V. Debreceni Kardiológiai Napok 2000. március 2 - 4. Debrecen  — DOTE

Az endothelin-1 szívhatásai
Prof. Juhász-Nagy Sándor (Budapest)

            A szív mûködésérõl vallott tudásunkban fordulatot jelentett annak kiderítése, hogy a kardiális regulációban számottevõ szerepük van korábban számításba nem vett - sõt korábban nem is ismert - endogén hatóanyagoknak. Míg a század 80-as éveinek elejéig a figyelem e téren szinte kizárólagosan a vegetatív idegrendszer ingerületátvivõ anyagaira (transzmittereire) összpontosult, az atriális natriuretikus peptid (ANP) azonosítása (de Bold, 1981) szemléleti áttörést hozott: kiderült, hogy a szív egy nagy hatékonyságú, "távolható" humorális ágens (klasszikus értelemben vett hormon) forrása lehet ( 1 ). Megszületett az "endokrin szív" koncepciója. Ezt követõen a szív különbözõ struktúrális elemeiben termelõdõ humorális ágensek tucatjai váltak ismertté, kémiai szerkezetüket tekintve többségükben peptidek (neuropeptidek, vaszkuláris peptidek, myocyta eredetû peptidek, gyulladásos/proliferatív folyamatokhoz kapcsolódó: "esemény-függõ" peptidek). Amidõn aztán kiderült az is, hogy e hatóanyagok túlnyomó többsége kardiális feladatköre szerint nem távhatású, hanem mindenekelõtt lokális szövet-hormon, az endokrin szív koncepciója tovább finomodott a sejt-sejt kommunikáció (parakrin funkció) irányába.
A szívben (is) képzõdõ peptidek közül a legutóbbi évtizedben megkülönböztetett érdeklõdést keltettek fel az endothelinek. Az érdeklõdés oka többszörös: hatékonyságuk mind az ér simaizomzaton, mind a szívizmon, farmakológiai értelemben, kivételesen erõs (a); legjellegzetesebb termelõdési helyükrõl: az ereket (és a szívet) kibélelõ sejt-populációról nem sokkal felfedezésük elõtt derült ki, hogy nem pusztán passzív határ-réteget jelentenek, hanem össztömegüknél fogva a szervezet legnagyobb endokrin szervét képezik - az endothelinek az itt képzõdõ vazodilatátor szubsztanciák „természetes” antagonistái (b); kémiai szerkezetükben és (fõként) hatásmódjukban feltûnõen egyedülálló „patogenetikus” arculattal bírnak, mivel mindkét vonatkozásban közeli rokonság fûzi õket bizonyos állati eredetû toxinokhoz (skorpió-toxin, szarafotoxin), míg az emberi test egyetlen korábban ismert szabályozó ágensével sem rokoníthatók (c).
Az endothelinekre vonatkozó leglényegesebb ismereteink általános képe tömören felvázolható. A hatóanyag, melyet Yanagisawa munkatársaival együtt eredetileg 1988-ban izolált malac endothelsejt tenyészetbõl (endothelin-1, ET-1) homológ peptidek (ET-l, ET-2, ET-3) családja egyik tagjának bizonyult ( 2 ). Mindegyikük 21 aminosavat tartalmaz. Közülük a legpotensebb hatást az ET-1 fejti ki, melyet az endothelium sejtjei szelektíven választanak el, míg a szervezet többi szövetei (igen kevés kivétellel) szintén szecernálnak endothelineket - a három izoformot együtt, váltakozó arányban. A sejtfelszíni ET receptorok a G-protein kapcsoltságú "receptor-nagycsalád" (superfamily) tagjai hét transzmembrán tartománnyal. Közülük az ETA receptorok dominálnak az ETB receptorok felett az ér- és szívizomzatban, míg az endothelsejtekben kizárólag ETB receptorok találhatók. Az elõbbi lokalizációban mindkét receptor kontraktilis izgalmat közvetít, míg az endotheliumban indirekt módon - NO-t és PGh-t felszabadítva - az ETB receptorizgalom vazorelaxációt okoz. Szelektív affinitásuk folytán az ET-1-ETA rendszer és az ET-3-ETB rendszer két jellegzetesen különálló hatástani vonalat jelent. E két vonalnak egymástól eltérõ, életbevágó fontosságú, ám egyelõre nehezen értelmezhetõ szerepe van az ontogenezisben (velõléc eredetû sejtcsoportok embrionális migrációjának irányítása). Nem lehetetlen, hogy e szerepkör (váratlan) felismerése az endothelinek hatásának leglényegesebb arculatára világít rá. Mindez azonban már kivülesik a jelen összegzés keretein.
Az endothelinek közvetlen kardiovaszkuláris hatásaira vonatkozó ismereteink köre rövid egy évtized alatt hallatlanul kibõvült, de, ami a valóban lényeges vonatkozásokat illeti, korántsem vált áttekinthetetlenné. Az áttekintést megkönnyítik az e téren mûködõ nemzetközi munkaközösségnek azok a konferenciái melyeket két évenként rendszerességgel rendeznek meg, s amelyeknek reprezentatív anyagát a "Journal of Cardiovascular Pharmacology" rövid, de teljes közlemények formájában közzéteszi. E kötetekben - Magyarországról egyedüli résztvevõként - munkacsoportunknak 17 közlése jelent meg ill. van sajtó alatt ( 3 , 4 , 5 ), témájuk szerint elsõsorban az ET-1 szívhatásairól. (E közleményekre itt kollektíve hivatkozom, másutt publikált munkáinkra külön; emellett, természetesen, az eredményeknek csak néhány fontosabb momentumára térhetek ki az alábbiakban.)
Az intenzív kardiális ET-1 hatás a szívtevékenység mindhárom legjelentõsebb funkcionális aspektusában, nevezetesen a kamrai izomerû (inotropia), az ingerképzés/vezetés és a koszorúeres vérellátás vonatkozásában érvényre jut - noha a természetes módon mûködõ szíven nem egyforma arányok szerint.
Az ET-1 erõs vazokonstriktor potenciájának ismeretében a koszorúerekre gyakorolt effektus méltán állítható a peptid kardiális hatásainak elõterébe. Kimutattuk, hogy hirtelen bólusként közvetlenül az érpályába juttatva (in situ kutyaszív elülsõ leszálló koronária artériájába: a LAD-ba) az ET-1 már egyszeri 1 nmol dózisban csaknem teljes "áramláslezárást" okoz (-91 +/- 3%-os véráramláscsökkenés), míg a küszöbdózis ennek mintegy századrésze (10 pmol, -11 +/- 2%-os áramláscsökkenés) ( 6 ). Ennek megfelelõen a peptid 10-11 és 10-9 mol közötti tartományban gyakorlatilag teljes spasztikus dózis-hatás görbét ír le. Folyamatos bejuttatási mód (infúzió) esetén nem csupán a küszöb számszerûsége magasabb (>30-40 pmol/min), hanem kumulatíve a teljes spazmust kiváltó bólus adag két-háromszorosa is bejuttatható mérsékeltebb (30-35%-osat meg nem haladó) koszorúér-szûkület mellett; az ágens mintegy "belopható" az érpályába ( 3 , 4 ).
Regionálisan ischaemiás szíven (így kísérleteinkben a LAD leszorítása után) az érintett kamrarészt kollaterálisok látják el. ET-1 a koronáriába az okklúziótól proximálisan bejuttatva gyakorlatilag azonos mértékben csökkentette a termográfiásan mérhetõ vérellátást mind az ép, mind az ischaemiás régióban, ami arra utal, hogy a peptid okozta vazokonstrikciót nem vagy alig mérsékli a metabolikus feed back az erekben ( 7 ).
Kézenfekvõnek látszott a feltevés, hogy az ET-1 tartós és intenzív koronária-konstriktor hatásában fontos szerepet játszik a kompenzációs mechanizmusok bénítása, amit vizsgálataink valóban igazoltak ( 4 , 7 ). Ezek során bebizonyosodott, hogy a kompenzáló vazodilatátor ágensek képzõdésének gátlása nem lehet a közvetlen ok, mivel az adenin-nukleozidok felszabadulása a myocardiumból már mérsékeltebb hatású endothelinre is szignifikánsan, erõs ET-1 spazmusban pedig nagyságrendileg nõ, hasonlóan az EDRF (NO) analóg viselkedéséhez.
Ezzel szemben a metabolikus koronária autoreguláció hemodinamikai mértékéül szolgáló reaktív hiperémia közepes ET-1 hatás során felére, jelentõs spazmus során mintegy ötödére esik, azaz az endogén nukleozid képzõdés és nukleozid hatás egymással éppen ellentétes irányban mozdul el ( 7 , 8 ). Ezzel összhangban már ET-1 küszöbhatás során mind az exogén adenozin, mind az exogén mozin kiváltotta koronária-tágulat dózis-hatás görbéje erõteljesen jobbra tolódik. Ugyanígy viselkedik a provokált (intrakoronáriás acetilkolin révén létrehozott) NO hatás is, mely már küszöbszintû ET-1 koronáriaszûkület alatt is drasztikusan (kb. ötödére) csökken ( 9 ).
A lokális értágító mechanizmusok és az ET-1 közötti antagonizmusnak, mindenekelõtt az endogén ET-1/NO közti viszonynak, speciális jelentõsége lehet transzplantált szíven. A transzplantáció legkritikusabb akut fázisában (az elsõ 24 órán belül) a heterotranszplantált patkányszív endotheliális eredetû (EDRF-függõ) koszorúér-tágító kapacitása súlyosan károsodik: jóval kifejezettebben mint más szívfunkciók. Az ET-1 hatás farmakológiai kikapcsolása ebben a fázisban a myocardialis vérellátással és az éradaptációval párhuzamban jelentõsen javítja a heterotranszplantált szív mechanikai teljesítõképességét is, bizonyítva az éralkalmazkodás mértékének meghatározó jelentõségét a szívmûködés egészére nézve ( 10 ).
A különféle regulátor ágensek antagonizmusának szubcelluláris mechanizmusai csak kevéssé ismertek. Minthogy, mint kimutattuk, az adaptív koszorúér-tágulatban és az adenin-nukleozid hatásban egyaránt kulcsszerepet játszó ATP-kapuzott membrán K+-csatorna (KATP) specifikus farmakológiai blokkolójának: glibenclamidnak szelektív adása után az ugyancsak szelektíven bejuttatott ET-1 már alig csökkenti tovább az erek kompenzatórikus tágulatra való képességét, noha a potenciált adenin-nukleozid felszabadulás a szívizomból ilyenkor az ET-1-re még számottevõen tovább növekszik ( 8 ), feltehetõen mindkét ágens közös sejtszintû hatástani úton osztozik, azaz az ET-1 is bénítja az ATP-kapuzott eredetû dilatátor mechanizmust. Valószínûsíthetõ, de még nem bizonyított hipotézisünk szerint ez a gátlás, akárcsak más rendszerekben, a koronáriák vonatkozásában is a szubszarkolemmális sejtkompartmentben lejátszódó Gi proteineket involváló történésekhez kötõdik.
A koronária autoregulációra vonatkozó állatkísérletes adatok humán patogenetikai interpretálásakor azonban feltétlen óvatosságra int az a körülmény, hogy ez az életfontos adaptációs mechanizmus közismerten "túlbiztosított" rendszer, ahol a szervezet a szabályozás valamely elemének kiesése esetén tüstént új - számunkra jelenleg csak részben ismert -elemeket léptethet be. Ezért az ET-1 (egyébként lenyûgözõ erejû) koronária spasztikus hatásának tényleges kórtani jelentõségérõl még korai lenne végleges véleményt formálni.
Az ET-1 hatás potenciális ellentmondásossága jó példa lehet a peptid képzõdésének hatékonysága szívbetegekben. Nyitott szívmûtétre kerülõ betegek szívizommintáiban tanulmányoztuk az ET-1 konvertáló enzim (ECE-1) expresszióját, mely az alig effektív un. nagy ("big") elõ-peptidbl azonnal szabaddá váló hatásos ET-1-et képezve, a tényleges peptiderg szabályozás döntõ lépését jelenti ( 11 ). Adataink szerint, ha a betegeknek a mûtétet megelõzõen volt "regenerálódó" infarktusa, náluk az ECE-1 expresszió közel kétszeresnek mutatkozott mint a többi páciensekben (5.80.6 vs 3.20.8 fg/ng ECE/GAPDH, p<0.01). Korábbi adataink szerint az akutan "anginázó" betegekben az arány éppen fordított, ami a homeosztázisos szabályozás klasszikus elvei szerint könnyen érthetõ ( 12 ); érdemes viszont emlékeztetni rá, hogy a vaszkuláris újraképzõdés az ontogenetikus, azaz csak korlátozottan homeosztázisos folyamatokat rekapitulálja. További nehézség az eredmények interpretálálásában, hogy nem tudjuk: mekkora az ET-1 tényleges koncentrációja a hatás helyén. A vérplazmában mérhetõ ET-1-rõl tanulmányok tömege jelent meg, sõt ezeket az adatokat elõszeretettel kísérelték meg korrelációba hozni humán kórképekkel pl. a hipertóniával vagy a szívelégtelenség prognózisával. Noha bizonyos (laza) összefüggés fennállása - így jelentõsége - tagadhatatlan, az alapvetõ kérdés szempontjából ezek az adatok teljesen irrelevánsak, mivel az ET-1 esetén tipikusan parakrin szabályozásról, nem pedig "valódi" keringõ hormonról van szó. Feltételeztük, hogy a pericardialis transszudátumban mérhetõ ET-1 szint sokkalta valósághûbb módon tükrözi a tényleges szöveti koncentrációs viszonyokat annál is inkább, mivel ebben a folyadéktérben a jelzett ET-1 eliminációja vizsgálataink szerint jóval lassúbb mint a keringõ vérben ( 13 ). A pericardialis tér ET-1 szintjét vizsgálva arra a megállapításra jutottunk, hogy itt a peptid koncentrációja jóval, sõt meglepõ mértékben nagyobb, mint a plazmában - akár kísérleti állatban akár emberben (plazma-tér vs pericardialis tér: 3.3 +/- 0.5 vs 73 +/- 10 pg/ml [humán]; 20 +/- 3.5 vs 853 +/- 140 pg/ml [kutya]) ( 3 , 13 ). Folyamatban vannak elemzéseink annak kiderítésére, vajon a humán pericardialis ET-1 szint és a szívbetegség természete és a betegség súlyossága közt mutatható-e ki összefüggés?
A szóbanforgó koncentrációs viszonyok analízise már csak azért is fontos, mert az ET-1 - moláris effektivitását tekintve - minden tekintetben a szervezet egyik leghatékonyabb, ha éppen nem leghatékonyabb endogén ágense. Kimutatható, hogy az ET-1 bár nem "hatásszélessége", de moláris potenciája szerint a legerõsebb ismert pozitív inotrop ( 14 ). (Ez az effektus azonban csak izolált - a vérellátástól függetlenített - myocardialis szervpreparátumokon jut érvényre, mert a kibontakozását in situ szíven a párhuzamosan fellépõ koszorúérspazmus lefékezi.) A jelenség intracelluláris háttere feltehetõen az, hogy az ET-1 jelenléte soróni sejtszintû aktivációban a myocardialis [Ca2+]i robbanásszerû növekedését elõidézõ másodlagos jelátalakító rendszerek egyidejû, összefonódott involválódásával kell számolni, valamint az ezeket ellensúlyozó membrán-mechanizmusok (pl. a KATP csatorna) egyidejû gátlásával (l. fentebb).
Ugyanakkor mindezen folyamatok úgyszólván szükségszerû következményeként számolni kell az ET-1 hatás kapcsán fellépõ arrhythmogenezissel is. (E témakörben a közelmúltban nagyszámú experimentális elemzést tettünk közzé, melyek részletes taglalása itt lehetetlen ( 3 , 4 , 5 ). Röviden mindez úgy összegezhetõ, hogy mivel minimális dózisú (a vaszkuláris hatás küszöbdózisához közeli, tehát még nem koronária spasztikus) ET-1 intrakoronáriás vagy intraperikardiális alkalmazásával elsõ ízben sikerült nagy következetességgel ható endogén arrhythmogén szubsztanciát azonosítanunk, s miután az így kialakuló tachyarrhythmia és akciós potenciál diszperzió valamint a hátterükben álló lokális monofázisos akciós potenciál (MAP) megnyúlás ill. a korai utódepolarizáció (EAD) megjelenése jelentõs valószínûséggel irreverzibilis kamrafibrillációba torkollik, az ET-1 szóbajöhet az emberben kialakuló, gyakran végzetes ritmuszavarok, a hirtelen szívhalál kiváltójaként ( 3 , 4 , 5 ). A "vegyes" ETA és ETB receptor blokkoló bosentan ill. az újonnan kifejlesztett szelektív ETA antagonista LU 135. 252 (Knoll) alkalmazásával az arrhythmogenezis hatékonyan gátolhatónak bizonyult ( 5 ).
A fentiek összegzéseként megállapítható, hogy az endothelin-1 szívhatásai jóval könnyebben illeszthetõk valamely kórtani semmint élettani szerepkörbe, és a peptid eddig megismert hatástani mintázatát is gyakorlatiasabb patofiziológiai nézõpontból rendszerezni. A jövõ kutatásai minden bizonnyal más és teljesebb képet fognak kirajzolni az endothelinek hatástani arculatáról, jobban megmutatva az élettanilag kedvezõ vonásokat is. Ugyanakkor valószínûsíthetõ, hogy az endothelinek nem szokványos regulátor ágensek. Ilymódon az a körülmény, hogy az endothelin hatás során - ellentétben a homeosztázis klasszikus elveivel -mind a szív vérellátásának mind ingerületképzésének vonatkozásában a szíven belüli folyamatok variabilitása és inhomogenitása nem csökken, hanem nõ, egy újtípusú, non-lineáris dinamika szerinti regulációs elv jelenlétét sejteti a keringési rendszerben. E koncepcióról munkacsoportunk a közelmúltban összefoglaló tanulmányt jelentetett meg ( 15 ).

Irodalom:

  1.) de Bold AJ et al: Life Sci, 28, 89, 1981.

  2.) Yanagisawa M et al: Nature, 322, 411, 1988.

  3.) Tóth M et al: J Cardiovasc Pharmacol, 26, 5153, 1995; Horkay F et al: Ibid, 26, 5502, 1995.

  4.) Bohnemeier H et al: J Cardiovasc Pharmacol, 31, 552, 1998; Kiss P et al: Ibid, 31, S 103, 1998; Fazekas L et al: Ibid, 31, S 106, 1998; Turbucz P et al: Ibid, 31, S287, 1998; Solti F et al: Ibid, 31, S386, 1998; Szokodi I et al: Ibid, 3l, 5399, 1998; Horkay F et al: Ibid, 31, 5401, 1998; Tóth M et al: Ibid, 31, 5431, 1998; Gellér L et al: Ibid, 31, 5434, 1998; Merkely B et al: Ibid, 31, S437, 1998.

  5.) Gellér L et al: J Cardiovasc Pharmacol, in press, 2000; Szabó T: Ibid, in press, 2000; Merkely B et al: Ibid, in press, 2000; Kiss O et al: Ibid, in press, 2000; Horkay F et al: Ibid, in press, 2000.

  6.) Kékesi V et al: J Vasc Res, 29, 148, 1992.

  7.) Juhász-Nagy A et al: Adv Exp Med Biol, in press, 2000.

  8.) Fazekas L: Thesis, Budapest, 2000.

  9.) Tóth M et al: J Vasc Res, 29, 215, 1992.

10.) Szabó G et al: Cardiovasc Res 39, 683, 1998.

11.) Bohnemeier H et al: Clin Exp Hypertension, 20, 417, 1998.

12.) Horkay F et al: Am J Hypertension, 9, 86A, 1996.

13.) Horkay F et al: Life Sci, 62, 267, 1997.

14.) Szokodi I et al: Circulation, in press, 2000.

15.) Endothelin-Munkaközösség: Orvosi Hetilap, I40, 1395, 1999.