Oxidativer Stress als Ursache für Hyperhomocysteinämie

Die schwefelhaltige Aminosäure Homocystein ist ein Intermediärprodukt des Methionin-Stoffwechsels. Erhöhte Homocysteinkonzentrationen im Serum stellen einen unabhängigen Risikofaktor für kardio- und cerebrovaskuläre Krankheiten dar. Durch zusätzliche Folsäuregabe kann die Homocysteinkonzentration verringert werden, da Tetrahydrofolsäure ein essentieller Co-Faktor für die Regenerierung von Methionin aus Homocystein ist. Der pathogenetische Zusammenhang zwischen Hyperhomocysteinämie und dem Risiko für vaskuläre Erkrankungen ist bisher weitgehend ungeklärt, allerdings deuten experimentelle Befunde darauf hin, daß Homocystein bei der Entstehung von zellulärem oxidativen Stress eine Rolle spielt und somit auf diesem Weg zur Schädigung der Gefäße beitragen könnte. Oxidativer Stress entsteht vor allem durch die Bildung reaktiver Sauerstoffverbindungen als zytotoxische Aktivität des stimulierten Immunsystems. Tetrahydrofolsäure ist äußerst instabil gegenüber Oxidation, was besonders unter oxidativem Stress deren Verfügbarkeit für den Stoffwechsel beeinträchtigen könnte. Aufgrund dieser Voraussetzungen vermuten wir, dass Immunaktivierung verbunden mit oxidativem Stress die Hauptursache für endogenen Folsäuremangel darstellt und in weiterer Folge zu Hyperhomocysteinämie führt. Eine erste von uns durchgeführte klinische Pilotstudie legt ebenfalls einen Zusammenhang zwischen Immunaktivierung und Hyperhomocysteinämie nahe. Im Rahmen des beantragten Projekts planen wir, den postulierten immunologischen Hintergrund der Hyperhomocysteinämie sowohl (1) klinisch wie auch (2) auf Zellkulturebene zu untermauern. (1) Bei Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen sollen der Homocystein- sowie der Folsäurestoffwechsel in Abhängigkeit der immunologischen Situation bzw. von dem dadurch bedingten oxidativen Stress untersucht werden. (2) In fünf unabhängigen Zellkulturen [monozytische Zelllinien U-937 und THP-1, aus peripherem Blut isolierte mononukleäre Zellen (PBMC) und dendritische Zellen sowie humane dermale microvaskuläre Endothelialzellen (HDEMEC)] sollen der Homocystein- und Folsäurestoffwechsel mit und ohne Zytokinstimulation sowie deren Wechselwirkung mit endogenem oxidativen Stress untersucht werden. Weiters soll der Einfluss von Oxidationsmitteln und Antioxidantien auf den Homocysteinstoffwechsel der Zellen untersucht werden. Die Ergebnisse dieses Projekts sollen das Verständnis der Zusammenhänge zwischen immunologischen Veränderungen und dem Homocysteinstoffwechsel im Hinblick auf kardio- und cerebrovaskuläre Erkrankungen verbessern.

Die Ergebnisse des Projekts unterstreichen das Konzept, dass der Immunaktivierung eine wichtige Rolle bei der Entstehung der Hyperhomocysteinämie zukommt. Moderate Hyperhomocysteinämie ist als unabhängiger Risikofaktor für kardiovaskuläre, cerebrovaskuläre und neurodegenerative Erkrankungen etabliert. In der Pathogenese dieser Krankheiten kommt Immunaktivierungsvorgängen eine wichtige Rolle zu. In diesem Forschungsprojekt wurde der Zusammenhang zwischen zellulärer Immunaktivierung und Homocysteinstoffwechsel in klinischen Studien und anhand von in vitro-Experimenten untersucht. Bei Patienten mit rheumatoider Arthritis, koronarer Herzkrankheit, Melanompatienten unter Behandlung mit Interferon- und Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen (Morbus Parkinson, Chorea Huntington, verschiedenen Formen der Demenz incl. Morbus Alzheimer) zeigte ein hoher Prozentsatz moderat erhöhte Homocysteinspiegel und auch erhöhte Konzentrationen der Immunaktivierungsmarker Neopterin und sTNF-R75. Die Homocysteinkonzentrationen korrelierten invers mit Folatkonzentrationen und waren mit erhöhter Immunaktivierung assoziiert. In vitro wurde der Homocysteinstoffwechsel von humanen mononukleären Zellen aus dem peripheren Blut (PBMC), T-Lymphozyten, dendritischen Zellen (DC), humanen dermalen microvaskulären endothelialen Zellen (HDMEC), myelomonozytären (THP-1) and monozytischen Zellen (U-937) untersucht. Pro-inflammatorische Zytokine und Mitogene wurden zur Stimulation der Zellen verwendet, und der Einfluss von Folsäure/Methionin und deren Kombination auf den Homocysteinstoffwechsel wurde untersucht. Während HDMEC und DC nur geringfügig oder kein Homocystein bildeten, waren die Zelllinien THP-1, U-937 und frisch isolierte humane PBMC/T-Lymphozyten fähig, Homocystein zu produzieren und zu verstoffwechseln. Die Homocysteinbildung wurde durch Methioninzugabe weiter verstärkt, Folsäurezugabe hingegen verminderte die Homocysteinproduktion nur wenig. Zytokin- und Mitogenstimulation verstärkte die Homocysteinbildung, und parallel dazu wurde von Monozyten Neopterin gebildet. Die vermehrte Homocysteinbildung in mitogen-stimulierten PBMC war dabei auf eine vermehrte T-Zellproliferation zurückzuführen. Verschiedene immunmodulierende Substanzen wie Aspirin, Atorvastatin und Resveratrol hemmten in mitogen-stimulierten PBMC die Zellproliferation sowie die Bildung von Neopterin und Homocystein Dosis-abhängig.