Quantitativ-morphologische und funktionelle Untersuchungen der Hypophyse in einem porzinen Modell der Duchenne-Muskeldystrophie

Bei bis zu 30 % der Patienten mit Duchenne-Muskeldystrophie (DMD) tritt, neben der progressiven Muskelschwäche, auch ein vermindertes Wachstum bis hin zur Kleinwüchsigkeit auf. Neben anderen möglichen Ursachen konnte eine Beteiligung des Wachstumshormon (GH)/Insulinähnlicher Wachstumsfaktor 1 (IGF1)-Systems bislang nicht sicher ausgeschlossen werden und wurde über Jahrzehnte kontrovers diskutiert. In der vorliegenden Arbeit wurden quantitativstereologische Untersuchungen der Hypophyse an einem genetisch modifizierten, translationalen porzinen DMD-Großtiermodell durchgeführt, welches etliche charakteristische, histopathologische Veränderungen und die progressive klinische Symptomatik der humanen Muskeldystrophie adäquat widerspiegelt. Zur Klärung einer möglichen Beteiligung des hypophysären GH/IGF1-Systems an der Pathogenese von Wachstumsstörungen von DMD-Schweinen wurden die Hypophysen von sechs DMD-Tieren und fünf gesunden, männlichen Kontrolltieren im Alter von drei Monaten auf struktureller, ultrastruktureller und funktioneller Ebene untersucht. Die strukturellen Parameter, die zur quantitativstereologischen Analyse herangezogen wurden, umfassten die Volumina der Hypophyse, der Adenohypophyse und der somatotropen Zellen, die Anzahl und das mittlere Volumen der somatotropen Zellen sowie das Volumen ihrer intrazellulär enthaltenen GH-Granula. Die erwartungstreue Schätzung der quantitativ-stereologischen hypophysären Parameter erfolgte mit Hilfe von modellunabhängigen, stereologischen Methoden und nach einem strikten, systematisch-zufälligen Probennahmeverfahren. Als funktionelles Pendant wurde die Abundanz von GH in der Adenohypophyse mittels Western Blot-Verfahren sowie die Konzentrationen von GH und IGF1 im Serum der DMD und Kontrolltiere, mit Hilfe eines enzymgekoppelten Immunadsorptionstests (ELISA), bestimmt. Die Ergebnisse der Studie wurden 2020 in der Fachzeitschrift Growth Hormone & IGF Research publiziert. Die wichtigsten Befunde von DMD-Schweinen im Vergleich zu gesunden Kontrolltieren waren: i. Eine signifikante Reduktion des Volumens der Hypophyse um ~35 % und des Volumens der somatotropen Zellen in der Adenohypophyse um ~50 %. ii. Eine signifikante Reduktion der Anzahl somatotroper Zellen in der Adenohypophyse um ~50 %. iii. Kein signifikanter Unterschied im mittleren Volumen der somatotropen Zellen und im Volumen der intrazellulären GH-Granula in somatotropen Zellen. iv. Kein signifikanter Unterschied der Abundanz von GH in der Adenohypophyse sowie in den Serumkonzentrationen von GH und IGF1. Die Anzahl somatotroper Zellen in der Adenohypophyse zeigte eine positive Korrelation mit dem Hypophysen- und Körpergewicht von leichteren DMD- und schwereren Kontrolltieren. Das reguläre histomorphologische und ultrastrukturelle Erscheinungsbild der somatotropen Zellen und die unveränderte Abundanz von GH sprechen dafür, dass im porzinen Modell keine gestörte Produktion oder Freisetzung von GH am verzögerten Wachstum muskeldystropher Schweine beteiligt zu sein scheint. Diese Ergebnisse stehen im Kontrast zu den Befunden einer quantitativ-stereologischen Untersuchung der Hypophyse im muskeldystrophen Golden Retriever-Modell (GRMD) von de Lima et al. aus dem Jahr 2007 [30]. In dieser Studie wurde bei muskeldystrophen Hunden ein erhöhtes mittleres Volumen der somatotropen Zellen und ein erhöhtes Volumen ihrer intrazellulären GH-Granula zusammen mit signifikant erniedrigten Serum-IGF1-Konzentrationen festgestellt. Aufgrund dieser Befunde wurde eine gestörte Wachstumshormonsekretion in Zusammenhang mit dem krankheitsbedingten Dystrophinmangel angenommen [30]. Die Diskrepanz der beiden Studienergebnisse kann durch speziesspezifische Unterschiede und methodische Divergenzen erklärt werden. Im Gegensatz zum GRMD-Modell gelang im porzinen Modell die eindeutige immunhistochemische Darstellung somatotroper Zellen in den Kunststoffschnitten, die zur Ermittlung der numerischen Volumendichte dieser Zellen in der Adenohypophyse mit Hilfe des physikalischen Disektorverfahrens dienten. Dieser methodische Unterschied spielt eine wesentliche Rolle, da nur die eindeutige Identifizierung der Zielzellen und deren Abgrenzung zu anderen endokrinen Zellen eine erwartungstreue Schätzung ihrer numerischen Volumendichte ermöglicht. Umfassende quantitativ-stereologische Untersuchungen der Hypophysen humaner DMD-Patienten zum Vergleich fehlen bislang. Im porzinen DMD Modell könnten, nach dem Ausschluss einer ursächlichen Beteiligung von strukturellen Alterationen der Hypophyse am reduzierten Wachstum, auch lokal eingeschränkte GH- und IGF1-Aktivitäten an degenerierten und nekrotischen Muskelfasern in Betracht gezogen werden. Die Ergebnisse der quantitativstereologischen Untersuchungen der Adenohypophyse tragen wesentlich zur eingehenden Charakterisierung des porzinen DMD-Modells bei. Darüber hinaus wird die Anwendung der im Rahmen der vorliegenden Arbeit etablierten Untersuchungstechniken einen wertvollen Beitrag zur quantitativ-stereologischen Untersuchung der Hypophysenmorphologie in weiteren Studien an translationalen Modellen beziehungsweise bei der Untersuchung humaner Gewebeproben leisten können