Arch. exper. Path. u. Pharmako]., Bd. 219, S. 50~56 (1953).

Aus der Abteilung fiir experimentelle Therapie an der Medizinischen Fakult~t der Universit~t Freiburg i. Br. (Leiter: Dozent Dr. PET]~R MARQUARDT).

Wirkungsunterschiede zwisehen dem Acetylester des Cholins und dem des Thiocholins*.

Von PETER MARQUARDT und GEORG VOGG,

Mit 5 Textabbildungen.

(Eingegangen am 23. Dezember 1952.)

Nachdem die Un te r suchungen von LYNEN 5 fiber Acetyl-Coenzym A gezeigt haben, dab es sich hierbei chemisch um Acylmercaptane handel t , also u m relat iv best~nd'ige Verb indungen (WIELAN]) 9) mi t hohem Energiegehalt , lag es nahe, den Acetyl thioester des Cholins (ACS) mi t Acetylcholin (AC) vergleichend pharmakologisch zu untersuchen.

C1 J CH~\[ CH~\I CH3--N--CH2--CH2--O~CO--CH 3 CH3--N--CH2--CH~--S--C O--CH a

CH3 / CH3/ Acetylchdin (AC) Acetylthiochelin (ACS)

])as Aeetylthiocholin ** wurde im Zusammenhang mit anderen Thiol- verbindungen 1938 yon RENSHAW, DREISBACH, ZIFF u. GlUtEN s als Jodid erstmalig dargestellt und vor allem unter chemisehen Gesiehts-

'1:1 31 51 71 sl

6"0 ,~,ec r - - - ~

A b b . 1. K a t z e w e i b l i c h . 1 , 1 k g . N a r k o s e : 5 c m 3 P e r n o c t o n 1 : 5 i . p . 1 , 5 c m a T h r o m b o - V e t r e n 10 m g A t r o p i n / k g . 1 0 ,5 c m 3 A C 1 × 10-* ; 2 0 , 5 c m 3 A d r e n a l i n 1 × 10 - 5 ; 3 0 ,5 c m a A C S 1 × 10-~ ; 4 0 , 2 5 c m 3 A C S l x 1 0 - 4 ; 5 0 , 5 c m a A C S l x 1 0 - 4 ; 6 1 , 0 c m ~ A C S 1 x 1 0 - 4 ; 7 0 , 5 c m 3 A d r e n a l i n

l × 1 0 - s ; 8 0 , 5 c m ~ A C 1 × 1 0 -6 .

* Herrn Professor Dr. Lo~wI in New York zum 80. Geburtstag gewidmet. ** Der Firma Hoffmann La Roche und Cie, rue de Crillon, Paris, die diese Sub-

stanz in ihrer Reagenzienabteilung ,,Biochemica Roche" handelt, haben wir fiir die l~berlassung zu danken.

Wirkungsunterschiede zwischen dem Acetylester des Cholins und Thiocholins. 51

punkten untersucht. Die pharmakologisehen Prfifungen dieser Autoren s waren nur orientierend und ergaben damals in mittleren Dosen einen geringen, atropinisierbaren Blut- druckabfall mit einer nachfolgen- den massiven Steigerung, die nach Adrenalektomie kiirzer und ge- ringer in Erscheinung trat.

Unsere Untersuchungen er- gaben, dab die Substanz in niedri- gen Dosen eine blutdrucksenken- de, atropinisierbare, also AC- ~hnliche Wirkung ausl6st. Mit Steigerung der Dosis t r i t t nach kurzfristiger anf~nglicher Sen- kung eine markante Blutdruck- steigerung auf, deren Ablauf sieh von dem einer Adrenalininjektion nicht unterscheidet. Atropingabe 16seht die anfgngliche Senkung aus und lggt die ansehliegende Steigerung etwas stgrker in Er- seheinung treten (Abb. 1).

Man hat demnaeh den Ein- druek, daft naeh der Substitution des Sauerstoffs dureh Sehwefel ,' die sogenannte ,,nieotinartige" ,, Nebenwirkung desAC zur Haupt- ,, wirkung wird und die Haupt- '~ wirkung desAC, ngmlieh die kurz- fristige Blutdrueksenkung (,,mus- earinartige" Wirkung), zur Neben- wirkung herabsinkt. Die folgende ~ " Kurve, die unter den Bedingungen aufgenommen wurde, die zur Dar- * stellung der,,nieotinartige~" Wir- kung des AC in der Pharmako- logie iiblieh sind, also hohe Do- r sen AC naeh Atropinisierung, m6ge dieses Verhalten illustrieren (Abb. 2). Die starke, gleiehzeitig

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mitregistrierte atmungsstimulierende Wirkung des ACS (Abb. 2), die in gewissem Gegensatz zum AC steht, t r i t t in hohen und niedrigen Dosen regelmaBig auf.

4*

52 P. M~R~UARDT und G. VoGG:

An dieser Stelle muB kurz auf die Dosen eingegangen werden, um den Ausdruck , ,hohe" und ,,niedrige" Dosen zu pr~zisieren. Vom AC muB man etwa 0,05 ?/kg und yore ACS etwa 5 ?/kg i. v. injizieren, um yon beiden Substanzen eine rein de- pressorische Wirkung etwa gleicher GrSBenordnung zu erhalten. Nach massiver

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A b b . 3a . K a t z e w e i b l i c h . 3 ,2 k g . ~ a r k o s e : 5 c m a P e r n o c t o n 1 : 5 i . p . ; 1~5 c m s P e r n o c t o n 1 : 5 i . m . ; 1 ,0 c m a P e r n o c t o n 1 : 5 i . v . ; 1,5 c m a T h r o m b o - V e t r e n . 1 0 ,5 c m 3 A C S 1 × 1 0 - 4 ; 2 1 ,0 c m a A C S

1 × 10 -4 ; 3 0 , 2 c m a A d r e n a l i n 1 × 10 -4 ; 4 1 , 0 c m 3 A d r e n a l i n 1 × 10 - s .

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A b b . 3 b . G l e i c h e K a t z e i n g l e i c h e r V e r s u c h s a n o r d n u n g w l e i n A b b . 3 a n a c h 2 m g R e g i t i n / k g K a t z e . 1 1 , 0 c m ~ A d r e n a l i n 1 × 1B-s ; 2 0 , 5 c m 3 A C S 1 × 10 -4 ; 3 1 , 0 c m 3 A C S 1 × 1 0 - 4 ; 4 0 , 5 c m s A C S 1 × 10 -4 .

Atropinvorbehandlung (5--10 mg/kg) muB man 1,5--2,5 mg AC/kg injizieren, um etwa gleich groBe, blutdrucksteigernde Wirkungen zu erhalten, wie wir sie bei 5 0 ? ACS/kg, selbstverst~ndlich ohne Atropinvorbehandlung, regelm~Big sehen. Unte r dem Vorbehalt der bekann ten erheblichen Streuung der AC-Wirkung am Blutdruck entsprechen diese durchschnit t ] ichen Werte unseren Ergebnissen an insgesamt 20 Katzen.

Wirkungsunterschiede zwischen dem Acetylester des Cholins und Thiocholins. 53

Bekanntlich ffihrt man das Auftreten der ,,nicotinartigen" ACIWir- kung auf eine Ausschfittung pressorischer Substanzen aus der Neben- niere zuriick. Es wurden daher die Versuche am beidseitig adrenalekto- mierten Tier wiederholt. Hier zeigt es sich, daI~ nach Adrenalektomie in der Mehrzahl unserer Versuche die kurzfristig blutdrucksenkende Wir- kung des ACS erhalten war, w~thrend die massive anschliel~ende Blut- drucksteigerung ausblieb. Nur in einem unserer Versuche, in dem wit ACS sofort nach der Operation injizierten, w~hrend sonst stets 30 bis 45 rain gewartet wurde, erhielten wir den gleichen Befund der Ab- / kfirzung und Abschwi~chung wie RE~S~AW U. Mitarb. S. Wir m6ch- ten diese Differenz schon deshalb 7s0~.% nicht werten, weft verstreutes, chromaffines Gewebe die Befunde ,~ nach Adrenalektomie uneinheitlich gestalten kann und weil auch die ,3~ Dosierung die St~rke der Reak- tion beeinfiul]t. Wit hielten es daher ffir notwendig, die Aus- schfittung pressorischer Substan- zen durch ACS noch auf anderen Wegen experimentell zu stfitzen.

Deshalb wurde die Wirkung des Abb. 4. Ka tze weiblich, g,a kg. N a r k o s e : 7,5 cm 3 Chlora lose-Urc than , 2,0 cm 3 X y l a n e s t e r Boeh-

ACS vor und nach Gabe des Sym- r inger . 1 0,5 cm 3 Adrena l in 1 × I0-~; 2 1,0 cm a

pathicolyticums Regitin (2- [(N-p- ~ ( ' s 1 × 10-';Ar~crcnol3 0,2 cm ~lNaCl× 10-'.0'9%; 4 0,5 cm 3

Tolyl - Nim - oxy- phenyl-aminome- thyl]imidazolin) nntersucht. Wie Abb. 3a und 3b zeigen, wird die ACS- Wirkung auf den Blutdruck durch Regitin in gleicher Weise umgekehrt, wie die Adrenalinwirkung*. In Analogie zum Adrenalin wurde durch Regitin auch die Wirkung des ACS auf die Atmung nicht beeinflul]t.

Weiter wirkt ACS an Tieren, die auf mittlere Dosen yon Adrenalin (5 Gamma) ohne Vorbehandlung mit einem Sympathicolyticum mit einer Blutdrucksenkung, also einer ,,Umkehr" antworten, wie dieses blutdrucksenkend. Als Beispiel m6ge ein Versuch angeffihrt werden: Auf 5 Gamma Arterenol, massive Blutdrucksteigerung (44 mm Hg), auf 5 Gamma Adrenalin massive Blutdrucksenkung (54mmHg) , auf 100 Gamma ACS ebenfalls Blutdrucksenkung (34 mm Hg) (siehe Abb. 4).

Durch diese Befunde wird nicht nut die Ausschfittung pressorischer Substanzen nach ACSIGabe erhi~rtet, sondern darfiber hinaus noch

* Der Ausdruck ,,Adrenalinumkehr" wird verwendet, weft er sich im Schrifttum eingebfirgert hat. Mit der Problematik dieses Vorganges haben wir uns an anderer Stelle beschMtigt 4, 6, 7.

~ .~c

54 P. MARQUARDT und G. VooG:

gezeigt, dal~ es sieh wohl im wesentlichen um eine Adrenalinausschfittung handeln mul3.

Welter wurde das ACS noch unter den Bedingungen geprfift, unter denen MEIER U. BEI• a die Wirkung des Pendiomids auf die Hemmung der ,,nicotin~hnlichen Wirkungskomponente des AC" untersuchten. In dieser Anordnung wird nach Atropingabe die gangliongre Erregung, also die ,,nicotinartige" Wirkung hoher AC-Dosen, durch die Pendiomid- vorbehandlung unterdrfickt. Eine Wiederholung des Versuches yon

ME~ER U. BEIN, nur mit dem Unterschied, dal~ auBer AC noch ACS gegeben wurde,

71 21 ergab ausreiehende ~bereinstimmung, d .h . direkt nach Pendiomidgabe wird

i i die blutdrucksteigernde Wirkung des AC i und auch desACS fast vollkommen unter-

! ~ ~ , driickt. Im Verlauf yon etwa 2 Std er- IT! ~?l

'~ / : : ~ , . ~ r ~ ; : :~;~: langen beide Substanzen langsam wieder ! ~ ! ;~ ihr e urspr~.~ngliehe Wirkungsstarke und li , zwar das ACS etwas sehneller als das AC.

:" c ~ i Naeh Decapitation und Riiekenmark- ausbohrung bleibt das Wirkungsbild des f ACS erhalten. Die anfiingliehe Depression

6~cc ist bei dem tiefen Blutdruck unterdrfickt. ~-q Sie t r i t t aber nach Wiederherstellung

Abb. 5. Katzeweibl ich . 2,1 kg. Narkose: des urspriinglichen Blutdruckniveaus 5 ems Pernoeton 1:5 i. p. 2 cm 3 Xylan- durch eine Arterenolinfusion etwa in der ester Boehringer.I~aeh Decap i ta t ionund Ri ickenmarkausbohrung unter Artere- alten Stiirke wieder auf (Abb. 5). Die nol infusion (1,13 em ~ Arterenol 2 x 10 -5 ACS-Wirkung wird also durch Decapi- pro Minute). i 1,0 cm 3 ACS 1 x 10-4;

2 0,5 enP Adrena l in 1 x 10-% t a t i o n u n d Rfiekenmarkausbohrung nicht wesentlich beeinfluBt.

Es ist fiblich, die Wirkung des AC auch am isolierten Kaninchendarm oder am Riickenmuskel des Blutegels zu untersuchen. ACS wirkt in der fiblichen Anordnung auf das isolierte Darmstfick erregend wie AC, nur hiilt seine Wirkung liinger an.

So erhiilt man z. B. bei Gabe yon 0,5 Gamma AC und 50 Gamma ACS gleiche Tonussteigerung, die im Falle des AC naeh etwa 60 min ab- geklungen ist, wi~hrend sie naeh ACS-Gabe fiber 3 Std anhi~lt. Die Wir- kung des ACS ist wie die des AC vollkommen atropinisierbar.

Dieser Befund war bei der eingangs angeffihrten, relativ grol~en Be- sti~ndigkeit der Thioester 9 zu erwarten. Er steht aber in gewissem Gegen- satz zu der ftiiehtigen, depressorischen Blutdruekwirkung, nach der die gleiehe, schnelle enzymatische Hydrolyse wie bei AC erwartet werden muBte.

Wirkungsunterschiede zwischen dem Acetylester des Cholins und Thiocholins. 55

Da nun die Anwendung am isolierten D a r m es ermSglicht, in be- quemer Weise die Wirkung der Esterasen au f das AC zu fiberprfifen, lieBen wir zur Kl~rung dieses Widerspruchs die spezifische und die un- spezifische Esterase auf AC und ACS 12 Std einwirken*. Hierbei ergab sich, dab das AC S entsprechend seinen chemischen Eigenschaf ten yon der spezifischen Esterase wesentlich geringer angegriffen wird als das AC. Dies erkl~rt vol lkommen die lang anhal tende Tonussteigerung am iso- lierten Darmstt ick. I m Blutdruckversuch hingegen wirkt das AC nicht direkt auf die Zellen ein, sondern wird erst im Blut , ,verteilt". Das Serum enth~lt auBerdem nicht die spezifische, sondern die unspezifische Acetylcholinesterase. L~Bt man nun Serum auf AC und ACS einwirken (1 cm 3 AC 1 × 10 -6 mit 1 cm 3 mensehlichem Serum fiber 12 Std inku- biert), so werden beide Substanzen mit etwa gieicher Geschwindigkeit zerstSrt. Das unterschiedliche Verhal ten des ACS am isolierten Darm und am Ganztier findet somit eine befriedigende Erklarung.

Darfiber hinaus wird die Bereeht igung einer Eintei lung der Acetyl- cholinesterasen in ,,spezifische" und ,,unspezifische" gestfi tzt**

])as Studium yon Fermenteinwirkungen auf AC (bzw. ACS) am isoliertcn Darm ist nach unserer Ansicht nur beweisend, wenn markante Unterschiede beobachtet werden kSnnen, wie es bei uns der Fall war. Wir haben vor, die Fermenteinwirkung auf ACS noch in der Anordnung nach AMMON 1 zu iiberpriifen. Diese erlaubt auch geringere Differenzen zu werten. Zur Zeit arbeiten wir an der Darstellung anderer Thioester des Cholins. Im Zusammenhang mit der pharmakologischen Unter- suchung dieser K5rper werden wir diese Methodik vergleichend anwenden.

Zusammenfassung. Es wird gezeigt, dab die Subst i tut ion des Sauerstoffatoms in der

Esterbrficke des Acetylcholins durch Schwefel die , ,muscarinart ige" Haup twi rkung des Acetylcholins verringert und die , ,nicotinartige" Nebenwirkung zur Haup twi rkung des Acetylthiocholins werden li~Bt.

Das Acetyl thiocholin wird yon der ,,spezifischen" Esterase aus Blut- kSrperchen wesentiich langsamer hydrolysier t als das Acetylcholin. Die ,,unspezifische" Serumesterase verseift beide Substanzen unter den ge- w~hlten Bedingungen mit etwa gleicher Geschwindigkeit.

* In diesen Versuchen wurde spezifische Esterase Nr. N 641 DD (Sterling Winthrop) verwendet, ftir deren l~berlassung wir der F i rma Boehringer und SShne in Mannheim zu Dank verpflichtet sind. Die Esterase wurde stets im OberschuB zugesetzt.

** Auf die Li teratur , die die Unterschiede zwischen spezifischer und unspezi- fischer Acetylcholinesterase und ihr Vorkommen behandelt , kann hier nicht ein- gegangen werden. Es sei auf die zusammenfassende Darstellung AUGUSTINSSONS 2 verwiesen.

56 P. MARQUARDT und G. VOGG: Wirkungsunterschiede zwischen dem Acetyles ter .

Literatur.

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Dozent Dr. PETER MARQUARDT, Freiburg i.Br., Abt . f. exper . Therapie an der Med. Fakul ta t .