Diskussion
In der vorliegenden Studie haben wir gezeigt, dass MR und GR in der Nebennierenrinde der Ratte vorhanden sind. Wir haben gezeigt, dass eine Veränderung der MR-Aktivität die Aldosteronproduktion in der ZG in einer Weise reguliert, die zu einem negativen Rückkopplungsmechanismus passt. Dieser Effekt ist spezifisch für den MR, da die Modulation der Aktivität des GR im ZG keine Auswirkungen auf die Aldosteronproduktion hatte. Unseres Wissens ist dies das erste Mal, dass über die Expression des MR und seine Rolle bei der Regulierung der Aldosteronsekretion in der Nebennierenrinde berichtet wurde. In der ZF/ZR beobachteten wir eine ähnliche Rückkopplungsschleife, als wir die Aktivität des GR pharmakologisch veränderten. Interessanterweise unterdrückte die MR-Aktivierung auch die Kortikosteron-Sekretion in ZF/ZR-Zellen. Unsere Ergebnisse stimmen mit früheren Studien überein, die zeigen, dass die adrenale Glukokortikoidsynthese durch Steroide moduliert werden kann, die in der Nebennierenrinde synthetisiert werden (Baird et al. 1983, Carsia & Malamed 1983, Darbeida & Durand 1987).
Die MR-Aktivierung mit FLUDRO wirkte sich negativ auf die Aldosteronproduktion in ZG-Zellen von Ratten aus, die sowohl mit HS- als auch mit LS-Diät gefüttert wurden, während Canrenoinsäure, ein MR-Antagonist, die Steroidogenese positiv regulierte und die Aldosteronsekretion in ZG-Zellen von LS-gefütterten Ratten erhöhte. In den LS-Gruppen war die Reaktion ausgeprägter als in den HS-Gruppen. Die fehlende Wirkung eines GR-Agonisten und -Antagonisten auf die basale und stimulierte Aldosteronfreisetzung aus den ZG-Zellen ist ein deutlicher Hinweis darauf, dass die regulatorische Rückkopplungsschleife rezeptorspezifisch ist.
Was könnte die physiologische und klinische Bedeutung einer ultrakurzen Rückkopplungsschleife von Aldosteron sein? Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen der Aldosteronproduktion und Umweltfaktoren, z. B. der Natrium- und Kaliumzufuhr, der Körperhaltung, der Tageszeit und dem Volumenverlust. Es ist seit langem bekannt, dass ein unangemessener Aldosteronspiegel in Abhängigkeit von diesen Umweltfaktoren zu einer Vielzahl von Herz-Kreislauf- und Stoffwechselkrankheiten bei Menschen und anderen Tieren führt. Daher sind kritische negative Rückkopplungsschleifen wichtig für die Aufrechterhaltung einer normalen Homöostase. Dies ist besonders für die Volumen-Natrium-Homöostase von Bedeutung, da selbst geringfügige Abweichungen in der Reaktion auf Veränderungen der Natriumzufuhr im Laufe der Zeit zu erheblichen negativen Auswirkungen auf das Herz-Kreislauf-System führen können. Diese potenziellen Folgen sind wahrscheinlich der Grund dafür, dass es in den Systemen zur Regulierung der Volumen-/Natriumhomöostase mehrere Kontrollmechanismen gibt, z. B. das Renin-Angiotensin-System, Aldosteron, natriuretische Peptide, Endothelin, Vasopressin und die Niere (Nierendurchblutung, proximaler Tubulus, Henle-Schleife und distaler Tubulus/Sammelkanal). Diese Regulierungsfaktoren werden zum Teil durch folgende Faktoren gesteuert: (1) „lange“ negative Rückkopplungsschleifen, z. B. die negative Rückkopplungsschleife zwischen Volumen, Renin, Angiotensin und Aldosteron; (2) die Wirkungsrichtung entgegengesetzt wirkender Faktoren, z. B. natriuretische Peptide, die die Aldosteronsekretion unterdrücken, und (3) ultrakurze Rückkopplungsschleifen, z. B. die direkte Unterdrückung der Reninfreisetzung aus dem juxtaglomerulären Apparat durch die Interaktion von Angiotensin II mit dem Angiotensinrezeptor Typ 1. In mancher Hinsicht sind die Funktionen ultrakurzer Rückkopplungsschleifen analog zu dem nahezu universellen Konzept der Produkthemmung von Enzymfunktionen. Parallel zur Wirkung von Angiotensin II stützt die aktuelle Studie die Hypothese, dass es auch eine ultrakurze Rückkopplungsschleife gibt, die die Aldosteronproduktion an ihrem Endpunkt modifiziert, indem sie den Aldosteronspiegel und den MR nutzt. Durch diesen Schritt wird die Aldosteronproduktion weiter verfeinert, um sicherzustellen, dass sie für die Umgebung, in der sich der Organismus gerade befindet, geeignet ist. Natürlich ist dies auch ein weiterer Punkt in diesen volumenhomöostatischen Mechanismen, bei dem eine Fehlfunktion zu kardiovaskulären Funktionsstörungen und Krankheiten führen kann. Zwei Berichte sind für diese Möglichkeiten potenziell relevant. Im Gegensatz zu den vorliegenden Studien an normalen ZG-Zellen, bei denen RU 486 keine Wirkung auf die Aldosteronsekretion hatte, unterdrückte RU 486 bei zwei veränderten Bedingungen, nämlich bei primären Aldosterontumorzellen (Burton et al. 2011) und bei fettleibigen hypertensiven Zucker-Ratten (Clapham & Turner 1997), den Plasma-Aldosteronspiegel, nicht aber den Plasma-Kortikosteronspiegel. Ähnlich wie in der vorliegenden Studie veränderte RU 486 den Aldosteronspiegel bei den Kontrollratten nicht (Clapham & Turner 1997). Interessanterweise hatten die MR-Antagonisten in den Tumorzellen keinen Einfluss auf die Aldosteronproduktion. Eine Aktivierung des MR wurde nicht durchgeführt. Da in den Zellpräparationen ähnliche Aldosteron- und Cortisolspiegel gefunden wurden, lag eine zelluläre Vermischung vor oder es lag ein veränderter Zelltyp vor (Burton et al. 2011). Schließlich könnten die Ergebnisse der vorliegenden Studie auch auf die Regulierung von Steroiden außerhalb der Nebenniere anwendbar sein, was wahrscheinlich physiologisch und klinisch relevant ist.
Wie verändern Veränderungen der MR-Aktivität die Aldosteronsekretion? Der Anstieg der Kortikosteronsekretion bei gleichzeitiger Unterdrückung der Aldosteronproduktion legt nahe, dass der späte Weg der Aldosteronbiosynthese der Ort der Regulierung ist. Der letzte Schritt der Aldosteronsynthese hängt von der Aktivität von CYP11B2 (Aldosteronsynthase) ab (Mornet et al. 1989). Der Rückgang der Umwandlung von Corticosteron in Aldosteron ist höchstwahrscheinlich auf eine verringerte Aktivität von CYP11B2 und nicht auf eine Veränderung der CYP11B2-Expression zurückzuführen, da unsere Experimente nur kurz (1 Stunde) dauerten. Unser Befund einer verringerten CYP11B2-Proteinkonzentration unter HS-Bedingungen und der vorgeschlagene Mechanismus der Modifikation der CYP11B2-Aktivität durch MR erklären wahrscheinlich die Abschwächung der regulatorischen Rückkopplungsschleife bei einer salzreichen Diät.
Niedrige Natriumzufuhr ist ein bekannter Stimulator der Aldosteronsekretion (Marusic & Mulrow 1967, Aguilera & Catt 1979), und unsere Ergebnisse stehen im Einklang mit diesen Berichten. Wir beobachteten einen Anstieg des Serumkortikosters bei einer salzreichen Ernährung. Im Einklang mit dem Anstieg des Serumkortikosters zeigten isolierte ZF/ZR-Zellen von Ratten, die eine salzreiche Diät erhielten, eine höhere basale Kortikosteronausschüttung. Die Mechanismen, durch die Natrium in der Nahrung die Corticosteron-Sekretion beeinflusst, sind nicht untersucht worden, obwohl frühere Studien gezeigt haben, dass die Nebennieren von Ratten mit Natriummangel eine verminderte Corticosteron-Sekretion aufweisen (Eisenstein & Strack 1961). Corticosteron kann sowohl von den ZF/ZR als auch von den ZG produziert werden, obwohl der größte Teil des zirkulierenden Corticosterons von den ZF/ZR stammt, da diese eine wesentlich größere Masse haben. Da die basale Kortikosteronausschüttung aus den ZG-Zellen jedoch nicht von Änderungen der Natriumzufuhr beeinflusst wurde, schlossen wir daraus, dass die ZF/ZR-Zellen zum Anstieg des Serumkortikosters bei hoher Natriumzufuhr beitragen.
Das Vorhandensein einer intra-adrenalen Rückkopplungsschleife, die von Glukokortikoiden und GR ausgeübt wird, um die Glukokortikoidproduktion zu regulieren, wird seit langem von mehreren In-vivo- (Peron et al. 1960, Hill & Singer 1968) und In-vitro-Studien (Morrow et al. 1967, Carsia & Malamed 1983) vorgeschlagen. Diese Studien berichten über gegensätzliche Ergebnisse hinsichtlich der Frage, ob Glucocorticoide die Glucocorticoidproduktion hemmen oder stimulieren. Die Richtung der Regulierung scheint von dem verwendeten Versuchsmodell und der Dauer der Behandlung abzuhängen. In dieser Studie liefern wir Beweise für eine negative regulatorische Rückkopplung auf die Corticosteron-Sekretion, die mit den Ergebnissen von Carsia & Malamed (1983) übereinstimmt, obwohl andere Forscher gegenteilige Ergebnisse berichtet haben (Darbeida & Durand 1987, Li et al. 2011, Asser et al. 2014). Trotz der zahlreichen Arbeiten sind die Mechanismen, durch die Glukokortikoide die Steroidogenese regulieren, nicht gut verstanden. Unsere Ergebnisse, die eine deutliche Verringerung der Corticosteron-Sekretion nur in ACTH-stimulierten ZF/ZR-Zellen bei DEX-Behandlung zeigen, stehen im Einklang mit den Erkenntnissen von Latner und Mitarbeitern (Latner et al. 1977), die vermuten, dass Glukokortikoide die Bindung von ACTH an seinen Rezeptor verringern. Darüber hinaus hatte der Glukokortikoid-Antagonist RU 486 keinen Einfluss auf die basale Corticosteron-Sekretion, stimulierte jedoch die Corticosteron-Produktion durch ACTH. Diese Daten weisen auf die Möglichkeit hin, dass die GR-Aktivität die Empfindlichkeit von ZF/ZR-Zellen gegenüber ACTH verändert. Andere Arbeiten, bei denen längere Inkubationszeiten verwendet wurden, legen nahe, dass Glukokortikoide die Proteinsynthese hemmen und die Transkription verschiedener Zielgene in der Nebennierenrinde regulieren (Morrow et al. 1967, Asser et al. 2014). Obwohl diese Erklärung in unserer Studie aufgrund der Dauer unserer Experimente unwahrscheinlich erscheint, können wir die Möglichkeit nicht ausschließen, dass genomische Effekte zu unseren Beobachtungen beigetragen haben könnten.
Ein überraschender Befund in unserer Studie war, dass der ZF/ZR im Gegensatz zum ZG keine Rezeptorspezifität aufweist. Die Aktivierung des GR oder des MR kann die Kortikosteronproduktion im ZF/ZR unterdrücken. Es wurde berichtet, dass die MR-Aktivierung die Glukokortikoidproduktion moduliert, aber dieser Effekt wurde nur im Gehirn nachgewiesen. Bei der Verabreichung von Fludrocortison an Menschen wurde festgestellt, dass die Cortisolkonzentrationen durch eine Herunterregulierung der Hypothalamus-Hypophysen-Achse (HPA) gehemmt werden (Otte et al. 2003, Buckley et al. 2007, Lembke et al. 2013). Der eindeutige Einfluss von MR auf die Glukokortikoid-HPA-Rückkopplungskontrolle wurde weiter nachgewiesen, als gezeigt wurde, dass Canrenoinsäure einen entgegengesetzten Effekt auf die Cortisol- und ACTH-Sekretion hat (Arvat et al. 2001, Wellhoener et al. 2004). Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die MR-Aktivität die Glukokortikoidproduktion nicht nur zentral, sondern auch lokal in der Nebenniere regulieren kann, wobei die Regulierung offenbar von der Höhe der Salzaufnahme abhängt. Bei beiden Diäten hemmt die MR-Aktivierung als Reaktion auf ACTH die Kortikosteronproduktion, aber aus unklaren Gründen scheint sie bei der salzarmen Diät die Kortikosteronspiegel zu erhöhen. In Anbetracht der Tatsache, dass der Blutfluss in der Nebenniere in vivo von der ZG zur ZF/ZR verläuft, könnte Aldosteron eine parakrine Wirkung auf die Glukokortikoidproduktion haben, was interessante physiologische und pathophysiologische Auswirkungen hätte.
Eine Einschränkung der Studie bestand darin, dass eine Kontamination zwischen den Zonen Glomerulosa und Fasciculata die Veränderungen als Reaktion auf verschiedene Stimuli möglicherweise verschleiern könnte. Wir halten dies für unwahrscheinlich, da CYP11B2 in den ZF/ZR-Zellen nicht vorhanden ist und die mikroskopischen Daten zeigen, dass die ZF/ZR- und ZG-Zellen deutlich unterschiedliche Merkmale aufweisen und in den beiden Zellpräparaten kaum oder gar nicht kontaminiert sind. Eine zweite Einschränkung besteht darin, dass die vorliegende Studie die relative Bedeutung dieser parakrinen gegenüber den klassischen endokrinen Effekten, die die adrenale Steroidogenese steuern, nicht beurteilen kann. Eine dritte Einschränkung besteht darin, dass wir nicht wissen, ob Cortisol oder Corticosteron durch die Interaktion mit der MR die gleiche Wirkung wie Aldosteron haben können. Wie bereits erwähnt, würde es sich jedoch angesichts der Richtung des Blutflusses von der Glomerulosa- zur Fasciculata-Zone nicht um eine lokale, parakrine Wirkung handeln. Viertens können wir die Möglichkeit einer Kreuzreaktivität zwischen dem MR-Agonisten und -Antagonisten mit GR nicht ausschließen. Obwohl bekannt ist, dass Fludrocortison eine gewisse Glucocorticoid-Aktivität ausübt, ist seine Affinität für MR 15-mal höher als die für GR (Agarwal et al. 1977). Soweit uns bekannt ist, gibt es keine Berichte über die Wechselwirkung von Canrenoinsäure mit GR in irgendeiner Dosis. Fünftens: Wenn wir keine Auswirkungen einer Manipulation auf die basale Steroidproduktion feststellen konnten, können wir nicht mit Sicherheit sagen, dass es keine gibt, denn eine ebenso plausible Interpretation wäre, dass unsere Testsysteme nicht empfindlich genug sind, um kleine Auswirkungen zu erkennen. Schließlich ist die Extrapolation dieser Rattenstudien auf den Menschen unsicher.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die vorliegende Studie zusätzlich zu den klassischen, langen Rückkopplungsschleifen, die die adrenale Steroidproduktion regulieren, die Hypothese unterstützt, dass es negative, ultrakurze Regelkreise gibt, die speziell durch MR auf die Aldosteronsekretion und GR auf die Kortikosteronproduktion in isolierten ZG- bzw. ZF/ZR-Zellen vermittelt werden. Wir berichten hier über die unerwartete Erkenntnis, dass die MR-Aktivierung auch die Glukokortikoidsekretion in ZF/ZR-Zellen negativ reguliert. Wie diese kurzen Rückkopplungsschleifen mit ihren langen Rückkopplungsschleifen interagieren, ist unklar. Diese Ergebnisse werfen jedoch interessante Fragen zur physiologischen Regulierung und möglichen pathophysiologischen Dysregulation der Produktion dieser Steroide auf.