Wechselwirkungen zwischen Fettgewebe und sympathischen Neuronen tragen zu Herzrhythmusstörungen bei

Eine kürzlich in der Fachzeitschrift Cell Reports Medicine veröffentlichte Studie fand einen Zusammenhang zwischen der Häufigkeit von Apnoe-Ereignissen während des REM-Schlafs (Rapid Eye Movement) und dem Grad der Beeinträchtigung des verbalen Gedächtnisses bei älteren Erwachsenen mit Alzheimer-Risiko. Das verbale Gedächtnis bezeichnet die kognitive Fähigkeit, mündlich oder schriftlich präsentierte Informationen zu behalten und abzurufen und ist besonders anfällig für Alzheimer.

Eine von chinesischen Wissenschaftlern durchgeführte Studie untersuchte die unabhängigen Zusammenhänge zwischen epikardialem Fettgewebe und dem sympathischen Nervensystem bei Herzrhythmusstörungen. Hierzu wurden Adipozyten, Kardiomyozyten und sympathische Neuronen in vitro kultiviert. Sie fanden heraus, dass die Achse zwischen Fettgewebe und Nervensystem eine wichtige Rolle bei der Arrhythmogenese spielt.

Störungen in der Bildung und Weiterleitung elektrischer Impulse aufgrund elektrischer oder struktureller Anomalien des Herzens können zu Herzrhythmusstörungen führen. Diese Anomalien können entweder genetisch bedingt sein oder mit einer erworbenen Herzerkrankung zusammenhängen. Untersuchungen haben gezeigt, dass sympathische Neuronen eine bedeutende Rolle bei der Entstehung von Herzrhythmusstörungen spielen. Die Aktivierung abnormaler elektrischer Schaltkreise und Störungen der ventrikulären Repolarisation aufgrund einer unangemessenen Stimulation des sympathischen Nervensystems werden mit Kammerflimmern und Tachykardie, Vorhofflimmern und sogar Herztod in Verbindung gebracht.

Neuere Studien haben zudem gezeigt, dass epikardiales Fettgewebe eng mit dem Auftreten von Vorhofflimmern, Kammerflimmern und ventrikulärer Tachykardie assoziiert ist. Da epikardiales Fettgewebe zudem gewebelos an das Myokard angrenzt, können inflammatorische Zytokine und Adipokine, die vom epikardialen Fettgewebe sezerniert werden, die elektrische und kardiale Struktur verändern. Ob epikardiales Fettgewebe und sympathische Neuronen interagieren und wie sich ihre Interaktion auf die Arrhythmogenese auswirkt, ist jedoch noch unklar.

Über die Studie: In der vorliegenden Studie überwanden die Wissenschaftler die Einschränkungen, die sich aus dem Mangel an geeigneten menschlichen Krankheitsmodellen und der Schwierigkeit ergaben, ausreichende Mengen an Herz-, Nerven- und Fettgewebe zu erhalten und zu vermehren, indem sie Kardiomyozyten, Adipozyten und sympathische Neuronen in vitro aus Stammzellen erzeugten und Co-Kulturmodelle erstellten, um die Wechselwirkungen zwischen epikardialem Fettgewebe und sympathischen Neuronen und ihre Auswirkungen auf Kardiomyozyten zu untersuchen.

Plasmaproben wurden aus der peripheren Vene und dem Koronarsinus von 53 Teilnehmern gewonnen, darunter gesunde Kontrollpersonen und Patienten mit paroxysmalem oder permanentem Vorhofflimmern. Epikardiales Fettgewebe wurde außerdem von Patienten mit permanentem Vorhofflimmern gewonnen, die sich einer Operation am offenen Herzen unterzogen hatten.

Humane pluripotente Stammzellen und induzierte pluripotente Stammzellen, die aus adipogenen Stammzellen, humanen embryonalen Stammzellen und embryonalen Fibroblasten gewonnen wurden, wurden zur Etablierung von Zelllinien und Kulturen verwendet. Eine sequentielle Induktionsstrategie wurde zur Gewinnung sympathischer Neuronen eingesetzt, wobei neuronale Zellen aus humanen pluripotenten Stammzellen gewonnen und anschließend in Differenzierungsmedium kultiviert wurden.

Adipogene Stammzellen wurden in Adipozytendifferenzierungsmedium kultiviert, um die Adipozytendifferenzierung durchzuführen und epikardiales Fettgewebe zu erzeugen. Mittels quantitativer Reverse-Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (qRT-PCR) wurde die Expression weißer, brauner und beiger Fettgewebemarker gemessen. Mittels zweidimensionaler Monolayer-Differenzierungstechnik wurden Kardiomyozyten aus humanen pluripotenten Stammzellen erzeugt.

Ergebnisse: Die Ergebnisse zeigten, dass Kardiomyozyten, die mit epikardialem Fettgewebe und sympathischen Neuronen, jedoch nicht mit einem von beiden, kultiviert wurden, signifikante elektrische Anomalien, einen arrhythmischen Phänotyp und eine beeinträchtigte Calciumionen-Signalgebung (Ca2+) aufwiesen.

Darüber hinaus zeigte die Studie, dass vom epikardialen Fettgewebe sezerniertes Leptin die Freisetzung von Neuropeptid Y durch sympathische Neuronen aktivieren kann. Dieses Neuropeptid bindet an den Y1-Rezeptor auf Kardiomyozyten und verursacht Herzrhythmusstörungen, indem es die Aktivität der Calcium/Calmodulin-abhängigen Proteinkinase II (CaMKII) und des Natrium(Na2+)/Calcium(Ca2+)-Austauschers beeinflusst.

Schlussfolgerung: Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Interaktionen zwischen epikardialem Fettgewebe und sympathischen Neuronen zu einem arrhythmischen Phänotyp in Kardiomyozyten führen. Die Studie zeigte, dass dieser Phänotyp durch die Stimulation sympathischer Neuronen durch von Adipozyten sezerniertes Leptin verursacht wird, was zur Freisetzung von Neuropeptid Y führt. Dieses Neuropeptid bindet an den Y1-Rezeptor und beeinflusst die Aktivität von CaMKII und des Na2+/Ca2+-Austauschers, was zu Herzrhythmusstörungen führt.