Akut- und Langzeiteffekte von Na+/H+-Austauscher Isoform 1 (NHE1) Inhibitoren auf die Säuresekretionskapazität und das Überleben von kultivierten Parietalzellen des Kaninchens

Abstract

Na+/H+-Austauscher (NHE) sind ubiquitär exprimierte Proteine mit wichtigen zellulären Aufgaben bei der Regulation von pHi-, Volumen-, Salz- und Wasserhaushalt. Im Magenepithel ist Na+/H+ Austausch mitverantwortlich für die Aufrechterhaltung des Schutzes der Mukosa vor der hohen luminalen Säurekonzentration, wird aber auch bei der Säuresekretion aktiviert und ist bei der Volumenregulation der Parietalzellen wesentlich beteiligt. Im Magenepithel werden vier verschiedenen NHE Isoformen exprimiert. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob NHE Hemmstoffe unterschiedlicher Substanzklassen Einfluss auf die Säuresekretion haben. Keine Substanz inhibierte akut die als 14C-Aminopyrin-Aufnahme gemessene, Forskolin-stimulierte Säuresekretion. Eine NHE Hemmung über den Zeitraum von 3 Tagen konnte jedoch eine Reduktion der maximalen Säuresekretion bewirken. Dieser Effekt war bei NHE1 und NHE2 Hemmung stärker ausgeprägt als bei alleiniger NHE1 Hemmung. Um zu klären, ob die Abnahme der Säuresekretion auf Zytotoxizität der Hemmstoffe und ein daraus resultierendes Absterben der Parietalzellen zurückzuführen ist, wurde die Zellzahl bei 3 tägiger NHE Hemmung untersucht. Hierbei zeigte sich, dass die Apoptoserate der Parietalzellen nicht gesteigert war. Parietalzellen zeigen nach Forskolin-Stimulation eine rasche Zellschrumpfung, gefolgt von anschließender Volumenerholung. Da die Volumenregulation durch Na+/H+ Austausch mediiert wird, wurde die Wirkung der Inhibitoren auf die Volumenregulation untersucht. Dabei fand sich, dass alle Substanzen die Volumenregulation hemmen. Die hierbei verwendeten Konzentrationen lassen die Aussage zu, dass nach Forskolin-Stimulation der Parietalzellen entweder NHE1, NHE2 oder beide Isoformen an der Volumenregulation beteiligt sind. Die durchgeführten Experimente zeigen, dass eine Hemmung der Na+/H+ Austauscher Isoformen NHE1/NHE2 keinen akuten Effekt auf die Säurebildung von kultivierten Parietalzellen hat, aber die Fähigkeit zur Volumenregulation einschränkt. Dies könnte eine Erklärung für die Langzeiteffekte der NHE Inhibitoren auf die maximale Säuresekretionskapazität von kultivierten Parietalzellen sein, sowie für die Veränderungen der Magenepithelstruktur in NHE1 und NHE2 defizienten Mäusen.

Na+/H+ exchanger (NHE) are ubiquitously expressed proteins with important cellular functions on intracellular pH, volume, ion and water homeostasis. In the gastric epithelium Na+/H+ exchange is responsible for the maintenance of mucosa protection to the high luminal proton concentration, is activated during acid secretion and also involved in parietal cell volume regulation. The gastric epithelium expresses 4 different NHE isoforms. Aim of this study was to investigate the effect of different NHE inhibitors on acid secretion. No substance inhibited forskolin-stimulated acid formation, measured as 14C-aminopyrine uptake ratio. However, incubation for three days prior to stimulation decreased maximal acid secretory capacity in concentrations that were fully inhibitory for NHE1, and even more so when NHE2 was also inhibited. To test if there was a direct toxic effect of the NHE inhibitors on parietal cells in culture, cell survival after a three day incubation period was determined. The cell number of the inhibitor treated cells was not significantly different from the control cells. In parietal cells NHE are also involved in volume regulation, therefore the effect of NHE inhibitors on volume regulation was investigated. After forskolin-stimulation parietal cells show an initial cytoplasmatic shrinkage followed by rapid volume recovery. All inhibitors showed a marked inhibition of the forskolin induced shrinkage and the regulatory volume increase. The used concentrations indicate that NHE1, NHE2 or both isoforms are involved in parietal cell volume regulation. In conclusion, this data indicate that acute NHE1 and NHE2 inhibition in cultured parietal cells had no effect on forskolin-stimulated acid secretion but reduce the capability to regulate their cell volume. This maybe one explanation for the long-term inhibitory effects of NHE inhibitors on maximal acid secretory capacity in cultured rabbit parietal cells and could also explain the histological changes in the gastric mucosa of NHE1 and NHE2 knockout mice.