Entzündungshemmende Ernährung mit hohem Proteingehalt/PH Model

www.nature.com/articles/s41598-019-46331-4

Entzündungshemmende Ernährung mit hohem Proteingehalt mildert kardiale und skelettmuskuläre Veränderungen in einem Modell der pulmonalen arteriellen Hypertonie

    Paulien Vinke, T. Scott Bowen, Mark. V. Boekschoten, Renger F. Witkamp, Volker Adams & Klaske van Norren

Scientific Reports Band 9, Artikelnummer: 10160 (2019) Diesen Artikel zitieren

    Zusammenfassung

Die pulmonal-arterielle Hypertonie (PAH) ist durch ein Remodelling der Lungenarterien und des rechten Ventrikels (RV) gekennzeichnet, was zu einem Funktionsverlust der Herz- und Skelettmuskulatur führt. Diese Studie untersuchte die Auswirkungen einer multizentrischen Ernährungsintervention mit zusätzlichem Protein, Leucin, Fischöl und Oligosacchariden auf den Herz- und Skelettmuskel bei PAH. PAH wurde bei weiblichen C57BL/6-Mäusen durch wöchentliche Injektionen von Monocrotalin (MCT) über 8 Wochen induziert. Es wurde eine Kontrolldiät (Sham- und MCT-Gruppe) und eine isokalorische Ernährungsintervention (MCT + NI) verabreicht. Im Vergleich zu Sham nahmen bei MCT-Mäusen das Herzgewicht um 7 %, die RV-Dicke um 13 % und die Fibrose um 60 % zu (alle p < 0,05), was bei MCT + NI-Mäusen abgeschwächt wurde. Microarray- und qRT-PCR-Analysen des RV bestätigten die Effekte auf fibrotische Signalwege. Die Atrophie der Skelettmuskelfasern war bei MCT im Vergleich zu Scheinmäusen um 22 % induziert (p < 0,05), wurde aber in der Gruppe MCT + NI verhindert. Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine gezielte Ernährungsintervention die schädlichen Veränderungen sowohl der Herz- als auch der Skelettmuskulatur in einem Mausmodell der PAH abmildert, was Hinweise für zukünftige therapeutische Strategien liefert, die auf den Funktionsverlust beider Gewebe abzielen.
Einleitung

Pulmonale Hypertonie (PH) ist ein Syndrom, das aus verschiedenen pathologischen Veränderungen des Lungengefäßsystems resultieren kann. PH ist eine fortschreitende Erkrankung, die unheilbar ist und schließlich tödlich endet. Eine idiopathische oder vererbbare Form der PH, die sogenannte pulmonal-arterielle Hypertonie (PAH), ist die schwerste Form, an der am häufigsten Frauen leiden. Die Prävalenz der PAH in Europa wird auf 15-100 pro Million Menschen geschätzt, mit 1- und 3-Jahres-Überlebensraten von 87% bzw. 67%1,2. Die der PAH zugrunde liegende Pathophysiologie umfasst eine endotheliale Dysfunktion der pulmonalen Gefäße, Stoffwechselanomalien in den Gefäßzellen, Hypertrophie und Proliferation der glatten Muskelzellen sowie unkontrolliertes Wachstum der neointimalen, medialen und adventitialen Schichten, das zu einer Verdickung und einem Verschluss der kleinen und mittleren Lungenarterien führt3. Das Remodeling des rechten Ventrikels (RV) ist ein Hauptmerkmal der PAH und gilt als Schlüsselmechanismus für das Fortschreiten der Erkrankung, wobei die RV-Dysfunktion eng mit dem Hauptsymptom der Belastungsintoleranz verbunden ist1. Andere pathophysiologische Prozesse, die zur Belastungsintoleranz bei PAH beitragen, umfassen auch Beeinträchtigungen der Skelettmuskulatur und einen schlechten Ernährungszustand4.

Insbesondere die Entzündung ist ein Schlüsselmechanismus, der zum pathologischen RV-Umbau bei PAH beiträgt, der direkt zur Entwicklung einer Fibrose beiträgt5,6. Es wurde immer wieder gezeigt, dass das Vorhandensein einer chronischen niedriggradigen Entzündung (CLGI) (z. B. erhöhte zirkulierende TNFα- und IL-6-Spiegel) mit der Entwicklung kardiovaskulärer Erkrankungen7 und mit Veränderungen der Körperzusammensetzung, die die körperliche Belastbarkeit verringern, in Verbindung steht7,8,9. Die Verwendung von aus Fischöl gewonnenen mehrfach ungesättigten Omega-3-Fettsäuren (PUFAs), insbesondere Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA), scheint aufgrund ihrer milden entzündungshemmenden Eigenschaften eine vielversprechende Option für die Behandlung von GLGI zu sein10. Eine Ernährungsintervention mit hohem Proteingehalt, Leucin, Fischöl und Oligosacchariden hat auch positive Auswirkungen auf die Skelettmuskelatrophie in einem Mausmodell für Krebs gezeigt11. Dies ist ein Hinweis auf eine potenzielle Multiorgan-Behandlung von PAH, bei der sowohl Beeinträchtigungen des Herzens als auch der Skelettmuskulatur in Kombination angegangen werden können. Interessanterweise gehören zu den drei bekannten Signalwegen, die an der Entstehung von PAH beteiligt sind und auf die derzeit Medikamente1 abzielen, der Endothelin-, der Stickoxid- und der Prostazyklin-Signalweg12. Diese Medikamente reduzieren zwar den pulmonalen Gefäßwiderstand und verbessern die Überlebensrate, verbessern jedoch nicht immer die Symptome oder gehen auf extrakardiale Fehlanpassungen ein4. So leben die Patienten zwar länger, aber ihre Lebensqualität ist aufgrund von Symptomen wie Müdigkeit und Bewegungsunverträglichkeit immer noch stark beeinträchtigt. Eine Fülle von Belegen bei anderen Erkrankungen zeigt, dass Ernährungsinterventionen Ernährungsdefizite korrigieren, die Muskelfunktion und die Bewegungstoleranz verbessern können11,13,14. Ernährungsstrategien, die sowohl auf den Umbau der Herz- als auch der Skelettmuskulatur bei PAH abzielen (d. h. einen ganzheitlicheren Ansatz verfolgen), sind noch wenig entwickelt, können aber von großer klinischer Bedeutung sein.

Angesichts der nachteiligen Auswirkungen von PAH auf mehrere Organe und der zugrundeliegenden Rolle chronischer Entzündungen in diesem Prozess sollte in der vorliegenden Studie getestet werden, ob eine entzündungshemmende Ernährungsintervention mit einem hohen Gehalt an Proteinen, Fischöl und Oligosacchariden sowohl den Herz- als auch den Skelettmuskelumbau abschwächen könnte.
Wir induzierten PAH durch Injektion von Monocrotalin (MCT) über 8 Wochen (ein validiertes Tiermodell für PAH15,16) in weiblichen Mäusen, um der derzeitigen geschlechtsabhängigen Inzidenzrate von PAH beim Menschen Rechnung zu tragen.
Ergebnisse
Gewichtsentwicklung

In Übereinstimmung mit früheren Daten16 führten MCT-Injektionen über einen Zeitraum von 8 Wochen zu einer signifikant reduzierten Zunahme des Körpergewichts im Vergleich zu Scheintieren. Die Zunahme des Körpergewichts betrug bei den Scheinmäusen 7,4 ± 1,5 %, während die MCT-Mäuse nur um 2,3 ± 3,2 % an Gewicht zunahmen und die MCT-Mäuse, die eine Ernährungsintervention erhielten (MCT + NI), um 2,1 ± 4,9 %: (Abb. 1A). Die Veränderung des Körpergewichts war nicht auf eine geringere Nahrungsaufnahme in der MCT-Gruppe im Vergleich zur Scheingruppe zurückzuführen, da die kumulative Nahrungsaufnahme der Mäuse am Ende der Intervention identisch war (siehe ergänzende Abb. S1).
Abbildung 1
Abbildung1

Entwicklung des Gesamtkörpergewichts, des Lungengewichts und der kardialen Hypertrophie nach 8 Wochen MCT-Injektion. (A) Im Vergleich zu den Scheinmäusen war das relative Körpergewicht in MCT und MCT + NI um 5 % vermindert (p < 0,05). ( Beide MCT-Gruppen zeigten eine Zunahme des Lungengewichts (p < 0,05) im Vergleich zu Shams. (C) Eine Zunahme des Herzgewichts von MCT-Mäusen im Vergleich zu Shams wurde ebenfalls beobachtet, jedoch waren diese Veränderungen in MCT + NI-Mäusen abgeschwächt. (D) Die Dicke des rechten Ventrikels war nur bei MCT-Mäusen erhöht. (*p < 0,05, **p < 0,01) Streudiagramme der dargestellten Daten finden Sie in der ergänzenden Abb. S4.
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Entwicklung der pulmonalen Stauung und des kardialen Remodelings

Im Vergleich zu Scheinmäusen zeigten MCT-Mäuse eine Zunahme der pulmonalen Stauung (Abb. 1B), des Herzgewichts korrigiert für die Tibialänge (6,30 ± 0,62 mg/mm vs. 5,95 ± 0,29 mg/mm) (Abb. 1C) und der rechtsventrikulären Dicke (0,53 ± 0,03 mm vs. 0,48 ± 0,05 mm) (Abb. 1D) (alle p < 0,05). Dies sind Anzeichen für die Entwicklung einer pulmonalen Hypertonie und einer nachfolgenden RV-Hypertrophie in der MCT-Gruppe. In der MCT + NI-Gruppe unterschied sich das Herzgewicht nicht von den Scheinmäusen und war im Vergleich zu den MCT-Mäusen reduziert (p < 0,01) (Abb. 1C). Die pulmonale Stauung war in der MCT + NI-Gruppe im Vergleich zu den Sham-Mäusen erhöht (p < 0,05) und unterschied sich nicht von der MCT-Gruppe (Abb. 1B). Die RV-Dicke war in der MCT + NI-Gruppe im Vergleich zur MCT-Gruppe abgeschwächt, so dass kein Unterschied zu den Scheinmäusen festgestellt werden konnte (Abb. 1D). Es gab keine signifikanten Veränderungen in der Dicke des linken Ventrikels und des Septums.
Antifibrotische Wirkung der Ernährungsintervention auf den rechten Ventrikel

Die histologische Analyse zeigte eine 1,6-fache Zunahme der Fibrose des RV in der MCT-Gruppe im Vergleich zu Sham (p < 0,05), die in der Gruppe, die die Ernährungsintervention erhielt (p < 0,05), normalisiert wurde (Fold Change von 1,02 versus Sham) (Abb. 2A,. Der Vergleich der Gene aus der Microarray-Analyse zeigte 245 Gene, die beim Vergleich von MCT vs. Sham und MCT + NI vs. MCT-Gruppe differenziell reguliert waren (p < 0,05) (Abb. 3A und S2), wobei mehrere dieser Gene an der Fibrose beteiligt sind. Bei einem Cut-off von p < 0,01 wurden 32 signifikant differentiell exprimierte Gene gefunden (Abb. 3B). Zwei dieser Gene sind in fibrotische Signalwege involviert (TGFb1I1 und ADAMTS-1).
Abbildung 2
Abbildung2

Ernährungsintervention verhindert erhöhte rechtsventrikuläre Fibrose nach MCT-Injektion. Die rechtsventrikuläre Fibrose war in MCT-Mäusen (p < 0,05) im Vergleich zu Shams erhöht und in MCT + NI-Mäusen abgeschwächt. (*p < 0,05) Ein Scatterplot der dargestellten Daten findet sich in der ergänzenden Abb. S4.
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Abbildung 3
Abbildung3

Differenzielle Expression von Genen im rechten Ventrikel nach MCT-Injektion. (A) Insgesamt 245 Gene wurden in MCT im Vergleich zu Sham und MCT + NI im Vergleich zu MCT differenziell exprimiert, unter Verwendung eines Cutoffs von p < 0,05. ( (A) Heatmap mit 32 Genen, die in MCT im Vergleich zu Sham und in MCT + NI im Vergleich zu MCT differenziell exprimiert werden, unter Verwendung eines Cutoffs von p < 0,01.
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Die Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) des RV einer repräsentativen Untergruppe von drei Mäusen zeigte eine Überrepräsentation von fibrotischen Signalwegen nach MCT-Injektion (MCT vs. Sham) (es wurde kein FDR q-value cut-off verwendet; die vollständigen Datensätze wurden als ergänzende Daten hinzugefügt). Nach der Ernährungsintervention waren die fibrotischen Bahnen bei MCT + NI im Vergleich zu MCT unterrepräsentiert (ergänzende Daten). Die GSEA des RV zeigte auch eine Unterrepräsentation von Signalwegen, die am Energiestoffwechsel und der mitochondrialen Funktion beteiligt sind, in MCT gegenüber Sham. Nach der Ernährungsintervention waren diese Pfade überrepräsentiert (ergänzende Daten).

Validierung der Microarray-Daten zur rechtsventrikulären Fibrose

Als nächstes validierten wir die beiden fibrotischen Gene (TGFb1I1 und ADAMTS-1) mit einem Signifikanzniveau von p < 0,01 in der Microarray-Analyse in allen unseren Proben durch qRT-PCR. Wir validierten auch zwei Gene mit einem Signifikanzniveau von p < 0,05 (VCAN und Col14a1) durch qRT-PCR. Dies bestätigte eine Hochregulierung der fibrotischen Gene im rechten Ventrikel bei MCT vs. Sham und eine Herunterregulierung bei MCT + NI vs. MCT (Abb. 4). Die MCT-Injektion induzierte einen 2-fachen Anstieg der VCAN-mRNA-Expression im Vergleich zu Sham-Mäusen (p < 0,001, Abb. 4A). Bei MCT-injizierten Mäusen, die eine Ernährungsintervention erhielten, war dieser Anstieg um 80 % geringer (p < 0,01, Abb. 4A). Für ADAMTS-1 war der Effekt ähnlich, mit einem 2,5-fachen Anstieg bei MCT im Vergleich zu Scheinmäusen (p < 0,001) und nur 1,25-fachem Anstieg bei MCT-injizierten Mäusen, die eine Ernährungsintervention erhielten (p < 0,05, Abb. 4B). Die mRNA-Expression von Col14a1 war bei MCT-injizierten Mäusen im Vergleich zu Scheinmäusen um das 1,35-fache erhöht (p < 0,05), obwohl sich die Expression bei MCT-Mäusen, die eine Ernährungsintervention erhielten, normalisierte (p < 0,05, Abb. 4C). Die mRNA-Expression von TGFb1I1 war bei MCT-injizierten Mäusen im Vergleich zu Scheinmäusen um 65 % erhöht (p < 0,05). Der Anstieg bei MCT-injizierten Mäusen, die eine Ernährungsintervention erhielten, zeigte keinen signifikanten Effekt (p = 0,18, Abb. 4D).
Abbildung 4
Abbildung 4

Fibrotische Gene waren in der MCT-, aber nicht in der MCT + NI-Gruppe hochreguliert. Im Vergleich zu Sham-Mäusen waren die mRNA-Spiegel von Genen, die an der Fibrose beteiligt sind, in MCT-Mäusen hochreguliert, aber nicht in MCT + NI-Mäusen (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001). (VCAN: Versican; ADAMTS-1: a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs 1; Col14a1: collagen type XIV alpha 1; TGFb1I1: transforming growth factor beta 1 induced transcript 1).
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Effekt der Ernährungsintervention auf Entzündungsmarker im rechten Ventrikel

Neben höheren mRNA-Spiegeln fibrotischer Gene konnten wir auch zeigen, dass die MCT-Injektion einen 5,5-fach erhöhten Spiegel von Tumornekrosefaktor alpha (TNFα) im rechten Ventrikel von MCT-Mäusen im Vergleich zu Scheinmäusen induzierte (p < 0,05, Abb. 5A). Bei MCT-injizierten Mäusen, die die Ernährungsintervention erhielten, betrug dieser Anstieg nur das 2,26-fache (Abb. 5A). Die COX-2 mRNA-Spiegel waren im rechten Ventrikel von MCT-Mäusen im Vergleich zu Schein- und MCT + NI-Mäusen ebenfalls tendenziell erhöht, obwohl der Effekt nicht signifikant war (p = 0,068, Abb. 5B). Diese Ergebnisse deuten auf einen anti-inflammatorischen Effekt der Nahrungsergänzung hin.
Abbildung 5
Abbildung5

Die Nahrungsergänzung reduziert den Anstieg der TNFα-mRNA-Spiegel im rechten Ventrikel. (A) Die MCT-Injektion induzierte eine 5,5-fach erhöhte TNFα-mRNA-Konzentration im rechten Ventrikel von MCT- im Vergleich zu Scheinmäusen. In MCT + NI-Mäusen war dieser Anstieg nur 2,26-fach. ( Der COX-2 mRNA-Spiegel war im rechten Ventrikel von MCT im Vergleich zu Scheinmäusen tendenziell erhöht (p = 0,068). TNFα: Tumor-Nekrose-Faktor alpha; COX2: Cyclooxygenase-2. (*p < 0.05).
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Wirkung der Ernährungsintervention auf den Skelettmuskel

Das Gewicht des Tibialis anterior (TA)-Muskels war in allen Gruppen ähnlich (Abb. 6A), jedoch war die Faserquerschnittsfläche (CSA) des TA-Muskels bei MCT im Vergleich zu den Scheinmäusen um 22 % reduziert (P < 0,05), aber in der MCT + NI-Gruppe erhalten (1503 vs. 1178 vs. 1495 µm2) (Abb. 6B). Die Proteinexpression der wichtigen E3-Ligase MuRF1 war in der Gruppe, die eine Ernährungsintervention erhielt, im Vergleich zu den MCT-Mäusen allein um 30% reduziert (p < 0,05) (Abb. 7A). Die E3-Ligase MuRF2 war in der MCT-Gruppe im Vergleich zur Sham-Gruppe um 41 % erhöht (p < 0,05). Die Ernährungsintervention reduzierte die MuRF2-Proteinspiegel um 28 % (p < 0,05) (Abb. 7B). Das Gewicht des M. extensor digitorum longus (EDL) war in allen Gruppen ähnlich (Abb. 6C). Die Faserquerschnittsfläche war jedoch bei den MCT-Mäusen im Vergleich zu den Scheinmäusen um 29 % (p < 0,05) reduziert und in der MCT + NI-Gruppe erhalten (764 vs 542 vs 742 µm2) (Abb. 6D). Das Gewicht des Soleus-Muskels war ebenfalls in allen Gruppen ähnlich (Abb. 6E), ohne dass die MCT- oder Nahrungsbehandlung einen Einfluss auf die Querschnittsfläche der Muskelfasern hatte (Abb. 6F).

Abbildung 6
Abbildung6

Veränderungen des Skelettmuskelgewichts und der Muskelfaserquerschnittsfläche. (A) Das Gewicht des Tibialis anterior (TA)-Muskels war unverändert, ( aber die Muskelfaserquerschnittsfläche (CSA) des TA war bei MCT-Mäusen im Vergleich zu Scheinmäusen um 22 % reduziert, bei MCT + NI jedoch unverändert. ( Das Gewicht des EDL-Muskels war unverändert, aber (D) die Muskelfaserquerschnittsfläche (CSA) des EDL war bei den MCT-Mäusen im Vergleich zu Sham um 29 % reduziert und in der MCT + NI-Gruppe erhalten (*p < 0,05). (E) Das Gewicht des M. soleus war in allen Gruppen ähnlich und (F) die Skelettmuskelfaser-CSA war ebenfalls unverändert.
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Abbildung 7
Abbildung7

Ein Anstieg der E3-Ubiquitin-Proteinligasen MuRF1 und MuRF2 in MCT-Mäusen wird durch eine Ernährungsintervention verhindert. (A) Die Proteinkonzentration der wichtigen E3-Ligase MuRF1 war in der Gruppe, die eine Ernährungsintervention erhielt, im Vergleich zu MCT-Mäusen allein um 30 % reduziert. ( Die E3-Ligase MuRF2 war in der MCT-Gruppe im Vergleich zu den Scheinmäusen um 41% erhöht. Die Ernährungsintervention reduzierte die MuRF2-Proteinspiegel um 28 %. (*p < 0.05). Die Bilder sind Ausschnitte aus den Blots in voller Länge. Die Blots in voller Länge sind in der ergänzenden Abb. S3 dargestellt. Eine MuRF1-Knock-out (KO)-Probe wurde einbezogen, um die MuRF1-Banden von anderen Banden aufgrund unspezifischer Bindung des Antikörpers zu trennen.
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Diskussion

Das Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen einer gezielten Ernährungsintervention auf das Remodeling von Herz- und Skelettmuskulatur in einem durch MCT induzierten PAH-Modell bei Mäusen zu untersuchen. Tatsächlich bewirkte die Zugabe von mehr Protein, Leucin, Fischöl und Oligosacchariden zum Futter eine Abschwächung von RV-Hypertrophie, Fibrose und Entzündung bei gleichzeitiger Verhinderung von Skelettmuskelatrophie. Unseres Wissens ist dies die erste Studie, die zeigt, dass PAH-assoziierte pathologische Veränderungen sowohl im Herz- als auch im Skelettmuskel durch eine gezielte Ernährungsintervention gleichzeitig abgeschwächt werden können.

Dies ist von großer klinischer Bedeutung, da die derzeitigen Behandlungsmöglichkeiten nicht sowohl auf die kardialen als auch die skelettalen Muskelveränderungen bei PAH abzielen. Wenn eine Ernährungsintervention solche pathologischen Veränderungen verhindern und die Entwicklung einer Belastungsintoleranz, die zu einer eingeschränkten Lebensqualität führt, reduzieren kann, ist dies ein wichtiger Schritt nach vorn. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um zu prüfen, ob eine gezielte Ernährungsintervention den körperlichen Status und das Wohlbefinden von PAH-Patienten verbessern kann.

Acht wöchentliche Injektionen mit MCT induzierten bei Mäusen einen deutlichen PAH-Phänotyp mit RV-Hypertrophie. Die histologische Analyse des RV zeigte bei den Mäusen, die MCT-Injektionen erhielten, eine Zunahme des fibrotischen Gewebes, was eindeutig auf ein für PAH typisches kardiales Remodelling hinweist3,17. Die MCT-Mäuse, die eine Ernährungsintervention erhielten, zeigten weder eine erhöhte RV-Hypertrophie noch eine Fibrose. Die Microarray-Analyse des RV und die anschließende Verifizierung der Ergebnisse durch qRT-PCR zeigten, dass die Ernährungsintervention einen Anstieg der mRNA-Spiegel fibrotischer Gene nach MCT-Injektion in fast allen vier Genen verhinderte. Wahrscheinlich war die Studie nicht gepowert, um signifikante Veränderungen in allen untersuchten Genen zu erkennen. Die Microarray-GSEA zeigte auch eine Herunterregulierung von Signalwegen, die am Energiestoffwechsel und der mitochondrialen Funktion beteiligt sind, bei Mäusen, die MCT-Injektionen erhielten. Metabolisches Remodeling ist ein weiteres Symptom der PAH. Ein Wechsel vom Fettsäurestoffwechsel und der oxidativen Phosphorylierung zur energetisch ineffizienten aeroben Glykolyse (auch Warburg-Effekt genannt) wird häufig beobachtet17,18,19. Unsere GSEA zeigte deutlich die Downregulation von Genen im Energiestoffwechsel und der mitochondrialen Funktion in MCT im Vergleich zu Scheinmäusen, was auf einen metabolischen Switch von FA-Oxidation zu Glykolyse hindeutet. Es zeigte sich auch, dass dieser Effekt in der MCT-Gruppe, die die Ernährungsintervention erhielt, reduziert war.

Eine mögliche Erklärung für diese Ergebnisse ist eine Verringerung der Entzündung aufgrund der Wirkung der zugesetzten Omega-3-Fettsäuren EPA und DHA. Die mRNA-Spiegel von TNFα im RV der MCT-Mäuse waren im Vergleich zu den Scheinmäusen höher. Dieser Effekt wurde durch die Ernährungsintervention reduziert. Diese Theorie wird durch andere Studien mit dem Monocrotalin-Modell bei männlichen Ratten unterstützt, die eine Verringerung der PAH-Symptome zeigten, wenn entzündungshemmende Behandlungen verabreicht wurden. Entzündungshemmende Medikamente wie Acetylsalicylsäure (Aspirin)20,21 oder 5-Aminosalicylsäure22 führten zu Verbesserungen des rechtsventrikulären systolischen Drucks (RVSP), der RV-Hypertrophie und des Lungenarterien-Remodellings. Daneben gibt es auch Hinweise darauf, dass bestimmte Nahrungsergänzungsmittel mit entzündungshemmenden Eigenschaften wie Resveratrol23,24,25 und Betain26 die Auswirkungen von PAH im MCT-Rattenmodell reduzieren. Eine Supplementierung mit verzweigtkettigen Aminosäuren wurde beschrieben, um die Herzfunktion zu erhalten und das Überleben in einem Krebskachexie-Mausmodell zu verlängern27. Außerdem wurde berichtet, dass eine leucinreiche Ernährung nach einem Myokardinfarkt bei Mäusen die Fibrose und Apoptose verringert und die Herzstruktur verbessert28.

Die Injektion mit MCT induzierte eine Reduktion des Muskelfaser-CSA im TA und EDL, führte aber nicht zu Veränderungen im Soleus. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass der Soleus einen stärker oxidativen Phänotyp aufweist, der sich in einem höheren Gehalt an Mitochondrien widerspiegelt, was einen gewissen Schutz gegen Muskelschwund bieten könnte29. Außerdem ist der Soleus aufgrund eines relativ geringeren Anteils an glykolytischen Muskelfasern vom Typ II (Fast Twitch), die im EDL und TA vorherrschen, resistenter gegen Ermüdung30. Die Ernährungsintervention konnte die Reduktion der Muskelfaser-CSA in TA und EDL verhindern, was auf einen anti-atrophischen Effekt hinweist. Dies wurde durch eine reduzierte Hochregulierung der E3-Ligasen MuRF1 und MuRF2 bestätigt, die den Muskelschwund durch verstärkten Proteinabbau über Ubiquitinierung fördern31.

Faber et al. berichteten, dass dieselbe Ernährungskombination wie in unserer Studie das Plasma-TNFα und Prostaglandin E2 (PGE2) in einem Maus-Krebs-Kachexie-Modell reduzierte32. Sowohl PGE2 als auch TNFα induzieren Berichten zufolge die MURF1-Induktion, was zu erhöhter Proteolyse und erhöhtem Proteinabbau führt8,33. Wenn TNFα aufgrund eines abgeschwächten Entzündungstons verringert wird, wird der Proteinabbau im Skelettmuskel verringert, was die Effekte in der TA erklärt. Darüber hinaus wird die Proteinsynthese in der Skelettmuskulatur durch verzweigtkettige Aminosäuren stimuliert, insbesondere durch Leucin34 , das der Ernährungsintervention hinzugefügt wurde. Die Wirkung auf den Skelettmuskel kann direkt sein, durch eine Verringerung der Entzündung und damit des Proteinabbaus im Muskel selbst, oder indirekt durch eine Verringerung der Krankheitsschwere.

Chronische Low-Grade-Entzündung (CLGI) ist ein wichtiger Teil der Pathophysiologie von PAH35. Potenzielle Auslöser für CLGI bei PAH sind u. a. chronische Hypoxie, mechanische Dehnung, mitochondriale Dysfunktion und systemische Komplikationen wie Veränderungen der Darmfunktion (Barrierefunktion, Dysbiose usw.)9,36,37. Chronische Entzündungen und die Expression von pro-inflammatorischen Zytokinen wie Interleukin 6 (IL-6) und TNFα tragen bekanntermaßen zum Muskelschwund bei, der auch bei PAH zu beobachten ist13,38,39. Fischöl, das (EPA) und (DHA) enthält, kann entzündliche Prozesse beeinflussen, indem es die Produktion von pro- oder anti-inflammatorischen Zytokinen verändert40. Andere Nahrungsbestandteile, wie Galacto- und Fructo-Oligosaccharide, können das mikrobielle Gleichgewicht im Falle einer Dysbiose wiederherstellen7,41 und haben ebenfalls entzündungshemmende und immunregulierende Wirkungen42. Es wurde gezeigt, dass Galacto- und Fructo-Oligosacharide in der Lage sind, die T-Zell-Funktion während einer chronischen Entzündung in einem Mäusetumormodell wiederherzustellen, wenn sie mit Omega-3-Fettsäuren und qualitativ und quantitativ hochwertigem Protein kombiniert werden32. Eine erhöhte Zufuhr von hochwertigem Protein und der anabolen Aminosäure Leucin kann auch dazu beitragen, Muskelschwund zu verhindern11,34, weshalb für diese Studie die Kombination aus zusätzlichem Protein, Leucin, Fischöl und Oligosachariden gewählt wurde. Es ist unklar, ob es die gesamte Kombination oder nur eine Teilmenge der Nährstoffe aus der Ernährungsintervention ist, die für die in dieser Studie beobachteten Effekte verantwortlich ist. Weitere Studien sind gerechtfertigt, um diesen Aspekt aufzudecken.

Das für diese Studie verwendete Modell ist eine adaptierte Version unseres kürzlich entwickelten kachektischen Mausmodells mit Monocrotalin-induzierter RV-Herzinsuffizienz16. Die Anpassung betrifft die Kontrolldiät und die Dauer, in der sich die Tiere im Experiment befinden. Das Ergebnis ist ein Modell mit ähnlichem RV-Remodeling, aber einem bescheideneren Verlust an Körpergewicht, was der klinischen Situation bei PAH näher kommt. Das Vorhandensein sowohl einer pulmonalen Stauung als auch einer RV-Hypertrophie zeigt, dass diese Methode Effekte hervorruft, die mit denen des männlichen Rattenmodells43 vergleichbar sind, das allgemein als Modell für PAH anerkannt ist. Die RV-Dicke nahm zu, aber wir fanden keine Veränderung am Septum und der Dicke des linken Ventrikels, was zeigt, dass das Monocrotalin hauptsächlich den RV beeinflusst. Ein zusätzlicher Vorteil des vorliegenden Modells ist, dass es sich um weibliche Tiere handelt, was eher mit der Vorstellung übereinstimmt, dass PAH hauptsächlich bei Frauen auftritt1,3.
Schlussfolgerung

Eine Mehrkomponenten-Ernährungsintervention, die höhere Mengen an Protein, Leucin, Fischöl und Oligosacchariden bereitstellte, verringerte signifikant die kardialen und skelettmuskulären Veränderungen in einem weiblichen Mausmodell der pulmonalen Hypertonie. Der Effekt auf die Entwicklung der Fibrose im RV war am tiefgreifendsten und ist zumindest teilweise auf anti-inflammatorische Effekte zurückzuführen, die über TNFα und COX2 vermittelt werden. Diese Ergebnisse liefern Richtungen für weitere Studien zur Entwicklung neuartiger therapeutischer Strategien zur Verhinderung pathophysiologischer Veränderungen bei pulmonaler Hypertonie.