Mechanismus der Insulin-vermittelten Myokardprotektion gegen den Reperfusionsschaden

Hintergrund und Ziele: Experimentelle und klinische Studien haben gezeigt, dass die Applikation von Insulin während der Reperfusion zuvor ischämischen Myokards protektiv wirkt, aber die zugrunde liegenden Mechanismen sind noch unbekannt. In dieser Studie untersuchten wir in isolierten Kardiomyozyten adulter Ratten, die einer simulierten Ischämie (Hypoxie) und Reperfusion (Reoxygenation) unterzogen wurden, ob die Gabe von Insulin während der Reperfusion gegen die Entwicklung von Hyperkontraktur schützen kann. Die Hyperkontraktur von Kardiomyozyten charakterisiert den frühen Reperfusionsschaden auf zelluläre Ebene und ist für die Entstehung der Gewebsnekrose verantwortlich. Die Effekte von Insulin auf die protektiven Kinasen, d. h. PI3-Kinase und cGMP-abhängige Proteinkinase G (PKG), und auf die zytosolische Ca2+-Konzentration in reoxygenierten Kardiomyozyten wurden untersucht. Ergebnisse: Die Applikation von Insulin (10 mU/L) während der Reoxygenation schützte die Kardiomyozyten gegen die Hyperkontrakturentwicklung. Die zytosolische Ca2+- Erholung in den ersten Minuten der Reperfusion wurde in Anwesenheit von Insulin beschleunigt. Die protektiven Effekte von Insulin auf die zytosolische Ca2+-Erholung und auf die Hyperkontrakturentwicklung wurden in Gegenwart von Hemmstoffen der PI3-Kinase (LY294002, 1 μM), der eNOS (L-NMMA, 100 μM), der PKG (KT 5823, 1 μM) oder der SERCA (Thapsigargin, 150 nM) aufgehoben. Insulin führte zur verstärkten Phosphorylierung von eNOS und Phospholamban und erhöht die Speicherkapazität des sarkoplasmatischen Retikulums in reoxygenierten Kardiomyozyten. Schlussfolgerung: Insulin schützt Kardiomyozyten gegen die reperfusionsinduzierte Hyperkontraktur durch eine beschleunigte Erholung der zytosolischen Calciumüberladung in der frühen Reperfusionsphase. Die beschleunigte Erholung des zytosolischen Calciums ist auf erhöhte Calciumsequestrierung in das sarkoplasmatischen Retikulum durch Aktivierung der SERCA zurückzuführen. Diesem Schutzmechanismus liegt eine Aktivierung des protektiven Signalweges PI3-Kinase/eNOS und PKG zugrunde.Objectives: Experimental and clinical studies have shown that administration of insulin during reperfusion is cardioprotective, but the underlying mechanisms are still unknown. In this study, we investigated in isolated rat cardiomyocytes subjected to simulated ischemia (hypoxia) and reperfusion (reoxygenation) whether administration of insulin during reoxygenation reduces reoxygenation-induced hypercontracture, a hallmark of acute reperfusion injury. The effects of insulin on potential pro-survival kinases, i.e., PI 3-kinase, NO synthase (eNOS), and cGMP-dependent protein kinase (PKG), and on cytosolic Ca2+- control in reoxygenated cardiomyocytes were investigated. Results: Administration of insulin (10mU/L) during reoxygenation protected cardiomyocytes against hypercontracture development. Cytosolic Ca2+-recovery during the first 2 minutes of reoxygenation was accelerated. The beneficial effects of insulin on cytosolic Ca2+-recovery and hypercontracture were suppressed in the presence of inhibitors of PI 3-kinase (LY294002, 1 μM), eNOS (L-NMMA, 100 μM), PKG (KT 5823, 1 μM), or sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase (SERCA) (thapsigargin, 150 nM). Insulin increased phosphorylation and activity of eNOS and augmented phospholamban phosphorylation in reoxygenated cardiomyocytes. Correlated with phospholamban phosphorylation, insulin also augmented SR Ca2+- load. Conclusions: Insulin protects cardiomyocytes against reoxygenation-induced hypercontracture. This is due to acceleration of cytosolic Ca2+-recovery by enhanced Ca2+- sequestration into the sarcoplasmic reticulum via SERCA activation. This protective mechanism is activated through the survival pathway consisting of PI3-kinase, eNOS, and PKG