Neuroendocrine effects of the endocrine disruptors Vinclozolin and Equol in the adult male rat

Abstract

Zahlreiche anthropogene Chemikalien und Pflanzeninhaltsstoffe können die Funktion der endogenen Sexualsteroide durch eine direkte Interaktion mit deren spezifischen nukleären Rezeptoren beeinflussen. Derartige Substanzen werden als „Endokrine Disruptoren (EDs)“ bezeichnet. Es mehren sich aber die Hinweise, dass zumindest einige EDs hinsichtlich der Interaktion mit Steroidrezeptoren eine geringe Selektivität aufweisen, i.e. diese promisken EDs binden an mehr als einen nukleären Rezeptor. Ein Beispiel für einen derartigen promisken endokrinen ED ist das Fungizid Vinclozolin (VZ), welches am Androgenrezeptor (AR) antagonistische, am Östrogenrezeptor (ER) hingegen agonistische Wirkungen ausüben kann. Ein zweites Beispiel ist Equol (EQ), ein Metabolit des Isoflavonoids Daidzein. Es ist vielfach gezeigt worden, dass Equol mit dem ER interagiert, aber neueste Daten weisen auf eine mögliche Androgene Wirkung von EQ hin. Trotz der eindeutigen negativen Wirkungen von EDs auf die Entwicklung und Funktion reproduktiver Organe gibt es keine Untersuchungen zur möglichen Wirkung von VZ und EQ auf die Funktion des ZNS, insbesondere die neuroendokrine Regulation der hypothalomo-hypophysio-gonadalen Achse (HPG-Achse). Daher ist die Zielsetzung der vorliegenden Studie die Untersuchung, ob und wie VZ und EQ die neuroendokrine Regulation der HPG-Achse in erwachsenen, männlichen Ratten nach einer fünftägigen oralen Behandlung beeinflussen. Als Zielparameter wurde die Genexpression in der medialen, präoptischen Region des vorderen Hypothalamus (MPOA/AH), des mediobasalen Hypothalamus/Eminentia mediana (MBH/ME) sowie im Striatum, Hippocampus, Amygdala sowie der Hypophyse untersucht. Als Referenzorgane für steroidregulierte Gewebe wurden Prostata, Samenblase und Nebenhoden gewählt. Im Fall des Equols wurde zusätzlich der Effekt diese EDs auf das Sexualverhalten der männlichen Ratten untersucht. Als Goldstandard für ein reine Antiandrogen wurde Flutamid (FLUT) verwendet. Nach Beendigung der Behandlung, bzw, des Verhaltenstests, wurden die Tiere tierschutzgerecht getötet, das Blut gesammelt und die oben genannten Organe präpariert. Von der Prostata, der Samenblase, dem Nebenhoden und der Leber wurde das Frischgewicht bestimmt. In der Blutprobe wurden die Konzentrationen der Hormone LH, Testosteron (T), Dihydrotestosteron (DHT), TSH, T4, T3 sowie die Konzentrationen der Testsubstanzen selbst durch Radioimmunoassay bzw. HPLC bestimmt. Die Genexpression von Steroidrezeptoren sowie von steroidrezeptor-regulierten Genen in den oben genannten Organen wurde per Taqman-PCR gemessen. Die VZ-Behandlung resultierte in einem signifikant geringeren Gewicht der Nebenhoden und erhöhten Serumspiegeln von LH und T. Im Hypothalamus beeinflusste VZ die Expression von GnRH und von ER"Α" und ER"Β". In den extrahypothalamischen Arealen verursachte VZ eine Veränderung der Expression sowohl des ARs als auch der ERs. Die hypophysäre Expression von LH, von TERP-1/-2 sowie des GnRH-Rezeptors wurde durch VZ hochreguliert. In der Prostata hingegen reduzierte VZ die Expression des ER"Β"und erhöhte die mRNA-Spiegel des AR. In der Samenblase bewirkte die Behandlung mit VZ eine erhöhte Expression des AR und des ER"Α". Im Nebenhoden erhöhte sich unter VZ-Behandlung die Expression des AR und ER"Β". Die reduzierten Serumwerte von TSH und T4 werden wahrscheinlich durch einen direkten Effekt von VZ auf die thyreoptropen Zellen der Hypophyse hervorgerufen. FLUT erzeugte das erwartete Muster von Effekten eines AR-Antagonisten, i.e. reduzierte Gewichte der Prostata, der Samenblase und des Nebenhodens und erhöhte Serumspiegel von LH, T und DHT ohne Effekte auf die Prolaktinspiegel. EQ hingegen induzierte gegensätzliche Effekte. EQ als auch FLUT veränderten im Hypothalamus die Expression von GnRH und des GnRH-Rezeptors während in den extrahypothlamischen Arealen beide Substanzen die Expression von ER"Α" und AR in identischer Weise veränderten. In der Hypophyse hingegen waren unter EQ bzw. FLUT-Behandlung gegenläufige Effekte auf die Expression von ER"Α", TERP-1/-2, des GnRH-Rezeptors, der LH"Α"und "Β"-Untereinheit zu messen. Die Expression des ER"Α" und des AR in der Prostata wurde sowohl durch EQ als auch durch FLUT beeinflusst. Die fünftägige Behandlung der männlichen Ratten mit drei verschiedenen Dosierungen von EQ führte in keiner Behandlungsgruppe zu einer Veränderung des Sexualverhaltens. FLUT hingegen unterdrückte das Sexualverhalten in allen getesteten Tieren komplett. Die Serum T4- und T3- Spiegel wurden durch EQ und FLUT signifikant reduziert, was auf eine direkte Wirkung der Testsubstanzen auf die thyreotrophen Zellen der Hypophyse hinweist. Möglicherweise trägt auch der erhöhte hepatische Metabolismus der Schilddrüsenhormone zu deren reduzierten Serumspiegeln bei. Diese Interpretation einer Enzyminduktion steht im Einklang mit den erhöhten Lebergewichten. Zusammenfassend können aus der vorliegenden Studie folgende Schlussfolgerungen gezogen werden: 1. In vivo ist VZ kein reines Antiandrogen, sondern besitzt sowohl AR-antagonistische als ER-agonistische Eigenschaften im Gehirn, der Hypophyse und akzessorischen Geschlechtsorganen. 2. Equol hat eine ausgeprägte ED-Aktivität auf die HPG-Achse, die ausschließlich auf eine östrogene Wirkung zurückzuführen ist. Weder im Gehirn, der Hypophyse noch in peripheren Organen wie der Prostata konnten eine signifikante antiandrogene Wirkung von EQ nachgewiesen werden. 3. Die Referenzsubstanz FLUT erwies sich als ein starkes Antiandrogen hinsichtlich der neuroendokrinen Regulation der HPG-Achse und des androgeninduzierten männlichen Sexualverhaltens.