Open Access

Anke Olliges

• Die Nieren von COX-2-/--Mäusen zeigen um den Tag P21 u.a. einen verminderten Quotienten aus Nierengewicht zu Körpergewicht, zu kleine Glomeruli, einen schmalen Kortex und zystische Veränderungen, sowie hyperplastische Glomeruli in rindenfernen Bereichen. Die Befunde an den Nieren von COX-1-/- und COX-2-/- Mäusen lassen vermuten, dass es sich um COX-2 abhängige Effekte handelt, die erst im postnatalen Abschnitt der Nephrogenese in Erscheinung treten. Da COX-1-/--Mäuse keine Pathologien der Nieren aufweisen und es zwischen Wildtyp-Mäusen und COX-2-/--Mäusen an den ersten Tagen bis etwa Tag P10 keine Unterschiede des Phänotypes der Nieren gibt. Nach Gabe von Indomethacin während des letzten Trimenons der Schwangerschaft wurde auch bei Menschen über eine gestörte Nierenfunktion mit Oligohydramnion sowie histologischen Veränderungen berichtet. Bisher war allerdings unklar, inwiefern die unterschiedlich klinisch eingesetzten Coxibe sich in ihrer Wirkung auf die Nierenentwicklung unterscheiden und ob sie die Nephrogenese in gleichem Maße stören können. In der vorliegenden Arbeit wurde der postnatale Abschnitt der Nephrogenese von Mäusen unter Gabe der experimentellen COX-2 Inhibitoren SC-236 und SC-791, der selektiven COX-2-Inhibitoren Celecoxib, Etoricoxib, Lumiracoxib, Rofecoxib und Valdecoxib, der klassischen NSAIDs Diclofenac und Naproxen, der experimentelle COX-1 Inhibitor SC-560 und das Celecoxib-Derivat DMC untersucht. Zunächst wurden die Tiere von Tag P1 bis Tag P21 mit den oben genannten Substanzen nach einem festen Schema behandelt, anschließend wurden die Nieren präpariert und histologisch aufgearbeitet. Als Parameter der Untersuchung der Nierenentwicklung wurde die Reduktion der Nierenquotienten, der mittleren Durchmesser der Glomeruli und der kortikalen Dicke, sowie der Anteil an Glomeruli im Rindenbereich und einer Verschiebung der Verteilung der Glomeruli, hin zu kleineren Durchmessern herangezogen. Verglichen mit der Referenzgruppe, die keine Veränderungen der Nephrogenese gezeigt hatte, zeigte sich ein Effekt auf die Morphologie der Nieren in unterschiedlichem Ausmaß, bei allen selektiven COX-2-Inhibitoren, sowie den klassischen NSAIDs. Weder SC-560, noch DMC zeigten bei dieser Studie einen Effekt auf die Nephrogenese. Des weiteren wurde in der vorliegenden Arbeit untersucht ob und an welchen postnatalen Tagen die COX-2-Expression erhöht ist. Dazu wurden an den Tagen P2, P4, P6 und P8, sowie an Tag P21 unbehandelte C57/BL6-Mäuse getötet und deren Nieren entnommen. Sowohl auf mRNA, als auch auf Proteinebene konnte an Tag P4 in den TaqMan-Analysen, bzw. an Tag P6 in den Western Blot-Analysen eine signifikant erhöhte Expression der COX-2, verglichen mit Tag P21 festgestellt werden. Daraus ergab sich nun die Frage, ob die Inhibition der COX-2 an diesen Tagen ausreicht, eine Veränderung im Sinne der oben genannten Veränderungen an der Niere zu zeigen. Dazu wurde eine Gruppe von Tieren nur von Tag P1 bis Tag P6 mit dem experimentellen COX-2-Inhibitor SC-236 behandelt und an Tag P21 mit Tieren verglichen, die entweder von Tag P1 bis Tag P21 SC-236 erhielten oder das Lösungsmittel DMSO. Die Nieren zeigten ebenfalls signifikante Unterschiede zu den Nieren aus der Referenzgruppe. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass es sich um einen Gruppeneffekt der NSAIDs auf die COX-2 abhängige Nephrogenese handelt. Des weiteren zeigte sich, dass die COX-2-Expression in den Nieren an den ersten Lebenstagen der Maus erhöht ist und die COX-2 Inhibition an diesen Tagen eine irreversible Störung der Nephrogenese nach sich zieht. Die Konsequenz aus diesen Ergebnissen sollte sein, dass NSAIDs nicht mehr in der Spätschwangerschaft, z.B. zur Tokolyse oder zur Behandlung des Polyhydramnions eingesetzt werden. Ein weiterer Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Tatsache, dass auch bei AT1-/-- und ACE-/--Mäusen über eine veränderte Morphologie der Nieren berichtet wurde. Des weiteren sind beide Systeme, COX-2 und RAAS, an der Regulation der Nierenphysiologie beteiligt und verknüpft. In der vorliegenden Arbeit wurde nun die Wirkung des ACE-Inhibitors Enalapril und des AT1-Antagonisten Telmisartan auf Parallelen zur COX-2 abhängigen Nephrogenese untersucht. Lediglich die Nierenquotienten waren bei beiden Substanzen vermindert. Es zeigten sich bei der Behandlung mit Enalapril verminderte Volumina der Glomeruli, eine verminderte kortikale Dicke und ein erhöhter Anteil von Glomeruli im Rindenbereich.
• Kidneys of COX-2-/- mice show reduced kidney to body weigth ratio, dysplasia of the outer cortex with small subcapsular glomeruli and cystic leasons and inner cortical hypertrophy of nephrons and glomeruli, whereas disruption of the COX-1 gene does not result in any renal pathologies. These findings indicate that COX-2 activity is critical for the maintenance of normal renal architecture. Renal abnormalities appear at the earliest from postnatal day P10, which suggests a role of COX-2 activity in postnatal kidney development. After treatment with NSAIDs during the 2nd and 3rd trimester of pregnancy in humans impaired renal function and altered renal morphology has been reported. In the present work we investigated postnatal nephrogenesis of mice treated with the experimental isozyme specific COX-2 inhibitors SC-236 and SC-791, the isozyme specific COX-2 inhibitors Celecoxib, Etoricoxib, Lumiracoxib, Rofecoxib and Valdecoxib already used in clinical practice, the traditional NSAIDs Diclofenac and Naproxen, as well as the experimental isozyme specific COX-1 inhibitor SC-560 and DMC, a derivate of Celecoxib, which does not show any intrinsic COX inhibition. All substances were dissolved in DMSO, which has been shown in this study not to effect neprogenesis in mice. Initially, C57/BL6 mice were treated with the substances mentioned above starting from postnatal day P1 to P21. Alterations such as the reduction of kidney to body weigth ratio, mean diameter of glomeruli and cortical thickness, as well as increased amount of outer cortical glomeruli and shift of distribution of glomeruli, to the smaller ones, have been seen in the kidneys of all mice treated with isozyme specific COX-2 inhibitors, as well as traditional NSAIDs. No alterations have been observed in kidneys treated with DMC and SC-560. These results suggest a group effect of all NSAIDs, either specific or nonspecific for COX-2 isozyme. Furthermore we investigated, whether there is any COX-2 expression in mouse kidneys during the first postnatal days. For this purpose pups were killed and kidneys prepared at postnatal day P2, P4, P6, P8 and P21. Using TagMan RT-PCR analysis, increased levels of COX-2 mRNA were detected in kidneys of mice killed at day P4 compared to kidneys of those killed at day P21. According to that finding higher levels of COX-2 protein were detected in kidneys of mice killed at day P4, P6 and P8 using Western Blot analysis. Only the value of day P6 was significantly increased. This brings up the question whether COX-2 inhibition at days with high expression results in kidney alterations. Therefore, one group of mice was treated with SC-236 starting from postnatal day P1 to P6, while a second group was treated with SC-236 from day P1 to P21. Animals of both groups were killed at postnatal day P21 and histomorpholgy of the kidneys of animals of both groups was compared to the one of animals of the same age treated with DMSO alone. Both treatment from P1 to P6 and treatment from P1 to P21 resulted in significant alterations of kidney morphogenesis compared to the reference group. Among the study groups no difference concerning to kidney to body weigth ratio, mean diameter of glomeruli and cortical thickness appeared. Consequently, it might be approprate not to use any NSAIDs during the 2nd and 3rd trimester of pregnancy, frequently done e.g. for tocolysis and treatment of polyhydramnion. Another aim of this work was to illuminate the circumstance that AT1-/- and ACE-/- mice present altered kidney morphologies too, but not the same alterations seen in COX-2-/- mice. Pathways of RAAS and COX-2 are highly interwoven in renal physiology. Therefore we investigated the impact of the ACE inhibitor Enalapril and AT1 receptor antagonist Telmisartan on nephrogenesis in mice compared to the one of COX-2 inhibitors. Only kidney to body weigth ratio was altered in both groups, while only kidneys of mice treated with Enalapril presented alterations of the other parameters of nephrogenesis. However kidneys of mice treated with Enalapril did not show as many hypertrophic glomeruli in the inner cortex compared to kidneys of animals treated with COX-2 inhibitors. Possibly deduce from a different mechanism.