Der molekulare Mechanismus, der dafür verantwortlich ist, dass Herzinfarkte je nach Tageszeit unterschiedlich schwer verlaufen können, wurde von Forschern der UTHealth Houston aufgedeckt. Dies könnte den Weg für innovative Behandlungsmethoden ebnen, die sich an den natürlichen Tagesrhythmus anpassen. Die Ergebnisse der Studie wurden in Nature veröffentlicht.

Wie die Tageszeit die Schwere des Herzinfarkts beeinflusst

Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Schwere der Herzschäden nach einem akuten Myokardinfarkt, also einem Herzinfarkt, je nach Tageszeit variiert, wobei Infarkte am Morgen zu schwereren Schäden und schlechteren Ergebnissen führen. Die Gründe für diese Unterschiede waren jedoch bislang unklar. „Wenn Sie morgens einen Herzinfarkt erleiden, ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass Sie tödliche Herzrhythmusstörungen oder Herzversagen erleiden und daran sterben. Die Frage, die wir uns gestellt haben, lautet: ‚Warum?’“, so Dr. med. Holger Eltzschig, PhD, leitender Autor und Vorsitzender sowie Professor der Abteilung für Anästhesiologie, Intensivmedizin und Schmerzmedizin an der McGovern Medical School der UTHealth Houston.

Die Forscher identifizierten eine Wechselwirkung zwischen zwei Proteinen, BMAL1 und HIF2A, als entscheidenden Faktor für die tageszeitlichen Unterschiede in der Schwere der Herzschädigung nach einem Herzinfarkt. BMAL1 ist ein zentrales Protein des circadianen Rhythmus, das für die Regulierung biologischer Prozesse wie Schlaf-Wach-Zyklen, Stoffwechsel und Hormonausschüttung verantwortlich ist. HIF2A hilft dem Körper, sich an Hypoxie – einen niedrigen Sauerstoffgehalt – anzupassen, indem es die Produktion roter Blutkörperchen anregt, das Wachstum neuer Blutgefäße fördert und das Überleben der Zellen unter sauerstoffarmen Bedingungen verbessert.

Herzinfarkte treten auf, wenn der Blutfluss zum Herzen blockiert ist und der Muskel aufgrund von Sauerstoffmangel zu sterben beginnt. Die Forscher entdeckten, dass diese Wechselwirkung zwischen BMAL1 und HIF2A die Reaktion der Herzzellen von Mäusen auf niedrige Sauerstoffwerte nach einem Herzinfarkt regulierte und so die Reaktion des Herzens auf die Schädigung modulierte. In der präklinischen Studie fanden die Forscher heraus, dass Herzinfarkte, die gegen 3 Uhr morgens auftraten, zu größeren Schäden am Herzen führten, darunter eine größere Infarktgröße und ein erhöhtes Risiko für Herzversagen. Herzinfarkte, die um 15 Uhr auftraten, waren weniger schwerwiegend, und das Herz konnte sich besser an den niedrigen Sauerstoffgehalt anpassen und eine effiziente Heilung fördern.

Entwicklung neuer therapeutischer Strategien

Die Forschung ergab auch, dass die Proteine BMAL1 und HIF2A auf ein bestimmtes Gen, Amphiregulin (AREG), abzielen, das eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Ausmaßes von Herzschäden im Laufe des Tages spielt. Durch die gezielte Beeinflussung des BMAL1- und HIF2A-AREG-Signalwegs mit Medikamenten konnten die Forscher einen signifikanten Schutz für das Herz erzielen, insbesondere wenn die Behandlung zeitlich auf die circadiane Phase des Körpers abgestimmt war. Laut Eltzschig müssen zukünftige klinische Studien untersuchen, ob die Abstimmung der Behandlung auf die innere Uhr des Körpers die Ergebnisse für die Patienten verbessern kann. „Diese Entdeckung eröffnet neue Wege für die Behandlung von Herzinfarkten, indem der Zeitpunkt der Medikamentengabe berücksichtigt wird“, sagte Eltzschig, der John P. und Kathrine G. McGovern Distinguished University Chair an der McGovern Medical School ist.

„Unsere Ergebnisse unterstreichen das Potenzial, gezielte Medikamente gegen diese Proteine einzusetzen, um die Schwere von Herzinfarkten zu verringern, wenn sie zu bestimmten Zeitpunkten verabreicht werden. In ähnlicher Weise könnten Patienten, die sich einer Herzoperation unterziehen, von solchen Medikamenten profitieren, wie beispielsweise dem Hypoxie-induzierbaren Faktoraktivator Vadadustat, wenn dieser vor der Operation verabreicht wird.“ Zum Forschungsteam gehörten Kuang-Lei Tsai, PhD, Assistenzprofessor, und Tao Li, PhD, Postdoktorand und Co-Erstautor, vom Department of Biochemistry and Molecular Biology der McGovern Medical School. Mithilfe hochauflösender Kryo-Elektronenmikroskopie konnten sie die detaillierten strukturellen Wechselwirkungen zwischen BMAL1 und HIF2A aufklären, um die zukünftige Entwicklung von Medikamenten zu unterstützen, die auf den BMAL1-HIF2A-Komplex abzielen. Diese Arbeit lieferte den ersten direkten molekularen Nachweis ihrer Komplexbildung und lieferte wichtige Erkenntnisse, die die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien leiten könnten, so Eltzschig.