Role of the serotonin transporter and the 5-HT2A and 5-HT4 receptors for platelet function in blood

Bampalis, Vasileios (2016): Role of the serotonin transporter and the 5-HT2A and 5-HT4 receptors for platelet function in blood. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

The field of serotonin (5-HT) research continues to expand. A variety of physiological and pathophysiological functions regulated by 5-HT has been identified. Selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs) and 5-HT-3-receptor antagonists are used in medical therapy, and more 5-HT-related medicaments are expected in the future. Circulating 5-HT is stored mainly in the dense granules of platelets. 5-HT stimulates platelets, which has been observed, apart from humans, in various other species. Therefore, the stimulatory effect of exogenous 5-HT in high concentrations (> 0.5 μM) on human platelets in blood is unambiguous. However, results of the platelet-stimulating effect of the endogenous 5-HT, which is stored in dense granules and released upon platelet activation, are contradictory. The aim of this thesis was to investigate the acute effect of SSRIs on human platelet aggregation, the role of the 5-HT2A receptor for platelet function in human blood, and the role of the newly discovered 5-HT4 receptor for platelet function. In some—but not all—clinical studies, SSRIs on the one hand have been suspected to cause bleeding complications, on the other hand they may protect against ischemic cardiovascular diseases. In our studies, the acute addition of the SSRI fluoxetine to blood, alone or in combination with aspirin, indeed inhibited the potentiation of platelet aggregation by exogenous 5-HT (probably by unspecific inhibition of 5-HT2A receptors), the platelet aggregation induced by physiological stimuli was, however, not affected. Therefore, we conclude that the serotonin transporter is not involved in the physiological platelet aggregation process. Yet, SSRIs could cause bleeding complications by reducing the platelet 5-HT content, consequently leading to a reduced 5-HT-mediated vasoconstriction, or contribute to stomach ulcers by disruption of the 5-HT-mediated wound healing. Our results indicate that 5-HT2A receptors mediate the potentiation of aggregation of human platelets in the blood by exogenous 5-HT. However, 5-HT2A receptor antagonists do not inhibit platelet activation by physiological stimuli, shear stress, or flow over atherosclerotic plaque material. Therefore, endogenous 5-HT, which is released upon platelet activation, plays no role in human platelet aggregation. Finally, our studies support the expression of platelet-inhibiting 5-HT4 receptors. However, these played only a minor role in the regulation of human platelet aggregation induced by epinephrine. The question why platelet 5-HT plays a role in platelet aggregation of mice, rats, cats, rabbits, and dogs, but not of men, is intriguing, but has no explanation according to our present knowledge. Species-specific structural differences of the 5-HT2A receptors are suggested. Based on the current knowledge and our experiments, it can be concluded that human platelet function is not influenced by endogenous 5-HT, but platelets are important for transporting 5-HT in the blood to diseased organs and tissues. The absence of a stimulating action of endogenous 5-HT on platelets precludes the use of 5-HT2A receptor antagonists as anti-thrombotic medications.

Abstract

Der Bereich der Serotonin- (5HT-) Forschung erweitert sich ständig. Eine Vielzahl von physiologischen und pathophysiologischen Funktionen, die durch 5-HT reguliert werden, wurde identifiziert. Selektive Serotonin-Wiederaufnahmehemmer (SSRIs) und 5-HT3-Rezeptor-Antagonisten werden in der medizinischen Therapie angewendet, und zukünftig könnten weitere 5-HT-bezogene Medikamente dazukommen. Zirkulierendes 5-HT ist vor allem in den dichten Granula von Thrombozyten gespeichert. Es stimuliert Thrombozyten von Menschen als auch von verschiedenen Tierspezies. Dabei ist die stimulierende Wirkung von exogenem 5-HT in hoher Konzentration ( > 0,5 µM) auf humane Thrombozyten eindeutig. Jedoch sind die Ergebnisse bezüglich der Thrombozyten-stimulierenden Wirkung des endogenen, in dichten Granula gespeicherten 5-HT, welches nach Thrombozytenaktivierung freigesetzt wird, widersprüchlich. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die akute Wirkung von SSRIs auf die Aggregation humaner Thrombozyten, und die Rolle des 5-HT2A-Rezeptor für die Thrombozytenfunktion im menschlichen Blut in vitro zu untersuchen, sowie die Rolle des 5-HT4-Rezeptors, eines neu-entdeckten Thrombozytenrezeptors, für die Plättchenfunktion zu erforschen. SSRIs wurden aufgrund mancher, aber nicht aller klinischer Studien einerseits für Blutungskomplikationen verantwortlich gemacht, andererseits könnten sie bei ischämischen kardiovaskulären Erkrankungen protektiv wirken. In unseren Untersuchungen wurde durch die kurzfristige Zugabe des SSRI Fluoxetin zu Blut die Potenzierung der Thrombozytenaggregation durch exogenes 5-HT zwar gehemmt (wahrscheinlich durch unspezifische Inhibierung des 5-HT2A-Rezeptors), die durch physiologische Stimuli induzierte Thrombozytenaggregation jedoch nicht beeinflußt. Daher folgern wir, dass thrombozytäre Serotonin-Transporter bei der physiologischen Thrombozytenaggregation nicht involviert sind. Dennoch könnten SSRIs zu Blutungskomplikationen führen (durch Verringerung des thrombozytären 5-HT-Gehalts, und in Folge einer reduzierten 5-HT-vermittelten Vasokonstriktion), oder zu Magengeschwüren durch Störung der 5-HT-vermittelten Wundheilung beitragen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass 5-HT2A-Rezeptoren die Potenzierung der Aggregation humaner Thrombozyten im Blut durch exogenes 5-HT vermitteln. Antagonisten des 5-HT2A-Rezeptors hemmen aber nicht die Thrombozyten-Aktivierung induziert durch physiologische Stimuli, Scherstress oder Fluss über atherosklerotisches Plaquematerial. Endogenes 5-HT welches nach Thrombozyten-Aktivierung freigesetzt wird, spielt daher keine Rolle in der menschlichen Thrombozytenaggregation. Zuletzt unterstützen unsere Untersuchungen die Expression von Thrombozyten-Aggregationshemmenden 5-HT4 Rezeptoren. Diese spielten jedoch nur eine geringe Rolle bei der Regulation der Adrenalin-induzierten Thrombozytenaggregation. Die Frage, warum thrombozytäres 5-HT zwar eine Rolle bei der Thrombozytenaggregation von Mäusen, Ratten, Katzen, Kaninchen und Hunden, aber nicht bei der humanen Thrombozytenaggregation spielt, ist fesselnd, aber lässt sich gemäß unseren derzeitigen Kenntnissen nicht klären. Vermutlich liegen Spezies-spezifische strukturelle Unterschiede der 5-HT2A-Rezeptoren vor. Basierend auf dem aktuellen Wissen und auf unseren Experimenten kann man schlussfolgern, dass die menschliche Thrombozytenfunktion durch endogenes 5-HT nicht beeinflüsst wird, aber Thrombozyten sind wichtig, um das 5-HT im Blut zu erkrankten Organen und Geweben zu transportieren. Die Abwesenheit einer stimulierenden Wirkung von endogenem 5-HT auf Thrombozyten schliesst die Verwendung von 5-HT2A Rezeptor-Antagonisten als antithrombotische Medikamente jedoch aus.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: Serotonin, 5-HT2A, SERT, 5-HT4, platelets
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 28. Januar 2016
• 1. Bericht­erstatter:in: Siess, Wolfgang