Medikament gegen die lungenschädigende Wirkung von Zigarettenrauch und Luftverschmutzung im Blick

9. Juni 2020

Pressemitteilung des Forschungscampus Mittelhessen

Sie wird vor allem durch Zigarettenrauch und Luftverschmutzung verursacht und zählt zu den häufigsten Todesursachen weltweit: die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD). Betroffene Patientinnen und Patienten sind chronisch krank, physisch stark eingeschränkt und haben eine deutlich reduzierte Lebenserwartung. Bisher existiert keine Therapie, die das Voranschreiten dieser lebensbedrohlichen Erkrankung aufhalten oder die Zerstörung der Lunge gar rückgängig machen könnte. Hochreaktive Moleküle, sogenannte Sauerstoffradikale, stehen seit längerem in Verdacht, eine wesentliche Rolle bei der Zerstörung des Lungengewebes („Lungenemphysem“) in der COPD zu spielen. Jedoch ist es bisher nicht gelungen, ihre Quelle zu identfizieren und ihre Entstehung zu blockieren. Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Norbert Weißmann am Exzellenzcluster Cardio-Pulmonales Institut (CPI) der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) hat in früheren Studien bereits nachweisen können, dass ein Molekül die Erkrankung bedingt, welches aus der Reaktion von Stickstoffmonoxid mit Sauerstoffradikalen entsteht. Nun hat das Forscherteam auch die zelluläre Quelle der Sauerstoffradikale ergründet. Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Metabolism“ veröffentlicht.

In ihrer aktuellen Untersuchung konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen, dass ein zelluläres Sauerstoffradikal-produzierendes Enzym – eine sogenannte NADPH-Oxidase mit der Untereinheit NoxO1 – der wesentliche Produzent der krankmachenden Sauerstoffradikale ist. „Dieses Enzym treibt die Entwicklung von Emphysem und Lungenhochdruck an“, so Prof. Weißmann, Inhaber der Professur für „Molecular Mechanisms of Emphysema, Hypoxia and Lung Aging“ an der JLU. Dieses Enzym wird während der Krankheitsentstehung vermehrt gebildet. Unterdrückt man dessen Bildung, wird die Entstehung des Lungenemphysems und des Lungenhochdrucks im Modell verhindert. „Eine gleichartige Regulation der NADPH-Oxidase tritt auch beim Menschen mit COPD auf“, erläutert Prof. Weißmann. „Da unsere zellulären Untersuchungen an menschlichem Gewebe belegen, dass hier identische biochemische Prozesse in der Krankheitsentstehung ablaufen, könnte NoxO1 eine neue therapeutische Zielstruktur zur Behandlung des Lungenemphysems sein.“

Prof. Weißmann, in dessen Arbeitsgruppe die Untersuchungen in einer internationalen Kooperation durchgeführt wurden, leitet den Sonderforschungsbereich 1213 „Pulmonale Hypertonie und Cor pulmonale“. Außerdem ist er Mitglied im Leitungsgremium des Exzellenzclusters CPI, einem Forschungsverbund der JLU, der Goethe-Universität Frankfurt und des Max-Planck-Instituts für Herz-und Lungenforschung in Bad Nauheim. Es hat das Ziel, Konzepte zur Behandlung von Herz-Lungenerkrankungen zu entwickeln. Der Sonderforschungsbereich, an dem auch das Max-Planck-Institut und der Campus Kerckhoff der Justus-Liebig-Universität Gießen und ihres Fachbereichs Medizin in Bad Nauheim sowie die Philipps-Universität Marburg beteiligt sind, ergründet die pathogenetischen Mechanismen des Lungenhochdrucks und Rechtsherzversagens. Das CPI sowie der Sonderforschungsbereich werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD)

Zigarettenrauchen und die zunehmende Luftverschmutzung weltweit, insbesondere jedoch in aufstrebenden Industrienationen, sind die Hauptursachen der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD), deren Häufigkeit stetig zunimmt. Die WHO rechnet damit, dass COPD im Jahr 2030 den dritten Rang in der weltweiten Mortalitätsstatistik einnehmen wird.

Betroffene Patientinnen und Patienten sind im Endstadium der Erkrankung physisch stark eingeschränkt, ihre körperliche Leistungsfähigkeit ist deutlich reduziert. Bereits geringe Belastungen sind mit Atemnot und rascher Erschöpfung verbunden, nicht selten ist eine zeitweilige bis permanente Sauerstofftherapie notwendig. In den Atemwegen bilden sich vermehrt Schleimsekrete; die Sauerstoffversorgung des Körpers im Endstadium der Erkrankung stark eingeschränkt. Diese Erkrankung ist bisher jedoch weder in ihrem Voranschreiten aufzuhalten, noch ist eine Heilung möglich. Daher beruht die derzeitige Therapie nur auf Symptom-lindernden Maßnahmen.

Das Krankheitsbild umfasst verschiedene Ausprägungen: die chronische Bronchitis und das Lungenemphysem. Während bei der chronischen Bronchitis vor allem die größeren Atemwege betroffen sind, kommt es beim Lungenemphysem zu einer kompletten Zerstörung der Mikrostruktur der Lunge – mit Auflösung der Lungenbläschen und der kleinen Blutgefäße der Lunge.

• Publikation

Seimetz, M., Sommer, N., Bednorz, M. et al.: NADPH oxidase subunit NOXO1 is a target for emphysema treatment in COPD. Nature Metabolism (2020), DOI: 10.1038/s42255-020-0215-8
https://doi.org/10.1038/s42255-020-0215-8

• Kontakt

Prof. Dr. Norbert Weißmann
Sprecher des SFB 1213
Exzellenzcluster Cardio-Pulmonales Institut (CPI)
Justus-Liebig-Universität Gießen
Telefon: 0641 99-42414


Der Forschungscampus Mittelhessen (FCMH) ist eine hochschulübergreifende Einrichtung nach §47 des Hessischen Hochschulgesetzes der Justus-Liebig-Universität Gießen, der Philipps-Universität Marburg und der Technischen Hochschule Mittelhessen zur Stärkung der regionalen Verbundbildung in der Forschung, Nachwuchsförderung und Forschungsinfrastruktur.

Das verbesserte Verständnis des Herz-Lungensystems und die Bekämpfung weitverbreiteter Lungen- und Herzkrankheiten unter Einbezug von systemmedizinischen und medizininformatischen Ansätzen sowie künstlicher Intelligenz sind die zentralen Ziele der gemeinsamen Forschungsaktivitäten der Forschenden im Campus-Schwerpunkt „Lungen- und Herzmedizin“.

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