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Auf der Suche nach dissoziativen Steroiden

05.04.2004
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Gluco- und Mineralocorticoidrezeptoren

Auf der Suche nach dissoziativen Steroiden

von Dominic Fenske und Matthias Husmann, Mainz

Im Allgemeinen wird die Aktivität nukleärer Rezeptoren mit einer erhöhten Transkriptionsrate und einer infolgedessen verstärkten Proteinbiosynthese in Verbindung gebracht. Dass dies nicht unbedingt der Fall sein muss, zeigt das prominente Beispiel des Glucocorticoidrezeptors.

Glucocorticoide als Liganden dieses Rezeptors bewirken zwar durchaus vermehrte Transkription verschiedener Gene wie beispielsweise der Glucose-6-Phosphatase, der Phosphoenolpyruvatcarboxykinase von Lipocortin-1 oder des b2-Adrenorezeptors (1, 2, 3). Der für viele Therapien mit Glucocorticoiden entscheidenden antiinflammatorischen und immunsuppressiven Wirkung liegt jedoch ein transkriptionshemmender Effekt des aktivierten Glucocorticoidrezeptors zu Grunde.

Auf die allgemeinen Funktionsmechanismen dieses typischen Klasse-1-nukleären Rezeptors und auf die aktuell diskutierten Mechanismen der Transkriptionshemmung soll im Folgenden näher eingegangen werden. Abschließend werden Möglichkeiten vorgestellt, so genannte »dissoziative Steroide« zu entwickeln, deren therapeutisch gewünschte antiinflammatorische Wirkung unabhängig von der allgemeinen metabolischen Wirkung der Glucocorticoide ist.

Ligandgesteuerte Transkription

Glucocorticoide modulieren eine Vielzahl biologischer Funktionen. Ihre Effekte werden durch Aktivierung des humanen Glucocorticoidrezeptors (hGR) vermittelt.

Der Glucocorticoidrezeptor gehört zu der entwicklungsgeschichtlich alten Familie der nukleären Hormonrezeptoren, die beispielsweise auch den Thyroid-, Vitamin D- sowie den Retinsäurerezeptor umfasst (2, 4).

Nukleäre Rezeptoren finden sich vor allem im Zytosol oder im Nukleus. Ihre Liganden sind lipophile Moleküle, die die Zellmembran durch Diffusion passieren, wie eben beispielsweise Steroidhormone, aber auch Triiodthyronin (T3) oder Derivate der Vitamine A und D.

Durch die Ligandbindung werden die nukleären Rezeptoren aktiviert, es kommt letztlich zu einer Modifikation der Genexpression. Hierbei muss es sich durchaus nicht immer um eine verstärkte Genexpression handeln, sondern diese kann eben auch vermindert sein. Beispiele hierfür werden im Weiteren vorgestellt. Da die Aktivierung und Hemmung nukleärer Rezeptoren also auch ligandabhängig ist, werden sie mitunter auch als »ligandgesteuerte Transkriptionsfaktoren« bezeichnet (5, 6)

Nukleäre Rezeptoren zeichnen sich auch durch spezifische DNA-Basen-Sequenzen aus, an die sie binden. Diese Sequenzen werden als »hormone responsive elements«, abgekürzt HRE, bezeichnet. Ebenfalls gebräuchlich ist die verkürzte Bezeichnung »responsive element«. So bindet beispielsweise der Glucocorticoidrezeptor an das Motiv AGAACAnnnTGTTCT, wobei »n« für ein beliebiges Nukleotid steht. Zugänglich für Regulation durch nukleäre Rezeptoren sind solche Gene, deren Promotorregion eines oder mehrere dieser »responsive elements« trägt.

Vergleicht man die DNA-Bindungsstellen eines nukleären Rezeptors in Promotoren verschiedener Gene, so beobachtet man eine gewisse Varianz der Basensequenz. Ermittelt man nun, welche Base an einer bestimmten Position der Bindungsstelle am häufigsten vorkommt, und fasst diese Basen zu einer für den jeweiligen Rezeptor gleichsam »idealen« Sequenz zusammen, so gelangt man zu einer so genannten »consensus site«.

Die meisten bekannten DNA-Bindungsstellen bestehen aus zwei Kopien eines Hexamers, die durch eine bestimmte Anzahl beliebiger Nukleotide in einem definierten Abstand zueinander gehalten werden. Die Ausrichtung der Hexamere kann unterschiedlich sein, wodurch zusätzliche Variationsmöglichkeiten geschaffen werden. Bei der »consensus site« der Steroidhormonrezeptoren sind die Hexamere gegenläufig zueinander angeordnet. Diese Anordnung wird als »inverted repeat« oder »Palindrom« bezeichnet. Beim »everted repeat« sind die Hexamere an den zwischenliegenden Nukleotiden gespiegelt. Beim »direct repeat« schließlich sind die Hexamere gleichsinnig ausgerichtet.

An der DNA-Bindung sind in der Regel Rezeptordimere beteiligt, wobei jeweils ein nukleärer Rezeptor an eines der beiden benachbarten Hexamere bindet. Der Glucocorticoidrezeptor bindet in der Regel als Homodimer an die »consensus site«. Ein prototypischer Bindungspartner in Heterodimeren ist der Retinoid-X-Rezeptor (RXR), der Rezeptor für 9-cis-Retinsäure. Dieser bildet Dimere mit verschiedenen anderen nukleären Rezeptoren wie dem Retinsäure-Rezeptor (Rezeptor für all-trans-Retinsäure, RAR), dem Vitamin-D-Rezeptor (VDR), dem Thyroid-Rezeptor (T3R) oder dem »peroxisome-proliferator-activated-rezeptor« (PPAR) (7).

Dieses Bild wird durch weitere als Koaktivatoren bezeichnete Proteine komplexiert, die ihrerseits an die nukleären Rezeptoren binden und Aufgaben wie etwa die Acetylierung der DNA übernehmen. Letztendlich resultiert aus der DNA-Bindung der nukleären Rezeptoren meist eine veränderte – nicht in jedem Fall erhöhte – Transkriptionsrate. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass darüber hinaus nukleäre Rezeptoren existieren, die als Monomer an die DNA binden (5).

Nomenklatur nukleärer Rezeptoren

Grundsätzlich werden zwei Klassen nukleärer Rezeptoren unterschieden. Klasse-1-nukleäre Rezeptoren befinden sich im inaktiven Zustand im Zytosol. Hier binden sie »ihren« Liganden. Dies führt zu Aktivierung und Konformationsänderung des Rezeptors, wobei es zur Abspaltung inhibitorischer Proteine kommt, die auch als Korepressoren bezeichnet werden. Daraufhin wandern Klasse-1-nukleäre Rezeptoren aus dem Zytosol in den Zellkern ein und binden an die DNA. Dieser Vorgang wird als »Translokation« bezeichnet. Der Glucocorticoid- Rezeptor ist ein typischer Vertreter dieser nukleären Rezeptoren der Klasse 1.

Die Klasse-2-nukleären Rezeptoren sind auch im inaktiven Zustand an die DNA gebunden; konstitutive Aktivität wird hier ebenfalls durch Korepressoren verhindert. Der »peroxisome-proliferator-activated-rezeptor« (PPAR) ist ein solcher Klasse-2-nukleärer Rezeptor.

Da verschiedene nukleäre Rezeptoren denselben Funktionsprinzipien folgen, weisen sie auch große Ähnlichkeiten im Molekülaufbau auf. Ein typischer nukleärer Rezeptor besteht aus einer DNA-Bindungsstelle (DBD engl.: DNA binding domain) und einer Ligandenbindungsstelle (LBD, engl.: ligand binding domain). In der gleichen Region können auch die Strukturen, die für eine Dimerisierung notwendig sind, liegen. Weiterhin gibt es Regionen, die zur Transaktivierung sowie für weitere Protein-/Proteininteraktionen benötigt werden.

Interessanterweise können insbesondere die DNA- und die Liganden-Bindungsstelle ihre Funktion auch dann noch erfüllen, wenn sie mittels DNA-Rekombinationstechnologie in einen anderen Rezeptor überführt wurden (engl.: domain swap). Es ist daher berechtigt, bei nukleären Rezeptoren von einem modularen Aufbau zu sprechen (5).

Der Glucocorticoidrezeptor

Der Glucocorticoidrezeptor GR befindet sich in der inaktiven Form vor allem im Zytosol. Hier bildet er einen Multiproteinkomplex unter anderem mit zwei Molekülen des »heat shock proteins« 90 (HSP 90), einem Molekül des »heat shock proteins« 70 (HSP 70) sowie einem 56 kDa großen Immunophilin (IP) (4). Es wird vermutet, das HSP 90 die Aufgabe hat, den Glucocorticoidrezeptor sterisch so auszurichten, dass die Ligandbindung erleichtert wird (8).

Auch in Abwesenheit von Glucocorticoiden scheint der Glucocorticoidrezeptor nicht statisch im Zytosol »auf einen Liganden zu warten«. Vielmehr bestehen wiederkehrende Zyklen aus Dissoziation- und ATP- sowie HSP-70- abhängiger Reassoziation der Proteine. Gleichzeitig kommt es zu einem permanenten Wechsel des Rezeptors zwischen Zytosol und Nukleus. Unabhängig von seiner intrazellulären Verteilung inaktiviert die Komplexierung des Glucocorticoidrezeptors mit den HSP-Proteinen den Rezeptor, hält ihn aber gleichzeitig jederzeit aktivierbar (4).

Corticoide werden gebunden an das Glucocorticoid-bindende Protein (GBG) über die Blutbahn im Organismus verteilt. Bindet nun Glucocorticoid (S) nach Loslösung von seinem Transportprotein (GBG) und passiver Diffusion durch die Zellmembran im Zytosol an den Rezeptor (GR), kommt es zur Rezeptoraktivierung mit Konformationsänderung und Phosphorylierung (2, 4). Infolgedessen dissoziieren die »Hilfsproteine« vom Rezeptor »ab«. Bestimmte Bereiche des Rezeptors, die so genannten »nuclear localisation signals«, werden zugänglich. Der aktivierte Rezeptor transloziert in den Zellkern (3, 4). Hier bindet er als Homodimer an die »glucocorticoid-response-elements« (GRE) seiner Zielgene. Dies wiederum führt zu einer modifizierten Genexpression und damit zu einer veränderten Zellfunktion.

Die Anzahl der GREs in einem Promoter und ihre Position zueinander ist wesentlich für den Einfluss, den Corticoide auf die Transkription des betreffenden Gens haben. Je mehr GREs vorhanden sind und je näher sie an der Startposition der Transkription (TATA-Box) liegen, desto größer ist die Wirkung der Corticoide (9).

Bislang wurden zwei Isoformen des humanen Glucocorticoidrezeptors, hGRa und hGRb, identifiziert. Sie entstehen durch alternatives Splicing des primären mRNA-Transkripts. Unterschiede bestehen lediglich in der Ligandenbindungsdomäne am C-Terminus. Die a-Isoform, von der im Weiteren die Rede sein soll, stellt den klassischen Glucocorticoidrezeptor dar. Sie bindet Cortisol im Zytosol und vermittelt dessen biologische Aktivität. Die b-Isoform dagegen befindet sich auch im inaktiven Zustand vor allem im Zellkern. Dort liegt sie lose an »heat shock proteine« gebunden vor.

Auf Grund der veränderten Ligandenbindungsdomäne bindet GRb keinen Liganden. Seine Funktion liegt wahrscheinlich in einer Hemmung der Effekte von GRa. Dies könnte zum einen durch Bildung von Heterodimeren mit GRa geschehen. Möglich ist auch, dass GRb-Homodimere mit GRa-Homodimeren um Bindung an die GRE konkurrieren. In jedem Fall würde eine Transaktivierung durch GRa verhindert. Ob diese Hemmmechanismen unter physiologischen oder nur unter pathophysiologischen Bedingungen bedeutsam sind, ist Gegenstand aktueller Diskussionen (10, 11, 12).

Während hGRa als mRNA und funktionstüchtiges Protein in nahezu allen Geweben wie Hirn, Muskulatur, Makrophagen, Lunge, Niere, Leber oder Herz gefunden wird, lässt sich die hGRb-mRNA in weitaus weniger Geweben nachweisen. Hauptsächlich kommt sie in Zellen des Immunsystems wie Monozyten, Makrophagen, Eosinophilen und Neutrophilen, dort aber auch nur in wesentlich geringerer Konzentration als hGRa-mRNA vor. Funktionstüchtiges hGRb-Protein ist in noch geringerem Umfang vorhanden. Daher kann man vermuten, dass unter physiologischen Bedingungen weit überwiegend hGRa gebildet wird und hGRb nur eine untergeordnete Bedeutung zukommt (12). Vorkommen und physiologische sowie pathophysiologische Rolle von hGRb werden noch diskutiert.

Überexpression von hGRb könnte bei Patienten bedeutsam sein, die nur schwach auf die Behandlung mit einem Glucocorticoid ansprechen. Dies wäre eine mögliche Erklärung für die beispielsweise bei einigen Asthmatikern und Patienten mit Colitis ulcerosa oder anderen Krankheiten beobachtete »Steroidresistenz« (12 - 17)

In einigen wenigen Promotoren wurden sogenannte »negativ - glucocorticoidresponsive elements« (nGRE) gefunden. Ihre Aktivierung bewirkt eher eine verringerte als eine verstärkte Transkription. Der Prototyp der nGRE befindet sich im Promotor des Pro-Opio-Melano-Cortin Gens (POMC). Er unterscheidet sich durch Bindung von drei aktivierten Glucocorticoidrezeptoren deutlich von klassischen GREs. Wie aus der Bindung an ein nGRE verminderte Transkription folgt, ist unklar (4, 18).

 

POMC und Wirkung der Zytokine Pro-Opio-Melano-Cortin (POMC) wird von der Adenohypophyse nach Stimulation durch Corticotropes Hormon (CRH) gebildet. Das Vorläuferprotein wird anschließend in vier Hormone gespalten: Lipotropin (LPH), b-Endorphin, Melanocytenstimulierendes Hormon (MDH) sowie Adrenocorticotropes Hormon (ACTH). ACTH stimuliert in der Nebennierenrinde die Cortisolproduktion. Die POMC- wie auch die CRH-Bildung wird von Cortisol im Sinne einer negativen Rückkopplung gehemmt. Interessanterweise führen proinflammatorische Zytokine wie Il-1, IL-2, IL-6 oder TNFa zu einer verstärkten CRH- und ACTH-Bildung und damit zur Ausschüttung von antiinflammatorischem Cortisol. Auf diese Weise könnte eine überschießende Immunreaktion verhindert werden (nach 8).

 

Der Mineralocorticoidrezeptor

Wie beim Glucocorticoidrezeptor handelt es sich auch beim Mineralocorticoidrezeptor (MR) um einen ligandgesteuerten Transkriptionsfaktor mit anscheinend ganz ähnlichen Funktionsprinzipien. So ist auch der Mineralocorticoidrezeptor mit HSP 90 assoziiert. Auch bindet er an dieselbe DNA-Sequenz wie der Glucocorticoidrezeptor (5).

Darüber hinaus binden Aldosteron und Cortisol nicht nur mit ähnlicher Affinität an den Mineralocorticoidrezeptor, sondern die Affinität des Mineralocorticoidrezeptors für Cortisol ist sogar höher als die des klassischen Cortisolrezeptors für »seinen« Liganden (19). Daher stellt sich die Frage, wie der Mineralocorticoidrezeptor angesichts des in viel höheren Konzentrationen als Aldosterol zirkulierenden Cortisols spezifische Wirkungen wie die Aktivierung der Expression der Na+/K+-ATPase in der basolateralen Membran der Tubuluszellen entfalten kann.

Diese Frage wurde durch die Entdeckung der 11b-Hydroxysteroiddehydrogenasen (kurz 11b-HSD) beantwortet. Von diesem Enzym sind derzeit zwei Isoformen bekannt. Die Isoform-1 der 11b-Hydroxysteroiddehydrogenase agiert in vivo vornehmlich NADP(H)-abhängig als Reduktase und regeneriert Cortisol aus inaktivem Cortison. Im Gegensatz dazu oxidiert die Isoform-2 der 11b-Hydroxysteroid-dehydrogenase NAD-abhängig Cortisol zu inaktivem Cortison (20).

Während die Isoform-1 also in Cortisol-empfindlichen Geweben die Wirkung des Cortisols verstärkt, schützt die Isoform-2 in aldosteronempflindlichen Geweben wie zum Beispiel der Niere gleichsam den Mineralocorticoidrezeptor vor Cortisol, indem es dieses zu dem rezeptorinaktiven 11-Keto-Derivat oxidiert. Entsprechend wird die 11b-HSD-2 beim Erwachsenen von solchen Geweben gebildet, die ebenfalls den Mineralocorticoidrezeptor exprimieren, wie beispielsweise Niere, Darm und Speicheldrüsen (20).

Aldosteron selbst liegt unter physiologischen Bedingungen als Halbacetal vor und kann daher nicht von den 11b-Hydroxysteroid-dehydrogenasen umgesetzt werden.

Liegt ein krankheitsbedingter Mangel an 11b-Hydroxysteroiddehydrogenase-2 vor, wird der Mineralocorticoidrezeptor von Cortisol gleichsam überschwemmt und es kommt zu dem Syndrom des scheinbaren Mineralocorticoidüberschusses mit schwerem Bluthochdruck, Hypokaliämie und Alkalose, sekundär gefolgt von Arrhythmien.

Auf Grund des engen Zusammenhangs zwischen einem Defekt des 11b-Hydroxysteroiddehydrogenase-2-Gens und dem Phänotyp mit Hypertension kann man vermuten, dass mildere Formen des Gendefekts oder Polymorphismen im 11b-HSD-2-Gen bei der Pathologie der essenziellen Hypertonie eine Rolle spielen könnten (20).

Wird die 11b-Hydroxysteroiddehydrogenase-2 zum Beispiel durch Glycyrrhetinsäure, einem Bestandteil der Lakritze, gehemmt, treten im Extremfall vergleichbare Effekte auf. In leichteren Fällen kommt es zu Hypertonie, Ödembildung und Hypokaliämie (20).

Das Cushingsyndrom als Folge einer überhöhten Cortisolbildung geht ebenfalls mit einem scheinbaren Mineralocorticoidüberschuss einher. In diesem Fall ist die 11b-Hydroxysteroiddehydrogenase-2 zwar voll funktionsfähig, jedoch ist sie nicht in der Lage, die überhöhten Cortisolmengen so weit abzubauen, dass der Mineralocorticoidrezeptor nicht durch Cortisol aktiviert wird (20).

Transrepression durch Glucocorticoide

Anders als die metabolischen Effekte der Glucocorticoide, die Folge vermehrter Transkription durch Bindung des Glucocorticoidrezeptors als Homodimer an die DNA sind, werden insbesondere ihre antiinflammatorischen und immunsuppressiven Wirkungen eher durch Hemmung als durch Aktivierung von Zielgenen erreicht. Diesem als »Transrepression« bezeichneten Phänomen liegen verschiedene Mechanismen zu Grunde (9). In jedem Fall muss der Glucocorticoidrezeptor seinerseits durch Ligandbindung aktiviert sein (3, 9, 12).

 

Bei Transkriptionsfaktoren handelt es sich wie bei nukleären Rezeptoren um DNA-bindende Proteine. Sie bewirken ebenfalls infolge DNA-Bindung eine Modifikation der Transkription. Ihre Aktivierung ist ein komplexer Prozess, an der verschiedene phosphorylierende Enzyme, so genannte »Kinasen« und Oberflächenrezeptoren beteiligt sind. Der Transkriptionsfaktor AP-1 setzt sich im wesentlichen aus den Untereinheiten »Jun« und »Fos«, der Transkriptionsfaktor NFkB aus »p50« und »p65« zusammen.

 

Verminderte Induktion beispielsweise von Interleukin-2 (IL-2) kann nicht auf Bindung des Glucocorticoidrezeptors an den Promoter des IL-2 Gens beruhen, denn dieser enthält kein nGRE. Die hemmende Wirkung resultiert vielmehr aus einer direkten blockierenden Interaktion des Glucocorticoidrezeptors mit proinflammatorischen Transkriptionsfaktoren wie »activating Protein-1« (AP-1) oder »nuclear factor kappa B« (NFkB) (2 - 4, 9, 21 - 23). Infolge dieser direkten Protein-/Protein-Interaktion wird der transkriptionssteigernde Effekt der Tanskriptionsfaktoren aufgehoben. Wichtig ist, dass der Glucocorticoidrezeptor bei der Transrepression als Monomer agiert (21).

Ein zweiter Mechanismus beruht auf Eingriffen in frühe Schritte der Aktivierungskaskade der Transkriptionsfaktoren. So wurde beschrieben, dass Glucocorticoide die Expression bestimmter Kinasen (JNK) vermindern, die für die Aktivierung des Transkriptionsfaktors AP-1 essenziell sind (21). Im Falle von NF-kB wurde eine vermehrte Expression von IkBa, einem Inhibitor von NF-kB, durch den Glucocorticoidrezeptor gezeigt (21). Mittlerweile scheint allerdings klar, dass Aufregulation des Inhibitors IkBa durch Glucocorticoide nicht entscheidend für die Transrepression von NFkB sein kann (2, 24) .

Drittens: Konkurrenz von aktivierten Transkripionsfaktoren und aktiviertem Glucocorticoidrezeptor um limitierte Koaktivatoren wie CEBP-binding-protein (CBP) trägt ebenfalls zur Hemmung der Transkripitionsfaktoren bei (9, 25) .

Die Interaktion mit CBP kann weiterhin die Struktur des Chromatins beeinflussen. In Ruhe liegt die DNA um Histon-Proteine gewunden im Zellkern vor. Verstärkte Transkription ist mit einer Lockerung des DNA-Histonkomplexes, dem so genannten »uncoiling« der DNA, verbunden. Dadurch liegt die DNA in einer offenen, für die Transkriptionsmaschinerie der Zelle besser zugänglichen Form vor. Teil dieses Prozesses ist die Acetylierung der Histone durch die CBP-abhängig arbeitende »Histonacetylase«. Aktivierter Glucocorticoidrezeptor bindet nun als Monomer an CBP und hemmt so indirekt die Histonacetylase. Daraus resultiert verminderte Acetylierung der DNA. Diese liegt dann in einer dichten, schlecht für Transkriptionsfaktoren zugänglichen Form vor (9, 21) .

Viertens können Glucocorticoide die Proteinsynthese vermindern, indem sie zu einem beschleunigten Abbau der mRNA beitragen. So bewirken Glucocorticoide eine vermehrte Transkription spezifischer Ribonukleasen, die mRNA an bestimmten Adenin-Uracil-reichen Sequenzen in der nicht translatierten 3´Region abbauen. Auf diese Weise wird die Halbwertszeit der mRNA vermindert. Dieser Mechanismus wurde beispielsweise für die Hemmung der GM-CSF-Synthese gefunden. Auch für die Hemmung der COX-2 Induktion durch Glucocorticoide könnte er eine Rolle spielen (26, 27).

Selektive Pharmaka

Therapeutisch werden Glucocorticoide meist wegen ihrer antiinflammatorischen oder immunsuppressiven Eigenschaften, die vor allem auf die Transrepression anderer Transkriptionsfaktoren zurückzuführen sind, eingesetzt. Ihre metabolischen Wirkungen, die vor allem durch Transaktivierung hervorgerufen werden, imponieren dagegen meist als unerwünschte Nebenwirkung. Daher wird vielfach versucht, Substanzen zu finden, die Transrepression unabhängig von Transaktivierung auszulösen vermögen.

Solche als »dissoziative Steroide« bezeichnete Substanzen versprechen gegenüber den herkömmlichen Steroiden vor allem ein verbessertes Wirkungs- und Nebenwirkungsprofil – ist doch die Steroiddosis in der Praxis oftmals durch das Auftreten von Nebenwirkungen begrenzt (28).

Das Konzept, nach dem immunsuppressive Wirkungen Folge von Transrepression und metabolische Wirkungen beziehungsweise Nebenwirkungen Folge von Transkaktivierung sind, wurde an Mäusen geprüft, die einen mutierten Glucocorticoidrezeptor exprimieren. Der veränderte Rezeptor ist nicht mehr zur Induktion der Transkription von Genen, wohl aber zu Protein/Protein-Interaktionen und damit zur Transrepression in der Lage. Bei diesen Mäusen war es möglich, topische Entzündungen mit Glucocorticoiden zu behandeln.

Als Modell für eine schwere bakterielle Infektion wurden Lipopolysaccharide (LPS) injiziert. Wildtyp- wie Mutantmäuse waren fähig, eine überschießende Schockreaktion nach LPS-Injektion durch vermehrte Cortisolsynthese zu verhindern (29). Mäuse, deren Hypophyse entnommen wurde, waren in vergleichbaren Experimenten nicht in der Lage, eine Schockreaktion zu verhindern. Bei diesen Tieren kommt es nicht mehr zu einer Stimulation der CRH- und ACTH-Freisetzung durch TNFa, IL-2 und andere Zytokine und damit nicht mehr zu einer vermehrten Cortisolsynthese (30).

Insgesamt stützen diese Experimente das Konzept, wonach Transrepression verantwortlich für die antiinflammatorischen und immunsuppressiven Effekte der Corticoide ist. Darüber hinaus erlauben sie den Schluss, dass vermehrte Transkripition von IkBa nicht wesentlich für die immunsuppressive Wirkung der Glucocorticoide sein kann (29).

Ermutigende Ergebnisse

Ein frühes »dissoziatives Steroid«, das getestet wurde, war die Substanz RU 24858. In vitro zeigte diese Substanz beispielsweise eine Hemmung der IL-1b-Sekretion durch aktivierte Monozyten. RU 24858 war aber nicht in der Lage, vermehrte Transkription des Enzyms Tyrosinaminotransferase zu induzieren, die Substanz zeigt somit keine transaktivierenden Eigenschaften (31).

In Folgeuntersuchungen an Tiermodellen bestätigten sich die antiinflammatorischen Eigenschaften, sie entsprachen denen von Standardsteroiden. Enttäuschend war allerdings, dass die Substanz in vivo offenbar ihre dissoziativen Eigenschaften verliert. So wurde ein mit Standardsteroiden vergleichbarer Verlust an Körpergewicht oder Knochenmasse gefunden (32). Die Daten zeigen, dass ein erfolgreiches Abkoppeln der transrepressiven von den transaktivierenden Eigenschaften einer Substanz in vitro keine Schlussfolgerungen über die entsprechenden Eigenschaften in vivo erlaubt (21).

Ein weiteres potenzielles dissoziatives Steroid ist die Substanz ZK 216348. Sie zeigt dissoziative Eigenschaften in vitro und auch in vivo. Eine topische Entzündung wurde durch ZK 216348 ebenso effektiv gehemmt wie durch Prednisolon, wobei allerdings die Wirkstärke von ZK 216348 bei Ratten geringer war als bei Mäusen. Ein systemischer, entzündungshemmender Effekt von ZK 216348 wurde in der zitierten Arbeit möglicherweise auf Grund der sehr schlechten Wasserlöslichkeit der Substanz nicht geprüft.

Systemische Nebenwirkungen wurden nach subkutaner Applikation der Substanz untersucht. Hierbei zeigte sich, dass das Thymusgewicht durch ZK 216348 wesentlich weniger vermindert wurde als durch Prednisolon und dass das Gewicht der Milz durch ZK 216348 nicht signifikant beeinflusst wurde. Auch hat ZK 216348 selbst in höchsten Dosen nicht zu einem signifikanten Anstieg des Blutzuckerspiegels geführt. Topisch angewandt führte ZK 216348 zu einer geringeren Hautatrophie als Prednisolon.

Betrachtet man die Hemmung der Hypothalamus – Hypophysen – Nebennierenrindenachse durch Prednisolon und ZK 216348, so zeigt sich kein Unterschied zwischen den Substanzen. Ein solcher konnte auch nicht unbedingt erwartet werden, da die negative Rückkopplung der Cortisolproduktion durch ein nGRE reguliert wird. Für die systemische Therapie mit ZK 216348 oder einer ähnlichen Substanz müsste dies bedeuten, dass wie bei der Therapie mit einem klassischen Glucocorticoid mit einer Nebennierenrindenatrophie gerechnet werden muss. Weiterhin erweist sich ZK 216348 als starker Antagonist am Mineralocorticoidrezeptor. Insgesamt waren die Ergebnisse jedoch so ermutigend, dass ZK 216348 in die neue Gruppe der »nichtsteroidalen selektiven Glucocorticoidrezeptoragonisten«, kurz SEGRA, eingeordnet wurde (24).

Auch die Substanz AL-438 zeigt die Eigenschaften eines dissoziativen Steroids in vitro und in vivo. Allerdings waren die entzündungshemmenden Eigenschaften dieser Substanz in den untersuchten Modellen schwächer als die von Prednisolon (33, 34).

Aktivierung oder Hemmung

Glucocorticoide spielen eine essenzielle Rolle in der modernen Medizin. Ihre Indikationen reichen von leichten topischen Entzündungen über Asthma und entzündliche Darmerkrankungen bis hin zum systemischen Einsatz nach Transplantationen und schwersten Infektionen.

Ihre Effekte vermitteln Glucocorticoide durch Aktivierung des Glucocorticoidrezeptors, der als Klasse-1-nukleärer Rezeptor über Protein-DNA-Bindung die Transkription verschiedener Gene moduliert. Viele metabolische Effekte der Glucocorticoide sind Folge dieser Transaktivierung. Therapeutisch eingesetzt werden Glucocorticoide aber vor allem wegen ihrer antiinflammatorischen, immunsuppressiven Wirkung. Hierbei verhindert der aktivierte Glucocorticoidrezeptor durch direkte Protein-/-Protein-Interaktionen mit Transkriptionsfaktoren wie NFkB oder AP-1 die Transkription proinflammatorisch wirkender Gene. Während die kurzzeitige Gabe auch höchster Corticoiddosen vom Körper in der Regel gut toleriert wird, können bei länger dauernder Corticoidtherapie verschiedenste Nebenwirkungen auftreten. Da diese Nebenwirkungen vor allem auf die Transaktivierung zurückgeführt werden, während den therapeutisch gewünschten Effekten meist Transrepression zu Grunde liegt, wird versucht Substanzen zu entwickeln, die durch Trennung von Transaktivierung und Transrepression ein besseres Wirkungsprofil als die klassischen Glucocorticoide aufweisen. Mit Spannung darf die weitere Entwicklung abgewartet werden.

 

Literatur bei den Verfassern

 

Die Autoren

Dominic Fenske studierte Pharmazie in Bonn und wurde 1998 approbiert. Bei seiner Promotion in der Arbeitsgruppe von Professor Sucharit Bhakdi, Mainz, beschäftigte er sich mit den Auswirkungen enzymatisch modifizierten LDLs auf die Genexpression von Endothelzellen. Diese Untersuchungen stehen in Zusammenhang mit der in Mainz entwickelten alternativen Hypothese zur Pathogenese der Atherosklerose. Seit Abschluss der Promotion Ende 2001 leitet Dr. Fenske die Arzneimittelausgabe der Apotheke des Klinikums der Johannes Gutenberg-Universität Mainz. Arbeitsschwerpunkte sind Information und Beratung des medizinischen Personals, pharmazeutische Logistik sowie Koordination der Weiterentwicklung der EDV der Apotheke. Dr. Fenske ist Fachapotheker für Klinische Pharmazie und hat an dem Förderprogramm des ADKA e. V. für Führungsnachwuchs in der Krankenhauspharmazie teilgenommen.

Matthias Husmann studierte Humanmedizin und wurde an der Johannes Gutenberg-Universität, Mainz, promoviert. Dort arbeitete er mit Professor D. Bitter-Suermann am Institut für Medizinische Mikrobiologie, sammelte im Rahmen eines zweijährigen DFG-Stipendiums in der Arbeitsgruppe von M. Pfahl an der La Jolla Cancer Research Foundation, San Diego, USA, erste Erfahrung mit nukleären Rezeptoren und kehrte zurück ans Institut für Medizinische Mikrobiologie in Mainz (Leitung: Professor Sucharit Bhakdi). 1999 habilitierte er sich mit einer Arbeit über den Retinoic-acid-receptor. Dr. Husmann ist Facharzt für Mikrobiologie und Infektionsepidemiologie und als Hochschuldozent tätig.

 

Anschrift der Verfasser:
Dr. Dominic Fenske
Apotheke des Klinikums
Langenbeckstraße 1
55131 Mainz
fenske@apotheke.klinik.uni-mainz.de

Privatdozent Dr. Matthias Husmann
Institut für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene
Obere Zahlbacher Straße 67
55101 Mainz
Matthusmann@web.de
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