Wird die Chemotherapie-induzierte Herzinsuffizienz die Nierenfunktion beeinträchtigen?
Mar 22, 2022
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TEIL Ⅰ: Nierenreaktion auf durch Chemotherapie induzierte Herzinsuffizienz: mRNA-Analyse bei normotensiven und Ren-2-transgenen hypertensiven Ratten
Šárka Jíchová, Olga Gawry´s & et al.
1. Einleitung
Herzinsuffizienz (HF) ist zu einem großen Problem der öffentlichen Gesundheit geworden, insbesondere in Industrieländern, von dem derzeit mehr als 6,5 Millionen Menschen in den Vereinigten Staaten von Amerika und 9,2 Millionen Menschen in der Europäischen Union betroffen sind. Der jährliche Anstieg der Zahl neuer Patienten wird auf 1,1 Millionen geschätzt [1,2]. Der Anstieg der Prävalenz von Herzinsuffizienz wird zumindest teilweise auf die Verbesserung der Behandlung akuter Koronarsyndrome und auch nicht-ischämischer Herz-Kreislauf-Erkrankungen zurückgeführt. Bemerkenswerterweise hat der Fortschritt in der Behandlung (z. B. frühe koronare Reperfusion durch primäre perkutane Intervention) die Sterblichkeitsrate, aber nicht die Morbidität verringert. Etwas paradoxerweise ist die Zahl der überlebenden Patienten, die letztendlich eine Herzinsuffizienz entwickeln, gestiegen [3].
Herzinsuffizienz ist ein klinisches Syndrom, das trotz jüngster pharmakologischer Fortschritte eine fortschreitende Verschlimmerung zeigt. Die Prognose der Patienten bleibt schlecht, insbesondere wenn HF von begleitet wirdNiereFunktionsstörung("kardiorenales Syndrom")[1,4-8]. Daher besteht ein dringender Bedarf an neuen Behandlungsstrategien, die ein besseres Verständnis der pathophysiologischen Mechanismen erfordern, die dem Fortschreiten der Herzinsuffizienz zugrunde liegen. Dies kann trotz einiger offensichtlicher Einschränkungen unter Verwendung von Kleintiermodellen erreicht werden [9,10]. In den letzten 40 Jahren wurden die Modelle angewendet, um sowohl ischämische verletzungsinduzierte Herzinsuffizienz [Myokardinfarkt (MI) induziert durch Koronararterienligatur] als auch nicht-ischämische verletzungsinduzierte HF-Modelle [chronische Drucküberlastung induziert durch transversale Aortenverengung oder chronische Volumenüberlastung durch aortokavale Fistel (ACF)]. Alle diese Modelle wurden umfassend charakterisiert [9-15] und brachten Pionierleistungen. Beispielsweise ermöglichte die Anwendung des MI-Modells erstmals den Nachweis, dass Angiotensin-Converting-Enzyme-Inhibitoren (ACEi) Herzinsuffizienz abschwächen und die langfristige Überlebensrate nach dem Infarkt verbessern [14,15]. Dies wurde in klinischen Studien bestätigt [16,17], und ACEi wurde als Eckpfeiler der Therapie für Herzinsuffizienz etabliert [1,4-7].
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Im Gegensatz dazu ist der Wert von Kleintiermodellen für die Untersuchung von Chemotherapie-induzierter Herzinsuffizienz nur unzureichend definiert. Und das, obwohl sich die Kardio-Onkologie inzwischen zu einem neuen klinischen und Forschungsfachgebiet entwickelt hat, das neuartige Krebstherapien hervorgebracht hat, die die Prognose von Patienten mit verschiedenen Krebserkrankungen dramatisch verbessert haben. Leider ist die Verbesserung häufig mit kardiovaskulären Nebenwirkungen verbunden [18-21].
Doxorubicin (DOX), eines der Anthracyclin-Medikamente, ist ein Standard-Antikrebsmittel mit gut dokumentierter Kardiotoxizität [22-25]. Zu den Nebenwirkungen von Antrazyklinen gehört eine Beeinträchtigung der linksventrikulären (LV) Ejektionsfraktion [26] und kann zu einem kardiorenalen Syndrom führen, einer lebensbedrohlichen Komplikation bei Krebsüberlebenden, die die Entwicklung neuer Behandlungsstrategien erfordert. Kleintiermodelle wurden hauptsächlich verwendet, um den/die Mechanismus(en), der/die der akuten DOX-induzierten Kardiotoxizität zugrunde liegt, zu untersuchen und Schutzmaßnahmen gegen DOX-induzierte Kardiotoxizität zu entwickeln [27,28]. Langzeitwirkungen von DOX auf die Herzfunktion, insbesondere auf die Entwicklung von Herzinsuffizienz, wurden ebenfalls bewertet, und die Ergebnisse weisen darauf hin, dass es sich um ein geeignetes Modell für Chemotherapie-induzierte Herzinsuffizienz handelt [10,29,30]. Die zugrunde liegenden Mechanismen, die für die Entstehung von Chemotherapie-induzierter Herzinsuffizienz verantwortlich sind, sind kaum bekannt [10, 29-32]. In Anbetracht des wachsenden Bedarfs, die Pathophysiologie zu untersuchen und neue therapeutische Maßnahmen für Chemotherapie-induzierte Herzinsuffizienz zu entdecken, haben wir kürzlich eine In-vivo-Studie durchgeführt, in der kardiale morphologische Struktur- und Funktionsparameter bei Ratten mit DOX-induzierter Herzinsuffizienz charakterisiert wurden. Da Bluthochdruck und Hyperaktivität des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems (RAAS) als Risikofaktoren für die Entwicklung einer Chemotherapie-induzierten Herzinsuffizienz gelten [21-24]), wurde die Studie an Ren-2-transgenen Ratten durchgeführt (TGR), bei der endogene Aktivierung des RAAS und Bluthochdruck kombiniert werden [33] Darüber hinaus, um einen besseren Einblick in die mögliche Rolle einer möglichen kompensatorischen Aktivierung von systemischen und intrarenalen neurohormonalen Systemen, Plasma und zu gewinnenNiereKonzentrationenvon Katecholaminen, Angiotensin II (ANG I) und Angiotensin 1-7 (ANG 1-7) bestimmt. In dieser In-vivo-Studie fanden wir heraus, dass zwei Wochen nach Beendigung der DOX-Verabreichung [DOX in einer kumulativen Dosis von 15 mg/kg Körpergewicht (KG) in sechs intraperitonealen (ip) Injektionen über zwei Wochen verabreicht wurde, was ein Standardansatz für Einführung der DOX-induzierten Kardiomyopathie][27,34] zeigten sowohl die TGR- als auch die Kontroll-HanSD-Ratten Anzeichen einer "chemotherapieinduzierten Herzinsuffizienz mit reduzierter Ejektionsfraktion" (HFrEF), aber bei der ersteren war die Beeinträchtigung der kardialen systolischen Funktion ausgeprägter und ausgeprägter es zeigten sich erste Anzeichen einer kompensatorischen Aktivierung neurohormonaler Systeme [35]. Daher kamen wir zu dem Schluss, dass DOX-induzierte HF, insbesondere bei TGR, ein optimales Modell für die Untersuchung pathophysiologischer Aspekte von Chemotherapie-induzierter HFrEF ist.
Eine Einschränkung unserer jüngsten Studie war jedoch das Fehlen eines Versuchs, potenzielle Biomarker und molekulare Indizes zu identifizieren, die dazu beitragen könnten, einen neuen therapeutischen Ansatz in dieser Form von HFrEF zu entwickeln, insbesondere mit dem Fokus auf die Marker für das Herzinsuffizienz-assoziierte kardiorenale Syndrom. Daher haben wir in der vorliegenden Studie durchgeführtNiereBoteRibonukleinsäure (mRNA)-Expressionsanalyse in TGR- und HanSD-Ratten zwei Wochen nach dem Ende der DOX-Behandlung, mit besonderem Fokus auf die Gene, die zuvor an der Pathophysiologie des Herzinsuffizienz-assoziierten kardiorenalen Syndroms beteiligt waren [7,36]. Das Hauptziel der Studie war es, die Nieren-mRNA-Expression solcher ausgewählter Biomarker in der Anfangsphase der Chemotherapie-induzierten HFrEF zu charakterisieren und die Ergebnisse bei hypertensiven TGR mit denen bei normotensiven HanSD-Ratten zu vergleichen. Um zu bestätigen, dass die erhaltenenNieremRNA-Expressionen stellen Veränderungen im Zusammenhang mit Herzinsuffizienz-assoziiertem kardiorenalem Syndrom dar, wir haben die Auswirkungen von Doxon-Herzgewichten und auf die mRNA-Expression des linken Ventrikels (LV) von Biomarkern bewertet, von denen erkannt wird, dass sie bei Herzinsuffizienz verändert sind [37-39].
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2. Ergebnisse
Wie in 1A gezeigt, verringerte die DOX-Behandlung das Körpergewicht bei HanSD-Ratten nicht signifikant, tat dies jedoch bei TGR. Die DOX-Behandlung verursachte keine Veränderung des Nierengewichts bei HanSDrats, verringerte es jedoch signifikant bei TGR ( 1B ). Wie in Abbildung 1D, E gezeigt, zeigte unbehandeltes TGR signifikant höhere Gesamtherz- und LV-Gewichte im Vergleich zu unbehandelten HanSD-Ratten, aber es gab keine signifikanten Unterschiede in den Gewichten des rechten Ventrikels (RV) zwischen ihnen (Abbildung 1F). DOX-Behandlung verursachte signifikante Abnahmen im Gesamtherzgewicht, LV- und RV-Gewichte in HanSDrats und TGR im Vergleich zu Gewichten in Gegenstücken ohne DOX-Verabreichung. Die DOX-Behandlung löste im Vergleich zu HanSD-Ratten (-34,3±0,4 vs.-25,1 ±{{1{{14 }}}},5 Prozent bzw.-32,3±0,5 vs.-25,7±0,3 Prozent ,S<0.05 in="" both="" cases),="" but="" caused="" similar="" decreases="" in="" rv="" weights.="" on="" the="" other="" hand,="" dox="" administration="" did="" not="" result="" in="" any="" alteration="" in="" tibia="" length="" in="" any="" group="" (figure="" 1c),="" indicating="" that="" the="" reduced="" body="" weights,="" kidney,="" and="" heart="" weights="" are="" not="" a="" consequence="" of="" general="" growth="">
Abbildung 1. Körper- und Organgewichtsparameter.Körpergewicht (A), Nierengewicht (B), Schienbeinlänge (C), Gesamtherzgewicht (D), Gewicht des linken Ventrikels (E) und Gewicht des rechten Ventrikels (F) bei unbehandeltem und mit Doxorubicin behandeltem normotensivem, transgen-negativem Hannover Sprague -Dawley(HanSD) und hypertensive, Ren-2 transgene (TGR) Ratten.*S<0.05 compared="" with="" untreated="" animals="" of="" the="" same="" strain.#=""><0.05 versus="" hansd="" rats="" within="" the="" same="" protocol.="" statistical="" comparison="" was="" made="" by="" one-way="" anova="">
Die Fig. 2 und 3 fassen die Wirkungen der DOX-Behandlung auf die LV-mRNA-Expression zusammen. Wie in 2A gezeigt, war die Genexpression des natriuretischen Peptids Typ A (Nappa) im LV bei unbehandelten TGR-Ratten signifikant höher als bei unbehandelten HanSD-Ratten. Die DOX-Behandlung erhöhte signifikant die Nppa-Genexpression bei HanSD-Ratten sowie bei TGR, aber in einem größeren Ausmaß bei letzteren, dh die LV-Nppa-Expression war signifikant höher bei TGR im Vergleich zu HanSD-Ratten. Es gab keine signifikanten Unterschiede in der LV-Genexpression der Isoform der schweren Kette von Myosin (MYH6), der Isoform der schweren Myosinkette (MYH7) und ihrer Verhältnisse (MYH7/MYH6) bei beiden unbehandelten HanSD-Ratten, und die Behandlung mit TGR und DOX veränderte sie auch nicht Stamm (Abbildung 2B-D). Wie in Abbildung 2E gezeigt, gab es keine signifikanten Unterschiede in der mRNA-Expression von Aktin und Skelettmuskel im LV zwischen unbehandelten HanSD-Ratten und unbehandeltem TGR, und die DOX-Behandlung veränderte sie bei HanSD-Ratten nicht, verursachte jedoch einen signifikanten Anstieg der TGR. Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen unbehandelten HanSD-Ratten und unbehandeltem TGR in der LV-mRNA-Expression von 1-adrenergen Rezeptoren, und die DOX-Behandlung veränderte sie nicht bei HanSD-Ratten, verringerte sie jedoch bei TGR ( 2F ).
Abbildung 2. Der erste Teil der mRNA-Expression des linken Ventrikels (LV).LV natriuretisches Peptid Typ A(A), Isoform 6 der schweren Kette von -Myosin (MYH6)(B), Isoform 7 der schweren Kette von -Myosin (MYH7)(C), Verhältnis MYH7/MYH6(D), Aktin(E), 1 adrenerge Rezeptoren (F) Genexpression in unbehandelten und Doxorubicin-behandelten normotensiven, Transgen-negativen Hannover Sprague-Dawley (HanSD) und hypertensiven, Ren-2-transgenen (TGR) Ratten.*S<0.05 compared="" with="" untreated="" animals="" of="" the="" same=""><0.05 versus="" hansd="" rats="" within="" the="" same="" protocol.="" statistical="" comparison="" was="" made="" by="" one-way="" anova="">
Wie in Abbildung 3A gezeigt, gab es keine signifikanten Unterschiede in der Genexpression von ATPase, Ca2 plus, Herzmuskel, Slow Twitch, Typ 2 in der LV (ein Gen, das für das Sarco/endoplasmatische Retikulum Ca2 plus -ATPase kodiert – sogenannte SERCA ) zwischen unbehandelten HanSD-Ratten und unbehandelter TGR- und DOX-Behandlung veränderte sie in keiner Gruppe. Ebenso gab es keine signifikanten Unterschiede in der Phospholamban-Genexpression im LV zwischen unbehandelten HanSD-Ratten und unbehandelten TGR, und die DOX-Behandlung veränderte sie nicht ( 3B ). Wie in Abbildung 3C gezeigt, gab es keine signifikanten Unterschiede in der Interleukin-6-Genexpression im LV zwischen unbehandelten HanSD-Ratten und unbehandeltem TGR, und die DOX-Behandlung verursachte ähnliche signifikante Anstiege bei HanSD-Ratten sowie TGR. Es gab keine signifikanten Unterschiede in der Genexpression von transformierendem Wachstumsfaktor-beta (TGF-), Kollagen vom Typ I und Kollagen vom Typ III in LV zwischen unbehandelten HanSD-Ratten und unbehandelten TGR, und die DOX-Behandlung veränderte sie in keinem Stamm (Abbildung 3D -F).
Abbildung 3. Der zweite Teil der mRNA-Expression des linken Ventrikels (LV).LV Ca2 plus -ATPase-Pumpe(A), Phospholamban(B), Interleukin-6(C), transformierender Wachstumsfaktor-beta (TGF-)(D), Kollagen l Typ I(E) und Kollagen l Typ III (F)Genexpression in unbehandelten und Doxorubicin-behandelten normotensiven, transgen-negativen Hannover Sprague-Dawley (HanSD)- und hypertensiven, Ren-2-transgenen (TGR)-Ratten.*S<0.05 compared="" with="" untreated="" animals="" of="" the="" same="" strain.="" statistical="" comparison="" was="" made="" by="" one-way="" anova="">
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Die Abbildungen 4-6 fassen die Auswirkungen der DOX-Behandlung auf die Nieren-mRNA-Expression zusammen. Wie in 4A gezeigt, gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen unbehandelten HanSD-Ratten und unbehandelten TGR in der Angiotensinogen-Genexpression, und die DOX-Behandlung veränderte sie in keiner Gruppe signifikant. Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen unbehandelten HanSD-Ratten und unbehandelten TGR in der Renin-Genexpression, und die DOX-Behandlung erhöhte sie signifikant, sowohl bei HanSD als auch bei TGR ( 4B ). Wie in Fig. 4C gezeigt, zeigte die Nieren-mRNA-Expression des Angiotensin-Converting-Enzyms (ACE) ein ähnliches Muster wie die Expression des Renin-Gens. Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen unbehandelten HanSDrats und TGR, und die DOX-Behandlung erhöhte sie in ähnlicher Weise in beiden Stämmen. Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen unbehandelten HanSD-Ratten und unbehandelten TGR in der mRNA-Expression des Nieren-Angiotensin-Converting-Enzyms Typ 2 (ACE2), und die DOX-Behandlung veränderte diese Werte in keiner der Gruppen ( 4D ). Wie in Abbildung 4E gezeigt, gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen unbehandelten HanSD-Ratten und unbehandelten TGR in der Nieren-mRNA-Expression des ANG-II-Typ-1(AT1)-Rezeptors, und die DOX-Behandlung verursachte ausgeprägte und ähnliche Abnahmen dieses Werts, ähnlich in beiden Stämmen. Wie in Abbildung 4F gezeigt, gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen unbehandelten HanSD-Ratten und unbehandeltem TGR in der Nieren-mRNA-Expression des ANG-I-Typ-2(AT2)-Rezeptors, und die DOX-Behandlung verringerte sie signifikant bei HanSD-Ratten, aber nicht bei TGR. Die Mas-Nieren-mRNA-Expression zeigte ein ähnliches Muster wie die Expression des AT-Rezeptorgens: Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen unbehandelten HanSD-Ratten und unbehandelten TGR, und die DOX-Behandlung verursachte eine deutliche Abnahme dieses Werts bei HanSD-Ratten, aber nicht bei TGR (Abbildung 4G ).
Abbildung 4. Der erste Teil der Nieren-mRNA-Expression.Nieren-Angiotensinogen (A), Renin (B), Angiotensin-Converting-Enzym (ACE) (C), Angiotensin-Converting-Enzym Typ 2 (ACE2) (D), Angiotensin I-Typ 1 (AT1)-Rezeptor (E), Angiotensin I Typ 2 ( AT2)-Rezeptor(F)- und Mas-Rezeptor(G)-Genexpression bei unbehandelten und Doxorubicin-behandelten normotensiven, Transgen-negativen Hannover Sprague-Dawley(HanSD)- und hypertensiven, Ren-2-transgenen (TGR) Ratten.*S<0.05 compared="" with="" untreated="" animals="" of="" the="" same=""><0.05 versus="" tgr="" within="" the="" same="" protocol.="" the="" values="" are="" means±="" sem.="" statistical="" comparison="" was="" made="" by="" one-way="" anova="">
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Wie in Fig. 5A gezeigt, zeigte unbehandeltes TGR im Vergleich zu unbehandelten HanSD-Ratten eine signifikant höhere Prä-pro-Endothelin-1-Expression der Nieren-mRNA. Die DOX-Behandlung erhöhte die Prä-pro-Endothelin-1-Genexpression der Niere bei HanSD-Ratten signifikant, veränderte sie jedoch nicht bei TGR. Ebenso wie in Abbildung 5B gezeigt, zeigte unbehandeltes TGR im Vergleich zu unbehandelten HanSD-Ratten eine signifikant höhere Expression des Nieren-mRNA-Endothelin-Converting-Enzyms Typ 1 (ECE-1), und die Verabreichung von DOX löste einen signifikanten Anstieg des Nieren-ECE{{9} aus. } Genexpression in HanSD-Ratten, veränderte sie jedoch nicht in TGR. Unbehandelte TGR zeigten im Vergleich zu unbehandelten HanSD-Ratten eine signifikant höhere mRNA-Expression des Nieren-Endothelin-Typ-A(ETA)-Rezeptors ( 5C ). Die DOX-Behandlung löste einen signifikanten Anstieg der Nieren-ETA-Rezeptor-Genexpression bei HanSD-Ratten aus, verringerte sie im Gegensatz dazu jedoch signifikant bei TGR. Wie in 5D gezeigt, gab es keine signifikanten Unterschiede in der Endothelin-Typ-B(ETg)-Rezeptor-mRNA-Expression zwischen unbehandelten HanSD-Ratten und unbehandelten TGR-Nieren, und die DOX-Behandlung veränderte sie in keiner Gruppe. Unbehandeltes TGR zeigte eine signifikant höhere Nieren-mRNA-Cytochrom-P-450(CYP)-Unterfamilie 2C23 (CYP2C23)-Expression im Vergleich zu unbehandelten HanSD-Ratten (Abbildung 5E). Die DOX-Behandlung veränderte die Nieren-Genexpression bei HanSD-Ratten nicht, verringerte sie jedoch signifikant im TGR. Wie in Abbildung 3F gezeigt, gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen den experimentellen Gruppen von HanSD-Ratten und TGR in der mRNA-Expression der Nieren-CYP-Unterfamilie 4A1 (CYP4A1).
Abbildung 5. Der zweite Teil der Nieren-mRNA-Expression.Niere prä-pro-Endothelin-1 (A), Endothelin-konvertierendes Enzym Typ 1 (ECE-1)(B), Endothelin-Typ-A(ETA)-Rezeptor(C), Endothelin-Typ-B(ETg) -Rezeptor (D), Cytochrom-P-450-Unterfamilie 2C23(CYP2C23)(E) und Cytochrom-P-450-Unterfamilie 4A1(CYP4A1)(F)-Genexpression bei unbehandeltem und mit Doxorubicin behandeltem normotensivem, transgennegativem Hannover Sprague-Dawley (HanSD) und hypertensive, Ren-2-transgene (TGR)Ratten.*S<0.05 compared="" with="" untreated="" animals="" of="" the="" same="" strain.=""><0.05 versus="" hansd="" rats="" within="" the="" same="" protocol.="" the="" values="" are="" means±="" sem.="" statistical="" comparison="" was="" made="" by="" one-way="" anova="">
Wie in 6A gezeigt, gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen experimentellen Gruppen von HanSD-Ratten und TGR in der Nieren-mRNA-Expression von adrenergen Ia-Rezeptoren. Unbehandeltes TGR zeigte eine signifikant höhere Expression des adrenergen lb-Rezeptors der Nieren-mRNA im Vergleich zu unbehandelten HanSD-Ratten ( 6B ). Die DOX-Behandlung löste einen signifikanten Anstieg der Genexpression der adrenergen lb-Rezeptoren der Niere bei HanSD-Ratten aus, veränderte sie jedoch nicht bei TGR.
Wie in 6C –E gezeigt, gab es keine signifikanten Unterschiede in der Nieren-mRNA-Expression von 2 adrenergen Rezeptoren (Subtypen 2a, 2b und 2c) zwischen unbehandelten HanSD-Ratten und unbehandelten TGR. Die DOX-Behandlung verringerte signifikant die Nierengenexpression aller Subtypen von o2-adrenergen Rezeptoren bei HanSD-Ratten, veränderte sie jedoch nicht bei TGR.
Es gab keine signifikanten Unterschiede in der Nieren-mRNA-Expression von 1 und 2 adrenergen Rezeptoren zwischen unbehandelten HanSD-Ratten und unbehandelten TGR ( 6FG ). Wie im Fall von o2-Rezeptoren löste die DOX-Behandlung bei HanSD-Ratten eine signifikante Abnahme der Nierengenexpression von 1 und 2 adrenergen Rezeptoren aus, veränderte sie jedoch nicht bei TGR.
Abbildung 6. Der dritte Teil der Nieren-mRNA-Expression.Niere l Subtyp a (la) adrenerger Rezeptor (A), l Subtyp b (lb) adrenerger Rezeptor (B), 2 Subtyp a (2a) adrenerger Rezeptor (C), a2 Subtyp b (2b) adrenerger Rezeptor (D), 2 Subtyp c(2c) Adrenergic Receptor(E), Adrenergic Receptor Typ 1(1)(F) und Adrenergic Receptor Type2(2)(G)Genexpression bei unbehandelten und mit Doxorubicin behandelten normotensiven, Transgen-negativen Hannover Sprague-Dawley(HanSD ) und hypertensive, Ren-2 transgene (TGR) Ratten.*S<0.05 compared="" with="" untreated="" animals="" of="" the="" same=""><0.05 versus="" hansd="" rats="" within="" the="" same="" protocol.="" the="" values="" are="" means±="" sem.="" statistical="" comparison="" was="" made="" by="" one-way="" anova="">