Rolle von Vitamin C in der Nitroglycerin-induzierten Gefäßrelaxation

Nitroglycerin (Glyceroltrinitrat, GTN) wird seit mehr als 130 Jahren zur Therapie der Koronaren Herzkrankheit eingesetzt. Die klinische Wirkung von GTN und anderen organischen Nitraten beruht auf der Erweiterung von Blutgefäßen. Bei niedriger Dosierung, werden vor allem große Leitungsgefäße (Koronararterien, venöse Kapazitätsgefäße) dilatiert, was zu einer Verbesserung der Durchblutung des Herzens und einer Verminderung der kardialen Vorlast führt. Höhere Dosen bewirken zusätzlich eine Erniedrigung des peripheren Widerstands und des Herzzeitvolumens, was eine Verminderung von diastolischem und systolischem Blutdruck zur Folge hat. Ein zentrales Problem der Nitrat-Therapie ist der Wirkungsverlust bei länger andauernder Applikation von GTN (Nitrat-Toleranz). Auf molekularer Ebene beruht die Wirkung auf enzymatischer und/oder nicht-enzymatischer Bioaktivierung zu Stickstoffmonoxid (NO), das durch Aktivierung der löslichen Guanylat-cyclase vermehrte Bildung von cGMP und damit Gefäßrelaxation auslöst. Das für die Bioaktivierung von GTN wesentliche Enzym ist wahrscheinlich die mitochondriale Isoform der Aldehyd-Dehydrogenase (ALDH2). Da ALDH2 durch GTN oxidativ inaktiviert wird, ist für die kontinuierliche Reaktion ein reduzierender Kofaktor erforderlich. Die Nitrat- Toleranz beruht möglicherweise auf Depletierung dieses Kofaktors. Wir haben kürzlich entdeckt, dass die GTN-induzierte Gefäßrelaxation durch Vitamin C-Mangel massiv abgeschwächt, die allgemeine Gefäßfunktion dadurch aber kaum beein-trächtigt wird. Diese Daten legen nahe, dass Vitamin C essentiell für die Bioaktivierung von GTN ist und die Nitrat-Toleranz auf Depletierung an vaskulärem Vitamin C beruht. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojektes werden wir diese Hypothese überprüfen und dazu den GTN-Metabolismus durch ALDH2 in Vitamin C-defizienten Blutgefäßen und Mitochondrien studieren, wobei Untersuchungen zur Beeinflussung der Kinetik der ALDH2-Inaktivierung/Reaktivierung durch Vitamin C im Vordergrund stehen werden. Den detaillierten molekularen Mechanismus der Enzym-Inaktivierung und Reaktivierung werden wir in Experimenten mit isolierter humaner ALDH2 studieren. Um abzuklären, ob die Applikation von GTN zu Vitamin C-Depletierung führt, werden wir versuchen die - möglicherweise sehr niedrigen - Vitamin C-Spiegel in Blutgefäßen zu messen und mit der GTN-Wirkung zu korrelieren. Außerdem werden wir in Zusammenarbeit mit einer Gruppe in den USA in vivo Blutdruckmessungen an Vitamin C-defizienten Mäusen (L- Gulonolacton-Oxidase knockout) durchführen und dieses genetische Mausmodell für weiterführende Untersuchungen in unserem Labor etablieren. Die vorgeschlagenen Arbeiten sollten wesentliche neue Erkenntnisse über den molekularen Wirkungsmechanismus von GTN und die Entstehung der Nitrat-Toleranz liefern. Die zentrale Rolle von Vitamin C hat vermutlich weitreichende Implikationen für die Nitrat-Therapie von Patienten mit kardiovaskulären aber auch nicht- kardiovaskulären Erkrankungen, die von oxidativem Streß und Vitamin C-Mangel begleitet sind.

Nitroglycerin (Glyceroltrinitrat, GTN) wird seit mehr als 130 Jahren zur Therapie der Koronaren Herzkrankheit eingesetzt. Die klinische Wirkung von GTN und anderen organischen Nitraten beruht auf der Erweiterung von Blutgefäßen. Bei niedriger Dosierung, werden vor allem große Leitungsgefäße (Koronararterien, venöse Kapazitätsgefäße) dilatiert, was zu einer Verbesserung der Durchblutung des Herzens und einer Verminderung der kardialen Vorlast führt. Höhere Dosen bewirken zusätzlich eine Erniedrigung des peripheren Widerstands und des Herzzeitvolumens, was eine Verminderung von diastolischem und systolischem Blutdruck zur Folge hat. Ein zentrales Problem der Nitrat-Therapie ist der Wirkungsverlust bei länger andauernder Applikation von GTN (Nitrat-Toleranz). Auf molekularer Ebene beruht die Wirkung auf enzymatischer und/oder nicht-enzymatischer Bioaktivierung zu Stickstoffmonoxid (NO), das durch Aktivierung der löslichen Guanylatcyclase vermehrte Bildung von cGMP und damit Gefäßrelaxation auslöst. Das für die Bioaktivierung von GTN wesentliche Enzym ist wahrscheinlich die mitochondriale Isoform der Aldehyd-Dehydrogenase (ALDH2). Da ALDH2 durch GTN oxidativ inaktiviert wird, ist für die kontinuierliche Reaktion ein reduzierender Kofaktor erforderlich. Die Nitrat- Toleranz beruht möglicherweise auf Depletierung dieses Kofaktors. Wir haben kürzlich entdeckt, dass die GTN-induzierte Gefäßrelaxation durch Vitamin C-Mangel massiv abgeschwächt, die allgemeine Gefäßfunktion dadurch aber kaum beeinträchtigt wird. Diese Daten legen nahe, dass Vitamin C essentiell für die Bioaktivierung von GTN ist und die Nitrat-Toleranz auf Depletierung an vaskulärem Vitamin C beruht. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojektes werden wir diese Hypothese überprüfen und dazu den GTN-Metabolismus durch ALDH2 in Vitamin C-defizienten Blutgefäßen und Mitochondrien studieren, wobei Untersuchungen zur Beeinflussung der Kinetik der ALDH2-Inaktivierung/Reaktivierung durch Vitamin C im Vordergrund stehen werden. Den detaillierten molekularen Mechanismus der Enzym-Inaktivierung und - Reaktivierung werden wir in Experimenten mit isolierter humaner ALDH2 studieren. Um abzuklären, ob die Applikation von GTN zu Vitamin C-Depletierung führt, werden wir versuchen die - möglicherweise sehr niedrigen - Vitamin C-Spiegel in Blutgefäßen zu messen und mit der GTN-Wirkung zu korrelieren. Außerdem werden wir in Zusammenarbeit mit einer Gruppe in den USA in vivo Blutdruckmessungen an Vitamin C-defizienten Mäusen (L- Gulonolacton-Oxidase knockout) durchführen und dieses genetische Mausmodell für weiterführende Untersuchungen in unserem Labor etablieren. Die vorgeschlagenen Arbeiten sollten wesentliche neue Erkenntnisse über den molekularen Wirkungsmechanismus von GTN und die Entstehung der Nitrat-Toleranz liefern. Die zentrale Rolle von Vitamin C hat vermutlich weitreichende Implikationen für die Nitrat-Therapie von Patienten mit kardiovaskulären aber auch nicht- kardiovaskulären Erkrankungen, die von oxidativem Streß und Vitamin C-Mangel begleitet sind.