L-Arginine and Tetrahydrobiopterin for the treatment of pulmonary arterial hypertension in a rodent model

Pulmonal-arterielle Hypertension (PAH) ist eine lebensbedrohliche Erkrankung, bei der es durch progressive Veränderungen zu einer zunehmenden Einengung bis hin zum Verschluss einzelner Gefäße im pulmonalen Gefäßbett kommt. Veränderungen im Signalweg der endothelialen Stickstoff-Synthase (eNOS) scheinen nicht nur bei der Entstehung der Krankheit, sondern auch in der Therapie der PAH eine Rolle zu spielen. Die körpereigene Stickstoff-Synthese durch die eNOS ist abhängig von der Verfügbarkeit des Substrats L-Arginin (LA) und dem Cofaktor Tetrahydrobiopterin (BH4). Die kombinierte Gabe beider Substanzen wurde bisher nicht in vivo evaluiert und hat möglicherweise einen synergistischen Effekt. Im Rahmen der vorliegenden Studie wurde ein experimentelles Tiermodell der PAH aus unilateraler Pneumonektomie und Monocrotalin etabliert. In 62 männlichen Sprague-Dawley Ratten wurden mittels telemetrischer Messung, hämodynamische und funktionelle sowie post mortem morphometrische Parameter einer oral verabreichten LA, BH4 oder Kombinationstherapie gegenüber einer Kontrollgruppe verglichen. Die Verabreichung von LA, BH4 und der Kombinationstherapie führten zu einer signifikanten Verminderung des pulmonal-arteriellen Drucks, einer Aktivitätssteigerung und einer Zunahme des Körpergewichts. Zudem zeigten sich eine verringerte Rechtsherzhypertrophie und ein verringertes Remodeling von kleinen pulmonal-arteriellen Gefäßen. Obwohl die eNOS-mRNA Expression signifikant durch die Therapie reduziert wurde, zeigte sich der Gesamt-eNOS- Protein-Gehalt im Vergleich zur Kontrollkohorte unverändert. In der Kombinationsgruppe zeigten sich keine signifikanten Unterschiede in hämodynamischen, funktionellen oder morphometrischen Parametern im Vergleich zu einer isolierten LA oder BH4 Therapie. Anhand der gewonnenen Daten kann kein klinisch relevanter Vorteil einer oral verabreichten Kombinationstherapie aus LA und BH4 gezeigt werden. Vom aktuellen Standpunkt kann die orale Kombinationstherapie daher nicht als Therapie der PAH im Menschen empfohlen werden.Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a life threatening disease that is characterized by progressive narrowing and subsequent occlusion of pulmonary vessels. Alterations in the nitric oxide (NO) pathway seem to play an important role in development and therapy of the disease. Endogenous NO production in the vessel wall by the endothelial nitric oxide synthase (eNOS) is regulated by the availability of the main substrate L-Arginine (LA) and its cofactor Tetrahydrobiopterin (BH4). The combined administration of both substances could have favorable synergistic effects, but has not been tested in vivo before. We established an animal model of experimental PAH by combination of unilateral pneumonectomy and monocrotaline. In a total of 62 male Sprague-Dawley rats we telemetrically monitored therapy effects and compared hemodynamic, functional and morphometric parameters of an oral LA, BH4 or combined therapy versus a control cohort. LA, BH4 as well as the combination of both substantially lowered PAP, increased activity and body weight, decreased right ventricular hypertrophy and vascular remodeling of small pulmonary arteries. Although a down regulated eNOS mRNA expression was found for the therapy groups, the total eNOS protein content by immunohistochemistry and western blot studies did not differ compared to control rats. For the combined therapy group, no significant differences were found with respect to hemodynamic, functional or morphometric parameters in comparison with the LA or BH4 monotherapy groups. Our experimental study did not reveal a clinically relevant synergism of a combined administration of LA and BH4. These results do not encourage the translation into human PAH therapy.submitted by Dr. med. univ. Catharina Rahel SchreiberZusammenfassung in deutscher SpracheAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersMedizinische Universität, Dissertation, 2017OeB