Zytoprotektive und zytotoxische Wirkungen von Bioflavonoiden auf das retinale Pigmentepithel - Implikationen für die ophthalmologische Praxis
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Pflanzliche Polyphenole (Bioflavonoide) besitzen eine Vielzahl positiver Wirkungen, die vor verschiedenen Erkrankungen schützen und werden deshalb auch als Begleittherapie besonders bei Krebspatienten empfohlen. Es wird zunehmend als Vorsorge zur Einnahme von bestimmten Nahrungsmitteln bzw. deren pharmakologisch wirksamen Bestandteilen geraten. Bisher ist aber kaum bekannt, ob diese Pflanzeninhaltsstoffe eine schützende oder toxische Wirkung auf Netzhautzellen haben. Deshalb wurden im Rahmen dieses Projektes verschiedene Bioflavonoide wie Curcumin (Gelbwurzel, Currypulver, Lebensmittelzusatzstoff E110), Epigallocatechingallat (grüner Tee), Apigenin (Sellerie), Quercetin (Zwiebeln, Brokkoli), Luteolin (Petersilie, Artischockenblätter), Cyanidin (Rotkohl, Blaubeeren, Erdbeeren) und Myricetin (Schwarztee, Trauben, Walnuss) auf ihre Wirkungen bei kultivierten humanen retinalen Pigmentepithelzellen (RPE) getestet. Gefunden wurde, dass die Bioflavonoide Curcumin, Apigenin, Quercetin, Luteolin, Cyanidin, Myricetin dosisabhängig die Proliferation, Migration und die Sekretion von VEGF bei den RPE-Zellen hemmten. Mit Ausnahme von EGCG und Cyanidin reduzierten alle untersuchten Bioflavonoide in höheren Konzentrationen die Vitalität der RPE-Zellen. Curcumin hemmte die Vitalität der RPE-Zellen über die Induktion einer frühen Nekrose (nach 6h, >10µM) und einer späteren Apoptose (nach 24h, >1µM). Somit kann nicht ausgeschlossen werden, dass Curcumin (bei Langzeitaufnahme) altersabhängige Netzhauterkrankungen fördert. Der zytotoxische Effekt des Curcumins wird über verschiedene Mechanismen vermittelt. Dazu zählen die Aktivierung von Caspase 3 und Calpain, intrazelluläres Kalzium-Signaling, mitochondriale Permeabilität, oxidativer Stress, die Hemmung der Aktivierung des Akt-Proteins und die Aktivierung (Phosphorylierung) der p38MAPK sowie die Reduktion des HSP70-Proteingehalt (anti-apoptotisches Protein). Myricetin verursacht eine Caspase-3 unabhängige Nekrose bei RPE-Zellen. Die Bildung freier Radikale und die Aktivierung von Calpain und PhosphlipaseA2 vermitteln die Myricetin-induzierte Nekrose. Neben Myricetin induzierte auch Quercetin eine Nekrose bei RPE-Zellen. Für beide Substanzen wurde eine Beteiligung der programmierten Nekrose an diesem Effekt nachgewiesen. Cyanidin hemmt die Proliferation und Migration sowie die VEGF Sekretion bei den RPE-Zellen ohne die Vitalität zu beeinflussen. EGCG senkt die VEGF-Sekretion der Zellen unter Bedingungen der chemischen Hypoxie, jedoch nicht unter Kontrollbedingungen oder in Anwesenheit von PDGF. Das deutet daraufhin, dass EGCG und besonders Cyanidin Vorteile zum Schutz vor neovaskulären und proliferativen Netzhauterkrankungen bieten könnten, wobei beachtet werden sollte, dass eine Reduktion von VEGF neben positiven Effekten (Behandlung von diabetischer Retinopathie und CNV) auch negative Effekte haben kann. VEGF ist wichtig für die Erhaltung der Fensterung der Gefäßendothelzellen der Choriokapillaris. Ein Verschluss der Fensterung könnte zur Hypoxie der äußeren Netzhaut führen und so die Degeneration des RPEs begünstigen. Die untersuchten Bioflavonoide hatten in geringen Konzentrationen (ohne zytotoxischen Effekte) durchaus nützliche Wirkungen bei RPE-Zellen z.B. Verringerung der VEGF-Sekretion und Hemmung von Proliferation und Migration. Jedoch variiert der Konzentrationsbereich zwischen positiver und negativer Wirkung in Abhängigkeit von den untersuchten Substanzen (siehe Apigenin und Myricetin). In höheren Konzentrationen traten mit Ausnahme von EGCG und Cyanidin zytotoxische Effekte bei den RPE-Zellen auf. Somit sollte bei einer Anwendung von Bioflavonoiden als Zusatztherapie die Funktion der Netzhaut stets sorgfältig überprüft und kontrolliert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Activated blood coagulation factor X (FXa) induces angiogenic growth factor expression in human retinal pigment epithelial cells. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2012;53:5930-9
Hollborn M, Kohen L, Werschnik C, Tietz L, Wiedemann P, Bringmann A
(Siehe online unter https://doi.org/10.1167/iovs.11-9214) - Cytotoxic effects of curcumin in human retinal pigment epithelial cells. PLoS One. 2013;8:e59603
Hollborn M, Chen R, Wiedemann P, Reichenbach A, Bringmann A, Kohen L
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0059603) - Effects of the vegetable polyphenols epigallocatechin-3-gallate, luteolin, apigenin, myricetin, quercetin, and cyanidin in primary cultures of human retinal pigment epithelial cells. Mol Vis. 2014;20:242-58
Chen R, Hollborn M, Grosche A, Reichenbach A, Wiedemann P, Bringmann A, Kohen L
- Nonvesicular release of ATP from rat retinal glial (Müller) cells is differentially mediated in response to osmotic stress and glutamate. Neurochemical Research, April 2015, Volume 40, Issue 4, pp 651–660
Voigt J, Grosche A, Vogler S, Pannicke T, Hollborn M, Kohen L, Wiedemann P, Reichenbach A, Bringmann A
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11064-014-1511-z) - Regulation of the hyperosmotic induction of aquaporin 5 and VEGF in retinal pigment epithelial cells: Involvement of NFAT5. Mol Vis 2015; 21: 360–377.
Hollborn M, Vogler S, Reichenbach A, Wiedemann P, Bringmann A, Kohen L
