Pentaerrithrityltetranitrat Organische Nitrate und experimenteller Diabetes mellitus: Ein Vergleich zwischen Pentaerithrityltetranitrat und Isosorbiddinitrat Matthias Oelze1, Swenja Schuhmacher1, Philip Wenzel2, Christian Hochmuth1, Sebastian Steven1, Tjebo Heeren1, Eberhard Schulz2, Dirk Stalleicken3, Thomas Münzel2 und Andreas Daiber1 1Universitätsklinikum Mainz, II. Med. Klinik, Abteilung für Molekulare Kardiologie, Mainz 2Universitätsklinikum Mainz, II. Med. Klinik und Poliklinik, Mainz 3Actavis Deutschland GmbH, Langenfeld 16. Expertentreffen Pentaerrithrityltetranitrat Magdeburg, 17. Okt. 2009 Mit freundlicher Unterstützung von Actavis Deutschland GmbH

Hintergrund I: PETN induziert keine Nitrat- und cross-Toleranz Wenzel, Oelze et al, . Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2007

PETN potenziert (tendenziell) und ISMN reduziert die HO-1 Expression Hintergrund II: PETN vs. ISMN bei chronischer Angiotensin-II Behandlung In verschiedenen Tiermodellen der Hypertonie unterdrückt PETN im Gegensatz zu ISMN kardialen und vaskulären oxidativen Stress und normalisiert teilweise die Gefäßfunktion PETN potenziert (tendenziell) und ISMN reduziert die HO-1 Expression

NADPH-oxidase activity Hintergrund II: PETN vs. ISMN bei chronischer Angiotensin-II Behandlung by L-012 ECL [counts/min] Mitochondrial ROS by Lucigenin 5 µM ECL NADPH-oxidase activity [counts/min] *# * Heart: Ctr AT-II AT-II AT-II DMSO DMSO +PETN +ISMN *# * IOD [arbitrary units] DHE staining Lucigenin 5 µM ECL [counts/min/mg] Aorta: P < 0,05 * vs. Ctr/DMSO # vs. AT-II + PETN

Hintergrund II: PETN vs. ISMN bei chronischer Angiotensin-II Behandlung % relaxation HO-1 mRNA HO-1 Protein * * * * *# mRNA Expression (Fold change) #+ Ctr AT-II AT-I AT-II DMSO DMSO +PETN +ISMN Ctr AT-II AT-II AT-II DMSO DMSO +PETN +ISMN a-Actinin - HO-1 - P<0.05: * vs. Ctr/DMSO; # vs. AT-II+PETN

Hintergrund III: STZ induzierter Diabetes mellitus Typ 1 im Rattenmodel Deutlich reduzierte Gewichtszunahme Stark erhöhte Blutzuckerspiegel Gefäßdysfunktion Anstieg der NADPH-Oxidase Aktivität Vaskulärer und kardialer oxidativer Stress

Hintergrund III: STZ induzierter Diabetes mellitus Typ 1 im Rattenmodel Blood glucose level Weigh gain ACh response GTN response Log M (ACh) Log M (GTN) entnommen aus: Wenzel, Schulz et al., Free Radic Biol Med 2008

Hintergrund III: STZ induzierter Diabetes mellitus Typ 1 im Rattenmodel IOD (arbitrary units) Vascular O2-. Prod. DHE staining Ctr STZ Lucigenin [5 µM] CL Counts/mg/min Cardiac NADPH oxidase activity Cardiac mitochondria ROS detection L-012 [100 µM] CL entnommen aus: Wenzel, Schulz et al., Free Radic Biol Med 2008

Fragestellung I. Zeigt eine Therapie mit PETN positive Effekte in einem Tiermodel eines Streptozotozin (STZ) induzierten Diabetes mellitus Typ 1 II. Welche Effekte zeigen sich im Vergleich dazu bei einer Therapie mit Isosorbiddinitrat (ISDN)

Tiermodel Männliche Wistar Ratten (230-250 g) Diabetes Induktion über eine einmalige i.v. Injektion (STZ: 60 mg/kg) 8 Wochen vor Versuchsbeginn Behandlung mit PETN (15 mg/kg/d) oder ISDN (10 mg/kg/d) über Futterbeimischung 7 Tage nach STZ-Injektion für 7 Wochen

Tiermodel Männliche Wistar Ratten (230-250 g) Diabetes Induktion über eine einmalige i.v. Injektion (STZ: 60 mg/kg) 8 Wochen vor Versuchsbeginn Behandlung mit PETN (15 mg/kg/d) oder ISDN (10 mg/kg/d) über Futterbeimischung 7 Tage nach STZ-Injektion für 7 Wochen Behandlung mit ISMN (75 mg/kg/d) über Trinkwasser 7 Tage nach STZ-Injektion für 7 Wochen

Tiermodel Männliche Wistar Ratten (230-250 g) Diabetes Induktion über eine einmalige i.v. Injektion (STZ: 60 mg/kg) 8 Wochen vor Versuchsbeginn Behandlung mit PETN (15 mg/kg/d) oder ISDN (10 mg/kg/d) über Futterbeimischung 7 Tage nach STZ-Injektion für 7 Wochen Behandlung mit ISMN (75 mg/kg/d) über Trinkwasser 7 Tage nach STZ-Injektion für 7 Wochen Insulin (2,5 U/d) über subcutane osmotische Minipumpen für 14 Tage (Woche 7 u. 8)

Ergebnisse I: STZ+Insulin Gewicht und Blutzucker Ctr STZ +Ins *# * weigh gain Ctr STZ +Ins # * blood glucose P<0.05: * vs. Ctr; # vs. STZ

Ergebnisse I: STZ+Insulin Aorta ACh-response GTN-response DEANO-response % relaxation Log M (ACh) Log M (GTN) Log M (DEANO) * # Ctr STZ +Ins DHE staining of rat aortic rings arbitrary units [IOD] Ctr STZ +Ins P<0.05: * vs. Ctr; # vs. STZ

Ergebnisse I: STZ+Insulin Herz und Blutserum Mitochondrial ROS by L-012 ECL in heart * # Ctr STZ +Ins NADPH-oxidase activity by Lucigenin 5 µM ECL in heart Ctr STZ +Ins * # Reduction of DPP-radical în blood serum * *# P<0.05: * vs. Ctr; # vs. STZ Ctr STZ +Ins

Ergebnisse I: STZ+Insulin Proteinexpression in Aorta (WB) Nox1 Ctr STZ +Ins a-Act. * # Nox2 Ctr STZ +Ins a-Act. * # Nox2 eNOS Ctr STZ +Ins a-Act. * # GCH-1 Ctr STZ +Ins a-Act. * # DHFR Ctr STZ +Ins a-Act. * # P<0.05: * vs. Ctr; # vs. STZ

Ergebnisse II: STZ + Nitrate Gewichtsveränderungen und Blutzucker Ctr STZ +PETN +ISDN +ISMN * weigh gain Ctr STZ +PETN +ISDN +ISMN * *# blood glucose P<0.05: * vs. Ctr; # vs. STZ

Ergebnisse II: STZ + Nitrate Herz Ctr STZ +PETN +ISDN +ISMN * *+^ # *+ Ctr STZ +PETN +ISDN +ISMN # * n.d. Ctr STZ +PETN +ISDN +ISMN # * *+ n.d. P<0.05: * vs. Ctr; # vs. STZ; + vs. STZ+PETN; ^ vs. STZ+ISDN

Ergebnisse II: STZ + Nitrate Blutserum Ctr STZ +PETN +ISDN +ISMN *+ * *# Ctr STZ +PETN +ISDN +ISMN # n.d. * [µM Superoxid/30s] P<0.05: * vs. Ctr; # vs. STZ; + vs. STZ+PETN

Ergebnisse II: STZ + Nitrate Aorta Log M (ACh) Log M (GTN) Log M (DEANO) * ROS production: DHE staining of aortic cryosections *+ *# * Ctr STZ +PETN +ISDN +ISMN P<0.05: * vs. Ctr; # vs. STZ; + vs. STZ+PETN; ^ vs. STZ+ISDN

Ergebnisse II: STZ + Nitrate Proteinexpression in Aorta (WB) Ctr STZ +PETN +ISDN +ISMN * Nox1 – b-Actin - Ctr STZ +PETN +ISDN +ISMN * *+ *# Nox2 – b-Actin - * * * *+ Ctr STZ +PETN +ISDN +ISMN b-Actin - HO-1 - Ctr STZ +PETN +ISDN +ISMN * *+ eNOS – b-Actin - Ctr STZ +PETN +ISDN +ISMN * # b-Actin - GCH-1 - Ctr STZ +PETN +ISDN +ISMN * #+^ b-Actin - DHFR - P<0.05: * vs. Ctr; # vs. STZ; + vs. STZ+PETN; ^ vs. STZ+ISDN

Zusammenfassung Eine Behandlung mit PETN zeigt im Tiermodell des Diabetes mellitus Typ 1 in der Mehrzahl der gemessenen Parameter positive Effekte auf die Funktion des karidio-vaskulären Systems Gegenüber einer ISDN-Co-Behandlung sind die antioxidativen Effekte von PETN deutlich ausgeprägter Für die vaskuläre Funktion konnte für beide Nitrate eine analog positive Wirkung beobachtet werden In Übereinstimmung mit vorangegangenen Studien zeigte eine Behandlung mit dem Mononitrat ISMN keine protektiven Effekte Die Verabreichung von Insulin normalisierte alle gemessenen Parameter und identifiziert die kardio-vaskulären Beeinträchtigungen als Folge eines Diabetes mellitus

Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit Direktor II Med. Klinik: Thomas Münzel2, Prof. Dr. med. Leiter der Arbeitsgruppe Molekulare Kardiologie: Andreas Daiber1, Prof. Dr. rer. nat. et med. habil. Wissenschaftler: Swenja Schuhmacher1, Dipl. Biologin Philip Wenzel2, Dr. med. Eberhard Schulz2, Dr. med. Doktoranden: Christian Hochmuth1, Sebastian Steven1, Tjebo Heeren1 1Universitätsklinikum Mainz, II. Med. Klinik, Abteilung für Molekulare Kardiologie, Mainz 2Universitätsklinikum Mainz, II. Med. Klinik und Poliklinik, Mainz