Der Einfluss von Lithium auf die Bluthirnschrankenintegrität nach zerebraler Ischämie der Maus
by Matteo Dr. Haupt
Date of Examination:2022-01-12
Date of issue:2022-04-08
Advisor:Prof. Dr. Thorsten Roland Döppner
Referee:Prof. Dr. Thorsten Roland Döppner
Referee:Prof. Dr. Alexander Flügel
Referee:Prof. Dr. Margarete Schön
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-9163
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Abstract
English
Lithium wird seit Jahrzehnten bei der Behandlung von bipolaren Affektstörungen, Manie, Depression und Cluster-Kopfschmerz verwendet. Zusätzlich zeigte die Gabe von Lithium auch in einer Vielzahl präklinischer Tierexperimente und in einer klinischen Studie neuroprotektive Effekte bei ischämischem Schlaganfall. Dies ist von herausragendem Interesse, da in der Behandlung des ischämischen Schlaganfalls bisher keine adjuvante verlaufsmodulierende pharmakologische Therapie existiert. Die derzeit angewandten Therapieformen haben ausschließlich die kausale Rekanalisierung der verschlossenen Gefäße im akuten Stadium des Schlaganfalls zum Ziel, von denen aufgrund von engen Zeitfenstern und Kontraindikationen nur eine Minorität der Patienten profitiert. In vorangegangenen Tierexperimenten äußerte sich die lithiuminduzierte Neuroprotektion akut durch eine Reduktion des Schlaganfallvolumens sowie eine verringerte neuronale Apoptose und langfristig durch eine verbesserte neurologische Erholung. Die genauen Wirkmechanismen sind allerdings bisher unbekannt. Die bisher einzige randomisierte Doppelblindstudie gab ebenfalls erste Hinweise auf einen gesteigerten Erhalt der motorischen Funktionen durch Lithiumbehandlung bei Patienten mit erstmaligem kortikalem ischämischem Schlaganfall. Weitere klinische Studien sind zwingend notwendig. Hierfür ist ein besseres Verständnis der Mechanismen der lithiuminduzierten Neuroprotektion sowohl zur Identifizierung von neuroprotektiven Mechanismen im Allgemeinen als auch für eine bessere Patientenselektion für zukünftige klinischen Studien im Speziellen notwendig. Ziel der vorliegenden Arbeit war es deshalb, zugrundliegende Mechanismen der lithiuminduzierten Neuroprotektion zu identifizieren. Die hierbei aufgestellte Hypothese war, dass Lithium eine protektive Wirkung auf die Bluthirnschranke hat, welche in der Pathophysiologie des ischämischen Schlaganfalls eine herausragende Rolle einnimmt. Hierfür wurden in einem ersten Schritt In-vitro-Experimente an Endothelzellen, die ein zentraler Bestandteil der Bluthirnschranke sind, durchgeführt. Dabei wurden die Zellen einem Sauerstoff-Glukose-Entzug ausgesetzt und anschließend im Standardmedium oder im Standardmedium, welches zusätzlich Lithium enthielt, inkubiert. Im Anschluss wurden die Unterschiede zwischen den Gruppen in Bezug auf das Zellüberleben und das Expressionslevel von Zell-Zell-Kontakten, sogenannten Tight-Junction-Proteinen, analysiert. In einem zweiten Schritt wurden In-vivo-Experimente an Mäusen, denen ein Schlaganfall durch operative Okklusion der Arteria cerebri media induziert wurde, durchgeführt. Als Kontrolle wurden zudem in ausgewählten Experimenten Scheingruppen eingesetzt, die das gesamte Prozedere der Operation durchliefen, ohne eine tatsächliche Okklusion des Gefäßes. Im Anschluss erhielten die Mäuse je nach Gruppenzugehörigkeit eine Behandlung mit Placebo (phosphatgepufferte Salzlösung), Lithium und/oder MEK-Inhibitor U0126. Als Überlebenszeit (und damit zerebrale Reperfusionszeit) der Mäuse wurden 24 Stunden und 72 Stunden gewählt. Nach Ablauf dieser Zeiträume wurden die Durchlässigkeit der Bluthirnschranke, die Expressionslevel der Tight-Junction-Proteine, die Leukozyteninfiltration und die Mechanismen, die einen Einfluss auf die Stabilität der Bluthirnschranke haben, untersucht. Die In-vitro-Analysen zeigten ein erhöhtes Zellüberleben und eine verstärkte Expression der Tight-Junction-Proteine Zonula occludens-1 und Occludin. Dies spricht für einen protektiven Effekt von Lithium auf die Endothelzellen gegenüber dem Sauerstoff-Glukose-Entzug, welcher ebenfalls mit einer erhöhten Integrität des Zellverbandes assoziiert ist. Analog dazu zeigten auch die In-vivo-Analysen deutliche Effekte auf die Endothelzellen der Bluthirnschranke durch Lithium. Hier führte die Lithiumgabe nach zerebraler Ischämie zu einer reduzierten Durchlässigkeit der Bluthirnschranke, welche ebenfalls mit einer erhöhten Expression der Tight-Junction-Proteine Claudin-1, Zonula occludens-1 und Occludin assoziiert war. Zugleich führte die Lithiumbehandlung zu einer Reduktion der Expression und Aktivität der Matrix-Metalloprotease 9, die eine Schlüsselrolle bei der postischämischen Degradierung der Tight-Junction-Proteine hat. Des Weiteren führte Lithium zu einer Modulation der Leukozyteninfiltration aus dem Blut in das Hirnparenchym durch eine verringerte Expression des Intercellular adhesion molecule-1. Mechanistisch konnte die zentrale Rolle der Aktivierung des MAPK-/MEK1/2-/ERK1/2-Signalwegs durch Lithium identifiziert werden, da die Inhibierung dieser Aktivierung durch den MEK-Inhibitor U0126 zu einer Aufhebung des lithiumvermittelten Effekts auf die Durchlässigkeit der Bluthirnschranke führte. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit ein umfassendes Verständnis von bisher unbekannten protektiven Wirkmechanismen von Lithium auf die Bluthirnschranke nach zerebraler Ischämie erlangt werden. Insbesondere vor dem Hintergrund des Mangels an adjuvanten Therapiemöglichkeiten bietet Lithium als bereits bei verschiedenen Krankheitsbildern etabliertes Medikament eine herausragende Perspektive in der Behandlung von Patienten mit ischämischem Schlaganfall. Für die Planung und Durchführung weiterer dringend notwendiger klinischer Studien an ebendiesen Patienten können die vorliegenden Einblicke in die Wirkmechanismen von Lithium einen bedeutenden Beitrag leisten.
Keywords: Stroke; Lithium; Neuroprotection; Ischemic Stroke