Abstract
AGE/RAGE-signalering har været en velundersøgt kaskade i mange forskellige sygdomstilstande, især diabetes. På grund af receptorens komplekse natur og de mange krydsende veje er AGE/RAGE-signaliseringsmekanismen stadig ikke velforstået. Formålet med denne gennemgang er at fremhæve nøgleområder for AGE/RAGE-medieret vaskulær forkalkning som en komplikation til diabetes. AGE/RAGE-signalering påvirker kraftigt både cellulære og systemiske reaktioner for at øge knoglematrixproteiner gennem PKC, p38 MAPK, fetuin-A, TGF-β, NFκB og ERK1/2-signalveje i både hyperglykæmiske og forkalkningstilstande. AGE/RAGE-signalering er blevet vist at øge oxidativt stress for at fremme diabetesmedieret vaskulær forkalkning gennem aktivering af Nox-1 og nedsat ekspression af SOD-1. AGE/RAGE-signalering i diabetesmedieret vaskulær forkalkning blev også tilskrevet øget oxidativ stress, hvilket resulterede i fænotypisk skift af VSMC’er til osteoblastlignende celler i AGE-induceret forkalkning. Forskerne fandt ud af, at farmakologiske midler og visse antioxidanter mindskede niveauet af calciumaflejring i AGEs-induceret diabetesmedieret vaskulær forkalkning. Ved at forstå den rolle, som AGE/RAGE-signalkaskaden spiller i forbindelse med diabetesmedieret vaskulær forkalkning, vil det være muligt at foretage farmakologiske indgreb for at mindske alvoren af denne diabetiske komplikation.
1. Indledning
Diabetes mellitus er en familie af sygdomme, der er karakteriseret ved forhøjede blodglukoseniveauer eller hyperglykæmi som følge af kroppens manglende evne til at producere og/eller bruge insulinhormonet. Type I-diabetes mellitus er forbundet med dysfunktion af pancreatiske β-celler, hvilket resulterer i tab af insulinproduktion, mens type II-diabetes mellitus skyldes insulinreceptordysfunktion, hvor insulinreceptorsignalering er afkoblet fra glukoseoptagelse. Diabetes mellitus er meget udbredt i USA, hvor ca. 29 millioner mennesker lever med diabetes eller 9,3 % af befolkningen . Det er rapporteret, at dødeligheden som følge af hjerte-kar-sygdomme for en person på 18 år og derover med diabetes var ca. 1,7 gange højere end i den normale befolkning . De øgede dødsrater som følge af hjerte-kar-sygdomme hos diabetikere viser alvoren af de komplikationer, der kan opstå som følge af denne patologi. Derfor er det vigtigt at forstå sammenhængen mellem hjerte-kar-sygdomme og diabetes .
2. Type II-diabetes og vaskulær forkalkning
Type II-diabetes er blevet stærkt forbundet med vaskulær forkalkning gennem flere forskellige mekanismer, hvoraf nogle omfatter oxidativ stress, hyperglykæmi, hyperkaliæmi og hypercalcæmi, hvor oxidativ stress er hovedfokus i denne gennemgang . Vaskulær forkalkning beskrives som en hærdning af arteriens mediale lag gennem aflejring af hydroxyapatitmineraler i den ekstracellulære matrix . Denne proces, der engang blev anset for at være passiv og forbundet med aldring, er nu blevet påvist at være en stramt reguleret cellemedieret proces . Under vaskulær forkalkning aktiverer bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) core binding factor alpha-1 (CBFA-1, også kendt som RunX2), som fungerer som den primære transkriptionelle regulator for modning af osteoblaster i knoglen . CBFA-1 opregulerer også produktionen af osteoblastproteiner i vaskulære glatte muskelceller (VSMC’er), hvilket menes at forårsage et fænotypisk skifte af VSMC’er til en osteoblastlignende fænotype . Alkalisk fosfatase (ALP) og bone sialoprotein (BSP) er blevet påvist at være tidlige markører for osteoblastaktivitet, mens markører som osteopontin (OPN) og osteocalcin opreguleres sent i forkalkningsprocessen . Deres primære funktion er at fremme dannelsen og aflejringen af hydroxyapatit, som består af type I-kollagen og andre ikke-kollagenholdige proteiner . ALP, der primært er angivet i knogledannelsen, er ansvarlig for at spalte pyrofosfat til fosfat for at fremme hydroxyapatitudfældning og mineralisering i knoglen . BSP er ansvarlig for kernedannelsen af hydroxyapatitmineral . I lighed med ALP er OPN også forbundet med hydroxyapatitaflejring og kan fungere som mediator for celletilknytning og signalering . Hydroxyapatitstørrelse og -form formidles af osteocalcin gennem en vitamin K-afhængig mekanisme . Samlet set viser disse data potentialet til at fremme knogledannelse i et levende system, og forskere har udnyttet denne viden om knoglematrixproteiner til at forstå de underliggende mekanismer for vaskulær forkalkning og type II-diabetes.
I en række undersøgelser udført af Chen et al. blev arterier høstet fra diabetiske og ikke-diabetiske patienter analyseret for at bestemme mængden af calcium, OPN, ALP, type I kollagen og BSP. Med undtagelse af BSP var alle undersøgte knoglematrixproteiner signifikant forhøjet som følge af diabetes . In vitro-forsøg med bovine vaskulære glatte muskelceller (BVSMC’er) dyrket under euglykæmiske (normal glukose) og hyperglykæmiske forhold viste, at CBFA1-, ALP- og osteocalcin-niveauerne var signifikant højere i celler dyrket i et medie med højt glukoseindhold. Desuden var kalciumaflejringen også signifikant højere i højglukosemedier end i normalglukosemedier, og denne tendens blev også observeret, når begge typer vækstmediebetingelser blev suppleret med kalkmedier. Kalkmedier indeholder forhøjede niveauer af uorganisk fosfat for at fremme forkalkning gennem udnyttelse af de celler, der har brug for at opretholde homøostase. For at bestemme de signalmekanismer, der er ansvarlige for den øgede ekspression af knoglematrixprotein, blev BVSMC’er udsat for høje glukoseniveauer, og proteinkinase C-aktiviteten (PKC) blev farmakologisk hæmmet i både normale og højglukosebehandlede celler. PKC blev valgt som fokus for signalvejen på grund af dens forudbestemte rolle i cellulære reaktioner på diabetes og hyperglykæmi . Som følge heraf blev ekspressionen af knoglematrixproteiner signifikant nedsat, mens der i normale glukosebehandlede celler ikke var nogen nævneværdig ændring i proteinekspressionen. Denne undersøgelse påviste også en øget BMP-2-sekretion fra BVSMC’er, der er dyrket i glukoseholdige medier. Samlet set konkluderede Chen et al., at hyperglykæmiske forhold, som observeret ved diabetes, fremmer opregulering af knoglematrixproteiner og vaskulær forkalkning . Understøttende undersøgelser af Mori et al. viste, at OPN blev opreguleret og aktiveret af en lignende PKC-medieret vej i VSMC’er fra diabetiske rotter. Western blotting bekræftede, at PKC-hæmning resulterede i et bemærkelsesværdigt fald i OPN-proteinekspression . Samlet set har disse undersøgelser ikke kun vist forekomsten af knoglematrixproteinekspression i vaskulære glatte muskelceller, men også PKC’s rolle i diabetes-medieret vaskulær forkalkning.
3. Vaskulær forkalkning og AGE-RAGE-signalering
Ud over den øgede knoglematrixproteinekspression i VSMC’er under diabetiske og forkalkningsbehandlinger har undersøgelser også vist, at avancerede glycation end products (AGE’er) og deres receptorer (RAGE’er) spiller en rolle i vaskulær forkalkning . Type II-diabetespatienter har vist sig at have en betydeligt højere koncentration af AGE’er end den ikke-diabetiske befolkning . AGE’er dannes i løbet af livet som følge af øget cirkulerende glukose samt andre reducerende sukkerarter, såsom galactose og fructose, der reagerer med aminogrupper i proteiner for at danne Schiff-baser, som enten følger polyolvejen og giver AGE’er eller bliver nedbrudt . Disse glykerede slutprodukter interagerer med RAGE’er, som er transmembranproteiner, der er en del af immunoglobulinsuperfamilien. RAGE’er opreguleres som reaktion på øgede cirkulerende AGE-niveauer . Ved AGE-RAGE-binding virker RAGE gennem PKC-ζ for at udløse downstream-aktivering af en signalkaskade, der virker gennem p38 mitogenaktiveret proteinkinase (MAPK), transformerende vækstfaktor-β (TGF-β) og nukleær faktor κB (NFκB) . Suga et al. viste, at aktivering af AGE-RAGE-signalering i rotte-VSMC’er reducerede ekspressionen af VSMC-genmarkører såsom glat muskel-myosin tung kæde (SM-MHC) og glat muskel 22α (SM22α) . Denne nedregulering af VSMC-markører tyder på et muligt fænotypisk skifte af VSMC’er til en osteoblastlignende fænotype . Dette understøttes af resultater fra humane VSMC’er (HVSMC’er), hvor aktivering af RAGE øgede mRNA-ekspressionen og aktiviteten af ALP, et knoglematrixprotein, hvilket tyder på en rolle for RAGE-signalering i vaskulær forkalkning . Disse undersøgelser viste nogle grundlæggende roller for RAGE i VSMC-forkalkning gennem PKC-ζ-signalering, øget ekspression af ALP og nedsat ekspression af VSMC-genmarkører.
I undersøgelser udført af Tanikawa et al. ved hjælp af en HVSMC in vitro forkalkningsmodel øgede en forøgelse af AGE-niveauerne signifikant mængden af calciumaflejring efter 7 og 14 dage sammenlignet med BSA-behandlede og kontrolprøver . Derudover var mRNA-ekspression af CBFA-1 (RunX2), ALP-aktivitet og osteocalcin-proteinniveauer også signifikant forhøjet. Tilsammen tyder disse data på, at AGE-behandling fremmer en osteoblastlignende fænotype i HVSMC’er. Dette fænotypiske skift var ikke afhængig af forkalkningsmedier, da lignende resultater blev fundet ved brug af HVSMC’er dyrket med og uden forkalkningsmedier . VSMC-ekspression af osteoblastproteiner kan være forbundet med p38 MAPK-aktivitet, da Tanikawa et al. fandt, at med øget AGE-eksponering blev p38 MAPK-aktiveringen øget. Omvendt, når RAGE-signalering blev dæmpet, blev p38 MAPK-aktivering mindsket, og ændringerne i p38 MAPK korrelerede med nedsatte niveauer af ALP-aktivitet på trods af AGE-induceret forkalkning . I en lignende undersøgelse af Hu et al. blev det vist, at p38 MAPK er afgørende for osteoblastdifferentiering i MC3T3-E1-celler. Farmakologisk hæmning af p38 MAPK resulterede i nedsat ALP-aktivitet og viste således, at p38 MAPK er nødvendig for ALP-ekspression i osteoblastlignende celler . ALP-aktiviteten kan derfor påvirkes direkte af både øget AGE-eksponering og forhøjet RAGE-kaskade-signalering gennem p38 MAPK. Dette forhold tyder på, at p38 MAPK spiller en nøglerolle i AGE-RAGE-vejen i diabetes-medieret vaskulær forkalkning .
Mens disse resultater viser betydningen af AGE-RAGE-vejen i diabetes-medieret vaskulær forkalkning, viste Ren et al., at AGE’er også signifikant øgede intracellulære calciumniveauer i rotte-VSMC’er . Det blev fundet, at mRNA-niveauerne af ALP og OPN blev signifikant forøget efter en 24-timers eksponering for glykeret albumin (AGE-BSA). På grund af stigningen i ALP og OPN ved AGE-BSA-behandling viste gruppen også, at RAGE blev opreguleret i rotte-VSMC’erne. Ved inkubation med et neutraliserende antistof mod RAGE blev mængden af calcium- og ALP-ekspression mindsket. De observerede ændringer bekræftede, at RAGE medierer AGE-induceret VSMC-kalkning . Wei et al. viste, at diabetes accelererede aortaforkalkning hos Wistar-hanrotter . Dyrene blev behandlet med streptozotocin (STZ) for at inducere diabetes og derefter behandlet med vitamin D3 og nikotin (VDN) for at inducere vaskulær forkalkning. von Kossa-farvning gjorde det muligt at visualisere calciumpartiklerne i det fjernede aortavæv, og der blev fundet calciumpartikler i det udvalgte vævsafsnit. Western blot-analyse viste en signifikant stigning i ALP-ekspressionen, og niveauerne af AGE’er var også forhøjet hos de diabetiske og VDN-behandlede dyr . Det er vigtigt at påpege, at mens AGE-RAGE-signalering direkte kan formidle vaskulær forkalkning ved diabetes, kan AGE-RAGE-signalering også indirekte påvirke denne diabetiske komplikation.
4. Roller for Fetuin-A i vaskulær forkalkning og RAGE-signalering
Serumprotein-Heremans-Schmid-glycoprotein (Ahsg eller fetuin-A), et systemisk cirkulerende glycoprotein, er blevet impliceret i insulinresistens hos type II-diabetiske patienter . Patientdata viste, at høje niveauer af serum fetuin-A var en indikator for hyperglykæmi hos type II patienter. Fetuin-A hindrede også insulinmodtagelse gennem hæmning af insulinreceptoren til at autofosforylering af insulinreceptorsubstrat-1-protein, som er afgørende for insulinreceptorsignalvejen . Samlet set viste disse undersøgelser, at fetuin-A spiller en rolle i insulinresistens ved type II-diabetes, hvilket kan føre til yderligere forværring af hyperglykæmi og andre diabetiske komplikationer. Interessant nok er det blevet påvist, at øgede niveauer af vaskulær forkalkning ikke kun er forbundet med type II-diabetes, men også med patienter med kronisk nyresygdom (CKD) . I dette tilfælde har det vist sig, at vaskulær forkalkning fremmer både inflammatorisk og oxidativt stressrespons, hvilket gør den til en risikofaktor for hjerte-kar-sygdomme. Fetuin-A frigives af leveren for at fungere som et akutfaseprotein i det medfødte immunsystem, hvor det fungerer til at fremme antiinflammatoriske og antioxidative stressresponser for at hæmme overeksprimerede inflammatoriske molekyler.
Omvendt kan fetuin-A også fremkalde et medfødt immunrespons, der til dels fremkaldes af toll-like receptorer (TLR’er). Denne mekanisme kan aktiveres af frie fedtsyrer (FFA’er) for at fremkalde et proinflammatorisk respons . Pal et al. viste, at fetuin-A kan fungere som en ligand til TLR-4 for at stimulere FFA-induceret insulinresistens i adipocytter . Ud over at fremme insulinresistens hos type II-diabetiske patienter kan fetuin-A også hæmme en alternativ RAGE-ligand, high mobility group box-1 (HMGB1), som er ansvarlig for frigivelse og rekruttering af flere cytokiner, adhæsionsmolekyler og kemokiner. RAGE-signalkaskadeaktivering er blevet påvist at være ansvarlig for HMGB1-medieret ekspression af tumornekrosefaktor (TNF) og interleukin-1 (IL-1) . Det er bekymrende, at fetuin-A-hæmning af HMGB1 muligvis kan skabe en situation, hvor RAGE’er fortrinsvis kan vælge og binde AGE’er for at aktivere kaskaden. Ved hjælp af data indsamlet fra CKD-patientprøver viste Janda et al., at øgede serumfetuin-A-niveauer var en positiv indikator for øget aflejring af AGE’er i arterierne, hvilket således indikerer, at fetuin-A indirekte kan påvirke AGE/RAGE-vejen, især i tilstedeværelse af inflammatoriske molekyler.
Fetuin-A (Ahsg) har en høj affinitet for hydroxyapatitkrystaller, som er placeret i steder med vaskulær forkalkning, såsom knogler og tænder . Ketteler et al. anvendte patienter med CKD på hæmodialyse til at korrelere kardiovaskulær dødelighed med nedsatte fetuin-A niveauer og øget vaskulær forkalkning, hvilket tyder på, at fetuin-A virker som en inhibitor af forkalkning . Undersøgelser ved hjælp af en fetuin-A mangelfuld musemodel, der var forkalkningsfølsomme (DBA/2-Ahsg-/-), fastslog, at glykoproteinet er en forkalkningshæmmer . Røntgenbilleder af knogler og von Kossa-farvning af lunge, hjerte, nyre og hud afslørede en visuel stigning i aflejringen af fosfor og calcium i hver enkelt vævstype. Blodserum blev ekstraheret fra DBA/2-Ahsg-/–dyr for at udføre en in vitro basisk calciumphosphat (BCP)-udfældningsassay. Fetuin-A mindskede mængden af BCP-udfældning i serummet, hvilket indikerer, at fetuin-A kan hæmme dannelsen af BCP-aflejring . Inden for samme forskningsgruppe anvendte Heiss et al. elektronmikroskopi og dynamisk lysspredning til at bestemme de strukturelle egenskaber ved fetuin-A, der komplekseres med BCP for at danne calciproteinpartikler. Yderligere undersøgelser med renset fetuin-A, der er inkuberet med BCP in vitro, resulterede i, at BCP-strukturen ændrede sig fra et stift til et skrøbeligt udseende . Denne observerede strukturelle ændring blev også observeret i andre calciumbaserede materialer såsom CaCO3-nanopartikler.
Forholdet mellem fetuin-A, BCP og forkalkede VSMC’er blev bestemt ved hjælp af in vitro og in vivo HVSMC-modelsystemet. Reynolds et al. viste, at fetuin-A blev lokaliseret i matrixvesiklerne af forkalkede HVSMC’er i det mediale lag af arterien . Disse forkalkede HVSMC’er blev behandlet med fetuin-A, som hæmmer kalciumaflejring og kalciuminkorporering på en dosisafhængig og cellemedieret måde. Det er blevet påvist, at VSMC’er gennemgår vesikel- og apoptotiske legemer-medieret vaskulær forkalkning . Mikroskopi og western blotting viste, at HVSMC-apoptose blev hæmmet af fetuin-A. Forkalkningen af frigivne matrixvesikler og apoptotiske legemer blev kvantificeret ved hjælp af energidispersiv røntgenanalyse og viste, at fetuin-A også hæmmer forkalkningen af disse frigivne cellepartikler. I samme undersøgelse blev det påvist, at fetuin-A er en hæmmer af HVSMC-kalkning, der formidles af matrixvesikler og apoptotiske legemer . I lignende undersøgelser af Moe et al. blev det vist, at fetuin-A er en inhibitor af forkalkning i BVSMC’er . Samlet set viser disse data, at fetuin-A er en inhibitor af forkalkning.
5. AGE-RAGE-signalering og oxidativ stress i vaskulær forkalkning
Den AGE/RAGE-signaleringskaskade er blevet påvist at være beslægtet med en feed-forward-loop, hvorved der produceres resultater såsom øget fibrose, øget RAGE-ekspression og øgede oxidative stressorer . Oxidativ stress produceret af forhøjede reaktive oxygenarter (ROS) kan forstyrre adskillige intracellulære strukturer, såsom cellulære membraner, proteiner, lipider og DNA. ROS-produkter som hydrogenperoxid, superoxidanioner, hydroxylradikaler og nitrogenoxid genereres af mitokondrielle oxidaser, NADPH-oxidaser (Nox) og nitrogenoxidsyntaser . RAGE-aktivering resulterer i øget produktion af ROS ved at stimulere specifikke signalkaskader såsom TGF-β, NF-κB og Nox-1 . I en undersøgelse udført af Wei et al. blev malondialdehyd (MDA)-koncentrationen og Cu/Zn superoxiddismutase (SOD-1)-aktivitet anvendt til at vurdere oxidativt stress og evnen til at iværksætte en kompenserende oxidativ stressmekanisme i dyremodeller med diabetesmedieret vaskulær forkalkning. Diabetiske dyr med VDN-induceret vaskulær forkalkning havde en signifikant stigning i MDA-indholdet og et signifikant fald i SOD-aktivitetsniveauet sammenlignet med den diabetiske gruppe. Når isolerede VSMC’er blev behandlet med stigende niveauer af AGE, var der forhøjede ALP-aktivitetsniveauer, Nox-1-medieret ROS-produktion og RAGE-ekspression. Hæmning af RAGE-ekspressionen mindskede følgelig ALP-aktiviteten, calciumindholdet og Nox-1-proteinproduktionen, samtidig med at SOD-1-niveauerne steg. Samlet set viste disse undersøgelser, at celleisolater fra en model af diabetes med VDN-medieret vaskulær forkalkning reagerede på AGE-behandlinger, hvilket fremgik af signifikant øgede niveauer af ALP, ROS, Nox-1 og RAGE-protein sammenlignet med diabetiske dyr alene . Brodeur et al. anvendte en lignende dyremodel til at bestemme, om AGE’er i et in vivo-system kan reduceres, efter at diabetes-medieret vaskulær forkalkning er opstået . Pyridoxamin (PYR), en AGE-hæmmer, blev administreret som en forebyggende præ-kalkningsbehandling, mens alagebrium (ALA), en AGE-bryder, blev givet som en terapeutisk post-kalkningsbehandling. I disse undersøgelser gav kun ALA mulighed for en betydelig reduktion af antallet af AGE’er og kalkindholdet som målt i muskulære arterier som f.eks. lårarterien, men ikke i større ledende arterier som f.eks. aorta. PYR mindskede det samlede AGE- og calciumniveau, men det var ikke signifikant i de undersøgte væv. Forskellen i effektiviteten af de to behandlinger kan skyldes virkningsmekanismerne; PYR virker som et AGE-forebyggende middel, mens ALA virker som en AGE-krydsforbindelsesbryder. Effektiviteten af flere antioxidantbehandlinger, såsom alfa-lipiocsyre, 4-hydroxy tempol og apocynin, blev også testet. Apocynin-behandling resulterede i en betydelig reduktion af calciumaflejring i den diabetesmedierede dyremodel for vaskulær forkalkning. Brodeur et al. viste, at en reduktion af calcium gennem målrettet ROS-antioxidantbehandling er en mere gennemførlig behandling i en in vivo-model af vaskulær forkalkning . Samlet set viser disse undersøgelser, at AGE/RAGE-kaskaden er i stand til at formidle vaskulær forkalkning gennem oxidative stressmekanismer, og terapeutiske behandlinger til begrænsning af ROS-produktion kan være et mere gennemførligt alternativ til at minimere vaskulær forkalkning.
En anden ROS-signalkaskade, der aktiveres af AGE’er, er transformerende vækstfaktor- (TGF-) β. I en undersøgelse af Li et al. da VSMC’er blev behandlet med AGE’er, blev medlemmer af AGE/RAGE-signalkaskaden (dvs, p38 MAPK og ERK1/2) blev fundet at blive fosforyleret ved RAGE-aktivering . Desuden resulterede TGF-β-signalering i fosforylering af dens familie af mediatorer, Smads, der tjener som transkriptionelle modulatorer . Det blev konstateret, at disse ændringer var TGF-β-afhængige. Western blot-analyse viste, at når RAGE-ekspressionen blev nedreguleret, blev Smad 2-fosforylering også hæmmet, hvilket indikerer AGE/RAGE-kaskaden i Smad-aktivering og TGF-β-signalering. Da ophobningen af AGE’er er i den ekstracellulære matrix (ECM), er det vigtigt at bemærke, at en stigning i TGF-β er blevet impliceret i fibrose inden for sygdom . Fibrose er typisk forbundet med en stigning i type I kollagen, og Li et al. anvendte Western Blot-analyse til at påvise, at AGE’er inducerer en øget produktion af type I kollagen, som blev hæmmet ved blokering af p38 MAPK- og ERK1/2-signalering. Disse data giver mulighed for at konkludere, at AGE/RAGE-signalering spiller en rolle i vedligeholdelsen og reguleringen af ECM ved diabetes, og at AGE’er inducerer TGF-β gennem formidling af RAGE .
AGE’er er også blevet vist at øge aktiviteten af NFκB gennem RAGE-signalering i VSMC’er. Undersøgelser har vist, at VSMC’er vil opretholde en eftergivelig, kontraktile fænotype i arterien; stigninger i NFκB-signalering vil imidlertid forstyrre denne fænotype, hvilket resulterer i øget stivhed og stivhed, der almindeligvis er forbundet med kardiovaskulære diabetiske komplikationer . Simard et al. behandlede rotte aortiske VSMC’er (A7r5-celler) med glykeret humant serumalbumin (AGE-HSA) og observerede ved hjælp af GFP-ekspression signifikant øget NFκB-aktivitet. Western blot-analyse viste, at ERK1/2-aktiveringen var signifikant øget ved AGE-HSA-behandling, og AKT-aktiveringen var svagt øget. Begge disse veje aktiverer NFκB, hvilket ville gøre det muligt at konkludere, at RAGE-signalering øger NFκB-aktiviteten . En stigning i NFκB-transskriptionsaktiviteten kan føre til en stigning i mRNA-ekspression af type I kollagen a1 og a2 i murine VSMC’er behandlet med AGE’er som vist i Peng et al. . Samlet set påvirker AGE-induceret RAGE-signalering aktiviteten af NFκB i VSMC’er, hvilket kan føre til remodellering af type I kollagen i ECM eller til en ændring i cellemorfologi. Også når de behandles med AGE-HSA, blev mRNA-niveauerne af smooth muscle-myosin heavy chair (SM-MHC) og SM-22α nedsat, og desuden blev proteinekspressionen af SM-α-actin, SM-22α og myocardin (MyoC) også nedsat. Samlet set påviste forskerne, at RAGE-signalering forstyrrer ekspressionen af markører for glat muskelfænotype i A7r5-celler. Tabet af glat muskelfænotypemarkører gav en forklaring på ændringerne i glat muskels mekaniske celleegenskaber, efterhånden som AGE/RAGE-signalering øgedes. Der var også en øget granularitet i A7r5-cellerne, hvilket viste en visuel ændring i cellemorfologien som følge af den øgede RAGE-signalering. Mens den samlede aktintæthed var uændret med AGE-HAS-behandlede celler, viste Young-modulet, et mål for elasticitet, at den basale cellestyrke var signifikant forøget, hvilket indikerer en stivere, mindre elastisk celletype. Proteinekspressionsniveauer af fosforyleret myosin light chain (MLC) blev også målt for at bestemme ændringer i kontraktile funktioner og aktin-myosin-medieret motorisk aktivitet. Disse resultater viste, at der ikke skete nogen ændringer i den kontraktile funktion, når A7r5-celler blev behandlet med AGE-HSA. Samlet set ændrer øget AGE/RAGE-signalering de mekaniske egenskaber hos VSMC’er, hvilket resulterer i en stivere, mindre eftergivelig celletype.
6. Konklusion
AGE/RAGE-signalering er en kompleks og indviklet kaskade og er blevet undersøgt i mange forskellige sygdomstilstande. Især diabetes-medieret vaskulær forkalkning udviser flere faktorer, der gør det muligt for AGE/RAGE-signalering at påvirke både cellulære og systemiske reaktioner i høj grad. Det er blevet påvist, at vaskulær forkalkning øger knoglematrixproteiner gennem PKC-signalering under hyperglykæmiske og forkalkningsbetingelser. AGE-induceret vaskulær forkalkning forårsagede nedregulering af VSMC-markører og en opregulering af knoglematrixproteiner, hvilket tyder på, at VSMC’erne undergår et fænotypisk skifte til en osteoblastlignende celle. RAGE-signalering kan også formidle VSMC-forkalkning gennem en række mitogene veje. Af disse blev det påvist, at p38 MAPK-vejen er en væsentlig komponent for AGE/RAGE-medieret VSMC-differentiering. Fetuin A blev også vist at spille en mere kontroversiel rolle i vaskulær forkalkning. Fetuin A fungerer som mediator for både proforkalkning ved kunstigt at selektere for AGE’er som RAGE-ligand og som antikalkningsmiddel i visse modeller af CDK. Fetuin-A udgør et spændende område, hvor der skal udføres mere arbejde for at forstå dets rolle i vaskulær forkalkning som en diabetisk komplikation. AGE/RAGE-signalering er blevet impliceret i oxidativ stress i forbindelse med diabetesmedieret vaskulær forkalkning gennem aktivering af Nox-1, TGF-β-medieret fibrose, NFκB- og ERK1/2-veje og nedsat ekspression af SOD-1. Forskerne fandt, at farmakologiske midler og visse antioxidanter mindskede niveauet af calciumaflejring i AGEs-induceret diabetesmedieret vaskulær forkalkning. Samlet set blev AGE/RAGE-signaleringens rolle i diabetesmedieret vaskulær forkalkning tilskrevet oxidativ stress og fænotypisk skift af VSMC’er under AGE-inducerede forkalkningsforhold som vist i figur 1. Den fremtidige retning i forståelsen af vaskulær forkalkning som en diabetisk komplikation kunne omfatte anvendelse af RAGE knockout-mus til at undersøge virkningerne af systemisk hæmning af RAGE på diabetesmedieret vaskulær forkalkning. Også fetuin-A’s rolle kunne undersøges bedre for at forstå samspillet mellem denne biomarkør og AGE/RAGE-signalering i type II-diabetes.
Oplysning
Alle udtalelser, resultater og konklusioner eller anbefalinger, der kommer til udtryk i dette materiale, er forfatternes egne og afspejler ikke nødvendigvis National Science Foundation’s synspunkter.
Konkurrerende interesser
Forfatterne erklærer, at de ikke har nogen konkurrerende interesser.
Forfatternes bidrag
Alle forfattere har bidraget ligeligt til denne artikel.
Akkreditering
Forfatterne vil gerne takke Dr. Donna M. Gordon for hendes bidrag til udviklingen og redigeringen af denne gennemgang. Dette arbejde er støttet af American Heart Association Beginning Grant-In-Aid nr. 4150122 (JAS), American Heart Association Scientist Development Grant nr. 5310006 (JAS), og Mississippi State University og dets Biological Sciences Department. Dette materiale er også baseret på arbejde, der er støttet af National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program under Grant no. 2015202674.