Glyoxalase I knockdown induziert retinale Endothelzellschädigung unter milden hyperglykämischen Bedingungen

Hintergrund/Fragestellung: Die diabetische Retinopathie ist die häufigste mikrovaskuläre Komplikation des Diabetes und kann unbehandelt zur Erblindung führen. Hyperglykämie verstärkt die Akkumulation von advanced glycation endproducts (AGE). AGEs binden an den Rezeptor RAGE und induzieren die Expression inflammatorischer Zytokine. Dies führt zu einer Schädigung des Gefäßendothels. Der Verlust von Perizyten und die vermehrte Bildung von azellulären Kapillaren sind die frühen morphologischen Schädigungen des retinalen Kapillarsystems. Glyoxalase I baut das AGE Methylglyoxal ab. Wir untersuchten daher, wie sich der Knockdown von Glyoxalase I (GloIkd) auf die retinale Morphologie und die Expression von Wachstumsfaktoren unter normo- und hyperglykämischen Bedingungen auswirkt.

Methodik: Bei nicht-diabetischen und diabetischen Wildtyp und GloIkd Mäusen wurde nach 8 Wochen und 4,5 Monaten die Endothel- und Perizytenzellzahl, sowie die Anzahl azellulärer Kapillaren in retinalen Digestionspräparaten bestimmt. Gliale Aktivierung wurde durch immunofluoreszenz Färbung überprüft. Nach 8 Wochen wurde die retinale Expression von 24 inflammatorischen- und Wachstums-Faktoren quantitativ untersucht.

Ergebnisse: Die Endothelzellzahl in den diabetischen GloIkd Mäusen war gegenüber den nicht-diabetischen Tieren nach 4,5 Monaten reduziert (GloIkd diabetisch: 3266±134 Endothelzellen pro mm² Kapillarfläche, GloIkd nicht-diabetisch: 3519±136 Endothelzellen pro mm² Kapillarfläche). Die Anzahl der Perizyten war an beiden Zeitpunkten in allen Gruppen vergleichbar. Retinale Kapillardegeneration war sowohl in diabetischen Wildtypen, als auch in diabetischen GloIkd Mäusen an beiden Zeitpunkten nicht nachweisbar. Der gliale Marker GFAP färbte an beiden Zeitpunkten in allen Gruppen nur die Astrozyten an. Die retinale Genexpressionsanalyse zeigte eine um 46% reduzierte Expression von Glyoxalase I in den GloIkd Mäusen. Die VEGFA Expression war in diabetischen Wildtyp und diabetischen GloIkd Mäusen vermindert. Die Tie2 Expression war in diabetischen GloIkd Mäusen um 23% vermindert.

Schlussfolgerung: In normoglykämischen Mäusen beeinflusste der genetische knockdown von Glyoxalase I die retinale Morphologie nicht. Die experimentell induzierte Hyperglykämie war nicht stark genug, um nach 4,5-monatiger Diabetesdauer eine retinale Schädigung in den Wildtypen zu induzieren. Trotz milder Hyperglykämie wiesen diabetische GloIkd Mäuse eine milde retinale Endothelzellschädigung auf, die jedoch nicht zur kapillären Degeneration führte. Die verminderte Expression von Tie2lässt sich durch die reduzierte Endothelzellzahl begründen. Diese präliminären Daten deuten an, dass unter normoglykämischen Bedingungen der Glyoxalase I knockdown die retinale Morphologie nicht beeinflusst. In der diabetischen Retina könnte das Glyoxalase I System am retinalen Endothezellschaden mitbeteiligt sein.