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Mit stabilen Isotopen zu neuen Erkenntnissen in der Atheroskleroseforschung

In zwei kürzlich publizierten kinetischen Studien mittels stabiler-Isotopen-Technologie konnte eine Forschungsgruppe um Univ.-Prof. Dr. Hans Dieplinger und Univ.-Prof. Dr. Florian Kronenberg von der Sektion für Genetische Epidemiologie der Medizinischen Universität Innsbruck richtungsweisende Erkenntnisse zum Stoffwechsel des atherogenen Lipoproteins Lp(a) sowie zum Einfluß von lipidsenkender Medikation auf den Stoffwechsel von ApoB-haltigen Lipoproteinen bei Hämodialyse-PatientInnen gewinnen.

Die Ergebnisse dieser Arbeiten wurden in angesehenen internationalen Fachjournalen – "Atherosclerosis" und "Clinical Journal of the American Society of Nephrology" – publiziert. Kinetische Untersuchungen am Menschen sind experimentell aufwändig, bieten jedoch hervorragende Einblicke in Stoffwechselvorgänge, die durch quantitative Bestimmungen einzelner Parameter nicht ermöglicht werden, da diese immer nur einer statischen Momentaufnahme entsprechen. Früher wurden solche Untersuchungen vorwiegend im Tiermodell unter Verwendung radioaktiv markierter Substanzen (etwa Aminosäuren bei Proteinuntersuchungen) durchgeführt. Diese Methoden werden heute am Menschen durch Verwendung nicht-radioaktiv markierter Vorstufen (etwa Aminosäuren mit stabilen, nicht radioaktiven Isotopen) durchgeführt. Dabei wird am Beginn der Untersuchung eine markierte Aminosäure als Tracer z.B. intravenös verabreicht und dann in stündlichen Abständen Blutplasma gewonnen, aus dem mittels aufwändiger Präparationstechniken (sequenzieller Ultrazentrifugationen sowie Affinitätschromatographie) die zu untersuchenden Proteine aufgereinigt werden. Der darin angereicherte Aminosäure-Tracer wird dann mittels Massenspektrometrie analysiert und kinetische Stoffwechselparameter wie Syntheserate und Verweildauer in der Zirkulation mittels komplexem Multikompartment-Modeling berechnet.

Internationale, multi-zentrische Kollaboration

Die hier vorgestellten Arbeiten sind durch intensive internationale, multizentrische Kollaboration zwischen klinischen und theoretischen Institutionen möglich geworden. Einerseits durch Partner in Deutschland und Japan mit langjährigen Erfahrungen in der Durchführung (inkl. komplexen Auswertung) kinetischer Studien am Menschen und österreichischen klinischen Partnern, die für die Rekrutierung, Charakterisierung und Behandlung der dafür notwendigen Probanden verantwortlich waren. Die Leitung des Projektes und die aufwändigen Präparationen der Lipoproteine wurden an der Sektion für Genetische Epidemiologie durchgeführt.

Wo wird das atherogene Lipoprotein Lp(a) zusammengebaut?

Die Erforschung des komplexen humanen Lipoproteins Lp(a) hat am hiesigen Institut eine lange und erfolgreiche Tradition; der frühere Institutsvorstand Prof. Gerd Utermann gilt weltweit als einer der Pioniere auf diesem Forschungsgebiet. Eine der wichtigen, bisher ungelösten und kontroversiell diskutierten Fragestellungen ist der Ort des „Assembly“ zum reifen Lipoprotein Lp(a) aus den beiden Komponenten LDL und Apolipoprotein(a). „Dies ist nicht nur von akademischem Interesse, sondern hat auch eine mögliche therapeutische Bedeutung“, erklärt Prof. Hans Dieplinger. „Bislang ging man aufgrund von Erkenntnissen in der Zellkultur davon aus, dass Lp(a) nach getrennter Synthese seiner beiden Komponenten in Hepatozyten extrazellulär kovalent gebunden und assembliert wird. Die vorliegende Kinetikstudie widerlegt nun in vivo diese Annahme und kommt zum Ergebnis eines intrazellulären Assembly-Prozesses vor der Sekretion des reifen Lipoproteinpartikels.“ Gründe für diese Diskrepanz könnten in der Verwendung der bisherigen Zellmodelle liegen, die die physiologische Situation in der menschlichen Leber nur ungenügend widerspiegeln.

Wie sinnvoll ist die Behandlung von Hämodialysepatienten mit Statinen?

Auch zu der Fragestellung, ob die Behandlung von HämodialysepatientInnen mit Statinen sinnvoll ist, kann die vorliegende Kinetikstudie einen wertvollen Beitrag leisten. PatientInnen mit chronischer Niereninsuffizienz (v.a. solche mit Hämodialysebehandlung) leiden unter besonders hohem Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen. Interessanterweise sind jedoch klassische Risikoparameter wie LDL-Cholesterin im normalen Bereich. „In einer Vorstudie konnten wir zeigen, daß sich dahinter jedoch trotzdem ein gestörter Stoffwechsel atherogener Lipoproteine verbirgt, der zwar zu normalen LDL-Spiegel, jedoch zu deutlich längerer Verweildauer in der Zirkulation führt", stellt Hans Dieplinger fest. Daher wurde in der nun publizierten Studie untersucht, ob die Behandlung mit Statinen, die über Aktivierung der LDL-Rezeptoren die LDL-Abbaurate steigern und damit ihre Verweildauer senken können, auch in HämodialysepatientInnen zur Verbesserung des gestörten LDL-Stoffwechsel führen kann. „Tatsächlich fanden wir eine signifikante positive Veränderung dieser kinetischen Parameter nach einer Behandlungszeit von drei Monaten mit niedrigdosiertem Statin", faßt Hans Dieplinger zusammen. Diese Ergebnisse wurden in der Arbeit ausführlich diskutiert vor dem Hintergrund rezenter großer Placebo-kontrollierter klinischer Studien, die nur sehr geringe positive Effekte der Statine auf das kardiovaskuläre Risiko dieser Patientengruppe gezeigt haben.

Prof. Dieplinger ist Präsident der Österreichische Atherosklerose-Gesellschaft

Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich im CJASN publiziert und bei der gerade abgehaltenen Jahrestagung der Österreichischen Atherosklerosegesellschaft (AAS) in St. Gilgen von Projektmitarbeiter Yoshinobu Nakada präsentiert; bei dieser Tagung wurde Hans Dieplinger zum Präsidenten der Gesellschaft für die nächsten 3 Jahre gewählt.

Links:

Sektion für Genetische Epidemiologie:
http://www3.i-med.ac.at/genepi/

Schwaiger-Paper:
Lipoprotein Kinetics in Male Hemodialysis Patients Treated with Atorvastatin.
Schwaiger JP, Nakada Y, Berberich R, Ikewaki K, Dieplinger B, Zitt E, Neyer U, Salmhofer H, Kronenberg F, Koenig P, Dieplinger H. Clin J Am Soc Nephrol. 2013 Apr 18. [Epub ahead of print] PMID: 23599405

Frischmann-Paper:
In vivo stable-isotope kinetic study suggests intracellular assembly of lipoprotein(a).
Frischmann ME, Ikewaki K, Trenkwalder E, Lamina C, Dieplinger B, Soufi M, Schweer H, Schaefer JR, König P, Kronenberg F, Dieplinger H. Atherosclerosis. 2012 Dec;225(2):322-7. doi: 10.1016/j.atherosclerosis.2012.09.031. Epub 2012 Oct 5. PMID: 23099120

Lp(a)-Review:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22998429

Buchbeitrag: New Insights into the Assembly and Metabolism of ApoB-Containing Lipoproteins from in vivo Kinetic Studies: Results on Healthy Subjects and Patients with Chronic Kidney Disease. Benjamin Dieplinger and Hans Dieplinger,
http://www.intechopen.com/books/lipoproteins-role-in-health-and-diseases

Ikewaki-Paper:
Delayed in vivo catabolism of intermediate-density lipoprotein and low-density lipoprotein in hemodialysis patients as potential cause of premature atherosclerosis.
Ikewaki K, Schaefer JR, Frischmann ME, Okubo K, Hosoya T, Mochizuki S, Dieplinger B, Trenkwalder E, Schweer H, Kronenberg F, Koenig P, Dieplinger H. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2005 Dec;25(12):2615-22. Epub 2005 Sep 29. PMID: 16195474

Österreichische Atherosklerose-Gesellschaft:
http://www.aas.at

(B. Hoffmann)