Therapeutische toepassingen voor Angiotensine-(1-7) in hartfalen Ons inzicht in het ontstaan van hartfalen en de mogelijkheden voor therapie zijn in

Transcriptie

1 Samenvatting

2 Therapeutische toepassingen voor Angiotensine-(1-7) in hartfalen Ons inzicht in het ontstaan van hartfalen en de mogelijkheden voor therapie zijn in de afgelopen decennia enorm toegenomen. Toch is hartfalen nog een groeiend probleem in de gehele westerse wereld en ook in Nederland. Naar schatting zal van alle Nederlanders van 55 jaar of ouder ongeveer een op de drie ooit hartfalen ontwikkelen en van de mensen die eenmaal hartfalen hebben komt meer dan de helft binnen vijf jaar te overlijden. Eigenlijk is hartfalen geen vastomlijnde ziekte, maar meer een syndroom dat ontstaat ten gevolge van verschillende aandoeningen, en dat zich klinisch ook op veel verschillende manieren kan presenteren. De belangrijkste oorzaken voor hartfalen zijn tegenwoordig een doorgemaakt hartinfarct en te hoge bloeddruk. Daarnaast kan hartfalen ook ontstaan als gevolg van een aantal andere -aangeboren of verworven- aandoeningen. Ondanks de verschillende oorzaken zijn er wel overeenkomsten aan te wijzen in hoe hartfalen uiteindelijk ontstaat. In geval van een hartinfarct sterft een deel van de hartspier af. Hierdoor is voor het rondpompen van het bloed door het lichaam minder hartspierweefsel beschikbaar. Bij hoge bloeddruk moet het hart meer kracht leveren om het bloed de lichaamscirculatie in te pompen. Beide situaties leiden tot een hogere belasting van de hartspier. Om toch aan de behoefte van het lichaam te kunnen voldoen treden verschillende compensatiemechanismen in werking. Ten eerste worden signalen aan de hartspier gegeven om harder te gaan pompen, en daarnaast worden ook in de rest van het lichaam ( systemisch ) aanpassingen gedaan wanneer het hart minder bloed kan leveren. Zo wordt ervoor gezorgd dat bloedvaten in sommige delen van het lichaam vernauwen opdat het beschikbare bloed met name naar essentiële organen, zoals de hersenen, stroomt. Ook wordt ervoor gezorgd dat meer vocht wordt vastgehouden, zodat het bloedvolume, en dus de bloedvoorziening, toeneemt. Meer bloedvolume moet daardoor echter wel door nauwere bloedvaten stromen waardoor de werkdruk op het hart sterk toeneemt. Als gevolg wordt er daarom ook voor gezorgd dat de hartspier meer spiermassa ontwikkelt om in pompkracht en omvang toe te nemen ( hypertrofie ). Al deze veranderingen zijn er op de korte termijn op gericht om de circulatie in stand te houden, maar leiden op lange termijn juist tot verslechtering van de situatie. De vergroting van de hartspier lijkt in eerste instantie gunstig, maar meer weefsel heeft ook meer behoefte aan zuurstof en voedingsmiddelen. Hiervoor moeten nieuwe bloedvaten in het weefsel worden aangelegd, maar om onduidelijke redenen gaat de hypertrofie van het hart niet, of in elk geval onvoldoende, gepaard met de aanleg van nieuwe bloedvaatjes ( angiogenese ). Hierdoor kan het vergrote hart uiteindelijk niet navenant beter presteren. Ook de systemische vaatvernauwing en het vasthouden van vocht zijn op termijn niet gunstig - ze leiden juist tot een grotere belasting van het hart. De symptomen van hartfalen die hierdoor optreden zijn verminderde mogelijkheid tot inspanning 98

3 Samenvatting (uiteindelijk zelfs vermoeidheid in rust), kortademigheid, en vochtophoping ( oedeem, met name zichtbaar als dikke enkels). De belangrijkste systemen die de compenserende, maar uiteindelijk ongunstige aanpassingen aanzwengelen zijn het zogenaamde Renine-Angiotensine Systeem (RAS), met als boosdoener het hormoon (bepaald type signaalstof) angiotensine II (Ang II), en het sympathische zenuwstelsel, waarvan adrenaline het bekendste hormoon is. De huidige therapie van hartfalen richt zich met name op deze twee systemen. Zogenaamde ACE remmers grijpen in in het RAS en β-blokkers blokkeren de sympathische neurotransmissie. Deze middelen zijn bewezen effectief bij hartfalen, ze verminderen de symptomen van de ziekte, de verslechtering en het aantal mensen dat aan de ziekte overlijdt. Ondanks therapie met deze middelen sterft ongeveer 65% van de patiënten met hartfalen binnen vijf jaar aan deze ziekte. Het is dus belangrijk om nieuwe, meer innovatieve behandelstrategieën te ontwikkelen. Daarom bestuderen we in dit proefschrift nieuwe mogelijkheden om in het RAS in te grijpen in de vorm van angiotensine-(1-7) (Ang-(1-7)), en onderzoeken we de mogelijkheid van gentherapie als toedieningsvorm voor dit Ang-(1-7). Angiotensine-(1-7) Het renine-angiotensine systeem, kortweg RAS is hierboven al vaker genoemd. Onder het RAS valt een verzameling onderdelen zoals hormonen, de enzymen (versnellers van scheikundige reacties) die deze hormonen produceren en de receptoren (een soort ontvangers) waar ze uiteindelijk aan binden om hun boodschap aan de lichaamscellen door te geven. Het meest beruchte lid van het RAS is Ang II. Ang II is verantwoordelijk voor veel, zoniet alle, ongunstige eigenschappen van het RAS in hart- en vaatziekten. Tegenwoordig weten we dat het RAS veel uitgebreider is en niet alleen ongunstige hormonen produceert. (Vergelijk de figuren 1 en 2 uit hoofdstuk 1) Ang-(1-7), bijvoorbeeld, is slechts een aminozuur kleiner dan Ang II, maar uit onderzoek is gebleken dat Ang-(1-7) veel van de effecten van Ang II kan remmen. In deel II onderzoeken we of Ang-(1-7) ook een rol speelt bij de ontwikkeling en behandeling van hartfalen. Hiervoor is gebruik gemaakt van een proefdiermodel. Ratten die (artificieel) een hartinfarct krijgen, ontwikkelen net als mensen op den duur hartfalen. In hoofdstuk 2 beschrijven we dat langdurige toediening van Ang-(1-7) na een hartinfarct de mate van hartfalen aanzienlijk vermindert. In hoofdstuk 3 bestuderen we vervolgens wat er gebeurt met de verschillende betrokken onderdelen van het RAS in het hart tijdens de ontwikkeling van hartfalen. We zien dat direct na een hartinfarct meer receptor voor Ang II geproduceerd wordt, maar dit effect is slechts tijdelijk. De receptor voor Ang-(1-7), Mas, daarentegen wordt niet beïnvloed. Daarnaast is gedurende de hele studieperiode de productie van zowel ACE, het enzym dat Ang II maakt, als van ACE2, het enzym dat Ang II omzet in Ang-(1-7), verhoogd. Deze balans tussen ACE en ACE2 is vermoedelijk essentieel om te voorkomen dat de ongunstige eigenschappen van het RAS te zeer de overhand krijgen, maar ze is onvoldoende om de ontwikkeling van 99

4 hartfalen uiteindelijk te voorkomen. Wellicht was daarom het toedienen van extra Ang- (1-7) in hoofdstuk 2 gunstig omdat het een mogelijk tekort in het lichaam aanvult. Behalve bij hartfalen kan Ang II ook betrokken zijn bij hoge bloeddruk. In hoofdstuk 4 bestuderen we daarom het effect van Ang-(1-7) in een diermodel voor te hoge bloeddruk. Door een operatieve ingreep is het mogelijk gezonde ratten een hoge bloeddruk te laten ontwikkelen. Na zes weken matig verhoogde bloeddruk is al duidelijk sprake van hypertrofie van het hart (zie pagina 98), maar is de hartfunctie nog niet verslechterd. Chronische toediening Ang-(1-7) blijkt geen effect te hebben op de bloeddruk, noch beïnvloedt het de hypertrofie van het hart als gevolg van de bloeddrukverhoging. Hoewel zowel in dit model voor hoge bloeddruk als in het model voor hartfalen uit hoofdstuk 2 het RAS een belangrijke rol speelt, is het effect van Ang- (1-7) in beide verschillend. Kennelijk zijn de verschillen in beide ziektebeelden in dit opzicht groter dan de overeenkomsten. Om dieper in te kunnen gaan op de werkingsmechanismen van Ang-(1-7) moet er op het niveau van de afzonderlijke onderdelen worden gekeken, zoals bijvoorbeeld de binding van Ang-(1-7) aan verschillende receptoren. Voor dergelijk onderzoek wordt vaak gebruik gemaakt van radioactief gelabelde stoffen. Door de straling die een gelabeld molecuul uitstraalt is het makkelijker terug te vinden en te kwantificeren. Voor de labeling van peptiden, zoals Ang-(1-7) wordt vaak een radioactief joodatoom ( 125 I) gebruikt. Dit joodatoom wordt er door middel van een scheikundige reactie aan gezet. Ang-(1-7) kan één, twee of drie joodatomen binden. Omdat een joodatoom vrij groot is ten opzichte van Ang-(1-7) is het niet vanzelfsprekend dat de gelabelde variant dezelfde eigenschappen heeft als het origineel. In Hoofdstuk 5 laten we zien dat Ang-(1-7) gelabeld met slechts één joodatoom nog precies dezelfde eigenschappen heeft als het oorspronkelijke peptide. Zodra er meer dan één joodatoom aan gebonden is gaat de biologische activiteit dramatisch achteruit. Voor onderzoek is dus alleen Ang-(1-7) met één joodatoom geschikt Gentherapie In bovenstaande dierexperimenten hebben we Ang-(1-7) steeds in hoge dosering toegediend, waardoor het zich verdelen kon over het gehele lichaam. Eleganter en informatiever zou het zijn wanneer we de invloed van Ang-(1-7) op individuele organen konden bestuderen. Met behulp van gentherapie zou dit theoretisch mogelijk moeten zijn. Het lichaam is opgebouwd uit eiwitten. Informatie over de samenstelling van eiwitten, kortweg gen genoemd (vandaar ook gentherapie ), ligt in de cel opgeslagen in de vorm van DNA. Inmiddels is er zeer veel kennis vergaard over de samenstelling van DNA, en hoe het vertaald wordt in eiwitten. Door nieuw DNA in een lichaamscel te brengen kun je de eiwitten die deze cel produceert beïnvloeden. Zo kan het lichaam in wezen zijn eigen geneesmiddelen maken. Dit is in een notendop de gedachte achter gentherapie. In 100

5 Samenvatting de praktijk is gentherapie echter nog niet zo eenvoudig te bewerkstelligen. De eerste hindernis is al het in de juiste cellen brengen van genetische informatie. Losse DNA-moleculen ( naakt DNA ) worden nauwelijks opgenomen in cellen. Om toch een aanzienlijk aantal cellen van de extra informatie te voorzien moet het DNA anders aangeboden worden. Vaak wordt gekozen voor een virus als transportmiddel naar de binnenkant van cellen. Virussen zijn parasitaire organismen die wel DNA hebben, maar zelf geen eiwitten kunnen produceren. Om zich toch te kunnen vermenigvuldigen moeten ze daarom gebruik maken van de cellen van andere organismen. Ze smokkelen hun eigen DNA naar binnen, zodat de eiwitten waar het voor codeert door de gastheercel geproduceerd kunnen worden. Van deze eigenschap wordt vaak gebruik gemaakt voor gentherapie. Virussen zoals de bekende verkoudheidsvirussen (adenovirussen) worden gestript, dat wil zeggen de meeste informatie voor de productie van nieuwe virussen wordt uit hun DNA verwijderd, en het therapeutische ( recombinante ) gen wordt in plaats daarvan ingebouwd. Deel III beschrijft de zoektocht naar een gentherapeutische methode die uitvoerbaar en effectief is in de diermodellen voor hartfalen die wij gebruiken. Bij de ontwikkeling van een dergelijke methode moet met een aantal zaken rekening gehouden worden. In de eerste plaats is het van belang welke cellen in welk orgaan je wilt bereiken. Verschillende virussen hebben verschillende voorkeuren voor de cellen die ze infecteren. Adenovirussen zijn weinig kieskeurig. In het wild zorgen ze bijvoorbeeld met name voor problemen in de luchtwegen, maar eenmaal in de bloedbaan hebben ze ook een opmerkelijk hoge affiniteit voor levercellen. Het celtype dat bereikt wordt is dus ook afhankelijk van de toedieningsroute. Ten slotte verschilt ook de duur van expressie, dat wil zeggen hoe lang het therapeutische eiwit geproduceerd wordt. In Hoofdstuk 6 wordt Semliki Forest Virus (SFV) gepostuleerd als praktisch alternatief voor het meer algemeen gebruikte adenovirus. In vergelijking met adenovirus is SFV in het hart effectiever en selectiever en geeft dus geen expressie in andere organen, zoals de lever. Expressie van recombinant SFV in het hart duurt ruim een week, een tijdspanne die met name voor vorming van nieuwe bloedvaten (angiogenese: zie pagina 98) zeer geschikt zou kunnen zijn. In hoofdstuk 7 wordt deze optie uitgediept. In hoofdstuk 7 werd gebruik gemaakt van de zogenaamde mren2 rat. De mren2 rat heeft een te actief RAS. Hierdoor ontwikkelt hij verhoogde bloeddruk die leidt tot hypertrofie van het hart en op den duur tot ernstig hartfalen. In deze ratten hebben we met behulp van SFV een gen voor het groeihormoon VEGF in hartspiercellen gebracht. In gezonde dieren stimuleert VEGF de vorming van nieuwe bloedvaten. In mren2 ratten had de toediening van SFV-VEGF echter het tegenovergestelde effect. De hoeveelheid bloedvaten in het hart was twee weken na toediening van het virus juist verlaagd, hetgeen een ongunstig effect had op de hartfunctie. De paradoxale werking van SFV-VEGF in dit diermodel voor hartfalen is een belangrijke les voor de uiteindelijke toepassing van angiogenetische gentherapie in patienten: voorzichtigheid lijkt geboden! 101

6 Samenvattend laten we in dit proefschrift zien dat Ang-(1-7) binnen het RAS een belangrijke rol speelt. Infusie van Ang-(1-7) na een hartinfarct kan de ontwikkeling van hartfalen in grote mate voorkomen. Om lokale effecten van Ang-(1-7) of andere gunstige produkten, in het hart te onderzoeken is SFV een veelbelovend hulpmiddel. We kunnen echter nog niet concluderen of het SFV in zijn huidige vorm wel geschikt is voor het bewerkstelligen van gunstige effecten. 102