Metabolismus reaktiver Sauerstoffspezies im Alter und bei der Alzheimer Demenz

iel der vorliegenden Arbeit war die Erfassung von Veränderungen im Metabolismus reaktiver Sauerstoffspezies im Alter und bei der Demenz vom Alzheimer-Typ. Die Untersuchungen wurden mit Gehirnproben und Lymphozyten von Mäusen verschiedener Altersgruppen, mit Lymphozyten gesunder Probanden unterschiedlicher Altersgruppen und mit Hirnproben und Lymphozyten von Alzheimer-Patienten durchgeführt. In der Jung-Alt-Studie am Mausmodell zeigte sich im untersuchten Hirngewebe ein komplexes Bild hinsichtlich altersabhängiger Veränderungen im ROS-Metabolismus. Die im Alter kontinuierlich ansteigende Lipidperoxidation deutet auf eine erhöhte radikalische Aktivität im alternden Hirn hin. Da wir allerdings keine direkt erhöhten ROS-Spiegel erkennen konnten, muß man davon ausgehen, daß die reaktiven Sauerstoffspezies durch einen Anstieg protektiver Faktoren in der Zelle abgefangen werden. Tatsächlich detektierten wir eine bereits im frühen Alter stark ansteigende Aktivität des antioxidativen Enzyms CuZnSOD. Diese erhöhte Aktivität scheint für eine verlangsamte Reaktion der ROSGenerierung auf akut zugesetzte Stimuli verantwortlich zu sein, so daß die Zelle auf akuten Streß zwar in vergleichbarem Ausmaß, aber in verzögerter Weise reagiert. Durch die erhöhte CuZnSOD-Aktivität kommt es in der Zelle zu einer verstärkten H2O2- Bildung, welche jedoch nicht durch einen Anstieg der Aktivität der GPx kompensiert wird. H2O2 akkumuliert in der Zelle und führt über die Fenton-Reaktion zu einer verstärkten Generierung von Hydroxylradikalen. Diese wiederum schädigen direkt sämtliche in ihrer Umgebung vorhandenen Zellbestandteilen, wie Proteinen, Lipidmembranen oder auch DNA. Folglich kommt es im alternden Organismus zu einem steten Anstieg der Lipidperoxidation, den wir deutlich zeigen konnten. Der beobachtete Anstieg der GR-Aktivität kann auf eine altersabhängige Akkumulation von oxidiertem Glutathion zurückgeführt werden, welche bereits mehrfach in der Literatur beschrieben wurde. Insgesamt liegt ein deutlich veränderter Metabolismus der ROS im Hirn vor. Im Hinblick auf weitere Untersuchungen an menschlichem Material und an AlzheimerPatienten wurden nachfolgend periphere Lymphozyten der Maus isoliert und hier ROSSpiegel gemessen. Es zeigten sich im Alter deutlich erhöhte Basalspiegel an ROS. Insgesamt bestätigte sich die „Free radical theorie of aging", die den Radikalen eine ursächliche Bedeutung beim Alterungsprozeß beilegt. Die an peripheren Lymphozyten der Maus gewonnenen Erkenntnisse waren tatsächlich auch bei menschlichen Zellen nachweisbar. Bei humanen Lymphozyten ließen sich signifikant erhöhte basale ROS-Spiegel erkennen. Zusätzlich wurde eine unterschiedliche Sensitivität gegenüber den beiden zugesetzten Stimuli 2'-Desoxy-D-Ribose (dRib) und Staurosporin beobachtet. Die Staurosporinstimulation zeigte sich in beiden Alterskohorten etwa gleich ausgeprägt, während die Zellen auf dRib deutlich altersabhängig reagierten. Dies ist mit in der Literatur beschriebenen erniedrigten GSH-Spiegeln und damit verbundener erhöhter Vulnerabilität gegenüber dRib erklärbar, das über intrazelluläre Glutathiondepletion zur ROSGenerierung führen soll. Basierend auf den Messungen an jungen und alten Probanden wurden nachfolgend die ROSSpiegel in Lymphozyten von alten Kontrollen und Alzheimer-Patienten untersucht. Wir fanden erneut einen Anstieg der ROS-Werte im Vergleich zu den altersgleichen Kontrollen und wiederum ein verändertes Verhalten gegenüber ROS-stimulierenden Agenzien. Allerdings reagierten die peripheren Blutzellen von Alzheimer-Patienten verstärkt auf den Apoptose-Induktor Staurosporin. Da Staurosporin der Literatur nach über einen Angriff an mitochondrialen Membranen bzw. der mitochondrialen Elektronentransportkette wirkt, weisen die Ergebnisse auf eine Veränderung auf der Ebene der Mitochondrien bei der Alzheimer-Demenz hin. Die Prozesse beim normalen Alterungsvorgang und der Demenz vom Alzheimer Typ scheinen unterschiedlicher Natur zu sein. Während der Alterungsprozeß verstärkt auf GSH-Ebene abläuft, scheinen bei der Alzheimer-Demenz vorwiegend mitochondriale Effekte beteiligt. Bei den bisher durchgeführten Untersuchungen an Hirngewebe von Alzheimer-Patienten läßt sich noch keine Aussage hinsichtlich ROS-vermittelter Effekte machen. Als Ersatz nutzten wir transgene Tiere als konfirmatorisches Modell der Alzheimer-Erkrankung. Es zeigten sich im Hirn dieser Tiere deutliche Veränderungen hinsichtlich der Aktivität einzelner antioxidativer Enzyme (Superoxiddismutase und Glutathionreduktase), während bei den jungen Mäusen noch kein Effekt auf die Lipidperoxidation zu erkennen war. Auch in peripheren Geweben konnten Einflüsse von Mutationen im Presenilin-Gen beobachtet werden. Die basalen ROS-Spiegel der PS1M5-Tiere waren deutlich erhöht, und auch Hinweise auf ein verändertes apoptotisches Verhalten ließen sich detektieren. So waren bei 13 Monte alten PS1M5-Tieren die basale Cytochrom c-Freisetzung aus Mitochondrien erhöht, was auf ein ebenfalls verstärktes apoptotisches Signal hindeutet.