Histidin-induzierte Schädigung von Hepatozyten und Leberendothelzellen

Die Aminosäure Histidin ist ein exzellenter Puffer und wird deshalb in verschiedenen Organprotektionslösungen, u.a. in der Histidin-Tryptophan-Ketoglutarat (HTK)-Lösung, eingesetzt. Hohe Histidin-Konzentrationen, wie in diesen Lösungen verwendet, zeigen jedoch, insbesondere bei (akzidenteller) Erwärmung, eine erhebliche Toxizität. Aus diesem Grund – und da auch der in anderen Lösungen eingesetzte Phosphatpuffer eine nicht unerhebliche Toxizität aufweist – haben wir uns den Mechanismus der Histidin-induzierten Zellschädigung angesehen und nach Möglichkeiten gesucht, die gute Pufferkapazität des Histidins unter Vermeidung seiner Toxizität zu nutzen. Kultivierte Rattenhepatozyten zeigten bei warmer aerober Inkubation in HTK-Lösung oder in mit 198 mM L-Histidin supplementiertem Krebs-Henseleit (KH)-Puffer (isoosmolar; NaCl- Konzentration entsprechend vermindert) bereits nach 4h eine beträchtliche Zellschädigung (LDH-Freisetzung: 85±11 bzw. 92±3%). Diese Schädigung, die sich auch in entsprechend verminderter metabolischer Kapazität (Alamar Blue-Test) widerspiegelte, war von einer Lipidperoxidation begleitet und konnte durch Hypoxie, durch die Antioxidantien Trolox, BTH und N-Acetylcystein sowie durch die Eisenchelatoren 2,2'-Dipyridyl, 1,10-Phenanthrolin, LK 614, LK 616 und Deferoxamin stark bis komplett gehemmt werden (z.B.: nach 4h in KH mit 198 mM L-Histidin von 92±3% ohne Chelator auf 13±2% mit 100µM 1,10-Phenanthrolin). Auch bei Leberendothelzellen führte Histidin zu einer Zellschädigung, die ebenfalls durch Eisenchelatoren gehemmt werden konnte (nach 7h in KH mit 198 mM L-Histidin: LDH-Freisetzung 56±23% ohne, 12±3% mit 100µM 2,2'-Dipyridyl). Damit scheint die Histidin-Toxizität über eine eisenabhängige Bildung reaktiver Sauerstoffspezies vermittelt zu werden. Die Histidinderivate D-Histidin, Imidazol und L-Histidin-Methylester lösten ebenfalls eine erhebliche Zellschädigung aus, während die N-substituierten Derivate N-Acetyl-L-Histidin und tert-Butyloxycarbonyl-Histidin sowie histidinhaltige Dipeptide kaum Toxizität aufwiesen (z.B. LDH-Freisetzung kultivierter Hepatozyten nach 4h in KH mit 198 mM N-Acetyl-L-Histidin: 19±11%). Aufgrund der dargestellten Befunde schlagen wir vor, in zukünftigen Entwicklungen histidingepufferte Organprotektionslösungen mit membranpermeablen Eisenchelatoren zu ergänzen und/oder Histidin in diesen Lösungen durch N-substituierte Histidinderivate wie N-Acetyl-L-Histidin zu ersetzen.

Histidin - Histidinderivate - N-Acetylhistidin - Organprotektion - chelatisierbares Eisen - redox-aktives Eisen