Isoprostane

F₂-IsoP; iP; isoP

isoprostanes

Isoprostane sind Isomere der Prostaglandine, die in vivo in den Lipidmembranen aus mehrfach ungesättigten Fettsäuren, hauptsächlich Arachidonsäure, durch eine nicht enzymatische, d. h. Cyclooxygenase-unabhängige, Reaktion mit freien Radikalen und Sauerstoff entstehen, durch Phospholipasen in die Zirkulation freigesetzt werden und in Plasma und Urin derzeit als Kenngröße für oxidativen Stress (Stress, oxidativer) gelten.

Die nicht enzymatische Bildung von 5-series-F₂-Isoprostan aus Arachidonsäure, Radikalen (•) und Sauerstoff (nach einer Zeichnung in Milne et al. 2014; Ausschnitt) ist nachfolgend dargestellt:

Isoprostane sind eine große Gruppe strukturell ähnlicher Verbindungen, die sich bezüglich der am Cyclopentanring gebundenen Fettsäuren und/oder bezüglich der funktionellen Gruppen am Cyclopentanring unterscheiden. Allein für Prostaglandin F₂ (F: zwei Hydroxylgruppen am Cyclopentanring, 2: zwei Doppelbindungen) sind derzeit 64 Isoprostane bekannt (F₂-IsoP), die sich aus 4 Regioisomerengruppen mit jeweils 8 Diastereomerenpaaren ergeben. Ähnliches gilt z. B. für die zu Prostaglandin D₂ und Prostaglandin E₂ gehörenden isomeren D₂- und E₂-Isoprostane, wobei sich Prostaglandin D₂ und E₂ voneinander durch die Stellung der Keto- und Hydroxylgruppe (keine zweite Hydroxylgruppe wie bei F) am Cyclopentanring unterscheiden. Bezieht man die über einen zweiten Oxidationsweg gebildeten Isofurane ein, liegen insgesamt 8 Regioisomerengruppen mit 16 racemischen Diastereomeren (32 Substanzen), also insgesamt 256 verschiedene und strukturell ähnliche Verbindungen vor. Die Verwendung von 3 unterschiedlichen Nomenklaturen zur Bezeichnung der Isoprostane erleichtert nicht unbedingt Arbeit und Studium mit dieser Analytgruppe.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen isomeren Prostaglandin-/Isoprostan-Molekülen ist die Stellung der beiden Seitenketten (Fettsäuren) im Molekül. Sie stehen im Prostaglandinmolekül gewöhnlich in trans-Stellung (entgegengesetzt) und im isomeren Isoprostanmolekül in cis-Stellung (gleichgerichtet) zueinander.

Derzeit wird den F₂-Isoprostanen (F₂-IsoP) und hier den 5- und 15-series-Regioisomeren (Seitenketten-Hydroxylgruppe am 5. C-Atom im Molekül bzw. 15. C-Atom lokalisiert) besondere Aufmerksamkeit geschenkt, weil sie im Vergleich zu den 8- und 12-series-Regioisomeren in größerer Menge gebildet und zudem nicht weiter oxidiert werden, sondern stabil sind.

S. Definition. Isoprostane finden sich in allen biologischen Flüssigkeiten und Geweben. Zirkulierende Isoprostane werden entweder direkt glomerulär filtriert oder in der Leber komplex metabolisiert, u. a. glucuronidiert und anschließend über den Urin ausgeschieden.

Unbekannt.

Ob Isoprostane nur Ausdruck von oxidativem Stress sind oder gleichzeitig eine physiologische und/oder pathologische Wirkung haben, ist derzeit noch nicht abschließend geklärt. So wurden z. B. vasokonstriktorische, die Thrombozytenaktivität modulierende sowie die Monozyten- und Neutrophilenadhäsion an Endothelzellen stimulierende und damit Atherosklerose befördernde Effekte beschrieben.

EDTA-Plasma (mit Antioxidantienzusatz) und Urin, ggf. auch Liquor oder Gewebe.

−80 °C (Ex-vivo-Bildung von F₂-IsoP aus freier Arachidonsäure auch bei −20 °C).

Hauptsächlich GC-MS und LC-MS/MS, auch Immunoassay; die Abtrennung der isomeren Prostaglandine ist jeweils wichtig.

pmol/L.

Allgemein akzeptierte (altersabhängige) Referenzbereiche liegen offenbar noch nicht vor. Zur Orientierung sollen Daten aus Czerska et al. (2016) dienen (jeweils Raucher n = 16 vs. Nichtraucher n = 8): freie F₂-isoP im Plasma: 166 ± 52 vs. 90 ± 52 pmol/L; lipidgebundene F₂-IsoP im Plasma: 497 ± 276 vs. 290 ± 90 pmol/L; F₂-isoP Metabolite im Urin: 870 ± 509 vs. 415 ± 155 pmol/mmol/Kreatinin. Für die verschiedenen Indikationen siehe die umfangreiche Originalliteratur.

Zustände mit bewiesen oder vermutet erhöhtem oxidativen Stress, z. B. Strahlentherapie, Belastung mit Oxidantien, Rauchen, Medikamenteneinnahme. S. a. Diagnostische Wertigkeit.

Höchste Aussagekraft soll die parallele Bestimmung der Gesamt-F₂-IsoP nach basischer Hydrolyse der Plasmalipide im Plasma und der freien und metabolisierten F₂-IsoP im Urin haben. Erhöhte Werte werden als Ausdruck eines erhöhten oxidativen Stresses, d. h. einer Disbalance zwischen dem Anfall reaktiver oxidativer Spezies (Atome oder Moleküle) und der körpereigenen Fähigkeit, diese zu entschärfen, interpretiert.

Isoprostane befinden sich derzeit noch im Forschungsstadium. Aktuelle Fragen sind (Patho)Mechanismus, Verteilung und Elimination, Referenzbereiche in Blut und Urin und vor allem die Rolle der Isoprostane in der Pathogenese von u. a. Asthma, Atherosklerose, Ernährung, genetischen Erkrankungen, „Lifestyle“, Ischämie und Reperfusion, neurologischen Erkrankungen, Obesitas und Tumorerkrankungen.