Die Atherogenese stellt keinen diffusen, sondern einen fokalen Krankheitsprozeß dar. Läsionen entwickeln sich an Prädilektionsorten. Risikofaktoren, wie z.B. Hypercholesterinämie, Rauchen oder Diabetes mellitus, wirken zwar systemisch, der atherosklerotische Effekt manifestiert sich jedoch an den Prädilektionsorten. Eine Ausnahme bildet die Transplantat-Atherosklerose, die tatsächlich diffus ist. Alle anderen Arterioskleroseformen sind lokal und fokal.
A. Zeiher, Frankfurt, ging der Frage nach, welche Besonderheiten die Stellen des Gefäßsystems aufweisen, an denen sich später atherosklerotische Läsionen entwickeln. Diese Prädilektionsorte, an denen sich die Arteriosklerose entwickelt, finden sich im Bereich von Bifurkationen der Blutgefäße, wo nebeneinander turbulenter Blutfluß, Blutstase und Stagnation herrschen. Hier sind die Endothelzellen irregulär, die Permeabiliät ist erhöht, die Stickstoffmonoxyd (NO) -Synthese und vor allem -Freisetzung ist herabgesetzt. Wie Zeiher betonte, ist die Mitoserate der Endothelzellen in diesen Bereichen histologisch deutlich erhöht, lange bevor atherosklerotische Läsionen erkennbar werden. Endothelzellen wachsen ausschließlich als Monolayer, d.h. es gibt eine Kontaktinhibition. Eine erhöhte Mitoserate von Endothelzellen an derartigen Prädilektionsorten setzt somit voraus, daß zuvor Zellen im Rahmen der Apoptose zugrunde gegangen sind.
Zeiher sieht in der Apoptose speziell von Endothelzellen nicht nur eine Erklärung für die vieldiskutierte Response-to-injury-Hypothese, sondern auch einen möglicherweise zentralen Baustein in der frühen Atherogenese. Biologisch betrachtet kann man Apoptose auch mit programmiertem Zelltod gleichsetzen. Die Apoptose unterliegt einer streng kontrollierten und äußerst komplexen Signaltransduktion. Im Zentrum der Apoptoseexekution steht die sog. Caspase-Kaskade. Bei den Caspasen handelt es sich um elf cysteinhaltige Proteasen, die in einer Kaskade aktiviert werden und schließlich über die Aktivierung der DNAsen zur Degradation der chromosomalen DNA und somit zur Apoptose führen.
Ausgelöst wird die Caspase-Kaskade und damit die Apoptose in Endothelzellen u.a. durch oxidativ modifiziertes LDL (ox-LDL), H2O2, Angiotensin II, und TNFa. Physiologische Schubspannungen (shear stress) können die Apoptoseinduktion komplett inhibieren. Zeiher konnte zeigen, daß das unter erhöhter Schubspannung freigesetztes NO die Apoptoseinduktion hemmt. NO nitrosyliert das Cystein im aktiven Zentrum der Caspasen und inaktiviert damit die Enzyme. Darüber hinaus konnte die ox LDL-induzierte Apoptose durch Antioxidantien, wie Vitamin E und C, komplett inhibiert werden.
Einen zentralen Mechanismus für die Aktivierung der Caspase-Kaskade vermittelt Cytochrom C. So wird die durch ox-LDL induzierte Apoptose von einer Cytochrom C-Freisetzung aus den Mitochondrien begleitet. Die Cytochrom C-Freisetzung kann durch Cyclosporin A verhindert werden, das die Permeabilität der Mitochondrienmembran reduziert. Die Cytochrom C-Freisetzung aus den Mitochondrien wird durch mehrere Proteine kontrolliert. Eines davon, das Bcl 2-Protein, gehört zu einer ganzen Familie mit sowohl pro- als auch antiapoptotischen Proteinen.
Cytochrom C ist zwischen innerer und äußerer Mitochondrienmembran lokalisiert. Bei entprechenden Stimuli wird es durch die Membranporen freigesetzt und aktiviert dann die Caspase-Kaskade. Das Bcl-2 Protein dichtet die Mitochondrien-Membran ab und hindert Cytochrom C daran, die Mitochondrien zu verlassen.
Atherogene Stimuli, wie TNFa, ox-LDL, H2O2 degradieren diesen Schutzfaktor Bcl-2. Die Degradation kann durch Laktacystin komplett aufgehoben werden. Laktacystin ist ein klassischer Proteasom-Komplex-Inhibitor. Der Proteasom-Komplex hat die zentrale Verantwortung für die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kB. Wie Zeiher erläuterte, besteht die Funktion des Proteasom-Komplexes darin, Proteine in Peptide zu zerlegen, indem Proteine ubiquitiniert und dann in das Proteasom eingeschleust werden. Dort wird das Protein zerlegt und die Ubiquitinanteile werden regeneriert und können den selben Kreislauf von neuem durchlaufen.
Zeiher untersuchte, ob Bcl-2 in Endothelzellen tatsächlich über diesen Mechanismus degradiert wird. Zu diesem Zweck wurden die Lysinreste mutiert, an die sich das Ubiquitin anhängt. Die Lysinmutante Bcl-2 war absolut resistent gegenüber dem Abbau nach TNFa-Stimulus. Dagegen wurde der Wildtyp Bcl-2 zu 70 –80% degradiert.
Gelingt es den Bcl-2-Level in Endothelzellen trotz proapoptotischen Stimulus zu halten, könnte dies therapeutische Konsequenzen haben. Zu den potentiell anwendbaren therapeutischen Substanzen zählte Zeiher neben den Antioxidantien zum einen Caspase-Hemmstoffe, die sich derzeit in der präklinischen Testung befinden, NO und Proteasen-Hemmstoffe, die den Abbau von Bcl-2 blockieren.
Neben Bcl-2 sind 13 weitere Vertreter dieser Protein-Familie bekannt. Die beiden wichtigsten davon sind Bax und Bad, wobei Bax im Unterschied zu Bcl-2 proapoptotisch wirkt. Solange Bax und Bcl-2 im Gleichgewicht stehen, können sie sich zum Teil gegenseitig inhibieren.
Zeiher untersuchte in vivo an Patienten apoptotische Prozesse in der Arteriosklerose. Hierbei konnte er zeigen, daß Bax, Bcl-2 und TNFa an apoptotischen Prozessen im fortgeschrittenen Plaque beteiligt sind. Bcl-2 ist im chronischen Inflammationsstadium reduziert, während Bax deutlich hochreguliert wird. Apoptotische Zellen finden sich überwiegend dort, wo immunhistochemisch eine reduzierte Bcl-2-Proteinmenge nachgewiesen wird. Diese niedrige Bcl-2 Menge weist eine sehr starke Assoziation mit einer vermehrten TNFa-Expression auf. Nach Auffassung von Zeiher deutet diese topographische Assoziation darauf hin, daß inflammatorische Zytokine nicht nur in Endothelzellen zur Apoptoseinduktion beitragen, sondern ganz speziell auch in den Zellen arteriosklerotischer Plaques.
Für Zeiher steht die Endothelzellaktivierung im Zentrum der Auslösung ischämischer Ereignisse der Arteriosklerose. Systemische Risikofaktoren aktivieren die Endothelzellen. Zu dieser Aktivierung gehört die Apoptoseinduktion als klassische Response-to-injury. Zusätzlich gibt es die lokale Aktivierung durch Entzündungszellen im Plaque, die dazu beiträgt, daß der Plaque erodiert. Letztendlich führt diese Plaquerosionen zur Thrombusbildung mit den gefürchteten Konsequenzen Ischämie und Nekrose.
