Experimentelle Untersuchungen zu der Beteiligung des renalen Dopamin D3 Rezeptors an der Regulation des arteriellen Blutdruckes

Abstract

Die arterielle Hypertonie ist die verbreitetste Ursache für schwere und zum Teil tödliche kardiovaskuläre Komplikationen. Sowohl beim Menschen als auch in einigen Tiermodellen wurde ein direkter Zusammenhang zwischen dem dopaminergen System und der renalen Hämodynamik beschrieben. In der vorliegenden Arbeit wurde die mögliche Beteiligung des Dopamin D3 Rezeptors an der Regulation der Nierenfunktion, des Elektrolythaushaltes und des arteriellen Blutdruckes beobachtet.

Hierzu wurden funktionelle Untersuchungen bei wachen Dopamin D3 Rezeptor Knockout- (-/-) und deren korrespondierenden Wildtyp-Mäusen (+/+), auf Niedrig- (LS), Normal- (NS) und Hochsalzdiät (HS) durchgeführt. Dabei wurden 3 und 11 Monate alte Tiere nach dem selben Protokoll untersucht, um Alterseffekte beobachten zu können. Blutdruckmessungen wurden mit Hilfe der Schwanzdruckplethysmographie durchgeführt. Im Rahmen von Stoffwechselkäfigexperimenten wurden unter chronischer Kochsalzbeladung verschiedene renale Funktionsgrössen wie die glomeruläre Filtrationsrate (GFR), Urinausscheidung von Dopamin (UDAV) Dopamin-Plasmakonzentration sowie sein Gehalt im Nierengewebe bestimmt. Anschließend wurden morphologische Untersuchungen durchgeführt und schließlich der Zusammenhang zwischen dem Dopamin D3- und dem Angiotensin (AT1) Rezeptor untersucht. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Einfluss des Dopamin D3 Rezeptors auf die Reninsekretion aus isolierten, superfundierten juxtaglomerulären Zellen der Ratte untersucht. Die Zellen wurden frisch aus Rattennieren isoliert und mit rezeptoraktiven Substanzen superfundiert, zunächst mit Dopamin als physiologischem Liganden, und anschließend mit verschiedenen dopaminergen Agonisten und Antagonisten.

Zwischen den beiden untersuchten Genotypen, den beiden Altersgruppen und den NaCl-Diäten waren nur geringe Blutdruckunterschiede zu beobachten. Lediglich die 11 Monate alten (-/-)-Mäuse auf LS- und HS-Diät zeigten signifikant höhere Blutdruckwerte als die entsprechenden (+/+)-Tiere. Die mit Hilfe der Stoffwechselkäfigexperimente ermittelte Netto-Natrium-Bilanz war bei den älteren Mäusen signifikant niedriger als bei den 3 Monate alten Tieren. Keine wesentlichen Unterschiede zeigten sich in der GFR, der UDAV und der Dopaminplasmakonzentration. Allerdings hatten die 11 Monate alten Mäuse einen höheren Dopamingehalt im Nierengewebe als die jüngeren Tiere. Die untersuchten renalen mophologischen Parameter der (-/-)- und (+/+)-Mäuse waren sehr ähnlich. Altersunterschiede konnten nur in Bezug auf das Körpergewicht festgestellt werden. Die Blutdrucksteigerung nach der AT II-Applikation zeigte bei (-/-)- und (+/+)-Mäusen eine quantitativ und qualitativ ähnliche Blutdrucksteigerung.

Die dopaminerge Stimulation der isolierten reninsezernierenden Zellen führte zwischen 10-9 und 10-4 M zu einer konzentrationsabhängigen Steigerung der Reninsekretion bis maximal 350 %, bezogen auf die jeweiligen Kontrollen. Der adrenerge beta1-selektive Antagonist Atenolol in einer Konzentration von 10-10 M konnte jedoch diese Stimulation bis zu einer Dopaminkonzentration von 10-6 M fast vollständig hemmen. Der selektive Dopamin D1 Rezeptor Agonist SKF 38393 führte, in Konzentrationen von 10-13 bis 10-5 M, ebenfalls zu einer konzentrationsabhängigen Steigerung der Reninsekretion, wobei das Maximum der Stimulation bei 200 % lag. Der unselektive Dopamin D2 Rezeptor Agonist Bromocriptin verursachte keine Änderung der Reninfreisetzung. Der relativ selektive Dopamin D3 Rezeptor Agonist 7-OH-DPAT (10-9 M bis 10-4 M) hemmte die Reninsekretion, wohingegen der selektive D3 Rezeptor Antagonist BSF 201640 (10-9 M bis 10-6 M) eine vergleichbare Stimulation bewirkte, wie unter Dopamin 10-6 M beobachtet.

Zusammengefasst, führte das Fehlen des Dopamin D3 Rezeptors in dem hier untersuchten Knockout-Modell unter den verschiedenen NaCl-Diäten weder zu wesentlichen Blutdruck-Änderungen noch zu Modulationen der Natriumurin-ausscheidung. Altersunterschiede im Dopamingehalt des Nierengewebes weisen dagegen auf eine Veränderung des renalen dopaminergen Systems im Alter hin. Die nahezu vollständige Blockade der Dopamin-bedingten Stimulation der Reninsekretion isolierter juxtaglomerulärer Zellen durch Atenolol lässt vermuten, dass dieser Effekt hauptsächlich über adrenerge beta1-Rezeptoren vermittelt wird, während die Reninsekretion durch die Stimulation der D3 Rezeptoren gehemmt werden könnte. Die Befunde weisen auf eine Beteiligung des Dopamin D3 Rezeptors an der Langzeitregulation des systemischen Blutdruckes hin, was auf einer Beeinflussung der renalen Hämodynamik beruhen könnte. Eine physiologisch relevante Modulation akuter Änderungen der Reninsekretion, welche in einem ähnlichen Modell beobachtet wurde, konnte ausgeschlossen werden. Zur weiteren Charakterisierung des Dopamin D3 Rezeptors als potentielles "drug-target" für blutdrucksenkende Wirkstoffe müssen zunächst dessen renale und systemische Effekte funktionell differenziert werden.

Arterial hypertension is the common cause of cardiovascular diseases such as stroke, myocardial infarction, and end stage renal failure. Functional links between the dopaminergic system and renal hemodynamics have been described in man as well as in animal models.

In the present study the influence of the dopamine D3 receptor on the regulation of arterial blood pressure under different sodium loading conditions was studied by investigating dopamine D3 receptor knockout-mice (-/-) and the corresponding wild-type animals (+/+) on low salt (LS), normal salt (NS), and high salt (HS) diet. In addition, mice at the age of 3 and 11 months were used according to the same protocol to examine age-dependent effects. Arterial blood pressure of dopamine D3 receptor knockout- and wild-type mice was measured by tail-cuff plethysmography. The sodium excretion, glomerular filtration rate (GFR) and urinary dopamine excretion (UDAV) was investigated by metabolic cage experiments. Furthermore, the concentration of dopamine in plasma as well as the content in the kidney tissue was determined, and morphological studies were carried out as well. A potential interactions between the dopamine D3 receptor and the blood pressure modulation by AT1 receptors was observed by injection of different doses of human AT II. In a second series, the potential influence of the dopamine D3 receptor on renin-secretion was studied by using isolated rat juxtaglomerular cells. The freshly isolated cells were superfused with dopamine and dopaminergic agonists and antagonists in different concentrations to determine their potential stimulatory or inhibitory effect on renin-secretion.

The blood pressure of dopamine D3 receptor knockout- and wild-type animals was almost independent of the applied sodium diet, age and genotype. Only 11-months old (-/-)-mice that were fed a LS- or HS-diet showed a significantly elevated blood pressure when compared to their corresponding (+/+)-animals. Net renal sodium balance, determined by metabolic cage experiments, was lower in 11-months old animals than in the respective younger ones. Genotype-related differences in net sodium balance were observed in 3-months old (-/-)-mice on HS-diet, which was higher when compared to their corresponding wild-type mice. No genotype- or age-related differences could be observed concerning GFR, UDAV and dopamine concentration in plasma. However, dopamine content in the kidney tissue was higher in 11-months old mice than in the corresponding younger ones. The morphologic parameters did not differ between the groups. The application of AT II increased blood pressure to a similar quantitative and qualitative extent in both genotypes.

Dopamine in concentrations between 10-9 M and 10-4 M stimulated the renin-secretion from isolated juxtaglomerular cells concentration-dependently to a maximum of 3.5-fold referred to the respective controls. The effect could be completely antagonized, however, by the selective beta1-receptor antagonist atenolol at a concentration of 10-10 M. The selective dopamine D1 receptor agonist SFK 38393 between 10-13 M and 10-5 M stimulated the renin-secretion up to 2-fold referred to the respective controls, whereas the unselective dopaminergic agonist bromocriptine had no effect. 7-OH-DPAT, a relatively selective dopamine D3 receptor agonist, in concentrations between 10-9 M and 10-5 M, decreased the renin-secretion from isolated juxtaglomerular cells, whereas the stimulatory effect of the selective D3 receptor antagonist BSF 201640 in concentrations between 10-9 M and 10-6 M was similar to that of dopamine in a concentration of 10-6 M. In conclusion, the lack of the dopamine D3 receptor had no remarkable influence on the blood pressure of mice on low, normal or high sodium diet, or on morphologic characteristics of the kidney. Different renal tissue content of dopamine might indicate age-dependent changes in the renal dopaminergic system. The blockade of the dopamine-induced increase in renin-secretion from isolated juxtaglomerular cells by atenolol indicates that this effect is mainly mediated by adrenergic beta1-receptors, whereas the decrease induced by stimulation of dopamine D3 receptors might be a modulating mechanism. Taken together the data do not support the hypothesis that a lack of the dopamine D3 receptor is crucially involved in the development of salt-dependent hypertension, but provide further evidence for the concept that D3 receptors contribute, potentially via modulating renal hemodynamics, to the long-term regulation of systemic blood pressure.