Eisenmangel beeinträchtigt Kontraktilität und Relaxation von Kardiomyozyten: Mitochondrienfunktion vermindert

Herz­insuffiziente Patienten leiden häufig unter Eisenmangel, der bei ihnen mit einer schlechten kardialen Funktion und einer höheren Mortalität einhergeht.
Doch wie der Eisenmangel auf Ebene der humanen Kardiomyo­zyten wirkt, war bislang unklar. Daher untersuchten Martijn F. Hoes vom Universitair Medisch Centrum Groningen und seine Kollegen die direkten Auswirkungen von Eisenmangel und -sättigung auf Kardiomyozyten, die aus humanen embryonalen Stammzellen abgeleitet worden waren.

Zunächst wurde durch Inkubation mit dem Eisenchelator Deferoxamin (DFO) das Eisen entfernt. Die Mitochondrienatmung bestimmten die Wissenschaftler anhand des Seohorse Mito Stresstest, und die Kontraktilität quantifizierten sie mit Videoanalysen nach der BASiC-Methode. Die Aktivität der mitochondrialen Atmungskettenkomplexe wurde unter Verwendung von spektrophotometrischen Enzym­assays untersucht.

Das Team um Hoes stellte fest, dass 4 Tage Eisenmangel zu einer 84 %-igen Abnahme von Ferritin (P<0,0001) und zu einer signifikant erhöhten Genexpression von Transferrinrezeptor 1 und divalentem Metalltransporter 1 (beide P <0,001) führten. Die Mitochondrien­funktion war in Eisen-defizienten Kardiomyozyten reduziert, insbesondere die ATP-verknüpfte Atmung und die respiratorische Reserve wurden beeinträchtigt (beide P<0,0001).

Zudem stellten die Wissenschaftler fest, dass die Eisendepletion die Funktion der Mitochondrien durch verminderte Aktivität der Eisen-Schwefel-Komplexe I, II und III, nicht aber der Komplexe IV und V beeinflusste. Durch den Eisenmangel sanken die zellulären ATP-Konzentrationen um 74 % (P<0,0001) und die Kontraktionskraft war um 43 % reduziert (P<0,05). Ferner gingen die maximalen Geschwindigkeiten sowohl während der Systole als auch der Diastole um 64 % bzw. 85 % zurück (beide P<0,001). Die ungünstigten Auswirkungen erwiesen sich als reversibel: Durch die Supplementierung von Transferrin-gebundenem Eisen wurden funktio­nelle und morphologische Anomalien innerhalb von 3 Tagen rückgängig gemacht.

Fazit
Eisenmangel wirkt sich direkt auf die Funktion der Herzmuskelzellen aus, beeinträchtigt die mitochondriale Atmung und verringert die Kontraktilität und Entspannung.

Autoren: Hoes MF et al.
Korrespondenz: Peter van der Meer; [email protected]
Studie: Iron deficiency impairs contractility of human cardiomyocytes through decreased mitochondrial function
Quelle: Eur J Heart Fail 2018;20(5):910–919.
Web: dx.doi.org/10.1002/ejhf.1154