Neben mesangialen Veränderungen werden die Schädigung und der Verlust von Podozyten zunehmend als ein wesentlicher und frühzeitiger Pathomechanismus in der Genese der diabetischen Nephropathie verstanden. Die frühzeitige Podozytenschädigung mit Reduktion der Zellzahl und Zelldichte, Verdickung der Basalmembran, veränderter Matrixzusammensetzung und Verbreiterung  der Podozytenfortsätze geht mit dem Auftreten und Fortschreiten der Albuminurie einher. Infolge der freiliegenden glomerulären Basalmembran kommt es zur Adhärenz mit der Bowmanschen Kapsel und damit zur Glomerulosklerose (Wolf G, Nephron Physiol 106:26-31, 2007). Durch neue Erkenntnisse von pathophysiologischen Zusammen- hängen der diabetischen Podozytenschädigung ergibt sich ein erweitertes Verständnis in der Entwicklung der Erkrankung und potentiell neuer therapeutischer Ansätze.

Funktionelle Veränderungen in der Hyperglykämie gehen mit der Bildung und Akkumulation von „Ad­vanced Glycation End-Products“ (AGEs) in der Niere einher (Bohlender JM, Am J Physiol Renal Physiol 289:F645-F659, 2005). AGEs sind kovalente Produkte zwischen Glukose und verschiedenen Proteinen, das vielleicht bekannteste ist HbA1c.  Im Gegensatz zu Mesangialzellen exprimieren Podozyten den Rezeptor für AGEs (RAGE genannt). Im Tiermodell konnte gezeigt werden, dass die Blo­ckade des RAGE-Rezeptors mit einer deutlichen Abschwächung in der Ausbildung der diabetischen Nephropathie einhergeht (Wendt TM, Am J Pathol 162:1123-1137, 2003).

An kultivierten adulten Mauspodozyten wurde der Einfluss von AGEs auf den Zellzyklus und das Zellwachstum untersucht, da Podozyten bei der diabetischen Nephropathie initial hypertrophieren. Dabei konnte gezeigt werden, dass Podozyten AGEs aktiv aufnehmen (siehe Abbildung 1). Die AGE-Inkubation führte in den Podozyten zum Zellzyklusarrest, zur Zellhypertrophie sowie zu einem Anstieg des nekrotischen Zellanteils ohne Einfluss auf die apoptotische Zellfraktion. Dies ging mit einer Induktion von Zellzyklus-Inhibitor p27Kip1 einher. Bei Überexpression von p27Kip1 kam es zur Zunahme von Zellzyklus­arrest und Zellhypertrophie, bei Inhibition von p27Kip1 zur Verhinderung der AGE-induzierten Veränderungen. Somit stellen sich die AGE-induzierte Hypertrophie und der AGE-induzierte Zellzyklusarrest als ein p27Kip1 -vermittelter Mechanismus dar, der zum Podozytenverlust in der diabetischen Nephropathie beitragen könnte (Rüster C, Nephrol Dial Transplant 23:2179-2191, 2008).

Um die pathophysiologischen Effekte von AGEs auf Podozyten besser zu verstehen, wurden Differentialdisplayuntersuchungen durchgeführt.  Durch AGE-Behandlung fand sich in Podozyten eine Suppression der Neuropilin 1 (NRP1)-Expression in der Zellkultur. Das Transmembranprotein NRP1 hat seine Bedeutung in der Aktivität der Zelladhäsion, aber auch in der Bindung von Semaphorinen und VEGF (vascular endothelial growth factor). NRP1 bildet Rezeptor-Komplexe mit Plexin, um Signale von Semaphorinen weiterzuleiten. Auch im Tiermodell an diabetischen db/db-Mäusen konnte eine NRP1-Suppression gezeigt und in Nierenbiopsien von Diabetikern bestätigt werden. Die AGE-induzierte NRP1-Suppression ging funktionell mit einer Abnahme der Zellmigration einher. Im Gegensatz dazu führt die Überexpression von NRP1 in der Zellkultur zu einer Zunahme der Zellmigration beziehungs- weise eine Supprimierung von NRP1 durch si-RNA zu einer Abnahme der Podozytenmigration auch ohne AGE-Behandlung (Bondeva T, Kidney Int 75:605-616, 2009).

Als der zugrunde liegende molekulare Mechanismus wurde eine Reduktion der Transkription durch reduzierte Bindung des Transkriptionsfaktors Sp1 identifiziert (Bondeva T, Am J Nephrol 30:336-345, 2009). Die funktionelle Bedeutung in der AGE-vermittelten NRP1-Suppression könnte durch die veränderte Podozytenmigration zur Adhärenz der nicht bedeckten glomerulären Basalmembran und der Bowmanschen Kapsel mit daraus resultierender Glomerulosklerose führen.

Eine gesteigerte Expression des Rezeptors für AGEs in der diabetischen Nephropathie führt zu einer Verstärkung von proinflammatorischen Prozessen in Abhängigkeit von RAGE-vermittelten Signalwegen und Änderungen der Genexpression. Die Aktivierung des Renin-Angiotensin- Systems (RAS) nimmt eine zentrale Bedeutung in der Pathogenese der diabetischen Nephropathie ein. Kultivierte adulte Podozyten exprimieren AT1- und AT2-Rezeptoren (Gloy J, J Clin Invest 99: 2772-2781, 1997). Die Stimulation von Podozyten mit Angiotensin II führte zu einer RAGE-Induktion über den AT2-Rezeptor. Durch Verwendung von verschiedenen Reporterkonstrukten der RAGE-Promotorregion konnte die NFκB-Bindungsregion -1519 als essentiell für die Angiotensin II-induzierte trans­kriptionelle Aktivität identifiziert werden.
Die funktionelle Bedeutung der Angiotensin II-vermittelten RAGE-Induktion wurde durch eine anschließende Inkubation mit AGEs bestätigt. Hier fand sich eine gesteigerte Expression von TNF-α (tumor necrosis factor α) der mit Angiotensin II vorbehandelten Zellen. Somit konnte gezeigt werden, dass Wechselwirkungen zwischen der AGE-RAGE-Achse und dem RAS bei Podozyten bestehen, die über den AT2-Rezeptor vermittelt werden (Rüster C, Am J Nephrol 29:538-550, 2009). Da­raus könnten sich neue therapeutische Strategien beispielsweise durch eine RAS-Hemmung ergeben.

Erythropoetin werden neben hämatopoetischen auch zytoprotektive Eigenschaften zugeschrieben (Menne J, J Am Soc Nephrol 18:2046-2053, 2007). Zusammenhänge protektiver Eigenschaften von Erythropoetin und AGEs in Podozyten wurden bisher nicht untersucht. Die Behandlung von Podozyten mit Erythropoietin beta oder CERA (continuous erythropoietin receptor activation) konnte den AGE-induzierten Anstieg der p27Kip1-Expression vermindern und die Suppression der NRP1-Expression verhindern. Dies ging mit einer Zunahme der metabolischen Aktivität der Podozyten einher und hatte einen protektiven Effekt auf AGE-induzierte Schäden in Podozyten. Ein frühzeitiger Therapiebeginn mit Erythropoiese stimulierenden Agentien (ESA) könnte daher dem progredienten Podozyten- verlust in der diabetischen Nephropathie entgegenwirken.

Zusammenfassung
AGEs induzieren in Podozyten pathophysiologische Veränderungen, die sich auch histologisch bei der diabetischen Nephropathie wiederfinden. Ein besseres Verständnis der molekularen Mechanismen dieser Veränderungen kann zu innovativen Therapiestrategien bei der diabetischen Nephropathie führen.

Dr. Christiane Rüster
Prof. Dr. Gunter Wolf
Klinik für Innere Medizin III
Universitätsklinikum Jena
christiane.ruester@med.uni-jena.de
gunter.wolf@med.uni-jena.de