Vasodilator actions of EDHF and anandamide

Abstract

Vasodilator responses to endothelium-derived hyperpolarizing factor (EDHF) and anandamide in isolated arteries were investigated. A combination of the potassium channel blockers charybdotoxin and apamin inhibits EDHF-mediated relaxations. Experiments in which charybdotoxin or apamin was substituted with other potassium channel inhibitors indicated that small- and intermediate-conductance calcium-activated potassium channels contribute to EDHF-mediated relaxations. The possibility that EDHF is potassium ions was also examined. Potassium ions failed to mimic the action of EDHF and no evidence was found for involvement of Na+/K+ ATPase and inwardly rectifying potassium channels in EDHF-mediated responses. In the presence of the Na+/K+ ATPase inhibitor ouabain, acetylcholine and KCl stimulated release of CGRP from sensory nerves. Relaxant responses to the endogenous cannabinoid anandamide were examined in isolated rat and guinea pig arteries. Cannabinoid receptors did not mediate anandamide-induced relaxations. Capsaicin pretreatment, the CGRP receptor antagonist CGRP 8-37 and the vanilloid receptor antagonist capsazepine inhibited anandamide-induced relaxations, indicating that vanilloid receptors on perivascular sensory nerves mediate the effects of anandamide. Anandamide also activated the cloned rat vanilloid receptor (VR1). Effects of anandamide and related vanilloid receptor ligands in guinea-pig mesenteric arteries and main bronchi were compared. Capsaicin was equally potent in the two tissues, while anandamide, resiniferatoxin and olvanil were more potent vasodilators than bronchoconstrictors. Schild plots for capsazepine yielded similar pA2 values in both tissues. Data simulations suggested that the differences in effects of the vanilloid receptor agonists might be explained by differences in agonist efficacies and receptor densities rather than by receptor heterogeneity.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Det innersta cellagret i blodkärl (endotelet) kan frisätta både kontraktila (kärlsammandragande) och relaxerande (kärlvidgande) faktorer. När receptorer på endotelet stimuleras med till exempel acetylkolin så frisätts relaxerande faktorer. Dessa faktorer verkar vara åtminstone tre till antalet och två av dessa har identifierats som kväveoxid och prostacyclin. Den tredje faktorn, som kallas för EDHF (förkortning av "Endothelium-Derived Hyperpolarizing Factor") och fortfarande är okänd, åstadkommer en relaxation i blodkärl genom att öppna kaliumkanaler, vilket leder till en hyperpolarisation. De kaliumkanaler som öppnas av EDHF har ännu inte identifierats. Effekten av EDHF blockeras fullständigt av en kombination av kaliumkanalhämmarna apamin (bigift) och charybdotoxin (skorpiongift). I råttans leverartär, en vanlig modell för att studera EDHF, har dessa gifter var och en för sig ingen effekt men när de kombineras slår de ut effekten av EDHF helt. Vår tolkning av detta är att EDHF består av två parallella signalvägar som hämmas av respektive gift. Genom att studera effekten av olika kaliumkanalhämmare i närvaro av antingen apamin eller charybdotoxin försökte vi identifiera de kanaler som EDHF aktiverar. Våra försök talar för att två typer av calcium-aktiverade kaliumkanaler, SKCa och IKCa, aktiveras av EDHF. Även om EDHF anses vara en faktor som produceras i endotelet för att sedan aktivera kaliumkanaler på de glatta muskelcellerna, kan det emellertid inte uteslutas att kaliumkanalerna sitter på endotelcellerna. Det har föreslagits att kaliumjoner som frisätts genom calcium-aktiverade kaliumkanaler på endotelcellerna stimulerar natrium/kalium-pumpen (Na+/K+ ATPas) och öppnar en typ av kaliumkanal som kallas KIR på kärlets glatta muskulatur. De frisatta kaliumjonerna skulle enligt denna hypotes vara identiskt med EDHF. När vi jämförde relaxationer medierade av EDHF och kaliumjoner så fann vi stora skillnader. Effekten av EDHF verkade vara oberoende av både Na+/K+ ATPas och KIR, medan effekten av kaliumjoner var helt beroende av Na+/K+ ATPas. I närvaro av ouabain, som är en Na+/K+ ATPas-hämmare, aktiverade både acetylkolin och kaliumjoner sensoriska nerver som frisätter CGRP (calcitonin-gene related peptide), en neuropeptid som bland annat relaxerar och hyperpolariserar blodkärl. Dessa nerver kan tömmas helt på sitt transmittorinnehåll om man behandlar dem med capsaicin (det "heta" ämnet i chilipeppar). När nerverna inaktiverats på detta sätt så försvann de kaliumjoninducerade relaxationerna som framträdde i närvaro av ouabain. EDHF-medierade relaxationer var däremot opåverkade av denna behandling. Dessa experiment visar att EDHF inte är kaliumjoner och att Na+/K+ ATPas och KIR inte bidrar till EDHF-relaxationer, men att hämning av Na+/K+ ATPas gör det möjligt för både acetylkolin och kaliumjoner att frisätta CGRP från sensoriska nerver i kärlväggen. Anandamid har föreslagits vara kroppens eget cannabis. Denna substans aktiverar samma receptorer som de aktiva substanserna i cannabis. Anandamid är en välkänd kärlrelaxerande substans. Syntetiska agonister till cannabinoidreceptorn, kunde däremot inte relaxera blodkärl och en hämmare av dessa receptorer kunde inte motverka effekten av anandamid. Istället fann vi att anandamid aktiverar vasodilaterande sensoriska nerver i kärlväggen. Aktivering av dessa nerver leder också till frisättning av neurotransmittorer från perifera nervändslut ute i vävnaderna. Då anandamid och capsaicin har vissa kemiska likheter, undersökte vi om de verkade via samma receptor. Receptorn för capsaicin har varit känd sedan länge, men man har inte känt till något kroppseget ämne som aktiverar denna receptor. Vi fann att både anandamid och capsaicin kunde aktivera samma receptor på sensoriska nerver och den klonade VR1 från råtta. Kroppens eget cannabis kan således också fungera som kroppens egen chilipeppar. Ämnen som verkar på denna receptor kan ha flera kliniska användningsområden, bland annat behandling av vissa former av kronisk smärta och av överaktiv blåsa. När vi jämförde effekten av olika substanser som stimulerar VR1 så fann vi att alla utom capsaicin var mindre potenta i bronker än i blodkärl från marsvin. Det krävdes upp till 500 gånger högre koncentrationer för att utlösa svar i bronkerna. Detta skulle kunna tyda på att olika typer av receptorer medierar effekterna i de båda vävnaderna. För att undersöka om en och samma typ av receptor skulle kunna utlösa svaren i bronker och artärer, utförde vi datasimuleringar, i vilka substansernas efficacy (förmåga att aktivera receptorn) och antalet receptorer i vävnaderna i vävnaderna fick variera. Simuleringarna visade att en typ av receptor kan vara tillräckligt för att förklara de skillnader vi observerat mellan vävnaderna.

• author: Andersson, David
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Docent Nilsson, Holger
• organization: Division of Clinical Chemistry and Pharmacology
• publishing date: 2001
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Medicinal Chemistry; Pharmacology and Toxicology
• keywords: vanilloid receptors, afferent neurons, anandamide, cannabinoids, potassium channels, hyperpolarization, vasodilation, Vascular endothelium, arteries, airways, Pharmacological sciences, pharmacognosy, pharmacy, toxicology, Farmakologi, farmakognosi, farmaci, toxikologi
• pages: 86 pages
• defense location: F-sal 3, Lund University Hospital
• defense date: 2001-05-29 13:00:00
• ISBN: 91-628-4823-2
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 9148b876-99c1-4cc6-8c21-eeb59521ea8b (old id 41632)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:02:13
• date last changed: 2018-11-21 21:02:15