Anwendung der hochaufgelösten bildgebenden MALDI-MS zur Aufklärung der räumlichen Verteilung des Acetaminophens und seiner Biotransformationsprodukte sowie von Taurocholaten in der Leber von Mäusen in Folge einer Acetaminophen Intoxikation

Abstract

Überdosierungen an APAP führen zu hepatotoxischen Auswirkungen in der Leber von Säugetieren. Die Hepatotoxizität ist u.a. eine Folge der metabolischen Aktivierung des Acetaminophens durch CYP. Dabei treten pericentrale Schadensmuster in den Leberläppchen auf. Es fehlten bisher Informationen über die räumlich-zeitliche Verteilung vom APAP und seinen Biotransformationsprodukten in der Leber bis zur Veröffentlichung von Teilen dieser vorliegenden Arbeit. Um die Fragestellung zu beantworten, wurde eine Methode basierend auf der leistungsstarken HR-MALDI-MSI Technik entwickelt. Dadurch konnte die Verteilung vom APAP, seinen Hauptmetaboliten APAP-GLC und APAP-SUL und seinem Addukt APAP-GSH in der Leber von C57BL/6 Mäusen, denen APAP intraperitoneal verabreicht wurde und deren Leber sowohl zeit- als auch dosisabhängig beprobt wurden, detektiert werden. Zuvor wurden intensive Anstrengungen unternommen, um das toxische Intermediat NAPQI im Lebergewebe durch MALDI-MSI zu erfassen. Ziel war es, Informationen über seinen Bildungs- und Wirkungsort im Lebergewebe zu gewinnen. Hervorzuheben ist dabei ein Versuchsansatz bei dem H2S zur Derivatisierung von NAPQI eingesetzt wurde. Diese innovative Methode könnte zudem das Portfolio an Derivatisierungsmöglichkeiten für MALDI-MSI Experimente erweitern. Allerdings konnte das NAPQI weder direkt noch über seine artifiziellen Derivate im Lebergewebe detektiert werden, was vermutlich auf einen Mangel an nicht-abreagiertem NAPQI im Lebergewebe zurückzuführen ist. Die durch Gewebehistologie unterstützte Superpositionierung von Ionendichtebildern unter Einbeziehung der Eigenschaften verschiedener Imaging Software ermöglichte es, präferentielle Verteilungen der Analyten bezüglich der metabolischen Zonen zu erfassen. Während für APAP, APAP-SUL und APAP-GLC keine zonale Verteilung festgestellt werden konnte, konnte eine präferentielle Bildung des APAP-GSHs sowie ein schwerpunktmäßiger Abbau des GSHs in der pericentralen Zone verortet werden. Der Abbau an GSH war aber nicht ausschließlich auf die pericentralen Zonen beschränkt, sondern konnte auch für die periportalen Zonen demonstriert werden. 120 min nach der APAP Injektion konnte ein Influx an APAP-GSH und an Taurocholaten von den Gallengefäßen in die pericentrale Zone und von dort ins Blut beobachtet werden. Dieser massive Eintrag von Gallensäuren beweist, dass sich ein „sekundäres“ Toxizitätsevent ereignet, welches vormals durch die Aktivierung des APAPs in der Leber gestartet wurde.

Acetaminophen induces hepatotoxicity in the liver of mammal organisms, after the uptake of an overdose. It is well reported, that CYP mediated activation of APAP is thereby causing a pericentral damage pattern in the liver lobules. However, no direct spatio-temporal information about the distribution pattern of APAP and its biotransformation products in the liver were available until the publication of parts of this work. Herein, the development of an analytical method based on of the sophisticated HR-MALDI-MSI technique is reported. The aim was to detect the distribution of APAP, its main metabolites APAP-GLC and APAP-SUL and adduct APAPGSH, known to be formed during detoxification of the toxic intermediate metabolite NAPQI by GSH, in the liver of C57BL/6 mice, which were treated intraperitoneally with APAP and whose livers were collected in a time-and dose-dependent manner. Previously, intensive efforts were put in the analytical investigation of the toxic intermediate NAPQI from liver tissue by MALDIMSI since its detection would have revealed valuable information about its sites of formation and impact. For this purpose, an innovative derivatization approach with H2S gas was applied, which in general, could also enrich the portfolio of derivatization methodologies used for MALDIMSI experiments. However, the detection of NAPQI and its on-tissue derivatization attempts failed, presumably due to the lack of unreacted NAPQI in the liver. Histology-directed superposition of ion density images in consideration of special features of different imaging software made it possible to determine the differences in the distribution pattern of the analytes. While no specific zonation could be detected for APAP, APAP-SUL and APAP-GLC, a preferential formation of APAP-GSH and depletion of GSH in the pericentral zones of the lobule were revealed. However, the depletion of GSH was not restricted to pericentral zones but was also demonstrated for the periportal areas. 120 min after APAP injection a series of drastic events happened: APAP-GSH as well as taurocholates entered from the bile vessels into the pericentral zone and from there leaked into the systemic blood circulation. The massive leakage of bile acids into the hepatocytes is providing the evidence of a “secondary” toxicity event initiated by the activation of APAP in the liver.