Bedeutung des Transportproteins Mrp2 (ABCC2) für Veränderungen der renalen Hämodynamik bei der Cyclosporin A-induzierten Transplantatnephrotoxizität

Das in der Transplantationsmedizin häufig verwendete Immunsuppressivum Cyclosporin A (CsA) hemmt wichtige Transportproteine in der Niere, induziert oxidativen Stress und trägt zur Entwicklung einer Dysfunktion des Gefäßsystems bei. Neben der durch CsA vermittelten arteriellen Hypertonie sind die akute und die chronische Nephrotoxizität weitere Folgen des Medikamenteneinsatzes. Die akute CsA-Nephropathie ist reversibel und geht mit hämodynamischen Veränderungen einher, die in einer Reduktion des renalen Blutflusses, einer Erhöhung des renalen Gefäßwiderstandes und einer Verminderung der glomerulären Filtrationsrate bestehen. Die genauen Mechanismen, die zu diesen hämodynamischen Veränderungen führen, sind allerdings unklar. Cyclosporin A wird hauptsächlich hepatisch eliminiert, aber auch renal unter Beteiligung transepithelialer Transportprozesse ausgeschieden. Zu den Transportproteinen, die das Pharmakon über die apikale Membran der proximalen Tubulusepithelzellen sezernieren, zählt multidrug resistance-related protein 2 (Mrp2). Experimentelle Studien zeigen, dass eine generalisierte Mrp2-Defizienz mit der Akkumulation von Mrp2-Substraten in Geweben und extrazellulären Flüssigkeiten assoziiert ist. Die Bedeutung einer Fehlfunktion dieser Effluxpumpe für die renale CsA-Substanzelimination und die CsA-Nephrotoxizität ist bisher jedoch nur wenig definiert. In unseren Untersuchungen stellte die hochdosierte Cyclosporin A-Behandlung in Kombination mit der nieren-spezifischen Ausschaltung des Transporters Mrp2 den experimentellen Ansatz für die Bearbeitung der Fragestellung dar, ob eine renale Mrp2-Funktionsminderung die akute CsA-Nephrotoxizität verstärkt. Der Fokus wurde dabei auf die in-vivo-Untersuchung vaskulärer Mechanismen gelegt, die zum nichtimmunologisch bedingten Versagen von Nierentransplantaten beitragen können. Zu diesem Zweck wurden Nierenkreuztransplantationsexperimente durchgeführt, bei denen durch die Wahl des Spendertieres bzw. Transplantates eine nierenspezifische Mrp2-Defizienz in den Empfängertieren erzeugt werden konnte. Bei den gewählten Rattenstämmen tritt aufgrund der hochgradigen genetischen Übereinstimmung keine Transplantatabstoßung auf, wodurch potenziell toxische Cyclosporin-A-Effekte weitgehend unabhängig von entzündlichen Prozessen untersucht werden können. Den Versuchstieren wurde peroral entweder CsA in einer Dosierung von 30 mg*kg-1*d-1 oder Placebo über einen Zeitraum von sieben Tagen verabreicht. An Tag 28 post transplantionem wurden die akuten Experimente zur Untersuchung der renalen Hämodynamik durchgeführt. Nach Instrumentierung der narkotisierten Tieren und Erhebung der Messwerte für die Herzfrequenz, den arteriellen Blutdruck sowie die basalen renalen hämodynamischen Parameter wurde Urin zur späteren Bestimmung der glomerulären Filtrationsrate mittels Inulin-Clearance gewonnen. Für die Untersuchung der endothelialen Funktion und der Agonist-induzierten Vasokonstriktion der renalen Nierentransplantatgefäße wurde ein um die A. renalis des Transplantates platzierter Ultraschalltransitzeit-Durchflussmesser genutzt, mit welchem der renale Blutfluss nach Applikation der vasoaktiven Substanzen Acetylcholin, Phenylephrin und Angiotensin II gemessen werden konnte. Die Pharmaka-Applikation erfolgte unter Nutzung einer Minikassettenpumpe lokal in die Nierenarterie, um systemische Effekte der Pharmaka auf den Blutdruck und Blutdruck regulierende Systeme weitgehend auszuschließen. Die Auswertung der basalen hämodynamischen Daten für die Herzfrequenz, den arteriellen Blutdruck, den renalen Blutfluss und den renalen Gefäßwiderstand zeigte keine statistisch signifikanten Gruppenunterschiede in dem für die vorliegenden Untersuchungen genutzten Transplantationsmodell. Auch hatten weder die hochdosierte CsA-Behandlung noch der renale Mrp2-Expressionsstatus einen signifikanten Einfluss auf die endotheliale Funktion, die Agonist-induzierten renalen Gefäßantworten, den reaktiven renalen Gefäßwiderstand und die renale Morphologie. Die hochdosierte CsA-Be-handlung verminderte jedoch statistisch signifikant die glomeruläre Filtrationsrate und das Gewicht der Empfängertiere. Zusammenfassend zeigen die Untersuchungen, dass die durch die hochdosierte CsA-Behandlung in dem verwendeten Transplantationsmodell induzierten hämodynamischen Effekte unabhängig von der nierenspezifischen Mrp2-Expression waren, was gegen einen entscheidenden Einfluss dieses Transportproteins auf die akute CsA-induzierte Nephropathie spricht.The immunosuppressive agent cyclosporine A (CsA) has been widely used to treat autoimmune disorders and to prevent allograft rejection. Major undesired side effects include acute and chronic nephrotoxicity. Acute CsA nephropathy is reversible and accompanied by reduced renal blood flow (RBF), increased renal vascular resistance (RVR), reduced glomerular filtration rate (GFR) and elevated systemic arterial pressure. The exact mechanisms leading to these hemodynamic changes are unclear. Cyclosporine A is mainly eliminated through the liver but renal CsA excretion contributes little to total CsA elimination. In the kidney, CsA is secreted by multidrug resistance protein 1 (Mdr1) and multidrug resistance-related protein 2 (Mrp2) that are exclusively located in apical membranes of proximal tubular epithelial cells and belong to the superfamily of ATP-binding cassette (ABC) transporters. Experimental studies show that generalized Mrp2 deficiency is associated with the accumulation of Mrp2 substrates in tissues and extracellular liquids. The role of Mrp2 in CsA substance elimination and CsA nephrotoxicity is currently less well defined. We investigated wheter kidney-specific Mrp2 deficiency enhances acute CsA nephrotoxicity induced by high-dose cyclosporine A treatment. The focus was put on in vivo examination of vascular mechanisms which can contribute to non-immunological failure of kidney grafts. Kidney-specific Mrp2 deletion was achieved by bilateral nephrectomy and transplantation of a congenic Mrp2-deficient kidney into wild-type recipients. Controls received a wild-type kidney. Because of the high genetic accordance of the chosen rat tribes no transplant rejection appears and potential toxic cyclosporine A effects can be examined largely independently by inflammable processes. Graft recipients get either CsA perorally in a dosage of 30 mg*kg-1*d-1 or placebo for a period of seven days. At day 28 after transplantation, acute experiments analyses of GFR and renal hemodynamics were performed in anesthetized and artificially ventilated rats. Arterial pressure was measured directly through a carotid artery catheter, an ultrasound transit time flowmeter was placed around the renal artery of the kidney graft to measure renal blood flow and a small catheter was inserted into the ureter for urine collections into preweight test tubes. GFR was determined under steady state conditions by inulin clearance. Subsequently three dose–response curves were obtained to investigate endothelium-dependent renal vasodilation and agonist-induced renal vasoconstriction in the kidney grafts using increasing doses of acetylcholine, the a1-adrenoceptor agonist phenylephrine and angio-tensin II. Drugs were administered locally through the renal artery by a mini cassette pump. RVR was calculated from mean arterial pressure and renal blood flow. The evaluation of basal data for heart rate, arterial blood pressure, renal blood flow and renal vascular resistance do not show any statistically significant group differences. In addition, neither high-dose CsA treatment nor renal Mrp2-expression had a significant influence on endothelium-dependent vasodilatation, agonist-induced renal vasoconstriction or renal vascular resistance. However, high-dose CsA treatment reduced statistically significantly glomerular filtration rate of the graft recipients. In summary, toxic effects of one week CsA treatment are similar in wild-type and Mrp2-/- kidney grafts based on measurements of GFR. These results suggest that Mrp2 malfunction is not critical for cyclosporin A induced nephrotoxicity