Influence of the antioxidant treatment with Tempol in the ApoE knockout mouse model (apoE-/-) with moderate chronic renal failure

Hintergrund und Ziele Die chronische Niereninsuffizienz stellt sich als ein weltweit verbreitetes Gesundheitsproblem dar, wobei Inzidenz und Prävalenz der Erkrankung eine kontinuierliche Zunahme aufweisen. Als häufigste Ursachen der chronischen Niereninsuffizienz sind dabei neben Glomerulonephritiden, der Diabetes mellitus Typ I und II sowie die vaskuläre Nephropathie zu nennen. Patienten, die von einer terminalen Niereninsuffizienz betroffen sind, weisen eine hohe Mortalitätsrate vor allem aufgrund von kardiovaskulären Erkrankungen auf. Auch wenn die Überlebenszeit durch moderne Verfahren der Nierenersatztherapie ständig verbessert wird, ist das Risiko an einer kardiovaskulären Erkrankung zu versterben, um das ca. 20ig fache erhöht. Schon in der Frühphase der renalen Dysfunktion bestehen zahlreiche klassische und nicht klassische kardiovaskuläre Risikofaktoren, die ebenfalls einen negativen Einfluss auf die Progression der renalen Grunderkrankung ausüben können. Gerade die Behandlung der nicht klassischen Risikofaktoren könnte dabei Aufschlüsse über neue therapeutische Interventionen geben. Hierzu zählt unter anderem auch die Behandlung mit Antioxidantien, da niereninsuffiziente Patienten ein erhöhtes Maß an oxidativem Stress zeigen. Ziel der vorliegenden Studie war es daher, die Auswirkung einer antioxidativen Therapie mit Tempol auf die chronische Niereninsuffizienz im Modell der uni- und subtotal nephrektomierten Apo E (-/-) Maus zu untersuchen. Tiermodell und Untersuchungsmethoden Für die Versuche wurde das Modell der ApoE (-/-) Maus mit chirurgisch reduzierter Nierenmasse verwendet. Der Verlust des Apolipoprotein E fördert die spontane Entwicklung atherosklerotischer Plaques in den Gefäßen. Durch die Reduktion der Nierenmasse wird darüber hinaus eine chronische Niereninsuffizienz induziert, die zu einer Beschleunigung der Atherogenese führt. Insgesamt wurden im Versuch 73 männliche und weibliche ApoE (-/-) Mäuse verwendet, die aus Mäusen des Stammes Jackson (C57BL/6N) der Firma Charles River gezüchtet wurden. Zur Reduktion der Nierenmasse erfolgte eine unilaterale Nephrektomie (UNX) bzw. Scheinoperation (SHAM) im Alter von 3 Monaten und eine subtotale Nephrektomie (SNX) bzw. Scheinoperation nach weiteren 10 Tagen. Die Tiere wurden randomisiert und in die 6 folgenden Gruppen eingeteilt: SHAM/Kontrolle, SHAM/Tempol, UNX/Kontrolle, UNX/Tempol, SNX/Kontrolle und SNX/Tempol. Die Gabe von Tempol bzw. Placebo (1g/1 Liter Trinkwasser) begann eine Woche nach der Operation über einen Zeitraum von 4 Monaten. In einem Alter von 7 Monaten wurden die Tiere dann getötet und eine Perfusionsfixation durchgeführt. Nierenfunktion, Blutdruck Urin und Serum wurden während und am Ende des Versuches untersucht. Die strukturellen Veränderungen, die sich nach der uni- bzw. subtotalen Nephrektomie in der Niere ergaben, sowie die Effekte der antioxidativen Therapie mit Tempol auf die Niere, wurden anhand von morphologischen und immunhistochemischen Auswertungen untersucht. Bei der Immunhistochemie wurden dabei die proinflammatorischen Parameter CD 40, CRP, ICAM-1 und VCAM-1 sowie 3- Nitrotyrosin, als Marker für oxidativen Stress, nachgewiesen. Ergebnisse und praktische Schlussfolgerung Als Ausdruck der induzierten chronischen Niereninsuffizienz, zeigten die Tiere ein erhöhtes Maß an glomerulosklerotischen und tubulointerstitiellen Veränderungen in der Niere. Eine Reduktion dieser Veränderungen konnte durch die Behandlung mit Tempol weder in der UNX Gruppe noch in der SNX Gruppe erzielt werden. In letzterer führte die Behandlung sogar zu einer Verschlechterung des strukturellen Schadens. Auffällig war zudem, dass die glomerulosklerotischen Veränderungen bei den männlichen Tieren gegenüber den weiblichen Tieren stärker ausgeprägt waren. Bei der immunhistochemischen Auswertung zeigte sich kein eindeutiger antientzündlicher Effekt durch die Behandlung mit Tempol. Zwar konnte eine Abnahme der Expression von proinflammatorischen Parametern wie CRP und VCAM-1 in der Niere beobachtet werden, die Expression von CD 40 und ICAM-1 war aber nicht vermindert. Positiv zu vermerken ist jedoch ein weitgehend abnehmendes immunhistochemisches Signal für 3-Nitrotyrosin, das einen Marker für oxidativen Stress darstellt, sowohl in den Glomeruli als auch in den Tubuli der Niere. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Studie durch die antioxidative Behandlung mit Tempol kein deutlicher positiver Einfluss auf die Progression der Niereninsuffizienz beobachtet werden.Chronic renal failure (CRF) is a global health problem with a continuously increasing incidence and prevalence. There is a high rate of cardiac death in patients with CRF. Despite modern renal replacement therapy, which increases the chance of survival, the rate of mortality among dialysis patients is very high. There is a long list of classical and non-classical risk factors associated with CRF that may contribute to the development of cardiovascular diseases and furthermore, promote renal failure. Enhanced oxidative stress as a non-classical risk factor is one of the assumed pathomechanisms. Therefore, the antioxidant treatment with Tempol, a membrane permeable superoxide dismutase mimetic and scavenger of reactive oxygene species (ROS), may represent a new therapeutic intervention in patients with CRF and may hinder its progression. In this study we investigated the effect of Tempol on renal inflammation and morphological changes in the ApoE knockout mouse model (apoE-/-) with surgically reduced nephron numbers. This model was chosen for the examination because it represents a model of moderate chronic renal failure with accelerated atherosclerosis. 73 male and female ApoE knockout mice, 3 months old, were either subjected to sham operation (SHAM) or uninephrectomy (UNX) to induce a mild degree of renal dysfunction. Additionally some animals were also subjected to subtotal nephrectomy (SNX) in order to induce a CRF. Some of the mice from these groups were treated with Tempol (1g/L drinking water) over a period of 4 months, while the rest were left untreated. The glomeruli, tubules and vessels in the kidney were examined with emphasis on their morphological changes and furthermore, analyzed using immunhistochemistry with antibodies specific for CRP, CD 40, ICAM-1, VCAM-1 and Nitrotyrosine. The degree of glomerulosclerosis and tubulointerstitial injury increased after UNX and SNX and was not lowered by Tempol treatment. Moreover, male mice showed a higher degree of glomerulosclerosis. Blood pressure and serum parameters were also not significantly affected by Tempol. The expression of inflammatory markers (CRP, CD 40, ICAM-1, VCAM-1) and the marker of oxidative stress (Nitrotyrosine) were elevated after UNX and SNX. Only the expression of VCAM-1, CRP and Nitrotyrosine was lowered after treatment with Tempol, while the expression of ICAM-1 and CD 40 could not be reduced. In conclusion, there was no clear evidence that the antioxidant treatment with Tempol may hinder the progression of the renal failure