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Relevance of vascular NADPH oxidases in the French paradox

Die Rolle der vaskulären NADPH-Oxidasen in der Entstehung des Französischen Paradox

Bertram, Anna


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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Rudolf-Buchheim-Institut für Pharmakologie
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 06.02.2009
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 24.02.2009
Kurzfassung auf Englisch: The term French paradox stands for the epidemiologically proven fact that the French suffer less from cardiovascular morbidity and mortality than other people with a comparable fat intake. This paradox was attributed to the rather high red wine consumption of the French. Several studies have stated a beneficial influence of purple grape products on oxidative stress. Since NADPH oxidases are one of the main contributors to vascular reactive oxygen species, we experimentally examined the effect of the purple grape products red wine and purple grape juice on Nox protein and activity in vitro and in vivo. The immunoreactivity of the vascular Nox isoforms Nox1, Nox2 and Nox4 in rat aortic tissue homogenates and of Nox4 in rat vascular smooth muscle cells (VSMC) following administration of red wine and / or purple grape juice was assessed. Nox activity was determined via measurement of superoxide production in VSMC and by performing isometric tension measurements on isolated rat thoracic aorta segments. The in vivo experiments were performed in healthy Wistar unilever rats (WUR) and in spontaneously hypertensive rats (SHR), which serve as a disease model for genetic hypertension. In vitro incubation with red wine and / or purple grape juice led dose-dependently to decreased Nox4 immunoreactive signals and to a lower superoxide production in VSMC. The apocynin inhibitable part of superoxide generation, a measure for Nox activity, was reduced by red wine only. However, oral treatment with both purple grape products did not significantly affect Nox protein levels in WUR. Surprisingly, ingestion of ethanol resulted in Nox4 overexpression, which was inhibited by red wine. Ex vivo endothelium-derived vasorelaxation in organbath chambers was not influenced by ingestion of purple grape products in WUR. Treating SHR with purple grape juice affected neither Nox protein expression nor vasofunction. The findings of this study strongly point out the discrepancy between in vitro and in vivo experiments in French paradox research. While direct application of purple grape products on VSMC had distinct effects on both Nox activity and protein expression, in vivo administration of the same liquids did not affect Nox protein expression and vasofunction. Thus, the origin of the French Paradox cannot be explained by NADPH oxidases. Since other experimental designs also were not able to conclusively identify possible pathways, the molecular mechanism of the French paradox is still unclear.
Kurzfassung auf Deutsch: Das "Französische Paradox" bezeichnet die Beobachtung, dass Frankreichs Bevölkerung im Vergleich zu anderen Nationen trotz eines ähnlich hohen alimentären Fettanteils eine geringere kardiovaskuläre Morbidität und Mortalität aufweist. Dieses Paradox wird mit dem ausgeprägteren Rotweinkonsum in Frankreich erklärt. Diverse Studien konnten eine positive Wirkung von Rotwein auf den für kardiovaskuläre Erkrankungen mitverantwortlichen oxidativen Stress nachweisen. NADPH-Oxidasen stellen eine der Hauptquellen für reaktive Sauerstoffspezies im Gefäßsystem dar. Daher untersuchten wir in dieser Studie den Einfluss von Rotwein und rotem Traubensaft auf Expression und Aktivität von NADPH-Oxidasen in vitro und in vivo. Nach Inkubation glatter Gefäßmuskelzellen mit Rotwein, Traubensaft bzw. den entsprechenden Kontrollen wurde die NADPH-abhängige Bildung von Superoxid in An- und Abwesenheit des Nox-Inhibitors Apocynin sowie die Immunoreaktivität von Nox4 im Western Blot bestimmt. Desweiteren wurden gesunde Wistar-Unilever-Ratten (WUR) mit den oben genannten Substanzen behandelt, spontan hypertensive Ratten (SHR) erhielten Traubensaft bzw. Wasser als Kontrolle. Die Aktivität der NADPH-Oxidasen wurde auf indirektem Wege ex vivo an Aortensegmenten im Organbad untersucht. Ferner wurde die Proteinexpression der vaskulären Nox-Isoformen Nox1, Nox2 und Nox4 quantifiziert. Die Inkubation glatter Gefäßmuskelzellen sowohl mit Rotwein als auch mit rotem Traubensaft führte dosisabhängig zu verminderten Nox4-Signalen im Western Blot sowie zu einer verringerten Bildung von Superoxid. Der Anteil der Superoxidbildung, der durch zusätzliche Applikation von Apocynin gehemmt werden konnte – ein Maß für die Aktivität der NADPH-Oxidasen –, wurde lediglich durch Rotwein reduziert, während roter Traubensaft keinen signifikanten Einfluss zeigte. Nach Behandlung gesunder Ratten mit den gleichen Substanzen konnte hingegen keine Veränderung der Expression der vaskulären Nox-Isoformen Nox1, Nox2 und Nox4 nachgewiesen werden. Überraschenderweise führte jedoch die Gabe von Ethanol zu einer signifikanten Überexpression von Nox4, die nach Rotweingabe nicht auffiel. Auch auf die Ergebnisse der ex vivo durchgeführten Gefäßstudien wirkte sich eine vorherige Behandlung mit Rotwein oder Traubensaft nicht aus. Die Behandlung von SHR mit Traubensaft beeinflusste im Vergleich zur Kontrolle weder die Nox-Proteinexpression noch die Gefäßreaktivität. Die Ergebnisse dieser Studie verdeutlichen die Diskrepanz zwischen in vitro- und in vivo-Experimenten, inbesondere in der Frage nach möglichen Ursachen für das „Französische Paradox“. Während die direkte Applikation von Rotwein und Traubensaft sowohl die Aktivität als auch die Proteinexpression der NADPH-Oxidasen beeinträchtigte, konnten wir nach in vivo-Gabe derselben Substanzen keinerlei Reaktionen nachweisen. Somit scheint das „Französische Paradox“ über NADPH-Oxidasen nicht erklärbar zu sein. Auch andere experimentelle Ansätze konnten bisher nicht schlüssig mögliche zu Grunde liegende Wege aufdecken. Die molekularen Mechanismen des „Französischen Paradox“ bleiben daher weiterhin offen.