KATSAUS Frej Fyhrquist ja Outi Saijonmaa Endoteliinit (ET-1, ET-2, ET-3) ovat peptidejä, joilla on voimakas ja pitkäaikainen verisuonia supistava vaikutus. Ne edistävät myös verisuonten ja sydämen seinämän kasvua. Varsinkin ET-1, jota endoteelisolut tuottavat, näyttää osallistuvan ateroskleroosin, sydäninfarktin, sydämen vajaatoiminnan sekä keuhkovaltimon hypertension patofysiologiaan. Uudet endoteliinin estäjät ovat jo antaneet rohkaisevia lupauksia mahdollisina lääkkeinä näiden sairauksien hoidossa. Lähivuosina näemme, ovatko nämä lupaukset perusteltuja. Endoteliini 1 (ET-1) eristettiin porsaan aortan endoteelisoluviljelmästä v. 1988 (Yanagisawa ym. 1988). Endoteliini on voimakkain verenpainetta kohottava aine, noin kymmenen kertaa angiotensiini II:ta ja sata kertaa noradrenaliinia tehokkaampi. Tämä havainto herätti laajaa huomiota (Tikkanen ja Fyhrquist 1989). Huolimatta kiivaasta tutkimuksesta endoteliinin fysiologinen ja patofysiologinen merkitys on vasta osittain hahmottumassa (Levin 1995). Iso-muodot ja niiden esiintyminen elimistössä Endoteliineja on kolme muotoa, ET-1, 2 ja 3, jotka kaikki koostuvat 21 aminohaposta. Endoteliini syntyy preproendoteliinista, jota subtilisiinit pilkkovat entsymaattisesti ensin»big»-endoteliiniksi (kuva 1). Tämän jälkeen endoteliinia konvertoiva entsyymi pilkkoo siitä endoteliinin. Endoteliineja esiintyy laajasti eläinkunnassa selkärangattomista nisäkkäisiin. ET-1:tä ja ET-3:a on useissa kudoksissa, ET-1:tä yleensä enemmän, paitsi aivolisäkkeen etulohkossa, jossa ET-3:a on enemmän. Erityisen runsaasti ET-1:tä esiintyy keuhkoissa ja munuaisissa. Endoteelisolut tuottavat vain ET-1-peptidiä. Verestä löytyy yleensä vain ET-1:tä, mutta erikoistilanteissa, kuten suoliston ja munuaisten iskemiassa, verenkiertoon ilmestyy myös ET-3:a. ET-2-muotoa on löytynyt sydämestä, munuaisista, suolistosta, haimasta sekä munuaistubuluksista. Ei tiedetä varmasti, esiintyykö ET-2:ta ihmisen veressä. Säätely Endoteliini on paikallisesti vaikuttava autakoidi, jonka vaikutustapa on auto- ja parakriininen. Endoteliinin säätelyssä tärkeitä kiihokkeita (kuva 1) ovat suonen seinämän venytys (shear stress) ja hypoksia, trombiini sekä eräät sytokiinit (Levin 1995). Endoteliinin eritystä vähentävät typpioksidi, typpioksididonorit sekä natriureettinen peptidi (Saijonmaa ym. 1990). Vaikutukset ja reseptorit Endoteliinit vaikuttavat molekyylirakenteeltaan tunnettujen -reseptorien välityksellä (Hiley 1995). Reseptoreiden jakautuma ja määrä vaihtelevat suuresti eri kudoksissa. -reseptori välittää esimerkiksi verisuonten sileälihassoluissa 2 3 tuntia kestävän supistumisen ja sen seurauksena verenpaineen nousun. Solun sisäinen viesti kulkee fosfolipaasi C:n aktivoitumisen ja lisääntyneen vapaan kalsiumin kautta. ET B -reseptori välittää mm. verisuonten laajenemista typpioksidin vapautumisen kautta. Verisuonten endoteelin toi- Duodecim 113: 715 719, 1997 715
ENDOTEELI-SOLU ERITYSTÄ LISÄÄVÄT: Hypoksia Suonen seinämän venytys Kasvutekijät Trombiini Angiotensiini II TNF-α IL-1β ERITYSTÄ VÄHENTÄVÄT: ANP, BNP, CNP Nitroprussidi Typpioksidi Bradykiniini R Signaali Tuma Preproendoteliini 1 212 ah "Big"-endoteliini 1 38 ah Endoteliini 1 21 ah VERISUONET Vasokonstriktio Sileälihassolujen hypertrofia SYDÄN Vasemman kammion hypertrofia MUNUAISET Suolan eritys vähenee Glomerulussuodatus vähenee LISÄMUNUAISET Aldosteronin eritys kasvaa K u v a 1. Kaavio endoteliini 1:n säätelystä ja vaikutuksista. Kardiovaskulaarisia seurauksia on korostettu. Tässä esitettyjen vaikutusten seurauksena nestettä ja suolaa retentoituu ja sydämen esi- ja jälkikuormitus kasvavat. TNF = tuumorinekroositekijä, IL 1ß = interleukiini 1ß, ANP = sydämen eteisen natriureettinen peptidi, BNP = aivojen natriureettinen peptidi, CNP = endoteelin natriureettinen peptidi, R = reseptori, ah = aminohappoa. minnan säätelyssä näyttää verisuonia laajentavan typpioksidin ja supistavan endoteliinin välinen vuorovaikutus olevan tärkeä (Fyhrquist 1994, Levin 1995). Endoteliini näyttää myös osallistuvan sydämen natriureettisen peptidin säätelyyn (Fyhrquist ym. 1993), ilmeisesti -reseptorin välityksellä (Leskinen ym. 1997). Supistumisen lisäksi -reseptori välittää sileälihassolujen kasvua, proteiinisynteesiä ja mitoosia. Fibroblasteissa endoteliini indusoi mitoosia ja kollageenin synteesiä edistäen fibroosia. Endoteliini muistuttaa siis angiotensiini II:ta, koska se on sekä verisuonten supistaja että kasvutekijä. Veren endoteliini Veressä kiertävän endoteliinin pitoisuudet ovat pieniä, eikä niillä liene biologista merkitystä. Lukuisissa kliinisissä tiloissa on kuvattu plasman endoteliinipitoisuuden suurentuneen. Näihin tiloihin liittyy usein hypoksia, kuten akuutissa sydäninfarktissa ja sydämen vajaatoiminnassa (Levin 1995). Suurentuneita plasman endoteliiniarvoja on todettu myös vasokonstriktiivisissa tiloissa, kuten subaraknoidaalivuodossa ja migreenissä. Glomerulonefriittiin, epideemiseen nefriittiin ja uremiaan liittyy myös suuria veren endoteliinipitoisuuksia. On kiistanalaista, liittyykö hypertensioon lievästi suurentunut plasman endoteliinipitoisuus vai ei. Vaskuliiteissa on niin ikään todettu suurentuneita plasman endoteliiniarvoja (Yamane 1994). Veren endoteliinin mittaustuloksista ei kuitenkaan voi tehdä kovin pitkälle meneviä päätelmiä endoteliinin merkityksestä, koska endoteliini ei ole verenkierrossa kiertävä hormoni vaan paikallisesti vaikuttava autakoidi. Keuhkot poistavat yli 90 % veren endoteliinista ja kykenevät myös pilkkomaan sitä (Sirviö ym. 1995). Osa endoteliinista erittyy virtsaan. ET-antagonistit -reseptoreille on kehitetty useita suun kautta annettavia salpaajia (Hiley 1995). Näillä salpaajilla tehdyistä eläinkokeista on saatu melko runsasti tietoa (taulukko 1). Ihmisillä on tehty vain alustavia tutkimuksia endoteliinireseptorien salpaajilla. Endoteliinia konvertoivalle entsyymille ei ole löydetty spesifisiä estäjiä. Terveillä koehenkilöillä laskimoon annettu -reseptoreiden salpaaja vähensi ääreisvastusta, laski keskiverenpainetta ja suurensi lievästi syketaajuutta (Haynes ym. 1996). Tämä osoitti, että endoteliinilla saattaa olla keskeinen osuus ääreisvastuksen ja verenpaineen säätelyssä. Ateroskleroosissa ja sepelvaltimotaudissa (Lerman ym. 1995) on todettu suurentuneita veren endoteliinipitoisuuksia, ja arterioskleroottisista 716 F. Fyhrquist ja O. Saijonmaa
T a u l u k k o 1. Endoteliinireseptorin salpaajilla saatuja tuloksia. Endoteliinin estäjä Reseptori Tutkimuksissa todetut vaikutukset Bosentaani + ET B Terveiden koehenkilöiden verenpaine laski ja ääreisvastus ja syketaajuus suurenivat (Haynes ym. 1996) Sydämen vajaatoiminnassa keuhkovaltimon paine laski ja minuuttitilavuus kasvoi (Kiowski ym. 1995) Rotan kokeellisessa subaraknoidaalivuodossa kuolleisuus väheni (Clozel ym. 1993) BQ-123 Rotan kohonnutta keuhkovaltimon painetta hoidettiin menestyksellisesti (Warner ym. 1996) Rottien kuolleisuus sydämen vajaatoimintaan sydäninfarktin jälkeen väheni (Sakai ym. 1996b) Rotan koarktaatiossa vasemman kammion hypertrofia estyi (Ito ym. 1994) Suojavaikutus kudosvaurioita vastaan rotan munuaisiskemiassa (Espinosa ym. 1996) verisuonileesioista on mitattu kasvaneita endoteliinipitoisuuksia. Sepelvaltimoon ruiskutettu asetyylikoliini aiheutti terveillä koehenkilöillä normaalin verisuonen laajenemisen, mutta sepelvaltimotautia sairastavilla vasokonstriktion ja sepelvaltimoveren endoteliinipitoisuuden kasvun (Lerman ym. 1995). Runsaslipidistä ruokaa syöneille hamstereille kehittyi 12 kuukaudessa verisuonten ateroskleroottisia plakkeja. Samalla - reseptoreiden määrä suonen seinämässä kasvoi. -spesifinen salpaaja vähensi plakkien pintaalaa 84 % (Warner ym. 1996). Sydäninfarktiin liittyy veren endoteliinipitoisuuden selvä kasvu (Salminen ym. 1989). Vaikka tällaisten tutkimusten perusteella endoteliinilla lieneekin oma patofysiologinen osuutensa ateroskleroosissa, sepelvaltimotaudissa ja sydäninfarktissa, reseptoreiden salpaajilla saavutettua kliinistä näyttöä ei vielä ole. Sydämen vajaatoiminnassa useat endoteliinin salpaajilla tehdyt eläinkokeet ovat osoittaneet edullisia vaikutuksia. Sakai ym. (1996a) tutkivat rottia, joille oli aiheutettu sydämen vajaatoiminta sepelvaltimon ligeerauksella. Vajaatoiminnassa sydämen vasemman kammion endoteliinipitoisuus sekä endoteliinireseptoreiden tiheys olivat kasvaneet. Tutkijat katsoivat, että vajaatoiminta indusoi sydämen endoteliinijärjestelmää, mikä viittaa siihen, että endoteliinin salpaajista voi olla hyötyä sydämen vajaatoiminnassa. Samaan tulokseen päätyivät Teerlink ym. (1996), jotka samanlaisessa eläinkokeessa käyttivät bosentaania, - ja ET B -reseptoreiden salpaajaa. Äskettäin raportoitiin, että -spesifinen salpaaja BQ-123 vähensi rottien kuolleisuutta sydäninfarktin jälkeiseen sydämen vajaatoimintaan 60 % (Sakai ym. 1996b). Hoidolla oli edullinen vaikutus myös systoliseen toimintaan ja kammion»remodeling»-ilmiöön. Jos nämä havainnot ovat sovellettavissa ihmisen sydämen vajaatoimintaan, ne ovat todella lupaavia. Ihmisen sydämen vajaatoiminnassa on havaittu esiintyvän suurempia plasman endoteliinipitoisuuksia kuin terveillä verrokeilla (Kaddoura ja Poole-Wilson 1996). Plasman endoteliinipitoisuuden kasvu korreloi vajaatoiminnan vaikeusasteeseen. Pacherin ym. (1996) tutkimuksen mukaan plasman suuri endoteliinipitoisuus korreloi paremmin huonoon ennusteeseen kuin hemodynaamiset muuttujat ja veren natriureettisen peptidin pitoisuus. Kun 24:lle sydämen vajaatoimintaa sairastavalle potilaalle annettiin bosentaania laskimoon, tulokset olivat yllättävän hyvät. Keuhkovaltimopaine ja ääreisvastus pienenivät selvästi ja minuuttitilavuus kasvoi (Kiowski ym. 1995). Tästä edullisesta vaikutuksesta akuutissa tilanteessa on kuitenkin pitkä matka osoittamaan, että endoteliinin estäjällä on edullinen vaikutus sydämen krooniseen vajaatoimintaan. Eräät alan auktoriteetit (Colucci 1996, Kaddoura ja Poole- Wilson 1996) ovat kuitenkin ehtineet povata endoteliinin estäjille valoisaa tulevaisuutta sydämen vajaatoiminnan hoidossa, vaikka kliiniset tutkimukset ovat vasta lähtöviivalla. Endoteliinin merkityksestä hypertensiossa ei 717
ole yksimielisyyttä. Eräissä eläinkokeissa on saatu aikaan verenpaineen laskua endoteliinin estäjillä, toisissa tutkimuksissa ei (Schiffrin 1995), eikä ihmisen essentiaalisessa hypertensiossa ole näyttöä endoteliinijärjestelmän aktivoitumisesta. Hypoksian aiheuttamaa rotan keuhkovaltimon hypertensiota on hoidettu menestyksellisesti -spesifisellä salpaajalla (ks. Warner ym. 1996). Vastaavat kliiniset näytöt ihmisen keuhkovaltimon hypertensiosta puuttuvat. Endoteliinilla saattaa olla tärkeä merkitys iskeemisessä munuaisvauriossa. Koe-eläinten munuaisiskemiassa on saatu lupaavia tuloksia spesifisillä -salpaajilla ja bosentaanilla (Clavell ja Burnett 1994, Espinosa ym. 1996). Kaikki tutkijat eivät kuitenkaan ole saaneet yhtä edullisia tuloksia. Syklosporiinin aiheuttamissa munuaisvaurioissa endoteliinilla arvellaan myös olevan merkitystä. Munuaisten varjoainekuvauksen aiheuttamissa vaurioissa endoteliinin osuus saattaa olla merkittävä. Vaskuliittiin, Raynaud n ilmiöön ja systeemiseen skleroosiin liittyy usein plasman suurentunut endoteliinipitoisuus (Yamane 1995), mutta raportteja hoitokokeiluista endoteliinireseptorin salpaajilla ei ole julkaistu. Subaraknoidaaliverenvuodon yhteydessä esiintyvään verisuonispasmiin liittyy plasman endoteliinipitoisuuden kasvu, mutta käsitykset endoteliinin merkityksestä aivoverisuonten spasmissa ovat ristiriitaisia (Cardell ym. 1994). ET-poistogeeniset eläimet Geneettisesti manipuloidut koe-eläimet ovat avanneet uusia näkymiä endoteliinin fysiologiaan ja patofysiologiaan. Kun ET-1:n tai -reseptorin geeni poistetaan, syntyy vaikeita kraniofasiaalisia sekä isojen verisuonten, kateenkorvan ja kilpirauhasen epämuodostumia (Kurihara ym. 1994). Tämä viittaa siihen, että ET-1 on tärkeä sydämen, suurten verisuonten ja kitakaarielinten kehitykselle. Toisaalta ET-3 tai ET B -reseptorigeenien poistaminen johtaa pigmenttihäiriöihin ja Hirschsprungin taudin tapaan megakooloniin (Warner ym. 1996). Hirschsprungin tautiin liittyy juuri ET B -reseptorin mutaatioita (Warner ym. 1996). Päätelmät Tiedot endoteliinista ovat vuoden 1988 jälkeen kasvaneet huikeasti. Lukuisat tutkimukset viittaavat siihen, että tämän peptidiperheen biologinen ja patofysiologinen merkitys on ilmeinen. Vielä tarvitaan kuitenkin runsaasti perustutkimusta ja kliinisiä hoitokokeiluja, ennen kuin endoteliinin merkitys lopullisesti selviää. Lääketeollisuuden raju kilpailu uusien endoteliinireseptorien salpaajien ja muiden endoteliinijärjestelmän estäjien etsinnässä luo hyvät edellytykset tämän kysymyksen selvittämiselle. Kirjallisuutta Cardell L O, Uddman R, Edvinsson L: Endothelins: a role in cerebrovascular disease? Cephalalgia 14: 259 265, 1994 Clavell A L, Burnett Jr J C: Physiologic and pathophysiologic roles of endothelin in the kidney. Curr Opin Nephrol Hypertension 3: 66 72, 1994 Clozel M, Breu V, Burri K, ym.: Pathophysiological role of endothelin revealed by the first orally active endothelin receptor antagonist. Nature 365: 759 761, 1993 Colucci W S: Myocardial endothelin. Does it play a role in myocardial failure? Circulation 93: 1069 1072, 1996 Espinosa G, Farré A L, Cernadas M S, ym.: Role of endothelin in the pathophysiology of renal ischemia-reperfusion in normal rabbits. Kidney Int 50: 776 782, 1996 Fyhrquist F, Sirviö M-L, Helin K, ym.: Endothelin antiserum decreases volume-stimulated and basal plasma concentation of atrial natriuretic peptide. Circulation 88: 1172 1176, 1993 Fyhrquist F: Voidaanko endoteelia hoitaa lääkkeillä? Duodecim 109: 1841 1847, 1993 Haynes W G, Ferro C J O, Kane K P J, ym: Systemic endothelin receptor blockade decreases peripheral vascular resistance and blood pressure in humans. Circulation 93: 1860 1870, 1996 Hiley C R: Endothelin receptor ligands. Neurotransmissions 11: 1 6, 1995 Ito H, Hiroe M, Hirata Y: Endtohelin ETA receptor antagonist blocks cardiac hypertrophy provoked by hemodynamic overload. Circulation 89: 2198 2203, 1994 Kaddoura S, Poole-Wilson P A: Endothelin-1 in heart failure: a new therapeutic target? Lancet 348: 418 419, 1996 Kiowski W, Sutsch G, Hunziker P, ym.: Evidence for endothelin-1- mediated vasoconstriction in chronic heart failure. Lancet 75: 1282 1283, 1995 Kurihara Y, Kurihara H, Suzuki H, ym.: Elevated blood pressure and craniofacial abnormalities in mice deficient in endothelin-1. Nature 368: 703 710, 1994 Lerman A, Holmes D R, Bell M R, ym.: Endothelin in coronary endothelial dysfunction and early atherosclerosis in humans. Circulation 92: 2426 2431, 1995 Leskinen H, Vuolteenaho O, Ruskoaho H: Combined inhibition of endothelin and angiotensin II receptor blocks volume loadinduced cardiac hormone release. Circ Res 80: 114 123, 1997 Levin E R: Mechanism of disease: endothelins. N Engl J Med 333: 356 363, 1995 718 F. Fyhrquist ja O. Saijonmaa
Opgenorth T J: Endothelin receptor antagonism. Adv Pharmacol 33: 1 65, 1995 Pacher R, Stanek B, Hulsmann M, ym.: Prognostic impact of big endothelin-1 plasma concentrations compared with invasive hemodynamic evaluation in severe heart failure. J Am Coll Cardiol 27: 633 641, 1996 Saijonmaa O, Ristimäki A, Fyhrquist F: Atrial natriuretic peptide, nitroglycerine, and nitroprusside reduce basal and stimulated endothelin-1 production from cultured endothelial cells. Biochem Biophys Res Commun 173: 514 520, 1990 Sakai S, Miuauchi T, Sakurai T, ym.: Endogenous endothelin-1 participates in the maintenance of cardiac function in rats with congestive heart failure. Marked increase in endothelin-1 production in the failing heart. Circulation 93: 1214 1222, 1996(a) Sakai S, Miyauchi T, Kobayashi M, ym.: Inhibition of myocardial endothelin pathway improves long-term survival in heart failure. Nature 384: 353 355, 1996(b) Salminen K, Tikkanen I, Saijonmaa O, ym.: Modulation of coronary tone in acute myocardial infarction by endothelin. Lancet 2: 747, 1989 Schiffrin E L: Endothelin: potential role in hypertension and vascular hypertrophy. Hypertension 25: 1135 1143, 1995 Sirviö M-L, Saijonmaa O, Metsärinne K, Fyhrquist F: Degradation of endothelin-1 by rat lung, kidney, and liver. Regulatory Peptides 55: 219 225, 1995 Teerlink J R, Löffler B M, Hess P, ym.: Role of endothelin in the maintenance of blood pressure in conscious rats with chronic heart failure. Acute effects of the endothelin receptor antagonist Ro 47-0203 (Bosentan). Circulation 90: 2510 2518, 1994 Tikkanen I, Fyhrquist F: Endoteliini. Duodecim 105: 1573 1576, 1989 Warner T D, Elliot J D, Ohlstein E H: California dreamin bout endothelin: emerging new therapeutics. Trends Pharmacol Sci 17: 177 181, 1996 Yamane K: Endothelin and collagen vascular disease: a review with special reference to Raynaud s phenomenon and systemic sclerosis. Intern Med 33: 579 582, 1994 Yanagisawa M, Kurihara H, Kimura S, ym.: A novel vasoconstrictor peptide produced by vascular endothelial cells. Nature 332: 411 415, 1988 FREJ FYHRQUIST, professori HYKS:n sisätautien klinikka Kasarmikatu 11 13 00130 Helsinki OUTI SAIJONMAA, FT, tutkija Minervan Lääketieteellinen Tutkimuslaitos Tukholmankatu 2 00250 Helsinki 719