Decuplarea vaselor căilor respiratorii crește tensiunea arterială și natura arteriosclerozei - litere
subiecte
abstract
Celulele musculare netede sunt o sursă majoră de ROS în vasculatură 4. Pentru a determina dacă gradul de cuplare respiratorie în sistemul vascular este implicat în boala vasculară, am generat șoareci cu expresie inducibilă de doxiciclină a UCP1 care este limitată la celulele musculaturii netede aortice. Șoarecii transgenici care au purtat transactivatorul de tetraciclină inversă (rtTA) condus de promotorul -441 SM22α (șoareci SM22-rtTA) au fost împerecheați cu șoareci care au fost transgenici pentru un element cu reacție la tetraciclină (TRE) -UCP1 minigen (TRE) - Șoareci Ucp1), oferind SM22-TRE au fost - Șoareci Ucp1. La zece zile după tratamentul acestor șoareci cu doxiciclină (2 mg ml -1) în apă potabilă care conține zaharoză, expresia ARN-ului aortic de mesagerie Ucp1 a fost indusă de un factor de 12 comparativ cu șoarecii care au băut doar apă care conține zaharoză (1a) . Nu a existat nicio inducție dependentă de doxiciclină a expresiei genei Ucp1 în aortele șoarecilor SM22 rtTA (fără țintă TRE) sau șoareci TRE Ucp1 (fără transactivator inductibil la antibiotice; datele nu sunt prezentate).
A ) Șoarecii SM22-TRE-Ucp1 au fost tratați cu doxiciclină (Dox; 2 mg ml -1) în zaharoză sau zaharoză singură timp de 10 zile, urmată de determinarea nivelurilor de ARNm Ucp1 (normalizate la Gapd) în aorta. Rezultatele sunt mijloace ± Sem pentru patru șoareci pe afecțiune. Asteriscul arată P 11. Inducția aortică a expresiei UCP1 nu a avut niciun efect asupra greutății corporale sau a chimiei serice la șoarecii SM22-TRE-Ucp1 (Figura 1 suplimentară).
Inducerea doxiciclinei a expresiei aortice UCP1 a crescut tensiunea sistolică a manșetei cozii cu 46 mm Hg (P = 0,002) și presiunea diastolică cu 21 mm Hg (2a, P = 0,005, bare negre). Creșterile tensiunii arteriale în timpul tratamentului cu doxiciclină au fost confirmate cu senzori de telemetrie implantați (Fig. 2a suplimentară) și invaziv sub anestezie (datele nu sunt prezentate). Tensiunea arterială a revenit la valoarea inițială la aceleași animale la 10 zile după îndepărtarea doxiciclinei din apa potabilă (bare gri). Activitatea reninei plasmatice - un factor determinant critic pentru manipularea sodiului în rinichi și controlul tensiunii arteriale - sa triplat aproape la șoarecii tratați cu doxiciclină și a revenit la valorile inițiale după întreruperea tratamentului cu doxiciclină (Fig. 2b). Excreția de sodiu în urină a scăzut în prezența doxiciclinei (Fig. 2c), care este compatibilă cu activarea sistemului renină-angiotensină-aldosteron. Excreția urinară a norepinefrinei, un marker al activării simpatice, nu a fost modificată prin inducția UCP1 (datele nu sunt prezentate).
A - c, Date de la șoareci SM22-TRE-Ucp1 cu alele apolipoproteice E de tip sălbatic; d - f, Date de la șoareci SM22 - TRE - Ucp1 Apoe -/-; G, H, Date de la șoareci TRE - Ucp1 Apoe -/-; eu, j, Date de la șoareci SM22 - rtTA Apoe -/-. A ) Tensiunea arterială sistolică (SBP) și tensiunea arterială diastolică (DBP) la începutul studiului (bare albe, n = 10), după 7 zile de tratament cu doxiciclină (bare negre, n = 10) și 10 zile după întreruperea tratamentului cu doxiciclină (gri), n = 5 ). Asteriscul prezintă șoareci P -/- la începutul studiului (bare albe, n = 20) și după 6 săptămâni pe o dietă occidentală cu (bare negre, n = 10) sau fără doxiciclină (bare gri, n = 10). Asteriscul prezintă șoareci P -/- la început (bare albe) și după 6 săptămâni la o dietă occidentală cu doxiciclină (bare negre). H, Activitatea reninei plasmatice pentru șoarecii de la G . eu, Tensiunea arterială pentru șoareci SM22 - rtTA Apoe -/- la început (bare albe) și după 6 săptămâni pe o dietă occidentală cu doxiciclină (bare negre). j, Activitatea reninei plasmatice pentru șoarecii de la eu . Toate rezultatele sunt mijloace ± sem
După 6 săptămâni de dietă occidentală, inducția de doxiciclină a UCP1 în aortele șoarecilor SM22-TRE-Ucp1-apoe (3a, simboluri umplute) a crescut ateroscleroza în comparație cu șoarecii care nu au fost tratați cu doxiciclină (3a, simboluri deschise). Inducția UCP1 la șoarecii SM22-TRE-Ucp1-Apoe hrăniți cu alimente nu a crescut leziunile după 6 săptămâni (Fig. 3 suplimentară), ci tensiunea arterială (Fig. 2b suplimentară).
A - f, SM22 - TRE - Ucp1 Apoe -/- Șoareci ( A, d ) în prezența sau absența doxiciclinei au fost testate cu șoareci martori TRE - Ucp1 Apoe -/- ( , e ) și SM22 - rtTA Apoe -/comparat. - ( c, f ). Asteriscurile indică P = 0,02 (arc), P = 0,008 (aorta toracică; torace) și P = 0,02 (abdomen; abdomen) în unu (Testul Mann-Whitney U) activat; P = 0,03 (aorta toracică) și P = 0,002 (abdomen) în ; P = 0,003 in c; și P = 0,001 și P = 0,037 in e, f (test de t față-verso nepereche). Barele de eroare indică faptul că d Sem semnalizat prezintă lipoproteine de post la șoareci SM22 - TRE - Ucp1 Apoe -/-. Axa x pentru slot indică numărul fracțional. HDL, lipoproteine de înaltă densitate; LDL, lipoproteine cu densitate mică; VLDL, lipoproteină foarte densă.
Leziunile aterosclerotice la șoarecii tratați cu doxiciclină SM22 - TRE - Ucp1 Apoe -/- au fost histologic similare cu cele de la animalele care nu au fost tratate cu doxiciclină. Majoritatea celulelor au fost macrofage determinate prin colorare cu un marker specific macrofagului (datele fără ateroscleroză au fost moderate, dar nu au scăzut semnificativ comparativ cu aortele martor (tratament cu doxiciclină: 0,25 ± 0,05 µg ATP per mg Proteine; fără doxiciclină: 0,31 ±) 0,09 µg ATP per mg de proteină (P = 0,51). Raporturile ADP/ATP nu au fost afectate de doxiciclină. Consumul de oxigen aortic a fost mai mic la șoarecii expuși la tratat în același mod, a crescut ușor, dar nu semnificativ (tratament cu doxiciclină: 6,1 ± 1,2 nmol min -1 mg -1; fără doxiciclină: 4,4 ± 1,8 nmol min -1 mg -1; P = 0,43).
Ateroscleroza este în general privită ca o boală inflamatorie cronică care rezultă din leziuni vasculare. Cu toate acestea, unul dintre primele semne ale aterosclerozei este dezvoltarea de mitocondrii anormale în celulele musculare netede 20, sugerând că disfuncția mitocondrială cauzează boli în aceste celule, tipul celular predominant în vasele susceptibile la ateroscleroză. Datele noastre furnizează dovezi directe că promovarea metabolismului mitocondrial ineficient în celulele musculare netede duce la hipertensiune și ateroscleroză accelerată. Creșterea tensiunii arteriale în perioada de 6 săptămâni a acestor experimente nu explică creșterea arteriosclerozei, deoarece șoarecii tratați cu doxiciclină au crescut tensiunea arterială cu alimente (Fig. 2b suplimentar) fără a afecta leziunile (Fig. 3 suplimentară). . Hipertensiunea arterială nu modulează consecvent ateroscleroza la șoareci 21, 22 .
Datele anterioare susțin ideea că procesul general de decuplare a căilor aeriene poate fi implicat în aterogeneză. Arterele au un aport marginal de oxigen 23. Hipoxia scade raportul controlului respirator 24; adică raportul dintre respirația fosforilantă (starea 3) și cea nefosforilantă (starea 4). Respirația decuplată precede ateroscleroza la locurile aortice predispuse la leziune la porumbeii albi Carneau, dar nu la aceleași locuri în porumbeii de curse de spectacol (o tulpină rezistentă la ateroscleroză) și nu la locurile aortice care nu dezvoltă leziuni în niciuna dintre tulpini. Aortele fără boli au concentrații abundente de linoleat de acizi grași esențiali, dar dungile de grăsime sunt deficitare în acizi grași esențiali 25, 26. Deficitul esențial de acizi grași favorizează decuplarea căilor respiratorii 27, 28 și ateroscleroza 29 .
Stresul oxidativ poate fi definit ca o formare crescută de ROS și o biodisponibilitate scăzută a NO, ambele fiind observate în expresia UCP1 în mușchiul neted. Aceste rezultate au fost neașteptate. Se crede că forța motrică ridicată, care apare atunci când atât consumul de ATP, cât și disponibilitatea ADP sunt scăzute, determină producția de ROS. Cu toate acestea, printr-un antrenament intensiv, producția de ROS în mușchiul scheletic 30 este, de asemenea, crescută, ceea ce înseamnă că, în ciuda consumului ridicat de ATP și a disponibilității ADP, se acordă prioritate producției crescute de ROS.
Decuplarea ușoară a căilor respiratorii - o formă de disfuncție mitocondrială - în vasele de sânge la șoareci crește astfel stresul oxidativ, tensiunea arterială și ateroscleroza din dietă. Aceste date susțin ipoteza că tulburările metabolice locale din peretele arterial provoacă boli vasculare. Strategiile farmacologice sau nutriționale pentru creșterea metabolismului eficient în sistemul vascular ar putea reprezenta noi abordări ale tratamentului aterosclerozei.
Metode
Animale
Tensiune arteriala
Determinările neinvazive au fost efectuate la șoareci conștienți cu manșeta cozii (vezi informații suplimentare și referințe în acestea). Determinările de telemetrie au fost făcute folosind un sistem de la Data Science International. Răspunsurile vasculare la inhibarea oxidului nitric sintază au fost înregistrate invaziv (PowerLab/8SP, AD Instruments) după perfuzie intravenoasă de 5 mg kg -1 L-NAME.
Ateroscleroza
La vârsta de 8 săptămâni, animalele din fundalul apoe-zero au început să urmeze o dietă occidentală cu 0,15% colesterol, care oferă 42% calorii sub formă de grăsime (TD 88137); Dieta a fost continuată timp de 6 săptămâni. Câțiva șoareci de 8 săptămâni au primit 4% grăsimi și nu s-a adăugat colesterol timp de 6 săptămâni. Leziunile au fost cuantificate folosind tehnica feței (vezi informații suplimentare și referințe în aceasta).
Testele superoxidului și aconitazei
Analiza proteinelor
Șoarecii SM22 - TRE - Ucp1 Apoe -/- hrăniți au fost tratați cu sau fără doxiciclină timp de 8 zile. Aortele au fost perfuzate cu soluție salină tamponată cu fosfat, disecate, clătite și adventitia îndepărtată. Aortele grupate au fost amestecate într-un omogenizator Potter-Elvehjem cu 1,0 ml tampon de liză (30 mM Tris-HCI, pH 7,8, 7 M uree, 2 M tiourea, 4% CHAPS, 1 mM NaF, 1 mM Na 3; Cocktail de inhibitor de protează VO 4 complet) pe gheață timp de aproximativ 1 min. Probele au fost analizate prin electroforeză fluorescentă bidimensională cu gel diferențial și spectrometrie de masă așa cum este descris (a se vedea informațiile suplimentare și referințele din acestea). Consultați Metode suplimentare pentru informații suplimentare.
mulțumire
Acest studiu a fost susținut de subvenții de la National Institutes of Health, Clinical Nutrition Research Unit, Diabetes Research and Training Center, o bursă postdoctorală finanțată de mentori de la American Diabetes Association și resurse instituționale de la Washington University și Siteman Cancer Center Proteomics sprijină centrul de la Washington University.
Informatii suplimentare
Figura suplimentară S1
Greutatea corporală și chimia serului la șoarecii tratați cu Dox SM22-TRE UCP1. (EPS 335 kb)
Figura suplimentară S2
Tensiunea arterială a fost determinată prin telemetrie la șoareci SM22-TRE UCP1 (panoul a) și șoareci SM22-TRE UCP1-apoE -/- (panou b). (EPS 300 kb)
Figura suplimentară S3
Efectele inducției UCP1 asupra aterosclerozei și colesterolului seric la șoarecii hrăniți cu chow. (EPS 587 kb)
Figura suplimentară S4
Caracterizare metabolică și toleranță la glucoză la șoareci SM22-TRE UCP1 apoE -/- cu hrănire occidentală. (EPS 360 kb)
Figura suplimentară S5
Expresia UCP1 în arterele extra-aortice. (EPS 307 kb)
Figura suplimentară S6
Influența Tempolului asupra tensiunii arteriale în manșeta cozii la șoarecii SM22-TRE UCP1 apoE -/- tratați cu Dox. (EPS 303 kb)
Legendele figurii suplimentare S1-S6
Acest fișier conține legende pentru figurile suplimentare 1-6. (DOC 11 kb)
Metodologie complementară
Acest fișier conține o metodologie complementară. (DOC 8 kb)
Note Aditionale
Acest fișier conține referințe suplimentare. (DOC 12 kb)
Observații
Prin trimiterea unui comentariu, sunteți de acord cu termenii noștri de utilizare și cu regulile comunității. Dacă găsiți ceva abuziv sau care nu respectă termenii sau liniile directoare, marcați-l ca fiind inadecvat.