Relevance of myocardial inflammation for the activation of matrix metalloproteinase expression in patients with inflammatory cardiomyopathy

0. Titelblatt und Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 5 1.1 Die Kardiomyopathie 6 1.2 Die dilatative Kardiomyopathie (DCM) 9 1.2.1 Epidemiologie und Ätiologie 10 1.2.2 Klinik der DCM 10 1.2.3 Entzündliche Herzmuskelerkrankungen als Ursache einer DCM 11 1.2.3.1 Klinik und Verlauf entzündlicher Herzmuskelerkrankungen 13 .2.3.2 Pathogenese 13 1.2.3.3 Diagnostik und immunhistologische Kriterien 14 1.2.3.4 Einteilung der chronisch entzündlichen Herzmuskelerkrankungen 15 1.2.3.5 Die inflammatorische Kardiomyopathie als postmyokardiale Spätform 16 1.2.4 Idiopathische dilatative Kardiomyopathie 17 1.2..5 Veränderungen der extrazellulären Matrix bei der DCM 17 1.2.5.1 Bedeutung der EZM für die linksventrikuläre Funktion 18 1.2.5.2 Aufbau und Synthese der EZM 19 1.2.5.3 Die Matrixmetalloproteinasen 21 1.2.5.3.1 Myokardiale MMPs 22 1.2.5.3.2 Endogene Inhibition der MMPs 22 1.2.5.4 Bedeutung der MMPs für das linksventrikuläre Remodeling 24 1.2.5.4.1 MMP-Expression und linksventrikuläre Funktion 24 1.2.5.4.2 Dysbalance des myokardialen MMP/TIMP Quotienten 25 1.2.5.4.3 Exogene MMP Inhibition 26 1.2.5.5 Bedeutung einer myokardialen Entzündung für das Remodeling der EZM 26 1.2.6 Pathophysiologische Grundlagen der DCM 28 1.2.6.1 Hämodynamische Veränderungen 28 1.2.6.2 Kompensationsmechanismen 29 1.2.7 Therapie der DCM 31 1.2.7.1 Allgemeinmaßnahmen 32 1.2.7.2 Symptomatische Pharmakotherapie 32 1.2.7.3 Neuere pharmakologische Therapien und weitere therapeutische Aspekte 33 1.2.7.4 Kausale Therapieansätze für die inflammatorische Kardiomyopathie 34 1.2.8 Prognose und Verlauf der DCM 34 1.3 Herleitung der Fragestellung und Formulierung der Hypothesen 35 2. Material und Methoden 39 2.1 Studiendesign und Gruppeneinteilung 39 2.1.1 Gruppe der dilatativen Kardiomyopathie (DCM) 40 2.1.1.1 Patienten mit einer inflammatorischen DCM (infDCM) 40 2.1.1.2 Patienten mit einer idiopathischen DCM (idDCM) 40 2.1.2 Kontrollgruppe (KG) 41 2.2 Das Patientenkollektiv 41 2.2.1 Demographische und anamnestiche Daten 41 2.2.2 Technische Untersuchungen 42 2.2.2.1 EKG 42 2.2.2.2 Echokardiographie in Ruhe: 42 2.2.2.3 Radionuklidventrikulographie 43 2.2.2.4 Linksherzkatheter 43 2.2.2.5 Rechtsherzkatheter 43 2.2.2.6 Molekularbiologie 44 2.2.2.7 Histologie 44 2.2.2.8 Immunhistologie 45 2.3 Gewebepräparation und molekularbiologische Methoden 45 2.3.1 RNA-Präparation mittels TRIZOL 2.3.2 DNase Verdau 46 2.3.3 Reverse Transkription 47 2.3.4 Agarosegelelektrophorese 47 2.3.5 Optimierung der PCR-Bedingungen 48 2.3.5.1 Primeranlagerungstemperatur 48 2.3.5.2 Zyklenoptimierung 49 2.3.6 Semiquantitative RT-PCR 50 2.4 Eingesetzte Arbeitsmittel 52 2.5 Vorstudie zur Bestimmung des Stichprobenfehlers 56 2.6 Statistische Methoden 56 2.6.1 Auswertung der Daten zu den Patientenkollektiven 57 2.6.2 Auswertung der Vorstudie 58 2.6.3 Auswertung der Studie 58 3 Ergebnisse 60 3.1 Ergebnisse der Vorstudie 60 3.1.1 Das Patientenkollektiv der Vorstudie 60 3.1.2 Der Stichprobenfehler 63 3.2 Ergebnisse der Studie 66 3.2.1 Darstellung des Patientenkollektivs 66 3.2.1.1 Vergleich der Patientenkollektive von KG und DCM 66 3.2.1.2 Vergleich der Patientenkollektive idDCM und infDCM 70 3.2.2 Darstellung der PCR-Ergebnisse 73 3.2.1.1 Explorative Datenanalyse 74 3.2.1.2 Statistische Datenanalyse 77 3.2.1.2.1 Gruppenunterschiede 77 3.2.1.2.2 Korrelation 79 4 Diskussion 82 4.1 Der methodische Ansatz 82 4.2 Ergebnisse der Vorstudie 83 4.2.1 Das Patientenkollektiv 83 4.2.2 Der Sampling Error 84 4.3 Ergebnisse der Studie 84 4.3.1 Das Patientenkollektiv 84 4.3.2 Resultate der RT-PCR 86 4.4. Bedeutung der Ergebnisse 89 5. Zusammenfassung 90 6. Literaturverzeichnis 91 7. Anhang 114 7.1 Abkürzungsverzeichnis 114 7.2 Abbildungsverzeichnis 118 7.3 Tabellenverzeichnis 120 7.4 Formeln und Normwerte 123 7.5 Patientenübersicht 125 7.5.1 Demographie und Anamnese 125 7.5.2 Medikation 126 7.5.3 Hämodynamik 127 7.5.4 RNV, Echo und EKG 128 7.5.5 Immunhistologie 129 7.5.6 Histologie und Molekularbiologie 130 7.6 Publikationsliste 131 7.7 Wissenschaftliche Auszeichnungen 132 7.8 Danksagung 133 7.9 Lebenslauf 134Obwohl die Degradation der extrazellulären Matrix durch das proteolytische System an Matrixmetalloproteinasen (MMP) eine entscheidende Rolle für das myokardiale Remodeling der Herzinsuffizienz spielt, ist bis heute die Regulation der myokardialen MMP-Expression nicht eindeutig geklärt. In der vorliegenden Studie wurde die Relevanz der chronischen Entzündung des Myokards für die Induktion der MMP-Expression bei Patienten mit inflammatorischer dilatativer Kardiomyopathie (infDCM) analysiert. 15 Patienten mit dilatativer Kardiomyopathie (EF 33+/-12%) wurden in die Studie eingeschlossen und mit einer Kontrollgruppe (KG) von 9 Patienten mit lokoregionaler linksventrikulärer Dysfunktion verglichen (EF 69+/-5%). Rechtsventrikuläre Myokardbiopsien aller 24 Patienten wurden durch histologische (Dallas- Kriterien) und immunhistologische (Infiltration an CD3 T-Lymphozyten) Techniken hinsichtlich der myokardialen Entzündung analysiert. Bei keinem der Patienten konnte histologisch eine aktive Myokarditis oder eine Borderline- Myokarditis diagnostiziert werden. 7/15 Patienten (47%) wurden aufgrund des immunhistologischen Befundes einer signifikant erhöhten Infiltration von CD3 T-Lymphozyten/High Power Field (3,40+/-2,92 versus 0,53+/-0,28) als infDCM klassifiziert. Mittels semiquantitativer RT-PCR wurde die Menge an mRNA von MMP-3 und seinem Inhibitor, Tissue Inhibitor of Metalloproteinases, TIMP-4, quantifiziert. Eine signifikante Erhöhung der mRNA Menge von MMP-3 (0,907+/-0,835 vs. 0,269+/-0,165) war mit einer signifikanten Erniedrigung von TIMP-4 (0,634+/-0,328 vs. 0,890+/-0,102) bei Patienten mit infDCM im Vergleich zur Kontrollgruppe assoziiert (MANOVA, ANOVA, LSD-Test, p<0.05). Dabei korrelierte der Grad der inflammatorischen Reaktion des Myokards positiv mit der mRNA von MMP-3 (r=0.463, p=0.013) und negativ mit der m-RNA Menge an TIMP-4 (r=-0.337, p=0.057). Es konnte jedoch kein signifikanter Unterschied der mRNA Menge von MMP-3 und TIMP-4 bei DCM ohne signifikante Infiltration mit T-Lymphozyten im Vergleich zur Kontrollgruppe festgestellt werden. Die chronische myokardiale Entzündung (infDCM) ist mit einer Erhöhung von MMP-3 ohne Gegenregulation der TIMP-4 Expression verbunden. Diese Imbalance der MMP-3 und TIMP-4 Expression kann eine zentrale Rolle für die Progression der linksventrikulären Funktion und somit große therapeutische Implikationen haben.The disruption of the extracellular matrix by matrix metalloproteinases (MMPs) plays a key role in myocardial remodeling in heart failure. However, the mechanisms for MMP expression are still unknown. In this study we analyzed the relevance of chronic myocardial inflammation in patients with inflammatory dilated cardiomyopathy (infDCM) for the induction of MMP expression. 15 patients with the clinically suspected diagnosis of DCM (EF 33+/-12%) were enrolled in this study. 9 patients with locoregional left ventricular dysfunction (EF 69+/-5%) served as a control. Endomyocardial biopsies of the right ventricle of all 24 patients were analyzed by histological (Dallas criteria) and immunohistological techniques (CD3-T-lymphocyte infiltration) for the degree of myocardial inflammation. None of the patients were classified as active or borderline myocarditis. However, 7/15 (47%) were classified as infDCM with significantly increased CD3-T-lymphocytes/high power field (3,40+/-2,92 versus 0,53+/-0,28). Semi-quantitative RT-PCR was performed for the evaluation of mRNA abundance of MMP-3 and tissue inhibitor of MMP-4 (TIMP-4). The significant upregulated MMP-3 abundance (0,907+/-0,835 vs. 0,269+/-0,165) was associated with a significant downregulation of TIMP-4 (0,634+/-0,328 vs. 0,890+/-0,102) in patients with infDCM compared to controls (MANOVA, ANOVA, LSD-Test p