Charakterisierung der renalen und systemischen Eigenschaften von Dopamin D3-Rezeptor Antagonisten in vivo

Abstract

Diabetes mellitus ist die weitaus häufigsten metabolische Erkrankung der zivilisierten Welt. Die Inzidenz wird in den nächsten Jahrzehnten weiter zunehmen. Eine bedeutsame Diabetes-assoziierte Komplikation ist die Diabetische Nephropathie, die schon heute der häufigste Grund für eine Nierenersatztherapie in westlichen Ländern ist. In der frühen Phase der Diabetischen Nephropathie kommt es pathophysiologisch zu einer glomerulären Hyperfiltration, die als unabhängiger Risikofaktor für strukturelle Nierenveränderungen angesehen wird. Unter dieser Annahme, könnte eine pharmakologische Unterdrückung dieses Phänomens als Therapieoption von Bedeutung sein. Nach Aminosäuregabe kommt es bei Gesunden zu einer physiologischen Hyperfiltration. Der zugrundeliegende Mechanismus könnte dem der pathophysiologischen Veränderungen bei Diabetes mellitus ähneln. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass die Dopamin D3-Rezeptoren an diesem physiologischen Mechanismus beteiligt sind und dass sie auch bei der pathologischen Hyperfiltration eine Rolle spielen könnten. Fragestellung dieser Arbeit ist es, in wie fern sich die physiologische Hyperfiltration mittels Gabe von verschiedenen Dopamin D3-Rezeptorantagonisten unterdrücken lässt und ob sich diese Hemmung auch an einem Tiermodell des Diabetes mellitus nachweisen lässt. Zur Beantwortung dieser Fragen wurden zwei experimentelle Serien durchgeführt. Zunächst wurde an narkotisierten Sprague-Dawley Ratten die physiologische Hyperfiltration als Reaktion auf Aminosäureapplikation ausgelöst und deren Beeinflussbarkeit durch drei selektive Dopamin D3- Rezeptorantagonisten untersucht. Zur GFR-Bestimmung wurde die Inulinclearance erhoben. In der zweiten Serie erfolgt die subchronische orale Applikation der am weitesten experimentell erforschten Substanz an Sprague-Dawley Ratten, denen zuvor mittels Injektion von Streptozotocin ein Diabetes mellitus induziert worden war. Nach zweiwöchiger oraler Behandlung der Tiere schlossen sich zur Evaluation der Therapie Clearanceexperimente an. In der ersten Serie konnte als physiologische Antwort auf eine Aminosäuregabe ein GFR-Anstieg von 28 % beobachtet werden. Dieser Anstieg konnte mit allen drei Dopamin D3- Rezeptorantagonisten dosisabhängig signifikant abgeschwächt werden. Aus der Dosis-Wirkungs-Beziehung wurden die ED50 errechnet und durch massenspektrometrische Untersuchungen die dazugehörige Plasmaspiegel ermittelt. Durch subchronische Behandlung von diabetischen Sprague-Dawley Ratten mittels einem der drei D3-Rezeptorantagonisten in Dosen im Bereich der ED50 konnte auch die diabetische Hyperfiltration gehemmt werden. Nicht-therapierte diabetische Tiere hatten im Vergleich zu gesunden Tieren eine 26 % höhere GFR. Behandelte Tiere zeigten in der höheren Dosisgruppe keine diabetische Hyperfiltration. Auch die in Stoffwechselkäfigversuchen erhobenen Albuminurie war in der behandelten Gruppe geringer ausgeprägt. Die Gesamtheit der erhobenen Ergebnisse sprechen dafür, dass dem Dopamin D3- Rezeptor eine Schlüsselrolle bei der physiologische Hyperfiltration nach Aminosäuregabe und in der pathophysiologischen diabetischen Hyperfiltration zukommt. Die selektive Dopamin D3-Rezeptorblockade stellt somit eine vielversprechende neue Therapieoption der frühen Diabetischen Nephropathie dar.

Diabetes mellitus is by far the most common metabolic disease of the civilized world. The incidence is increasing in the coming decades. A significant diabetes-associated complication is the diabetic nephropathy, which is already the most common reason for renal replacement therapy in Western countries. In the early stage of diabetic nephropathy, there is pathophysiologically a glomerular hyperfiltration, which is regarded as an independent risk factor for renal structural changes. Under this assumption, it could be a new therapeutic option to suppress this phenomenon in a pharmacological way. After amino acid administration in healthy subjects there is a physiological hyperfiltration. The underlying mechanism may be similar to the pathophysiological alterations in diabetes mellitus. Previous investigations has shown that the dopamine D3 receptors are involved in the physiological mechanism and that they could also play a role in the pathological hyperfiltration. The question of this publication is, how far the physiological hyperfiltration can be suppressed by administration of different dopamine D3 receptor antagonist, and whether this inhibition can be demonstrated in an animal model of diabetes mellitus. To answer these questions, two experimental series were performed. First, in anesthetized Sprague-Dawley rats, the physiological hyperfiltration in response to amino acid application was shown and after that the influence of three selective dopamine D3 receptor antagonists on the amino acid induced hyperfiltration. To determine the GFR the inulin clearance was measured. In the second series we investigated, in how far the subchronic oral administration of the most experimentally studied substance can influence the hyperfiltration in diabetic Sprague-Dawley rats. The diabetic metabolism was induced by injection of streptozotocin. After two weeks of oral treatment the GFR was measured in clearance-experiments. In the first series we observed a increase of 28% as a physiological response to an amino acid dose. This increase was attenuated significantly dose-dependent with all three dopamine D3 receptor antagonists. From the dose-response relationship, the ED50 was calculated and the corresponding plasma levels determined was measured by mass spectrometry. By subchronic treatment of diabetic Sprague-Dawley rats by one of the three D3-receptor antagonists at doses near the estimated ED 50 could we observed a inhibited diabetic hyperfiltration. Untreated diabetic animals had compared to healthy animals, a 26% higher GFR. Treated animals showed in the higher dose group, no diabetic hyperfiltration. The data collected in metabolic cage experiments demonstrated a less pronounced albuminuria in the treated group. The totality of the collected results suggest that the dopamine D3 receptor plays a key role in the physiological hyperfiltration after amino acid administration and in the pathophysiological diabetic hyperfiltration. The selective dopamine D3 receptor blockade therefore represents a encouraging new treatment option for the early diabetic nephropathy.