Astract Paulus finalx

Reduktion des Reperfusionsödems nach Transplantation durch Blockade von HIF-1 in
einem orthotopen Rattenmodell der Lungentransplantation.
Patrick Paulus, Pia Ockelmann & Kai Zacharowski
Klinik für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerztherapie, Klinikum der Goethe Universität Frankfurt am Main
Fragestellung: Das frühe Lungentransplantatversagen ist durch das Auftreten eines
Gewebsödems, aufgrund einer Schädigung der Endothelkohärenz charakterisiert. Hierbei
nimmt der Transkriptionsfaktor Hypoxia Inducible Factor (HIF)-1 eine zentrale Stellung ein.
Seine Rolle ist vielfältig und teilweise auch gegensätzlich. Generell kann man jedoch sagen,
dass HIF-1 eine Vielzahl an Genen induziert, welche das zelluläre Milieu und die
Grundversorgung aufrechterhalten sollen. Einige Regulierungsmechanismen sind jedoch unter
den kontrollierten Bedingungen der Transplantation nicht erwünscht und hier deutet alles
darauf hin, dass die summative Wirkung von HIF-1 sich negativ auf das Outcome nach
Transplantationen auswirken kann.1-3 Wir untersuchten in der vorliegenden Arbeit den Effekt
einer HIF-1 Blockade in einem orthotopen Modell der Lungentransplantation in der Ratte.
Methodik: Für die durch die zuständige Behörde genehmigten Tierversuche ergab die
Poweranalyse eine Gruppengröße von n=12. Eine statistische Evaluierung mittels ANOVA
und Student’s t-Test bei Erreichen von 50% des Kontingents wurde durchgeführt. Für die
Versuche wurden 225-250g schwere männliche Sprague Dawley Ratten verwendet. Die
Wirkung des HIF-1 Inhibitors Deguelin wurde in einem Pilotversuch in vivo überprüft.
Hierfür wurden Ratten, mit und ohne Deguelin Vorbehandlung (4mg/kg KG für 3 Tage;
n=6/Gruppe) die Lungen entnommen und anschließend 1h bei 37°C unter Ischämie belassen.
Die Genexpression wurde mittels RT-PCR überprüft und mit nativen Lungen verglichen. Um
zu zeigen, dass eine HIF-1 Blockade auch in vivo ein Reperfusionsödem verhindert und somit
einen
Überlebensvorteil
bietet,
wurde
das
Modell
der
orthotopen
unilateralen
Lungentransplantation in der Ratte verwendet. Hierbei wurde die intubierte und
druckkontrolliert-beatmete (Isoflurane 1,5Vol%, Pmax=25mbar, AF=80/min) Ratte linksanterolateraler thorakotomiert und die Lunge freigelegt. Nach selektiver Ligatur von Arterie,
Bronchus und Vene wurden diese lungennah inzidiert. Die vorbereitete und entsprechend
vorbehandelte Spenderlunge wurde dann mittels „cuff-sleeve“ Technik anastomosiert. Danach
wurden sukzessive Venen-, Arterien- und Bronchusligatur eröffnet und bei korrekten
Perfusions- und Ventilationsverhältnissen die Empfängerlunge entfernt und der Thorax
schichtweise verschlossen. Die Nachbeobachtung ging über 48h nach Transplantation. Der
HIF-1 Inhibitor wurde den Tieren noch 2 Tage nach der Transplantation verabreicht. Die
Lungen der HIF-1 Inhibitor Gruppe (n=6) wurden mittels Ringerlösung perfundiert. Jene der
Perfadex-Gruppe (n=6) mittels der Standard Perfusionslösung Perfadex. Ergebnisse: Durch
die Ischämie wird das durch HIF-1 induzierte Gen VEGF gegenüber der Basisexpression von
125.00±15.36 auf
272.30±56.25 signifikant hochreguliert (p=0.0338). Oral verabreichter
HIF-1 Inhibitor unterdrückt erfolgreich die Hochregulation von VEGF-A mRNA
(86.00±22.38; p=0.0042) während der warmen Ischämie. Im Transplantationsmodell zeigte
sich, dass eine HIF-1 Blockade das Reperfusionsödem alleine signifikant erniedrigen kann
(Abb.1). Tiere welche Lungen erhielten die mit HIF-1 Inhibitor vor und nach Transplantation
behandelt wurden, zeigten einen signifikant niedrigen Wassergehalt (10.19±0.01) gegenüber
Tieren welche Lungen erhielten die mittels Perfadex (10.59±0.08; p=0.0008) perfundiert
wurden. Im Beobachtungsverlauf, konnten wir zeigen, dass die Tiere mit HIF-1 Inhibition
einen deutlichen Überlebensvorteil innerhalb der ersten 48 Stunden nach Transplantation
haben. Das mittlere Überleben der HIF-1 behandelten Tiere betrag mit 100% Überlebenden
48.00±0.00 Stunden und jenes der Perfadex behandelten Tiere mit 33,3% Überlebenden
17.42±9.67
Stunden
und
war
somit
signifikant
unterschiedlich
(p=0.01)(Abb.2).
Interpretation: Der Transkriptionsfaktor HIF-1 bewirkt unter Ischämiebedingungen die
Induktion einer Vielzahl an Genen, unter anderem VEGF-A, welches die Permeabilität von
Blutgefäßen erhöht. Durch die Blockade von HIF-1 wird die Entstehung eines
Reperfusionsödems in der Lunge nach Transplantation verhindert. Durch den verminderten
Wassergehalt in der transplantierten Lunge, ist die Organfunktion verbessert und bietet somit
einen Überlebensvorteil.
2.
Reperfusionsödem
Überleben
60
11.5
11.0
***
10.5
10.0
9.5
Mittleres Überleben (h)
*
40
20
H
IF
-I
nh
ib
.
H
IF
-I
nh
ib
.
Pe
rf
ad
ex
0
ad
ex
Nass/Trocken Verhältnis
12.0
Pe
rf
1.
Abb.1 Nach erfolgter Transplantation war das Ödem signifikant niedriger in HIF-1 Inhibitor behandelten Tieren. (n=6/
Gruppe; p=0.0008). Abb.2 Dies führte zu einem signifikanten Überlebensvorteil für die Tiere unter HIF-1 Inhibition
(n=6/Gruppe; p=0.01).
Literatur:
1. Aharinejad, S. et al. Donor myocardial HIF-1alpha is an independent predictor of cardiac allograft
dysfunction: a 7-year prospective, exploratory study. Am J Transplant. 7, 2012-9 (2007).
2. Krenn, K. et al. Vascular endothelial growth factor increases pulmonary vascular permeability in cystic fibrosis patients
undergoing lung transplantation.Eur J Cardiothorac Surg. 1,35-41 (2007).
3. Abraham, D. et al. Upregulated hypoxia-inducible factor-1 DNA binding activity to the vascular endothelial growth
factor-A promoter mediates increased vascular permeability in donor lung grafts. Ann Thorac Surg. 77, 1751-5 (2004).