De endothelinen

In 1988 werd door Yanagisawa et al. een peptide geïsoleerd uit de supernatant van een kweek van endotheelcellen, afkomstig van de aorta van het varken. Dit eiwit, bestaande uit 21 aminozuren, bleek een sterk vaatvernauwende werking te hebben; het werd door hen endotheline (ET) genoemd.1 In de volgende jaren bleken de endothelinen van grote betekenis te zijn op verschillende terreinen van de geneeskunde.

Samenstelling, werking en metabolisme

Er is een familie van 3 structureel nauw aan elkaar verwante peptiden: endotheline-1 (ET-1), endotheline-2 (ET-2) en endotheline-3 (ET-3). De 3 endothelinen zijn de krachtigste vaatvernauwende peptiden die tot op heden bekend zijn. Ze behoren niet tot de bekende eiwitfamilies en bezitten een aminozuurvolgorde waarin onder andere 4 cystinemoleculen zijn opgenomen die onderling zijn verbonden door 2 disulfidebruggen.

In 1989 zijn door Inoue et al. in het menselijk genoom 3 verschillende genen aangetoond die coderen voor ET, waarbij het gen voor ET-1 naar alle waarschijnlijkheid gelokaliseerd is op chromosoom 6.2 Endotheline wordt gevormd uit een prepro-endotheline, bestaande uit 212 aminozuren, dat gecodeerd wordt door een prepro-endothelineboodschapper-RNA.3 Door afsplitsing van eindstandige gedeelten van het molecuul wordt een peptide gevormd dat bij de mens uit 38 aminozuren bestaat. Dit peptide wordt ‘big endotheline’ genoemd. Door verdere splitsing, onder invloed van proteïnasen, ontstaan uiteindelijk de endothelinen, die elk bestaan uit 21 aminozuren, maar onderling iets verschillen wat betreft de volgorde van de aminozuren.

De buitengewoon krachtige vaatvernauwende werking van ET wordt zowel in arteriën en venen als in lymfevaten gezien. Aanvankelijk meende men dat de werking van ET berust op een directe stimulatie van calcium-ionenkanalen.1 Dit is waarschijnlijk onjuist: er bestaan duidelijke verschillen tussen de calciumkanalen en de receptoren voor de endothelinen.45

Een krachtig werkende stof als ET vereist een nauwkeurige regulatie van aanmaak en afbraak. Aangezien de 3 endothelinen vrij in de bloedbaan circuleren, lijkt onder fysiologische omstandigheden een basale secretie van de peptiden aannemelijk. De concentratie van de endothelinen in het bloed is echter lager dan de concentratie die nodig is om een vasoconstrictie te veroorzaken. Waarschijnlijk is de lokale concentratie in de vaatwand de belangrijkste factor voor vaatcontracties.

Een toename van de synthese van ET-1 vindt plaats onder invloed van een aantal factoren, waaronder trombine, interleukine, adrenaline, angiotensine II en hypoxie.16 Er blijkt een aanzienlijke tijd te verlopen tussen de stimulatie en het vrijkomen van ET-1. Cyclische rek van de endotheelcellen en toename van de stroomsnelheid in het kweekmedium doen de secretie van ET-1 uit het kweekmedium toenemen.78

De afbraak van de endothelinen vindt onder meer plaats onder invloed van neutrale endopeptidasen (het enkefalinase) en proteïnasen.910 Daarnaast speelt de passage door de longcirculatie een belangrijke rol bij de afbraak van ET.11 Tot op heden is niet aangetoond dat ET ergens in het lichaam wordt opgeslagen. Dit betekent dat naar alle waarschijnlijkheid de secretie van endotheline afhankelijk is van directe vorming ter plaatse en niet van uitscheiding uit opslagplaatsen.

Sinds de ontdekking van de endothelinen zijn honderden publikaties aan deze fascinerende stoffen gewijd. Meestal betreffen deze publikaties ET-1; van ET-2 weet men niet veel meer dan dat het waarschijnlijk in de nieren wordt gemaakt, terwijl ET-3 vooral een functie lijkt te hebben in het centrale zenuwstelsel. Men dient zich te realiseren dat de bepaling van de endothelineconcentratie niet eenvoudig is. Zo blijkt de normaalwaarde van het ene laboratorium soms wel een factor 70 te verschillen van die van het andere.12

Invloed op organen

Vaatwand

Tot enige jaren geleden zag men de endotheelcellen uitsluitend als een passieve semipermeabele membraan, die slechts diende als scheidingswand tussen het bloed en subendotheliale weefsels. Geleidelijk is echter het besef gegroeid dat het vaatendotheel fungeert als een endocrien orgaan waarin talrijke stoffen worden aangemaakt, opgeslagen en afgescheiden die van grote betekenis zijn voor vaattonus, hemostase, fibrinolyse, adhesie en aggregatie van trombocyten, enzovoort.

De tonus van de vaatwand blijkt de resultante te zijn van een zeer subtiel evenwicht, waarbij vaatverwijdende stoffen en produkten met een vaatvernauwende werking elkaar nauw in evenwicht houden. Tot de vaatverwijdende stoffen behoren onder meer ‘endothelium-derived relaxing factor’ (EDRF), atrium-natriuretisch peptide (ANP) en prostacycline. Zoals reeds werd vermeld zijn de endothelinen zeer krachtige vaatvernauwende stoffen. Opvallend is echter dat deze vaatvernauwende werking direct weer wordt tegengewerkt: een toename van de concentratie van de endothelinen in het bloed leidt onmiddellijk tot een vergroting van de produktie van de reeds genoemde vaatverwijders. Zo zijn er aanwijzingen dat ET-1 direct EDRF vrijmaakt uit de vaatwand. Dit vindt plaats bij concentraties die lager zijn dan voor vasoconstrictie noodzakelijk is.

Hart

Bij proefdieren zijn bindingsplaatsen voor ET-1 aangetoond in de hartspier en de coronairvaten en er zijn hoge concentraties gevonden in het gebied van de atrioventriculaire knoop. Endotheline heeft een positieve inotrope en chronotrope werking op het hart.13 Deze werking berust op een directe invloed van het peptide op de cellen van de hartspier en ze is dosisafhankelijk. Ook blijkt ET, direct ingespoten in de coronairarteriën bij ratten, ritmestoornissen te kunnen veroorzaken, soms met dodelijke afloop.14

Veel dierexperimenteel onderzoek is verricht naar de gevolgen van de toediening van ET in de kransslagaderen. In verschillende experimenten bleek dat het peptide een bifasische reactie van deze vaten oproept: bij lage doseringen wordt een vaatverwijding gezien en een toename van het hartminuutvolume, maar bij stijgende doseringen daalt het hartminuutvolume ten gevolge van een ernstige en progressieve constrictie van de coronairvaten.15 De vernauwing van de coronairvaten na inspuiting van ET-1 bleek op te kunnen lopen tot 74 van de oorspronkelijke lumenwijdte. Dit ging gepaard met een aanzienlijke afneming van de doorstroming van de kransslagaderen en met ernstige ischemische veranderingen op het ECG.16

Luchtwegen

De endothelinen zijn niet alleen afkomstig uit de cellen van het endotheel, maar blijken ook te worden geproduceerd door epitheelcellen van de luchtwegen.17 Specifieke receptoren voor ET worden aangetroffen in het gladde spierweefsel van longen en trachea.18 De endothelinen werken kennelijk niet alleen vernauwend op de bloedvaten, maar veroorzaken ook, zowel bij het proefdier als bij de mens, een zeer krachtige vernauwing van de bronchi.

Onlangs werden bij een patiënte met astma zeer hoge concentraties ET aangetoond in het spoelvocht, verkregen door middel van bronchuslavage tijdens een astma-aanval.19 Ook in bronchusbiopten van patiënten met astma of met een atopisch syndroom werden significant hogere concentraties ET-1 gevonden dan bij gezonde personen.20 Er lijken dus sterke aanwijzingen te bestaan dat endothelinen een belangrijke rol vervullen in de fysiologie en pathofysiologie van zowel ventilatie als perfusie van de luchtwegen.

Nieren

De endothelinen worden aangemaakt en gesecerneerd door niercellen.21 Bij proefdieren zijn specifieke receptoren gevonden in de nierglomeruli.22 De toediening van de 3 endothelinen veroorzaakt een sterke vernauwing van de pre- en postglomerulaire microvasculatuur. Na inspuiting van lage doseringen ET direct in de A. renalis bij honden wordt een bifasische reactie van de renale doorbloeding gezien: in eerste instantie een voorbijgaande toename, die echter gevolgd wordt door een langdurige afneming van de renale doorbloeding.23 Dit gaat gepaard met een vermindering van de uitscheiding van natrium in de urine. Worden hogere doseringen ET gegeven, dan blijkt ook de glomerulaire filtratiesnelheid (GFR) af te nemen, waarschijnlijk als gevolg van de toegenomen vaatweerstand. Het is opvallend dat de toediening van ET tevens een aanzienlijke stijging van prostacyclinesecretie in de nieren ten gevolge heeft.24 De vaatverwijding en toename van de natriurese die hierdoor optreden, doen het primaire effect van ET weer grotendeels teniet.

Op molaire basis is de vernauwende werking van ET op de niervaten ruim 5 maal zo sterk als die van angiotensine II (dat tot nu toe gold als de krachtigste vasoconstrictor).

Rol bij bepaalde ziekteprocessen

Hypertensie

Intraveneus toegediend endotheline heeft bij proefdieren een bifasische reactie van de bloeddruk ten gevolge: allereerst een kortdurende daling, gevolgd door een significante stijging van de bloeddruk.25 Langdurige parenterale toediening van ET veroorzaakt bij ratten een hypertensie zonder tekenen van water- of zoutretentie.26

Endotheline blijkt zowel in vivo als in vitro de synthese van renine te verminderen. Dit effect is dosisafhankelijk. Volgens sommige onderzoekers neemt de aldosteronsecretie na toediening van ET toe, terwijl anderen juist een vermindering van de aldosteronproduktie vonden na injectie van ET.27

Bij patiënten met een ernstige of milde essentiële hypertensie werd een verhoging gevonden van de concentraties in het bloed van ET-1 en van big endotheline.28 Zeer interessant is de beschrijving van 2 patiënten met een maligne hemangio-endothelioom die zeer hoge ET-1-spiegels in bloed en tumorweefsel bleken te hebben. Na verwijdering van de tumor daalde bij beide patiënten de concentratie ET-1 in het bloed, waarbij tegelijkertijd ook de bloeddruk normaal werd.29

Bij zwangere vrouwen met een normale bloeddruk worden door de meeste onderzoekers lage tot normale concentraties ET in het bloed gevonden.30-32 Bij vrouwen met een verhoogde bloeddruk ten gevolge van de zwangerschap wordt daarentegen een sterk verhoogde ET-1-concentratie in het bloed gevonden, in vergelijking met zwangere en niet-zwangere vrouwen met een normale bloeddruk. Na de bevalling daalt de ET-1-concentratie weer tot normale waarden.30 In het bloed van vrouwen met een preëclampsie zijn de concentraties ET sterk verhoogd.3132 Ook bij hen worden deze waarden binnen 48 h na de partus weer normaal.

Atherosclerose

De oorzaak van atherosclerose is nog onvoldoende opgehelderd. Zeker is dat voor de pathogenese de migratie van monocyten door de endotheelcellen naar het subendotheliale weefsel en hun lokale transformatie in macrofagen van fundamentele betekenis is. Inmiddels is aangetoond dat endothelinen aangemaakt kunnen worden door macrofagen. Dit zou erop kunnen wijzen dat de endothelinen een directe rol spelen bij het ontstaan van atherosclerose. Daarnaast zijn er aanwijzingen dat ET-1 ook een mitogenetische stof is. Op deze wijze zouden de endothelinen een rol kunnen spelen bij het ontstaan van vaatziekten, bij perivasculaire wondgenezing, bij atherosclerose en bij de vormen van hypertensie die gepaard gaan met proliferatie van glad spierweefsel.

Recentelijk zijn bij patiënten met een symptomatische atherosclerose concentraties ET in het plasma gevonden die hoog zijn in vergelijking met die bij een gezonde controlegroep.33 Dit bewijst echter nog niet dat ET direct betrokken is bij het ziekteproces van atherosclerose. Het is immers denkbaar dat de hoge spiegels van ET in het bloed bij atherosclerose het gevolg zijn van het vrijkomen van ET uit beschadigde endotheelcellen.33

Syndroom van Raynaud

Bij gezonde proefpersonen neemt de concentratie van ET-1 in het bloed toe na blootstelling aan koude.34 Daarnaast werd aangetoond dat onder basale omstandigheden de concentratie ET-1 in het bloed bij gezonde personen statistisch significant lager is dan bij patiënten met het syndroom van Raynaud, terwijl bij blootstelling aan koude de concentratie ET-1 bij de patiënten met het syndroom van Raynaud meer steeg dan bij de controlegroep. Wellicht vormt de verhoogde concentratie in het bloed van ET-1, basaal en na stimulatie, een verklaring voor de langdurige vasospasmen die bij patiënten met dit ziektebeeld worden gezien.35

Hartaandoeningen

Bij patiënten met bewezen variant-angina pectoris is een verhoogde ET-concentratie aangetoond in de sinus coronarius en in het veneuze bloed.36

Bij de mens zijn zeer hoge ET-spiegels in het bloed gevonden in de eerste uren na een acuut myocardinfarct.37 Dit zou een aanwijzing kunnen zijn dat de endothelinen bij de mens belangrijke modulatoren zijn van de tonus van de coronairvaten bij een acuut infarct. Wellicht heeft de vasoconstrictie die door de endothelinen wordt veroorzaakt ten doel de doorbloeding van het geïnfarceerde hartgedeelte te verminderen, waardoor de kans op ritmestoornissen tijdens reperfusie kleiner wordt.

Shock

Bij proefdieren is aangetoond dat de toediening van endotoxinen een stijging van de concentratie van ET-1 in het bloed veroorzaakt.38 Of dit een gevolg is van een directe stimulatie door de endotoxinen dan wel veroorzaakt wordt door beschadiging van het endotheel is nog niet duidelijk. De verhoging van de concentratie ET-1 in het bloed gaat samen met een toegenomen weerstand in het vaatbed van de milt en de nieren. Wellicht helpt ET-1 op deze wijze bij het handhaven van de bloeddruk bij shock veroorzaakt door endotoxinen. De hoge concentratie ET kan echter ook nadelige gevolgen hebben: ze kan de oorzaak zijn van de orgaanlaesies die gezien worden als gevolg van vasoconstrictie bij septische shock.

Nieraandoeningen

– Acute nierinsufficiëntie. Bij patiënten met een acute nierinsufficiëntie worden zeer hoge concentraties ET in het plasma aangetroffen. Na herstel van de nierfunctie wordt de ET-concentratie weer normaal.39 Het is echter nog niet duidelijk of de hoge ET-spiegels in het bloed de oorzaak van een acute nierinsufficiëntie zijn (via een toegenomen synthese) dan wel een gevolg zijn van het nierfalen, waardoor de klaring van deze peptiden is afgenomen.

– Chronische nierinsufficiëntie. Bij patiënten met een chronische nierinsufficiëntie worden in vergelijking met een controlegroep zowel verlaagde en normale als verhoogde concentraties ET in het bloed gevonden. Een behandeling met hemodialyse of peritoneale dialyse leidt bij alle patiënten tot een sterke verhoging van de ET-concentraties in het bloed.40

Conclusie

De recentelijk ontdekte endothelinen zijn peptiden met een zeer krachtige vaatvernauwende werking. De eigenschappen van de endothelinen maken het noodzakelijk onze inzichten in de fysiologie en pathofysiologie van een aantal organen en orgaansystemen bij te stellen en te herzien.