Seneszenzmarker in mit Ammoniak behandelten kultivierten Rattenastrozyten und post mortem Hirngewebe von Leberzirrhosepatienten mit hepatischer Enzephalopathie

Einleitung: Die hepatische Enzephalopathie (HE) ist ein neuropsychiatrisches Syndrom, dass im Gefolge einer akuten oder chronischen Leberfunktionsstörung auftritt. Den im Rahmen des Leberversagens auftretenden systemisch erhöhten Ammoniakspiegeln wird eine Schlüsselrolle in der Pathogenese der HE zugeschrieben. Post mortem Untersuchungen an Hirnen von Leberzirrhosepatienten mit HE zeigen vermehrt Alzheimer-Typ II Astrozyten, die eine charakterische abnorme Zellkernmorphologie aufweisen wie sie auch bei zellulärer Seneszenz beobachtet wird. Da seneszente Astrozyten die Fähigkeit zur Stabilisierung aktiver neuronaler Synapsen verlieren und hierdurch die Neurotransmission beeinträchtigt werden kann, haben wir untersucht, ob Ammoniak, das Haupttoxin der HE, in kultivierten Rattenastrozyten Seneszenz induziert.

Ergebnisse: Im Vergleich zu unbehandelten Zellen inhibierte die Exposition kultivierter Rattenastrozyten gegenüber NH4Cl (0,5 – 5 mmol/l) zeitabhängig die Zellproliferation um bis zu 50% führte jedoch zu keinem Anstieg der LDH-Aktivität im Zellkulturüberstand. Eine Proliferationshemmung wurde erstmalig 48h nach Ammoniakexposition beobachtet.

Die durch NH4Cl- (5 mmol/l) vermittelte Proliferationshemmung war mit einer stark erhöhten Aktivität der Seneszenz-assoziierten -Galaktosidase assoziiert, gemessen anhand der Umwandlung der β-Galaktosidase Substrate X-Gal und C12FDG. Gleichzeitig wurde eine Zunahme des lysosomalen Kompartiments um ca. 350% in mit NH4Cl- (5 mmol/l, 72h) behandelten Astrozyten gegenüber den Kontrollen beobachtet. Sowohl die durch NH4Cl vermittelte Proliferationshemmung, als auch die Zunahme der β-Galaktosidaseaktivität wurde nahezu vollständig durch den Glutaminsynthetase-Hemmstoff Methionin-Sulfoximin (MSO) inhibiert.

Immunfluoreszenzanalysen zeigten eine verstärkte nukleäre Phosphorylierung des zentralen zellzyklusinhibierenden Transkriptionsfaktors p53 und eine MSO-sensitive Verminderung der mRNA Expressionslevel der in die Steuerung des Zellzyklus involvierten Kernmembranproteins LaminA1, sowie eine gesteigerte mRNA Expression der Zellzyklus-inhibitorischen Faktoren p21 und Gadd45a in NH4Cl- (5 mmol/l, 72h) behandelten Astrozyten.

NH4Cl (5 mmol/l, 72h) verminderte nicht nur die Expression der Wachstumsfaktorrezeptoren EGFR und TrkB, sondern inhibierte auch vollständig die durch deren Liganden EGF bzw. BDNF auslösbare Proliferation kultivierter Astrozyten.

In post mortem Hirnproben von Leberzirrhosepatienten mit HE wurden gegenüber Patienten ohne Leberzirrhose signifikant gesteigerte mRNA Expressionslevel der zellzyklusinhibitorischen Faktoren p21 und p53 gefunden.

Diskussion: Entgegen früherer Ansicht, gibt es Hinweise darauf, dass die Beeinträchtigung kognitiver Funktionen bei HE nicht vollständig reversibel sind.

Die vorliegende Untersuchung weist auf eine Seneszenz-mediierte Beeinträchtigung der Astrozytenfunktion bei hepatischer Enzephalopathie.