Nitrattherapie und Nitratresistenz – Implikationen für Diabetes Nitrattherapie und Nitratresistenz – Implikationen für Diabetes mellitus und KHKmellitus und KHK

Prof. Dr. Andreas DaiberProf. Dr. Andreas Daiber

Oktober 2010Oktober 2010

Johannes Gutenberg-University MainzJohannes Gutenberg-University MainzMedical Center - 2nd Medical ClinicsMedical Center - 2nd Medical ClinicsLaboratory of Molecular CardiologyLaboratory of Molecular Cardiology

Diabetes und KHKDiabetes und KHK

Nitrattherapie und NitratresistenzNitrattherapie und Nitratresistenz

Gemeinsamkeiten Diabetes, KHK und NitrattoleranzGemeinsamkeiten Diabetes, KHK und Nitrattoleranz

Mögliche Vorteile einer PETN TherapieMögliche Vorteile einer PETN Therapie

InhaltInhalt

Diabetes mellitusDiabetes mellitus

und KHKund KHK

ÄtiologieÄtiologie

Typ 1= Abs. InsulinmangelImmunologisch vermitteltIdiopathisch

Typ 2 = Insulinresistenz und relativer MangelMetabolisches Syndrom (Dyslipidämie: HDL<35 mg/dl, TGL>150 mg/dl; Hypertonie: SBP>140 mmHg; Mikroalbuminurie: >20 mg/min)

Andere TypenGenetische Defekt Betazellfunktion: MODY 1-6Mitochondriale DNSGenetische Defekt der InsulinwirkungExokriner PankreasEndokrinopathienMedikamenten/ ChemikalienInfektionenGestationsdiabetes

PrävalenzPrävalenz

Metabolisches Syndrom - KomorbiditätMetabolisches Syndrom - Komorbidität

Metabolisches Syndrom - KomorbiditätMetabolisches Syndrom - Komorbidität

Das Herzinfarkrisiko eines Diabetikers ist4- bis 6-fach höher als bei einem Gesunden

Alle 19 min erleidet ein Diabetiker in Deutschlandeinen Herzanfall

Nitrattherapie und Nitrattherapie und NitratresistenzNitratresistenz

Diabetologia. 1994 Jan;37(1):115-7.

Primary nitrate tolerance in diabetes mellitus.

McVeigh G, Brennan G, Hayes R, Johnston D.

Diabetologia. 1992 Aug;35(8):771-6.

Impaired endothelium-dependent and independent vasodilation in patients with type 2 (non-insulin-dependent) diabetes mellitus.

McVeigh GE, Brennan GM, Johnston GD, McDermott BJ, McGrath LT, Henry WR, Andrews JW, Hayes JR.

Diabetes Obes Metab. 2002 Sep;4(5):336-41.

Early vascular abnormalities and de novo nitrate tolerance in diabetes mellitus.

McVeigh GE, Morgan DR, Allen P, Trimble M, Hamilton P, Dixon LJ, Silke B, Hayes JR.

Nitratresistenz und Diabetes

Heart. 1998 Aug;80(2):141-5.

Abnormal vascular responses in human chronic cardiac failure are both endothelium dependent and endothelium independent.

Maguire SM, Nugent AG, McGurk C, Johnston GD, Nicholls DP.

Circulation. 1993 Jul;88(1):55-61.

Impaired acetylcholine-mediated vasodilation in patients with congestive heart failure. Role of endothelium-derived vasodilating and vasoconstricting factors.

Katz SD, Schwarz M, Yuen J, LeJemtel TH.

Nitratresistenz und KHK

Am J Cardiol. 1991 Nov 15;68(13):1400-2.

Hemodynamic resistance to intravenous nitroglycerin in severe congestive heart failure and restored response after diuresis.

Varriale P, David WJ, Chryssos BE.

Nitratresistenz, Diabetes und KHK

Nitrate tolerance and the links with endothelial dysfunction and oxidative stress. Nitrate tolerance and the links with endothelial dysfunction and oxidative stress. Fayers et al., Fayers et al., Br J Clin Pharmacol. Br J Clin Pharmacol. 20032003

Ulster says 'NO'; explosion, resistance and tolerance - Nitric oxide and the actions of Ulster says 'NO'; explosion, resistance and tolerance - Nitric oxide and the actions of organic nitrates. Johnston et al., organic nitrates. Johnston et al., The Ulster Medical Journal The Ulster Medical Journal 19981998

Gegenüberstellung Phatomech.Gegenüberstellung Phatomech.

bei Diabetes / KHK versus bei Diabetes / KHK versus

NitrattoleranzNitrattoleranz

Hyperglykämie und oxidativer StressHyperglykämie und oxidativer Stress

Pop-Busui et al., Pop-Busui et al., Diabetes Metab. Res. Rev.Diabetes Metab. Res. Rev. 20062006

Hyperglykämie und oxidativer StressHyperglykämie und oxidativer Stress

Pop-Busui et al., Pop-Busui et al., Diabetes Metab. Res. Rev.Diabetes Metab. Res. Rev. 20062006

Diabetes mellitus und NitrattoleranzDiabetes mellitus und NitrattoleranzProtein TyrosinnitrierungProtein Tyrosinnitrierung

Typ I

Control Tolerant

3-NT

PGIS

Merged

Diabetes mellitus und NitrattoleranzDiabetes mellitus und NitrattoleranzOxidativer StressOxidativer Stress

Am J Hypertens. 2005 Jun;18(6):839-43.

Increased superoxide production in hypertensive patients with diabetes mellitus: role of nitric oxide synthase.

Dixon LJ, Hughes SM, Rooney K, Madden A, Devine A, Leahey W, Henry W, Johnston GD, McVeigh GE.

Schulz et al., Schulz et al., Circulation Circulation 20022002

Endotheliale Dysfunktion in Patienten mit Diabetes Typ IIEndotheliale Dysfunktion in Patienten mit Diabetes Typ II

Heitzer et al., Heitzer et al., Diabetologia Diabetologia 20002000

○ Saline ●BH4

▲ Saline+L-NMMA BH4+L-NMMA

ControlDiabetic

Endotheliale Dysfunktion in Patienten nach NitrattherapieEndotheliale Dysfunktion in Patienten nach Nitrattherapie

Thum et al. and Bauersachs, Thum et al. and Bauersachs, Antioxid. Redox Signal. Antioxid. Redox Signal. 20102010

Thomas et al., Thomas et al., J. Am. Coll. Cardiol. J. Am. Coll. Cardiol. 20072007

Schulz et al., Schulz et al., Circulation Circulation 20022002

GTN

ISMN

Heitzer et al., Heitzer et al., Free Radic. Biol. Med. Free Radic. Biol. Med. 20012001

Endotheliale Dysfunktion und oxidativer Stress in Endotheliale Dysfunktion und oxidativer Stress in Patienten mit Diabetes Typ IIPatienten mit Diabetes Typ II

Nitrattoleranz und Antioxidanzien

Metabolisches Syndrom- Effekte einer AT1-Rezeptor-Blocker Therapie

Metabolisches Syndrom- Effekte einer AT1-Rezeptor-Blocker Therapie

Diabetes und Aktivierung des RAAS Systems

Knorr et al., Daiber und Münzel, Knorr et al., Daiber und Münzel, in preparationin preparation

Nitrattoleranz und Aktivierung des RAAS Systems

-9 -8 -7 -6

0

50

100

CtrGTN+T2.7+T8

*#*#

*

Log (ACh) [M]

Rel

axat

ion

[%

]

Ctr GTN +T2.7 +T80

50

100

*

*#

#

-actin -Ser239 P-VASP -

Ser

239

ph

osp

ho

-VA

SP

[%

]

Knorr et al., Daiber und Münzel, Knorr et al., Daiber und Münzel, in preparationin preparation

Nitrattoleranz und Aktivierung des RAAS Systems

-9 -8 -7 -6 -5

0

50

100

*#

**#

Log (GTN) [M]

Rel

axat

ion

[%

]

Ctr GTN +T2.7 +T80

50

100

*

*#*#

-actin -ALDH2 -

AL

DH

-2 e

xpre

ssio

n [

%]

Knorr et al., Daiber und Münzel, Knorr et al., Daiber und Münzel, in preparationin preparation

Nitrattoleranz und Aktivierung des RAAS Systems

Daiber, Gori und Münzel, Daiber, Gori und Münzel, Pharmazie in unserer Zeit Pharmazie in unserer Zeit 20102010

Nitrattoleranz und therapeutische Ansätze

Nitrattoleranz, Diabetes und KHK Nitrattoleranz, Diabetes und KHK weisen ein ähnliches Profil bzgl. weisen ein ähnliches Profil bzgl.

ihrer Pathomechansimen aufihrer Pathomechansimen auf

Picano Studie – Nitrate, Daibetes und DNA Schäden

Andreassi et al. und Picano, Andreassi et al. und Picano, J. Mol. Med. J. Mol. Med. 20052005

Picano Studie – Nitrate, Daibetes und DNA Schäden

Andreassi et al. und Picano, Andreassi et al. und Picano, J. Mol. Med. J. Mol. Med. 20052005

Warnholtz et al. und Münzel, Warnholtz et al. und Münzel, JACC JACC 20022002

Nitrattoleranz, Hyperlipidämieund Protein-Tyrosinnitrierung

Warnholtz et al. und Münzel, Warnholtz et al. und Münzel, JACC JACC 20022002

Nitrattoleranz, Hyperlipidämieund Protein-Tyrosinnitrierung

Mögliche VorteileMögliche Vorteile

einer PETN Therapieeiner PETN Therapie

ALDH-2 Aktivität in weißen BlutzellenALDH-2 Aktivität in weißen Blutzellen- PETN bewirkt keine Inaktivierung- PETN bewirkt keine Inaktivierung

Wenzel et al. und Daiber, Wenzel et al. und Daiber, J. Pharmacol. Exp. Ther. J. Pharmacol. Exp. Ther. 20092009

Vergleich von PETN mit ISMN Vergleich von PETN mit ISMN bei experimenteller bei experimenteller

Hypertonie?Hypertonie?

PETN (15 mg/kg/d s.c.) aber nicht ISMN (75 mg/kg/d s.c.) vermittelte Protektion in der arteriellen Hypertonie

Schuhmacher et al. und Daiber, Schuhmacher et al. und Daiber, Hypertension Hypertension 20102010

PETN vermittelte Protektion in der arteriellen Hypertonieist Hämoxygenase-1 vermittelt

Schuhmacher et al. und Daiber, Schuhmacher et al. und Daiber, Hypertension Hypertension 20102010

Vergleich von PETN mit ISMN Vergleich von PETN mit ISMN bei experimentellem Diabetes bei experimentellem Diabetes

mellitus Typ 1?mellitus Typ 1?

Oelze and Knorr et al. und Daiber, Oelze and Knorr et al. und Daiber, J. Vasc. Res. J. Vasc. Res. im Druckim Druck

Normalisierung des durch Streptozotocin-induzierten Diabetes mellitus Typ 1 durch Insulin Therapie

PETN (15 mg/kg/d p.o.) aber nicht ISMN (75 mg/kg/d p.o.) vermittelte Protektion bei experimentellem Diabetes mellitus Typ 1

-9 -8 -7 -6

0

50

100

CtrSTZ+PETN+ISMN

*#**

Log (ACh) [M]

Rel

axat

ion

[%

]

-9 -8 -7 -6 -5

0

50

100

#**

Log (GTN) [M]

Rel

axat

ion

[%

]

A B

Schuhmacher and Oelze et al. und Daiber, Schuhmacher and Oelze et al. und Daiber, eingereicht bei Diabeteseingereicht bei Diabetes

PETN aber nicht ISMN unterdrückt oxidativen Stress bei experimentellem Diabetes mellitus Typ 1

Ctr STZ +PETN+ISMN0

100

200

300

400

* *$

*#

Ao

rtic

RO

NS

fo

rmat

ion

by

DH

E f

luo

resc

ence

[%

]

Ctr STZ +PETN+ISMN0

50

100

150

200*

*#$

#

Car

dia

c 3-

nit

roty

rosi

ne-

po

siti

ve p

rote

in c

on

ten

t [%

]

Schuhmacher and Oelze et al. und Daiber, Schuhmacher and Oelze et al. und Daiber, eingereicht bei Diabeteseingereicht bei Diabetes

Schuhmacher and Oelze et al. und Daiber, Schuhmacher and Oelze et al. und Daiber, eingereicht bei Diabeteseingereicht bei Diabetes

PETN (15 mg/kg/d p.o.) aber nicht ISMN (75 mg/kg/d p.o.) vermittelte Protektion bei experimentellem Diabetes mellitus Typ 1

0 5000 10000 1500040

60

80

100

CtrSTZ+PETN+ISMN

R2=0.69, p<0.001

Nox activity [RONS formation]

AC

h e

ffic

acy

[max

. re

laxa

tio

n]

0 5000 10000 15000

-8.5

-8.0

-7.5

-7.0

-6.5

CtrSTZ+PETN+ISMN

R2=0.65, p<0.01

Nox activity [RONS formation]

GT

N p

ote

ncy

[lo

g E

C5

0]

PETN aber nicht ISMN unterdrückt oxidativen Stress bei experimentellem Diabetes mellitus Typ 1

Ctr STZ +PETN+ISMN0

100

200

300

*

*#$

*#

-actin -HO1 -

HO

-1 e

xpre

ssio

n [

%]

Ctr STZ +PETN+ISMN0

50

100

150

*

#$

#

-actinin -ecSOD -

ecS

OD

exp

ress

ion

[%

]

Schuhmacher and Oelze et al. und Daiber, Schuhmacher and Oelze et al. und Daiber, eingereicht bei Diabeteseingereicht bei Diabetes

Protektion durch die Hämoxygenase-1 Protektion durch die Hämoxygenase-1

Oelze, Schuhmacher und Daiber, Oelze, Schuhmacher und Daiber, Exp. Diabetes Res.Exp. Diabetes Res. im Druckim Druck

Jenseits der HO-1?Jenseits der HO-1?

Protektive Effekte von PETN auf genomischer Ebene gehen über Protektive Effekte von PETN auf genomischer Ebene gehen über HO-1 hinaus – Vergleich mit GTNHO-1 hinaus – Vergleich mit GTN

Pautz et al. und Kleinert, Pautz et al. und Kleinert, Physiological GenomicsPhysiological Genomics 20092009

*

Dovinová et al., Dovinová et al., Gen. Physiol. BiophysGen. Physiol. Biophys. . 20092009

Aktivierung der SOD durch PETN (100 mg/kg/d) schützt vorAktivierung der SOD durch PETN (100 mg/kg/d) schützt vorkardiovaskulären Komplikationen in spontan hypertensiven Rattenkardiovaskulären Komplikationen in spontan hypertensiven Ratten

Oppermann et al., Oppermann et al., J. Cell. Mol. MedJ. Cell. Mol. Med. . 20092009

Aktivierung der SOD durch PETN (6 oder 60 mg/kg/d) schützt vorAktivierung der SOD durch PETN (6 oder 60 mg/kg/d) schützt vorkardiovaskulären Komplikationen in atherosklerotischen Mäusenkardiovaskulären Komplikationen in atherosklerotischen Mäusen

PETN aber nicht ISDN mobilisiert intakte endotheliale Progenitorzellen (EPCs) nach MI

Thum et al., Thum et al., ATVBATVB 20072007

MigrationMigration InkorporationInkorporation

Schutz vor ischämischen Herzschäden nach Mykardinfarkt in Mäusen durch die ALDH-2

Chen et al., Chen et al., ScienceScience 20082008

Ma et al., Ma et al., Eur. Heart J.Eur. Heart J. 20102010

Schutz vor ischämischen Herzschäden nach Mykardinfarkt in Mäusen durch die ALDH-2

tg

Effekt verschiedener Nitrate auf die Aktivität der ALDH-2

Oelze et al., Kleinert und Daiber, Oelze et al., Kleinert und Daiber, eingereicht bei JBCeingereicht bei JBC

ZusammenfassungZusammenfassung

Take-home message I

Parameter Nitrattoleranz Diabetes KHK

Endoth. Dysf.

Ox. Stress

Protein Tyr-NO2

Aktivierung RAAS

eNOS Entkopplung

EPC Dysf.

Take-home message II

PETN ist das einzige Toleranz-freie Nitrat in PETN ist das einzige Toleranz-freie Nitrat in klinischer Verwendungklinischer Verwendung

Bei KHK wurde ein Benefit für PETN Therapie Bei KHK wurde ein Benefit für PETN Therapie bereits gezeigt (Thum et al. bereits gezeigt (Thum et al. ARSARS 20102010 und Schnorbus und Schnorbus et al. et al. CRCCRC 20102010) ) Ergebnisse der CLEOPATRA Ergebnisse der CLEOPATRA StudieStudie

Bei Patienten mit PH Bei Patienten mit PH CEASAR Studie CEASAR Studie

Es fehlen klinische Daten, die einen Benefit für Es fehlen klinische Daten, die einen Benefit für PETN Therapie in diabetischen Patienten zeigenPETN Therapie in diabetischen Patienten zeigen

Prof. Dr. Thomas MünzelDr. Matthias OelzeDr. Tommaso GoriDr. Philip WenzelDr. Maike KnorrDipl. Biol. Swenja SchuhmacherJörg SchreinerProf. Hartmut KleinertProf. Jochen Lehmann

Danke für Ihre Aufmerksamkeit !

MD StudentsJohanna Müller, Lena Steinhoff, Moritz Brandt,

Swaantje Schuppan, Sebastian Göbel, JoahnnesDebrezion, Jennifer Diaz-Wickramanayake, Falk

Mäthner, Sarah Zurmeyer, Marcus Hortmann, LuiseSydow, Jens Kamuf, Christian Hochmuth, B. Opitz,

Richard Schell, Sebastian Steven, Tjebo Heeren

University Medical Center Mainzof JGU („MAIFOR“ and „Förderfonds“ grants),

Boehringer Ingelheim GmbH undActavis Deutschland GmbH.