Herzkrankheiten: Regenerieren wie der Zebrafisch

FAU-Forscher untersuchen neuen Ansatz für die Behandlung von Herzerkrankungen

Derzeit leiden fast 40 Millionen Patienten weltweit an einer verminderten Herzfunktion, der Herzinsuffizienz. Obwohl Vorbeugung und Minimierung von Herzschäden fortschreiten, nimmt die Anzahl an Herzinsuffizienz erkrankten Menschen immer weiter zu. Hauptursache für eine verminderte Herzfunktion ist der Verlust von Herzmuskelzellen, also dass Teile des Herzgewebes absterben, zum Beispiel aufgrund einer ungenügenden Durchblutung nach einem Herzinfarkt. Besonders schlimm für die Betroffenen: Zurzeit gibt es noch keine Therapie, die den Verlust von Herzmuskelzellen umkehren kann. Wissenschaftler der FAU haben nun nach Faktoren gesucht, welche die Vermehrung von menschlichen Herzmuskelzellen anregen könnte. Dabei haben sie ein Molekül entdeckt, das einen bestimmten Rezeptor im Zellkern aktiviert. Bei Mäusen mit einem Herzinfarkt führt dies nach einer Behandlung zu einer verbesserten Funktion des Herzens. Ihre Ergebnisse haben die Erlanger Forscher im angesehenen Nature-Journal „Cell Research“ veröffentlicht.

Ein Blick ins Tierreich zeigt Erstaunliches: Im Gegensatz zum Menschen kann der Zebrafisch sein Herz regenerieren. Die wenige Zentimeter großen Fische, bei uns häufig als Zierfische in Aquarien gehalten, gehören neben Lurchen zu den wenigen Tierarten, die diese Fähigkeit besitzen. Wird der Herzmuskel beschädigt, beginnen Zebrafische die verbliebenen Zellen zu teilen, um die Verletzung zu heilen. Anders beim Menschen: Hier bildet sich im Falle einer Verletzung lediglich Narbengewebe, da die Herzmuskelzellen sich nicht ausreichend vermehren können – dies ist bei Säugetieren nur während der Entwicklung des Embryos möglich – und das Herz anscheinend keine Stammzellen besitzt, aus denen genug neue Herzmuskelzellen entstehen können.

Allerdings hat sich in jüngster Vergangenheit gezeigt, dass auch neugeborene Mäuse und Ratten ihre Herzmuskelzellen vermehren können. „Sogar beim Menschen könnte dies bei einem kleinen Bruchteil der Herzmuskelzellen der Fall sein“, sagt Prof. Dr. Felix Engel, Leiter der Arbeitsgruppe und Inhaber der Professur für Experimentelle Nieren- und Kreislaufforschung der Nephropathologischen Abteilung der FAU. „Im Tiermodell haben wir nun nachgewiesen, dass die Fähigkeit zur Vermehrung von Herzmuskelzellen ebenfalls bei ausgewachsenen Mäusen zu finden ist“, sagt Engel. Unter der Annahme, dass die Funktion, welche die Vermehrung von Herzmuskelzellen ermöglicht, auch nach wie vor bei ausgewachsenen Säugern erhalten ist, hatten Engel und sein Team diesen Mechanismus und seine Faktoren untersucht. Dafür haben die Erlanger Forscher mithilfe ihrer Kollegen aus der Universität Ulm und der University of Alabama at Birmingham die Herzmuskelzellen von neugeborenen Ratten durch ein groß angelegtes Screening auf eine Reaktion mit verschiedenen chemischen Molekülen hin getestet.

Dabei haben Engel und sein Team als möglichen Faktor zur Vermehrung von Herzmuskelzellen Carbacyclin identifiziert. Das Molekül ist eine künstliche Variante des natürlich vorkommenden Prostacyclin, welches die Durchblutung von Gewebe verbessert. Wie nachfolgende Untersuchungen gezeigt haben, aktiviert Carbacyclin den im Zellkern vorhandenen Hormonrezeptor PPARδ. Dieser Rezeptor findet sich in nahezu jeder menschlichen Gewebezelle. Die Forscher konnten zeigen, dass diese Aktivierung nicht nur für die effiziente Herzregeneration im Zebrafisch benötigt wird , sondern auch, dass PPARδ die Vermehrung von Herzmuskelzellen der Ratte und des Menschen induziert. Eine weitere Erkenntnis der Forscher um Engel: Wird der Rezeptor PPARδ nach einem Infarkt in der Maus aktiviert, verbessert sich nicht nur die Herzfunktion, auch die Narbenbildung verringert sich.

„Es scheint also möglich, die Vermehrung von Herzmuskelzellen bei Säugetieren durch die Stimulation mit Therapeutika durch die Manipulation von Signalwegen auszulösen“, erklärt Engel. Dies könnte somit ein vielversprechender neuer Ansatz für die Behandlung von Herzkrankheiten sein, die mit dem Verlust von Herzmuskelzellen einhergehen. Das langfristige Ziel ihrer Arbeit sei es, sagt Engel, Mechanismen, welche das Herzwachstum kontrollieren, aufzuklären sowie weitere Wege zu identifizieren, welche das Potential haben, die Anzahl an Herzmuskelzellen zu erhöhen, Herzschäden zu begrenzen und die Herzfunktion wiederherzustellen.

Die Ergebnisse sind im Nature-Journal „Cell Research“ unter dem Titel „Live cell screening platform identifies PPARδ as a regulator of cardiomyocyte proliferation and cardiac repair“ (DOI:10.1038/cr.2017.84) veröffentlicht worden.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Felix Engel
Tel.: 09131/85-25699
felix.engel@uk-erlangen.de