therapy. A mild dysfuntion of the kidneys, attained by uninephrectomy, had also little morphological effect. 1.4 Final conclusions The efficiency of statins, as plaque-progression inhibitors and therefore their anti-atherosclerotic effects in this ApoE-mouse-model, could not be generally confirmed in this study, even though significant differences in characteristics of the plaques could be observed, implying statins' anti-inflammatory and anti-oxidative effect. An ultimate clarification of whether this results from a lack of effectiveness of the HMG-Reductase inhibitors, in regards to the chosen parameters with only mild kidney-dysfunction/ mild hyperlipidemia, or whether this results from the design of the study, cannot be conclusively answered with this experiment. Perhaps an extra fat-enhanced nutrition for the animals, in the sense of a western- type diet, or an alternative application of the medication could give other results. The uninephrectomy of the ApoE-/- deficient mice, as a means of increasing vascular changes, had only a minor effect, in comparison to earlier studies. An alternative animal-model could possibly prove more promising for verifying the effects of statin therapy (48).
Abstract
1.1 Hintergrund und Ziele Der Tod aus kardialer Ursache ist, wie im Jahresbereicht 2005/2006 der QUASI-Niere mit einer prozentualen Verteilung von 41% bei chronisch niereninsuffizienten Patienten dargelegt, die häufigste Todesursache bei Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz (72). Neben Spätkomplikationen in Folge einer im Verlauf der Erkrankung zumeist notwendigen Hämodialyse sind es jedoch auch frühzeitig auftretende Störungen (84), die für diese hohe Mortalität verantwortlich sind. Im Vergleich zu Nierengesunden zeigt sich eine andere Entstehung und Zusammensetzung der atherosklerotischen Plaques (8), die vermehrt Verkalkungen und oxidativen Stress aufweisen. Hyperlipidämien bewirken eine Progression von Gefäßschäden (20). Den HMG- CoA- Reduktasehemmern (Statinen), potenten Hemmern der Cholesterinbiosynthese, konnte in Studien neben ihrer lipidsenkenden Eigenschaft auch zahlreiche Wirkungen auf zellulärer Ebene nachgewiesen werden: Antioxidative Effekte, Entzündungshemmung, Hemmung der Thrombusbildung, Plaquestabilisierung, Aktivierung glatter Muskelzellen und die Schaumzellbildung sowie eine Verbesserung der Endothelfunktion(108), zusammenfassend als pleiotrope Effekte (1, 21) bezeichnet. Ziel der vorliegenden Sekundärpräventionsstudie im ApoE-/- Tiermodell ist es die Auswirkung einer Atorvastatinbehandlung auf atherosklerotische Plaques bei vorbestehender renaler Schädigung nach Uninephrektomie anhand morphometrischer und immunhistochemischer Methoden zu untersuchen. 1.2 Tiermodell und Untersuchungsmethoden Genutzt wurde dafür das Tiermodell der ApoE-/- defizienten Maus. Diese eignen sich auf Grund der spontanen Entwicklung einer Hyperlipidämie mit Ausbildung schwerer atherosklerotischer Läsionen insbesondere im Bereich der Aortenwurzel und des Aortenbogens (15, 19, 63). Diese Läsionen sind mit humanen atherosklerotischen Schäden gut vergleichbar (70). Sechs Monate alte männliche Tiere wurden randomisiert und in 4 Tiergruppen eingeteilt. Um die Effekte einer renalen Schädigung zu beschleunigen, wurde nach einer Adaptionsphase von 2 Wochen bei 2 der Gruppen eine einseitige Nephrektomie (UNX) vorgenommen. Die beiden übrigen Gruppen wurden scheinoperiert. In den folgenden 6 Monaten wurde je eine Gruppe der UNX- (n=9) und eine der scheinoperierten Tiere (n=11) mit Atorvastatin therapiert, die übrigen Tiere (ApoE, n= 10; ApoE+UNX, n=9) blieben unbehandelt. Die atherosklerotischen Veränderungen wurden histologisch anhand von Paraffinschnitten mittels standardisierter Auswertungsverfahren und morphometrischer Methoden quantitativ und qualitativ bestimmt und zwischen den Gruppen verglichen. Die morphologischen Besonderheiten der atherosklerotischen Plaques wurden mit Hilfe immunhistochemischer Untersuchungen bestimmt. 1.3 Ergebnisse und Beobachtungen Die Ergebnisse des Experiments zeigen keine eindeutige Auswirkung der Statinbehandlung auf die Plaquegröße im Bereich der Aorta ascendens im ApoE- Mausmodell. Die Expressionen proinflammatorischer Moleküle wie VCAM oder CD 40 konnten durch Statine signifikant gesenkt werden. Ein einheitlicher Effekt einer Statinbehandlung fand sich jedoch nicht, auch wenn tendenziell die Mehrheit der untersuchten Merkmale in den mit Statinen behandelten Tiergruppen weniger stark ausgeprägt war. Einige Meßwerte wie z.B. Blutdruck und Cholesteringehalt des Blutes zeigten entgegen dieser Tendenz unter Statinbehandlung sogar eine Zunahme. Die milde Nierenfunktionsstörung, die mittels Uninephrektomie erreicht wurde, hatte ebenfalls nur geringe morphologische Auswirkungen. 1.4 Schlussfolgerungen Die Wirksamkeit der Statine als Hemmer einer Plaque-Progression und damit ihr anti-atherosklerotischer Effekt im ApoE- Mausmodell ist insgesamt in dieser Untersuchung nicht sicher belegbar, wenngleich sich signifikante Unterschiede im Bezug auf die Plaquebeschaffenheit finden liessen, die einen anti-inflammatorischen und anti-oxidativen Effekt der Statine andeuten. Eine definitive Klärung, in wie weit dies einer mangelnden Wirksamkeit der HMG- Reduktase- Hemmer bezüglich der gewählten Parameter bei nur milder Nierenschädigung/ geringer Hyperlipidämie zu Schulden ist oder aber aus dem Versuchsaufbau resultiert, kann in diesem Experiment nicht definitiv erbracht werden. Gegebenenfalls könnte eine zusätzliche fettreichere Ernährung der Tiere im Sinne einer „western- type diet“ oder einer alternative Medikamentengabe andere Resultate liefern. Die Uninephrektomie- Operation bei ApoE-/- defizienten Mäusen zur Steigerung der Gefäßveränderungen zeigte entgegen früherer Versuche nur einen geringen Effekt. Um die Auswirkungen einer Statinbehandlung zu überprüfen ist möglicherweise ein alternatives Tiermodell erfolgversprechender (48).