Abstract
Az AGE/RAGE jelátvitel jól tanulmányozott kaszkád számos különböző betegségben, különösen a cukorbetegségben. A receptor komplex jellege és a több, egymást keresztező útvonal miatt az AGE/RAGE jelátviteli mechanizmusa még mindig nem jól ismert. Ennek az áttekintésnek az a célja, hogy kiemelje az AGE/RAGE által közvetített érelmeszesedés, mint a cukorbetegség szövődményének kulcsfontosságú területeit. Az AGE/RAGE jelátvitel erősen befolyásolja mind a sejtes, mind a szisztémás válaszokat a csontmátrixfehérjék növekedése érdekében a PKC, p38 MAPK, fetuin-A, TGF-β, NFκB és ERK1/2 jelátviteli útvonalakon keresztül mind a hiperglikémiás, mind a meszesedési körülmények között. Az AGE/RAGE jelátvitelről kimutatták, hogy a Nox-1 aktiválásán és a SOD-1 csökkent expresszióján keresztül fokozza az oxidatív stresszt a cukorbetegség által közvetített érelmeszesedés elősegítése érdekében. Az AGE/RAGE jelátvitelt a cukorbetegség által közvetített érelmeszesedésnél szintén a megnövekedett oxidatív stressznek tulajdonították, ami a VSMC-k fenotípusos váltását osteoblast-szerű sejtekké eredményezi az AGE-k által indukált meszesedésnél. A kutatók megállapították, hogy a farmakológiai szerek és bizonyos antioxidánsok csökkentették a kalciumlerakódás szintjét az AGE-indukált cukorbetegség által kiváltott érelmeszesedés során. Az AGE/RAGE jelátviteli kaszkád diabétesz által közvetített érelmeszesedés szerepének megértése lehetővé teszi a farmakológiai beavatkozást e diabéteszes szövődmény súlyosságának csökkentésére.
1. Bevezetés
A diabetes mellitus egy betegségcsalád, amelyet emelkedett vércukorszint vagy hiperglikémia jellemez, ami abból ered, hogy a szervezet képtelen az inzulinhormon termelésére és/vagy felhasználására. Az I. típusú diabetes mellitus a hasnyálmirigy β-sejtjének diszfunkciójával jár együtt, ami az inzulintermelés elvesztését eredményezi, míg a II. típusú diabetes mellitust az inzulinreceptorok diszfunkciója okozza, amelyben az inzulinreceptorok jelátvitelét szétkapcsolják a glükózfelvételtől. A diabetes mellitus igen elterjedt az Egyesült Államokban, ahol körülbelül 29 millió ember él cukorbetegségben, ami a lakosság 9,3%-át jelenti. A jelentések szerint a 18 éves és idősebb cukorbetegek szív- és érrendszeri megbetegedésekből eredő halálozási aránya körülbelül 1,7-szer magasabb, mint a normál népességé . A diabéteszes szív- és érrendszeri megbetegedésekből eredő megnövekedett halálozási arányok jól mutatják az e kórképből eredő szövődmények súlyosságát. Ezért a szív- és érrendszeri betegségek és a cukorbetegség közötti kapcsolat megértése alapvető fontosságú .
2. II. típusú cukorbetegség és érelmeszesedés
A II. típusú cukorbetegséget több különböző mechanizmuson keresztül erősen összefüggésbe hozták az érelmeszesedéssel, amelyek közül néhány az oxidatív stressz, a hiperglikémia, a hiperkalémia és a hiperkalcémia, az oxidatív stressz áll e felülvizsgálat középpontjában . Az érelmeszesedést az artéria mediális rétegének megkeményedéseként írják le a hidroxiapatit ásványi anyagok extracelluláris mátrixba történő lerakódása révén . Ezt a folyamatot, amelyet egykor passzívnak és az öregedéssel összefüggőnek gondoltak, ma már bizonyítottan egy szorosan szabályozott, sejtek által közvetített folyamatnak tekintik. Az érelmeszesedés során a csontmorfogenetikus protein-2 (BMP-2) aktiválja a core binding factor alpha-1-et (CBFA-1, más néven RunX2), amely a csontban lévő oszteoblasztok érésének elsődleges transzkripciós szabályozójaként működik . A CBFA-1 felszabályozza az osteoblast fehérjék termelését az érrendszeri simaizomsejtekben (VSMC) is, ami feltehetően a VSMC-k fenotípusváltását okozza osteoblast-szerű fenotípusra . Az alkalikus foszfatáz (ALP) és a csontsialoprotein (BSP) bizonyítottan az oszteoblaszt-aktivitás korai markerei, míg az olyan markerek, mint az oszteopontin (OPN) és az oszteokalcin, a meszesedési folyamat késői szakaszában szabályozódnak fel . Elsődleges funkciójuk az I. típusú kollagénből és más nem kollagén fehérjékből álló hidroxiapatit képződésének és lerakódásának fokozása . Elsősorban a csontképződésben jelzett ALP felelős a pirofoszfát foszfáttá történő hasításáért, hogy elősegítse a hidroxiapatit lerakódását és mineralizációját a csontban . A BSP felelős a hidroxiapatit ásványi anyag nukleációjáért . Az ALP-hez hasonlóan az OPN is kapcsolódik a hidroxiapatit lerakódáshoz, és a sejtek rögzülésének és jelátvitelének közvetítőjeként szolgálhat . A hidroxiapatit méretét és alakját az oszteokalcin közvetíti egy K-vitamin-függő mechanizmuson keresztül . Ezek az adatok együttesen bizonyítják a csontképződés elősegítésének lehetőségét egy élő rendszerben, és a kutatók a csontmátrixfehérjékkel kapcsolatos ezen ismereteket felhasználták az érelmeszesedés és a II. típusú cukorbetegség mögöttes mechanizmusainak megértéséhez.
A Chen és munkatársai által végzett vizsgálatsorozatban cukorbeteg és nem cukorbeteg betegekből kivett artériákat elemezték a kalcium, OPN, ALP, I. típusú kollagén és BSP mennyiségének meghatározása céljából. A BSP kivételével valamennyi vizsgált csontmátrixfehérje mennyisége szignifikánsan megnövekedett a cukorbetegség következtében . Az euglikémiás (normál glükóz) és hiperglikémiás körülmények között tenyésztett szarvasmarha érrendszeri simaizomsejtekkel (BVSMC) végzett in vitro kísérletek kimutatták, hogy a CBFA1, az ALP és az oszteokalcin szintje szignifikánsan magasabb volt a magas glükóz tartalmú közegben tenyésztett sejtekben. Emellett a kalcium lerakódás is szignifikánsan magasabb volt magas glükóz tartalmú közegben, mint normál glükóz tartalmú közegben, és ez a tendencia akkor is megfigyelhető volt, amikor mindkét típusú növekedési közegkörülményt meszesítő közeggel egészítettük ki. A kalcifikációs táptalajok megemelt mennyiségű szervetlen foszfátot tartalmaznak, hogy a homeosztázis fenntartásához szükséges sejtek hasznosítása révén elősegítsék a kalcifikációt. A fokozott csontmátrixfehérje-expresszióért felelős jelátviteli mechanizmusok meghatározásához a BVSMC-ket magas glükózszintnek tettük ki, és a protein kináz C (PKC) aktivitását farmakológiai úton gátoltuk mind a normál, mind a magas glükózzal kezelt sejtekben. A PKC-t választottuk a jelátviteli útvonal fókuszának, mivel előre meghatározott szerepe van a cukorbetegségre és a hiperglikémiára adott sejtválaszokban . Ennek eredményeként a csontmátrix fehérjék expressziója jelentősen csökkent, míg a normál glükózzal kezelt sejtekben nem volt említésre méltó változás a fehérjeexpresszióban. Ez a vizsgálat a BMP-2 fokozott szekrécióját is kimutatta a magas glükóz tartalmú közegben tenyésztett BVSMC-kből. Összességében Chen és munkatársai arra a következtetésre jutottak, hogy a cukorbetegségben megfigyelt hiperglikémiás körülmények elősegítik a csontmátrix fehérjék és az érelmeszesedés felszabályozását . A Mori és munkatársai által végzett támogató vizsgálatok kimutatták, hogy az OPN-t hasonló PKC által közvetített útvonal szabályozza és aktiválja a diabéteszes patkány VSMC-kben. Western blotting megerősítette, hogy a PKC gátlása az OPN fehérje expressziójának jelentős csökkenését eredményezte . Összességében ezek a vizsgálatok nemcsak a csontmátrix fehérje expressziójának elterjedtségét mutatták ki az érrendszeri simaizomsejtekben, hanem a PKC szerepét is a cukorbetegség által közvetített érelmeszesedésben.
3. Érelmeszesedés és AGE-RAGE jelátvitel
A diabéteszes és meszesedési kezelések során a VSMC-kben a csontmátrix fehérje fokozott expressziója mellett a vizsgálatok azt is kimutatták, hogy a fejlett glikációs végtermékek (AGE-k) és receptoraik (RAGE-k) szerepet játszanak az érelmeszesedésben . A II. típusú cukorbetegeknél kimutatták, hogy az AGE-k koncentrációja jelentősen magasabb, mint a nem cukorbetegeké . Az AGE-k az élet során a megnövekedett keringő glükóz, valamint más redukáló cukrok, mint például a galaktóz és a fruktóz, a fehérjék aminocsoportjaival Schiff-bázisokat képezve reagálnak, amelyek vagy a poliol útvonalon követik az AGE-ket, vagy lebomlanak . Ezek a glikált végtermékek kölcsönhatásba lépnek a RAGE-okkal, amelyek az immunglobulin szupercsaládba tartozó transzmembrán fehérjék. A RAGE-ok a megnövekedett keringő AGE-szintek hatására felszabályozódnak . Az AGE-RAGE kötődést követően a RAGE a PKC-ζ-on keresztül egy jelátviteli kaszkád downstream aktiválását váltja ki, amely a p38 mitogén aktivált protein kinázon (MAPK), a transzformáló növekedési faktor-β-n (TGF-β) és a nukleáris faktor κB-n (NFκB) keresztül működik . Suga és munkatársai kimutatták, hogy az AGE-RAGE jelátvitel aktiválása patkány VSMC-kben csökkentette a VSMC génmarkerek, például a simaizom-myozin nehézlánc (SM-MHC) és a simaizom 22α (SM22α) expresszióját . A VSMC-markerek ezen downregulációja a VSMC-k lehetséges fenotípusváltására utal az oszteoblaszt-szerű fenotípusra . Ezt támasztják alá a humán VSMC-kből (HVSMC-k) származó eredmények, ahol a RAGE aktiválása növelte az ALP, egy csontmátrix fehérje mRNS expresszióját és aktivitását, ami arra utal, hogy a RAGE jelátvitel szerepet játszik az érelmeszesedésben . Ezek a vizsgálatok kimutatták a RAGE néhány alapvető szerepét a VSMC kalcifikációban a PKC-ζ jelátvitel, az ALP fokozott expressziója és a VSMC génmarkerek csökkent expressziója révén.
A Tanikawa és munkatársai által végzett vizsgálatokban egy HVSMC in vitro kalcifikációs modell segítségével az AGE-k szintjének növelése jelentősen növelte a kalcium lerakódás mennyiségét 7 és 14 nap után a BSA kezelt és kontroll mintákhoz képest . Emellett a CBFA-1 (RunX2) mRNS-expressziója, az ALP-aktivitás és az oszteokalcin fehérje szintje is jelentősen emelkedett. Ezek az adatok együttesen azt jelezték, hogy az AGE-kezelés elősegíti az osteoblast-szerű fenotípust a HVSMC-kben. Ez a fenotípusváltás nem függött a meszesítő közegtől, mivel hasonló eredményeket találtunk meszesítő közeggel és anélkül növesztett HVSMC-kkel . A VSMC osteoblast fehérjék expressziója összefügghet a p38 MAPK aktivitással, mivel Tanikawa és munkatársai azt találták, hogy az AGE expozíció növekedésével a p38 MAPK aktiváció megnövekedett. Ezzel szemben, amikor a RAGE jelátvitelt csillapították, a p38 MAPK aktiváció csökkent, és a p38 MAPK változásai korreláltak az ALP aktivitás csökkent szintjével az AGE-indukált kalcifikáció ellenére . Hu és munkatársai hasonló vizsgálatában a p38 MAPK alapvető fontosságúnak bizonyult az MC3T3-E1 sejtek oszteoblaszt-differenciálódásához. A p38 MAPK farmakológiai gátlása az ALP-aktivitás csökkenését eredményezte, így bizonyítva, hogy a p38 MAPK szükséges az ALP expressziójához az oszteoblaszt-szerű sejtekben . Ezért az ALP-aktivitást közvetlenül befolyásolhatja mind a fokozott AGE-expozíció, mind a p38 MAPK-n keresztül történő emelkedett RAGE kaszkád jelátvitel. Ez az összefüggés arra utal, hogy a p38 MAPK kulcsszerepet játszik az AGE-RAGE útvonalban a cukorbetegség által közvetített érelmeszesedésben .
Míg ezek az eredmények az AGE-RAGE útvonal fontosságát mutatják a cukorbetegség által közvetített érelmeszesedésben, Ren és munkatársai kimutatták, hogy az AGE-k jelentősen megnövelték az intracelluláris kalciumszintet patkány VSMC-kben is . Megállapították, hogy az ALP és az OPN mRNS-szintje szignifikánsan megnövekedett a 24 órás glikált albuminnal (AGE-BSA) való expozíciót követően. Az ALP és OPN növekedése miatt az AGE-BSA kezeléssel a csoport azt is kimutatta, hogy a RAGE felszabályozódott a patkány VSMC-kben. A RAGE elleni semlegesítő antitesttel történő inkubáláskor a kalcium és az ALP expressziójának mennyisége csökkent. A megfigyelt változások megerősítették, hogy a RAGE közvetíti az AGE által kiváltott VSMC-kalcifikációt . Wei és munkatársai kimutatták, hogy a cukorbetegség felgyorsította az aorta meszesedését hím Wistar patkányokban . Az állatokat sztreptozotocinnal (STZ) kezelték a cukorbetegség kiváltására, majd D3-vitaminnal és nikotinnal (VDN) kezelték az érelmeszesedés kiváltására. von Kossa festés lehetővé tette a kalciumrészecskék vizualizálását az eltávolított aorta-szövetben, és a kiválasztott szövetszelvényben kalciumrészecskéket találtak. A Western blot elemzés az ALP expresszió jelentős növekedését mutatta, és az AGE-k szintje is emelkedett a diabéteszes és a VDN-kezelt állatokban . Fontos rámutatni, hogy míg az AGE-RAGE jelátvitel közvetlenül közvetítheti az érelmeszesedést cukorbetegségben, az AGE-RAGE jelátvitel közvetve is befolyásolhatja ezt a diabéteszes szövődményt.
4. A Fetuin-A szerepe az érelmeszesedés és a RAGE jelátvitelben
A szérumfehérje -Heremans-Schmid glikoprotein (Ahsg vagy fetuin-A), egy szisztémásan keringő glikoprotein, szerepet játszik a II. típusú cukorbetegek inzulinrezisztenciájában . A betegek adataiból kiderült, hogy a szérum fetuin-A magas szintje a II. típusú hiperglikémia indikátora. A fetuin-A az inzulinfelvételt is akadályozta az inzulinreceptor autofoszforilálásának gátlásán keresztül az inzulinreceptor szubsztrát-1 fehérje autofoszforilálásában, amely kulcsfontosságú az inzulinreceptor jelátviteli útvonalában . Ezek a vizsgálatok együttesen azt mutatták, hogy a fetuin-A szerepet játszik az inzulinrezisztenciában a II. típusú cukorbetegségben, ami a hiperglikémia és más diabéteszes szövődmények további súlyosbodásához vezethet. Érdekes módon az érelmeszesedés megnövekedett szintje nemcsak a II. típusú cukorbetegséggel, hanem a krónikus vesebetegségben (CKD) szenvedő betegekkel is összefüggésbe hozható . Az érelmeszesedés ebben az esetben kimutatták, hogy elősegíti mind a gyulladásos, mind az oxidatív stresszre adott választ, hogy a szív- és érrendszeri betegségek kockázati tényezőjeként vegyüljön össze. A fetuin-A-t a máj szabadítja fel, hogy akut fázisú fehérjeként működjön a veleszületett immunrendszerben, ahol a gyulladásgátló és antioxidatív stresszválaszok elősegítésében játszik szerepet, hogy gátolja a túlzottan expresszált gyulladásos molekulákat.
A fetuin-A fordítva is kiválthat veleszületett immunválaszt, amelyet részben a toll-szerű receptorok (TLR-ek) váltanak ki. Ezt a mechanizmust szabad zsírsavak (FFA) aktiválhatják, hogy proinflammatorikus választ indukáljanak . Pal és munkatársai kimutatták, hogy a fetuin-A a TLR-4 ligandumaként képes stimulálni az FFA által kiváltott inzulinrezisztenciát a zsírsejtekben . A II. típusú cukorbetegek inzulinrezisztenciájának elősegítése mellett a fetuin-A egy alternatív RAGE-ligandot, a nagy mobilitású csoportbox-1-et (HMGB1) is képes gátolni, amely számos citokin, adhéziós molekula és kemokin felszabadulásáért és toborzásáért felelős. Kimutatták, hogy a RAGE jelkaszkád aktivációja felelős a tumor nekrózis faktor (TNF) és az interleukin-1 (IL-1) HMGB1 által közvetített expressziójáért. Aggodalomra ad okot, hogy a HMGB1 fetuin-A gátlása esetleg olyan környezetet hozhat létre, amelyben a RAGE-ok előnyben részesítik és megkötik az AGE-ket a kaszkád aktiválása érdekében. CKD-s betegmintákból gyűjtött adatok felhasználásával Janda és munkatársai kimutatták, hogy a megnövekedett szérum fetuin-A szint pozitív indikátora volt az AGE-k fokozott lerakódásának az artériákban, így jelezve, hogy a fetuin-A közvetve befolyásolhatja az AGE/RAGE útvonalat, különösen gyulladásos molekulák jelenlétében.
A fetuin-A (Ahsg) nagy affinitással rendelkezik a hidroxiapatit kristályokhoz, amelyek az érelmeszesedés helyein, például a csontokban és a fogakban találhatók . Ketteler és munkatársai hemodialízisben részesülő CKD-s betegeket használtak fel, hogy a kardiovaszkuláris mortalitást a csökkent fetuin-A-szintekkel és a fokozott érelmeszesedéssel korrelálják, ami arra utal, hogy a fetuin-A a meszesedés gátlójaként hat . A kalcifikációra érzékeny (DBA/2-Ahsg-/-) fetuin-A-hiányos egérmodellel végzett vizsgálatok megállapították, hogy a glikoprotein a kalcifikáció gátlója . A csontok röntgenfelvételei és a tüdő, a szív, a vese és a bőr von Kossa-festése a foszfor és a kalcium lerakódásának látható növekedését mutatta ki az egyes szövettípusokban. A DBA/2-Ahsg-/- állatokból vérszérumot vontak ki az in vitro bázikus kalcium-foszfát (BCP) kicsapódási vizsgálat elvégzéséhez. A fetuin-A csökkentette a BCP-csapadék mennyiségét a szérumban, ami azt jelzi, hogy a fetuin-A képes gátolni a BCP-lerakódás kialakulását. Ugyanebben a kutatócsoportban Heiss és munkatársai elektronmikroszkópiát és dinamikus fényszórást alkalmaztak a BCP-vel kalciprotein részecskéket képező fetuin-A komplexképződés szerkezeti jellemzőinek meghatározására. A BCP-vel in vitro inkubált tisztított fetuin-A-val végzett további vizsgálatok azt eredményezték, hogy a BCP szerkezete merevből törékennyé változott . Ezt a megfigyelt szerkezeti változást más kalcium alapú anyagokban, például CaCO3 nanorészecskékben is megfigyelték .
A fetuin-A, a BCP és a meszes VSMC-k közötti kapcsolatot in vitro és in vivo HVSMCs modellrendszer segítségével határozták meg. Reynolds és munkatársai kimutatták, hogy a fetuin-A az artéria mediális rétegében lévő meszesedett HVSMC-k mátrix vezikuláiban lokalizálódott . Ezeket a meszes HVSMC-ket fetuin-A-val kezelték, amely dózisfüggő és sejtmediált módon gátolta a kalciumlerakódást és a kalcium beépülését. A VSMC-kről kimutatták, hogy vesiculák és apoptotikus testek által közvetített érelmeszesedésen mennek keresztül . Mikroszkópia és western blotting kimutatta, hogy a HVSMC apoptózist a fetuin-A gátolta. A felszabaduló mátrix vezikulák és apoptotikus testek meszesedését energiadiszperzív röntgenanalízissel számszerűsítettük, és kimutattuk, hogy a fetuin-A gátolja e felszabaduló sejtrészecskék meszesedését is. Ugyanebben a vizsgálatban kimutatták, hogy a fetuin-A gátolja a HVSMC mátrix vezikulák és apoptotikus testek által közvetített kalcifikációját. Moe és munkatársai hasonló vizsgálataiban a fetuin-A a BVSMC-k kalcifikációjának gátlójaként mutatkozott . Ezek az adatok együttesen azt mutatják, hogy a fetuin-A a kalcifikáció gátlója.
5. AGE-RAGE jelátvitel és oxidatív stressz az érelmeszesedésben
Az AGE/RAGE jelátviteli kaszkádról bebizonyosodott, hogy hasonlít egy előrevivő hurokhoz, melynek során olyan eredmények keletkeznek, mint a fokozott fibrózis, a fokozott RAGE expresszió és a fokozott oxidatív stresszorok . Az emelkedett reaktív oxigénfajok (ROS) által létrehozott oxidatív stressz számos intracelluláris struktúrát, például a sejtmembránokat, fehérjéket, lipideket és a DNS-t megbonthatja. A ROS-termékek, mint a hidrogén-peroxid, a szuperoxid-anionok, a hidroxilgyökök és a nitrogén-oxid, a mitokondriális oxidázok, a NADPH-oxidázok (Nox) és a nitrogén-oxid-szintázok által keletkeznek . A RAGE aktiválása a ROS fokozott termelését eredményezi azáltal, hogy olyan specifikus jelátviteli kaszkádokat stimulál, mint a TGF-β, az NF-κB és a Nox-1 . A Wei és munkatársai által végzett vizsgálatban a malondialdehid (MDA) koncentrációt és a Cu/Zn szuperoxid-dizmutáz (SOD-1) aktivitást használták az oxidatív stressz és a kompenzációs oxidatív stressz mechanizmus beindításának képességének értékelésére a cukorbetegség által közvetített érelmeszesedés állatmodelljeiben. A VDN-indukált érelmeszesedést mutató diabéteszes állatokban a diabéteszes csoporthoz képest szignifikánsan nőtt az MDA-tartalom és szignifikánsan csökkent a SOD-aktivitás szintje. Amikor izolált VSMC-ket növekvő AGE-szintekkel kezeltek, emelkedett az ALP-aktivitás szintje, a Nox-1 által közvetített ROS-termelés és a RAGE-expresszió. A RAGE-expresszió gátlása következésképpen csökkentette az ALP-aktivitást, a kalciumtartalmat és a Nox-1 fehérje termelését, miközben egyidejűleg növelte a SOD-1 szintjét. Összességében ezek a vizsgálatok azt mutatták, hogy a VDN-mediált érelmeszesedési modellből származó cukorbetegségből származó sejtizolátumok reagáltak az AGE kezelésekre, amit az ALP, ROS, Nox-1 és RAGE fehérje szignifikánsan megnövekedett szintjei mutattak a csak cukorbeteg állatokhoz képest . Brodeur és munkatársai hasonló állatmodellt használtak annak meghatározására, hogy az AGE-k egy in vivo rendszerben csökkenthetők-e, miután a cukorbetegség által közvetített érelmeszesedés bekövetkezett . A piridoxamint (PYR), egy AGE-gátlót, prevenciós prekalcifikációs kezelésként adták, míg az alagebriumot (ALA), egy AGE-bontót, terápiás posztkalcifikációs kezelésként adták. Ezekben a vizsgálatokban csak az ALA tette lehetővé az AGE-k számának és a kalciumtartalomnak a jelentős csökkenését az izmos artériákban, például a combartériában mérve, de a nagyobb vezető artériákban, például az aortában nem. A PYR csökkentette az általános AGE- és kalciumszintet, de ez nem volt szignifikáns a vizsgált szövetekben. A két kezelés hatékonysága közötti különbség a hatásmechanizmusoknak tudható be; a PYR AGE-megelőzőként, míg az ALA AGE-keresztkötésbontóként működik. Több antioxidáns terápia, például az alfa-lipioc-sav, a 4-hidroxitempol és az apocinin hatékonyságát is vizsgálták. Az apocinin kezelés a cukorbetegség által közvetített érelmeszesedés állatmodelljében a kalciumlerakódás jelentős csökkenését eredményezte. Brodeur és munkatársai kimutatták, hogy a kalcium csökkentése célzott ROS-antioxidáns terápia révén megvalósíthatóbb kezelés az érelmeszesedés in vivo modelljében . Ezek a vizsgálatok együttesen azt mutatják, hogy az AGE/RAGE kaszkád oxidatív stressz mechanizmusokon keresztül képes közvetíteni az érelmeszesedést, és a ROS-termelés korlátozására irányuló terápiás kezelések megvalósíthatóbb alternatívát jelenthetnek az érelmeszesedés minimalizálására.
Az AGE-k által aktivált másik ROS jelátviteli kaszkád a transzformáló növekedési faktor- (TGF-) β. Li et al. vizsgálatában, amikor VSMC-ket AGE-kkel kezeltek, az AGE/RAGE jelátviteli kaszkád tagjai (ill, p38 MAPK és ERK1/2) foszforilálódtak a RAGE aktiválásakor. Ezenkívül a TGF-β jelátvitel a közvetítő családjának, a Smads-nak a foszforilációját eredményezte, amelyek transzkripciós modulátorként szolgálnak . Ezek a változások TGF-β-függőnek bizonyultak. A Western blot elemzés kimutatta, hogy amikor a RAGE expresszióját lecsökkentették, a Smad 2 foszforilációja is gátolt volt, ami az AGE/RAGE kaszkádot jelzi a Smad aktivációban és a TGF-β jelátvitelben. Mivel az AGE-k felhalmozódása az extracelluláris mátrixban (ECM) történik, fontos megjegyezni, hogy a TGF-β növekedése szerepet játszik a betegségen belüli fibrózisban. A fibrózis jellemzően az I. típusú kollagén növekedésével jár együtt, és Li és munkatársai western blot elemzéssel kimutatták, hogy az AGE-k az I. típusú kollagén fokozott termelését indukálják, amelyet a p38 MAPK és az ERK1/2 jelátvitel blokkolása gátolt. Ezek az adatok arra engednek következtetni, hogy az AGE/RAGE jelátvitel szerepet játszik az ECM fenntartásában és szabályozásában a cukorbetegségben, és hogy az AGE-k a TGF-β-t a RAGE közvetítésével indukálják .
Az AGE-kről azt is kimutatták, hogy a RAGE jelátvitel révén növelik az NFκB aktivitását VSMC-kben. Vizsgálatok kimutatták, hogy a VSMC-k fenntartják az artérián belül a hajlékony, összehúzódó fenotípust; azonban az NFκB jelátvitel növekedése megzavarja ezt a fenotípust, ami a kardiovaszkuláris diabéteszes szövődményekkel általánosan összefüggésbe hozott fokozott merevséget és merevséget eredményez . Simard és munkatársai patkány aorta VSMC-ket (A7r5 sejtek) kezeltek glikált humán szérumalbuminnal (AGE-HSA), és GFP-expressziót használva jelentősen megnövekedett NFκB-aktivitást figyeltek meg. A Western blot elemzés kimutatta, hogy az ERK1/2 aktiváció jelentősen megnövekedett AGE-HSA kezelés hatására, az AKT aktiváció pedig enyhén emelkedett. Mindkét útvonal aktiválja az NFκB-t, ami arra enged következtetni, hogy a RAGE jelátvitel növeli az NFκB aktivitást . Az NFκB transzkripciós aktivitás növekedése az I. típusú kollagén a1 és a2 mRNS expressziójának növekedéséhez vezethet az AGE-vel kezelt egér VSMC-kben, amint azt Peng és munkatársai kimutatták. Összességében az AGE-indukált RAGE jelátvitel befolyásolja az NFκB aktivitását a VSMC-kben, ami az ECM-ben lévő I. típusú kollagén átalakulásához vagy a sejtmorfológia megváltozásához vezethet. Emellett AGE-HSA-val kezelve csökkent a simaizom-myozin nehéz szék (SM-MHC) és az SM-22α mRNS-szintje, és emellett az SM-α-aktin, az SM-22α és a myocardin (MyoC) fehérjeexpressziója is csökkent. Összességében a kutatók kimutatták, hogy a RAGE jelátvitel zavarja a simaizom fenotípus markereinek kifejeződését az A7r5 sejtekben. A simaizom fenotípus markerek elvesztése magyarázatot adott a simaizom mechanikai sejttulajdonságainak változására, ahogy az AGE/RAGE jelátvitel növekedett. Az A7r5 sejteken belül is megnövekedett a granularitás, ami a sejtmorfológia látható változását mutatja a megnövekedett RAGE jelátvitel miatt. Míg az általános aktinsűrűség nem változott az AGE-HAS kezelt sejteknél, a Young-modulus, a rugalmasság mérőszáma azt mutatta, hogy a sejtek bazális merevsége jelentősen megnőtt, ami egy merevebb, kevésbé rugalmas sejttípusra utal. A foszforilált miozin könnyű lánc (MLC) fehérjeexpressziós szintjét is megmértük, hogy meghatározzuk a kontraktilis funkció és az aktin-miozin által közvetített motoros aktivitás változásait. Ezek az eredmények azt mutatták, hogy az A7r5 sejtek AGE-HSA-val történő kezelése során nem következett be változás a kontraktilis funkcióban. Összességében a fokozott AGE/RAGE jelátvitel megváltoztatja a VSMC-k mechanikai tulajdonságait, ami egy merevebb, kevésbé hajlékony sejttípust eredményez.
6. Következtetés
Az AGE/RAGE jelátvitel egy komplex és bonyolult kaszkád, és számos különböző betegségben vizsgálták. Különösen a cukorbetegség által közvetített érelmeszesedés mutat számos olyan tényezőt, amely lehetővé teszi, hogy az AGE/RAGE jelátvitel erősen befolyásolja mind a sejtes, mind a szisztémás válaszokat. Az érelmeszesedés bizonyítottan növeli a csontmátrix fehérjéket a PKC szignalizáción keresztül hiperglikémiás és meszesedéses állapotokban. Az AGE által kiváltott vaszkuláris meszesedés a VSMC markerek downregulációját és a csontmátrix fehérjék upregulációját okozta, ami arra utal, hogy a VSMC-k fenotípusos váltáson mennek keresztül osteoblast-szerű sejtekké. A RAGE jelátvitel számos mitogén útvonalon keresztül is közvetítheti a VSMC-kalcifikációt. Ezek közül a p38 MAPK útvonal bizonyítottan lényeges összetevője az AGE/RAGE által közvetített VSMC differenciálódásnak. A fetuin A-ról is kimutatták, hogy ellentmondásosabb szerepet játszik az érrendszeri meszesedésben. A fetuin A közvetítőként működik mind a pro-kalcifikációban az AGE-k mesterséges szelektálásával, mint RAGE-ligand, mind az antikalcifikációban a CDK bizonyos modelljeiben. A fetuin-A izgalmas területet jelent a további munka számára, hogy megértsük az érelmeszesedésben, mint diabéteszes szövődményben betöltött szerepét. Az AGE/RAGE jelátvitelt a Nox-1, a TGF-β által közvetített fibrózis, az NFκB és az ERK1/2 útvonalak aktiválásán és a SOD-1 csökkent expresszióján keresztül kapcsolatba hozták a cukorbetegség okozta érelmeszesedéssel járó oxidatív stresszel. A kutatók megállapították, hogy a farmakológiai szerek és bizonyos antioxidánsok csökkentették a kalciumlerakódás szintjét az AGE-k által kiváltott cukorbetegség által közvetített érelmeszesedésnél. Összességében az AGE/RAGE jelátvitel szerepét a cukorbetegség által közvetített érelmeszesedésben az oxidatív stressznek és a VSMC-k fenotípusos váltásának tulajdonították AGE-indukált meszesedési körülmények között, amint azt az 1. ábra mutatja. Az érelmeszesedés, mint diabéteszes szövődmény megértésének jövőbeli iránya lehet a RAGE knockout egerek felhasználása a RAGE szisztémás gátlásának a cukorbetegség által közvetített érelmeszesedésre gyakorolt hatásának vizsgálatára. A fetuin-A szerepét is jobban meg lehetne vizsgálni, hogy megértsük e biomarker és az AGE/RAGE jelátvitel kölcsönhatását a II. típusú cukorbetegségben.
Tájékoztatás
A jelen anyagban kifejtett vélemények, megállapítások, következtetések vagy ajánlások a szerzők sajátjai, és nem feltétlenül tükrözik a National Science Foundation véleményét.
Kompetitív érdekeltségek
A szerzők kijelentik, hogy nincsenek konkurens érdekeltségeik.
A szerzők hozzájárulása
Minden szerző egyenlő mértékben járult hozzá ehhez a tanulmányhoz.
Köszönet
A szerzők köszönetet mondanak Dr. Donna M. Gordonnak a jelen áttekintés kidolgozásához és szerkesztéséhez való hozzájárulásáért. Ezt a munkát az American Heart Association Beginning Grant-In-Aid no. 4150122 (JAS), az American Heart Association Scientist Development Grant no. 5310006 (JAS), valamint a Mississippi Állami Egyetem és annak Biológiai Tudományok Tanszéke. Ez az anyag továbbá a National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program által a 2015202674. számú Grant keretében támogatott munkán alapul.