Abstract
La segnalazione AGE/RAGE è stata una cascata ben studiata in molti stati patologici diversi, in particolare nel diabete. A causa della natura complessa del recettore e delle molteplici vie di intersezione, il meccanismo di segnalazione AGE/RAGE non è ancora ben compreso. Lo scopo di questa revisione è di evidenziare le aree chiave della calcificazione vascolare mediata da AGE/RAGE come complicazione del diabete. La segnalazione di AGE/RAGE influenza pesantemente sia le risposte cellulari che sistemiche per aumentare le proteine della matrice ossea attraverso PKC, p38 MAPK, fetuina-A, TGF-β, NFκB e le vie di segnalazione ERK1/2 sia in condizioni iperglicemiche che di calcificazione. È stato dimostrato che la segnalazione AGE/RAGE aumenta lo stress ossidativo per promuovere la calcificazione vascolare mediata dal diabete attraverso l’attivazione di Nox-1 e la diminuzione dell’espressione di SOD-1. La segnalazione AGE/RAGE nella calcificazione vascolare mediata dal diabete è stata anche attribuita all’aumento dello stress ossidativo con conseguente passaggio fenotipico delle VSMC a cellule simili agli osteoblasti nella calcificazione indotta dagli AGE. I ricercatori hanno scoperto che gli agenti farmacologici e alcuni antiossidanti hanno diminuito il livello di deposizione di calcio nella calcificazione vascolare mediata dagli AGE. Comprendendo il ruolo che la cascata di segnalazione AGE/RAGE gioca la calcificazione vascolare mediata dal diabete, si potrà intervenire farmacologicamente per diminuire la gravità di questa complicazione diabetica. Introduzione
Il diabete mellito è una famiglia di malattie caratterizzate da elevati livelli di glucosio nel sangue o iperglicemia derivanti dall’incapacità del corpo di produrre e/o utilizzare l’ormone insulina. Il diabete mellito di tipo I è associato alla disfunzione delle cellule β del pancreas con conseguente perdita della produzione di insulina, mentre il diabete mellito di tipo II è causato dalla disfunzione del recettore dell’insulina in cui la segnalazione del recettore dell’insulina è disaccoppiata dall’assorbimento del glucosio. Il diabete mellito è molto diffuso negli Stati Uniti con circa 29 milioni di persone che vivono con il diabete o il 9,3% della popolazione. È stato riferito che il tasso di morte per malattia cardiovascolare per un individuo, 18 anni e più, con il diabete era circa 1,7 volte superiore alla popolazione normale. L’aumento del tasso di mortalità per malattia cardiovascolare diabetica dimostra la gravità delle complicazioni che possono derivare da questa patologia. Pertanto, il legame tra la malattia cardiovascolare e il diabete è essenziale per capire.
2. Diabete di tipo II e calcificazione vascolare
Il diabete di tipo II è stato pesantemente collegato alla calcificazione vascolare attraverso diversi meccanismi, alcuni dei quali includono lo stress ossidativo, iperglicemia, iperkalemia e ipercalcemia con lo stress ossidativo è il focus principale di questa recensione. La calcificazione vascolare è descritta come l’indurimento dello strato mediale dell’arteria attraverso la deposizione di minerali di idrossiapatite nella matrice extracellulare. Questo processo, una volta pensato per essere passivo e associato con l’invecchiamento, ora è stato dimostrato di essere un processo strettamente regolato cellula-mediato. Durante la calcificazione vascolare, la proteina morfogenetica ossea-2 (BMP-2) attiva il core binding factor alpha-1 (CBFA-1, noto anche come RunX2), che agisce come il principale regolatore trascrizionale per la maturazione degli osteoblasti nell’osso. CBFA-1 regola anche la produzione di proteine di osteoblasto all’interno delle cellule muscolari lisce vascolari (VSMC), che si pensa di causare un passaggio fenotipico di VSMC a un fenotipo simile all’osteoblasto. È stato dimostrato che la fosfatasi alcalina (ALP) e la sialoproteina ossea (BSP) sono marcatori precoci dell’attività degli osteoblasti, mentre marcatori come l’osteopontina (OPN) e l’osteocalcina sono regolati più tardi nel processo di calcificazione. La loro funzione primaria è quella di migliorare la formazione e la deposizione di idrossiapatite, che è composta da collagene di tipo I e altre proteine non collagene. Principalmente indicato nella formazione dell’osso, ALP è responsabile della scissione del pirofosfato in fosfato per promuovere la deposizione di idrossiapatite e la mineralizzazione all’interno dell’osso. BSP è responsabile della nucleazione del minerale idrossiapatite. Simile a ALP, OPN è anche legato alla deposizione di idrossiapatite e può servire come mediatore di attaccamento e segnalazione cellulare. Le dimensioni e la forma dell’idrossiapatite sono mediate dall’osteocalcina attraverso un meccanismo dipendente dalla vitamina K. Presi insieme, questi dati dimostrano il potenziale di promuovere la formazione ossea all’interno di un sistema vivente, e i ricercatori hanno utilizzato questa conoscenza delle proteine della matrice ossea per capire i meccanismi sottostanti della calcificazione vascolare e del diabete di tipo II.
In una serie di studi effettuati da Chen et al., le arterie raccolte da pazienti diabetici e non diabetici sono stati analizzati per determinare la quantità di calcio, OPN, ALP, collagene di tipo I, e BSP. Con l’eccezione di BSP, tutte le proteine della matrice ossea indagate sono state significativamente aumentate come risultato del diabete. Esperimenti in vitro, utilizzando cellule muscolari lisce vascolari bovine (BVSMCs) coltivate in condizioni euglicemiche (glucosio normale) e iperglicemiche, hanno rivelato che i livelli di CBFA1, ALP e osteocalcina erano significativamente più alti nelle cellule coltivate in un mezzo ad alto contenuto di glucosio. Inoltre, la deposizione di calcio era anche significativamente più alta in mezzi ad alto glucosio che in mezzi a glucosio normale, e questa tendenza è stata osservata anche quando entrambi i tipi di condizioni di crescita sono stati integrati con mezzi di calcificazione. I mezzi di calcificazione contengono livelli elevati di fosfato inorganico per promuovere la calcificazione attraverso l’utilizzo delle cellule che hanno bisogno di mantenere l’omeostasi. Per determinare i meccanismi di segnalazione responsabili dell’aumento dell’espressione della proteina della matrice ossea, le BVSMC sono state esposte ad alti livelli di glucosio e l’attività della protein chinasi C (PKC) è stata inibita farmacologicamente sia nelle cellule normali che in quelle trattate con alto glucosio. La PKC è stata scelta come via di segnalazione per il suo ruolo predeterminato nelle risposte cellulari al diabete e all’iperglicemia. Come risultato, l’espressione delle proteine della matrice ossea è stata significativamente diminuita, mentre, nelle cellule trattate con glucosio normale, non c’è stato alcun cambiamento notevole nell’espressione delle proteine. Questo studio ha anche dimostrato una maggiore secrezione di BMP-2 da BVSMCs coltivate in mezzi ad alto contenuto di glucosio. Nel complesso, Chen et al. hanno concluso che le condizioni iperglicemiche, come osservato nel diabete, hanno promosso l’upregulation delle proteine della matrice ossea e la calcificazione vascolare. Gli studi di supporto di Mori et al. hanno dimostrato che OPN è stato upregolato e attivato da un percorso simile mediato da PKC nelle VSMC del ratto diabetico. Western blotting ha confermato che l’inibizione PKC ha portato ad una notevole diminuzione dell’espressione della proteina OPN. Presi insieme, questi studi hanno dimostrato non solo la prevalenza dell’espressione della proteina della matrice ossea nelle cellule muscolari lisce vascolari, ma anche il ruolo della PKC nella calcificazione vascolare mediata dal diabete.
3. Calcificazione vascolare e segnalazione AGE-RAGE
Oltre all’aumento dell’espressione della proteina della matrice ossea nelle VSMC durante i trattamenti diabetici e calcificazione, gli studi hanno anche dimostrato che i prodotti finali della glicazione avanzata (AGE) e loro recettori (RAGE) svolgono un ruolo nella calcificazione vascolare. I pazienti con diabete di tipo II hanno dimostrato di avere una concentrazione significativamente più alta di AGEs rispetto alla popolazione non diabetica. Gli AGE si formano nel corso della vita come risultato dell’aumento del glucosio circolante e di altri zuccheri riducenti, come il galattosio e il fruttosio, che reagiscono con i gruppi amminici delle proteine per formare basi di Schiff e seguire la via del poliolo per produrre AGEs o essere degradati. Questi prodotti finali glicati interagiscono con i RAGE, che sono proteine transmembrana che fanno parte della superfamiglia delle immunoglobuline. RAGEs sono upregolati in risposta all’aumento dei livelli di AGE circolanti. Dopo il legame AGE-RAGE, RAGE funziona attraverso PKC-ζ per innescare l’attivazione a valle di una cascata di segnalazione che funziona attraverso p38 mitogeno attivato protein chinasi (MAPK), trasformando il fattore di crescita-β (TGF-β), e fattore nucleare κB (NFκB). Suga et al. hanno dimostrato che l’attivazione della segnalazione AGE-RAGE nelle VSMC di ratto ha ridotto l’espressione dei marcatori genici VSMC come la catena pesante della miosina liscia (SM-MHC) e il muscolo liscio 22α (SM22α). Questa downregulation dei marcatori VSMCs suggerisce il possibile passaggio fenotipico delle VSMCs ad un fenotipo osteoblast-like. Questo è supportato da risultati di VSMC umane (HVSMCs) dove l’attivazione di RAGE ha aumentato l’espressione dell’mRNA e l’attività di ALP, una proteina della matrice ossea, suggerendo un ruolo per la segnalazione RAGE nella calcificazione vascolare. Questi studi hanno dimostrato alcuni ruoli fondamentali per RAGE nella calcificazione VSMC attraverso la segnalazione PKC-ζ, aumento dell’espressione di ALP, e diminuzione dell’espressione dei marcatori genici VSMC.
Negli studi effettuati da Tanikawa et al., utilizzando un modello di calcificazione in vitro HVSMC aumentando i livelli di AGEs significativamente aumentato la quantità di deposito di calcio dopo 7 e 14 giorni rispetto ai campioni trattati con BSA e di controllo . Inoltre, l’espressione mRNA di CBFA-1 (RunX2), l’attività ALP e i livelli proteici di osteocalcina erano anche significativamente elevati. Insieme, questi dati hanno indicato che il trattamento AGE promuove un fenotipo osteoblastico nelle HVSMCs. Questa commutazione fenotipica non dipendeva dai mezzi di calcificazione, poiché risultati simili sono stati trovati utilizzando HVSMCs cresciuti con e senza mezzi di calcificazione. L’espressione VSMC di proteine osteoblasto può essere collegato all’attività p38 MAPK come Tanikawa et al. trovato che, con una maggiore esposizione AGE, attivazione p38 MAPK è stato aumentato. Al contrario, quando la segnalazione RAGE è stata smorzata, l’attivazione di p38 MAPK è diminuita, e i cambiamenti in p38 MAPK correlati a livelli diminuiti di attività ALP nonostante la calcificazione indotta da AGE. In uno studio simile di Hu et al., p38 MAPK ha dimostrato di essere essenziale per la differenziazione degli osteoblasti nelle cellule MC3T3-E1. L’inibizione farmacologica di p38 MAPK ha portato a una diminuzione dell’attività ALP, dimostrando così che p38 MAPK è necessaria per l’espressione di ALP nelle cellule simili agli osteoblasti. Pertanto, l’attività ALP può essere direttamente influenzata sia da una maggiore esposizione agli AGE che da un’elevata segnalazione della cascata RAGE attraverso p38 MAPK. Questa relazione suggerisce che p38 MAPK gioca un ruolo chiave nella via AGE-RAGE nella calcificazione vascolare mediata dal diabete.
Mentre questi risultati dimostrano l’importanza della via AGE-RAGE nella calcificazione vascolare mediata dal diabete, Ren et al. hanno dimostrato che gli AGE hanno anche aumentato significativamente i livelli di calcio intracellulare nelle VSMC di ratto. Si è scoperto che i livelli di mRNA di ALP e OPN erano significativamente aumentati dopo un’esposizione di 24 ore all’albumina glicata (AGE-BSA). A causa dell’aumento di ALP e OPN con il trattamento AGE-BSA, il gruppo ha anche dimostrato che RAGE è stato upregolato nelle VSMC di ratto. Quando sono stati incubati con un anticorpo neutralizzante di RAGE, la quantità di calcio e l’espressione di ALP sono diminuiti. I cambiamenti osservati hanno confermato che RAGE media la calcificazione VSMC indotta da AGE. Wei et al. hanno dimostrato che il diabete ha accelerato la calcificazione aortica nei ratti Wistar maschi. Gli animali sono stati trattati con streptozotocina (STZ) per indurre il diabete e poi trattati con vitamina D3 e nicotina (VDN) per indurre la calcificazione vascolare. colorazione von Kossa ha permesso la visualizzazione delle particelle di calcio all’interno del tessuto aortico rimosso, e particelle di calcio sono stati trovati all’interno della sezione di tessuto selezionato. L’analisi Western blot ha mostrato un aumento significativo dell’espressione di ALP e anche i livelli di AGEs sono aumentati negli animali diabetici e trattati con VDN. È importante sottolineare che mentre la segnalazione di AGE-RAGE può mediare direttamente la calcificazione vascolare nel diabete, la segnalazione di AGE-RAGE può anche avere un impatto indiretto su questa complicazione diabetica.
4. Ruoli per Fetuin-A nella calcificazione vascolare e segnalazione RAGE
Glicoproteina sierica -Heremans-Schmid glicoproteina (Ahsg o fetuin-A), una glicoproteina circolante sistemicamente, è stato implicato nella resistenza all’insulina in pazienti diabetici di tipo II. I dati dei pazienti hanno rivelato che alti livelli di fetuina-A nel siero sono un indicatore di iperglicemia nel tipo II. La fetuina-A ha anche ostacolato la ricezione dell’insulina attraverso l’inibizione del recettore dell’insulina per autofosforilare la proteina substrato-1 del recettore dell’insulina, che è fondamentale per la via di segnalazione del recettore dell’insulina. Collettivamente, questi studi hanno rivelato che la fetuina-A gioca un ruolo nella resistenza all’insulina nel diabete di tipo II che può portare ad un’ulteriore esacerbazione dell’iperglicemia e di altre complicazioni diabetiche. È interessante notare che è stato dimostrato che l’aumento dei livelli di calcificazione vascolare è associato non solo al diabete di tipo II, ma anche ai pazienti con malattia renale cronica (CKD). La calcificazione vascolare, in questo caso, ha dimostrato di promuovere sia la risposta infiammatoria che lo stress ossidativo per renderla un fattore di rischio per le malattie cardiovascolari. La fetuina-A viene rilasciata dal fegato per funzionare come una proteina di fase acuta nel sistema immunitario innato dove funziona per promuovere risposte antinfiammatorie e di stress antiossidativo per inibire le molecole infiammatorie sovraespresse.
Inversamente, la fetuina-A può anche suscitare una risposta immunitaria innata in parte suscitata dai recettori toll-like (TLR). Questo meccanismo può essere attivato da acidi grassi liberi (FFA) per indurre una risposta proinfiammatoria. Pal et al. hanno dimostrato che la fetuina-A può agire come un ligando al TLR-4 per stimolare l’insulino-resistenza indotta dai FFA negli adipociti. Oltre a promuovere la resistenza all’insulina nei pazienti diabetici di tipo II, la fetuina-A può anche inibire un ligando alternativo di RAGE, high mobility group box-1 (HMGB1), che è responsabile del rilascio e del reclutamento di diverse citochine, molecole di adesione e chemochine. È stato dimostrato che l’attivazione della cascata di segnali RAGE è responsabile dell’espressione mediata da HMGB1 del fattore di necrosi tumorale (TNF) e dell’interleuchina-1 (IL-1). È preoccupante che l’inibizione della fetuina-A di HMGB1 possa creare un ambiente in cui i RAGE selezionino e leghino preferenzialmente gli AGE per attivare la cascata. Utilizzando i dati raccolti da campioni di pazienti CKD, Janda et al. hanno dimostrato che l’aumento dei livelli sierici di fetuina-A era un indicatore positivo per l’aumento della deposizione di AGEs all’interno delle arterie, quindi, indicando che la fetuina-A può influenzare indirettamente il percorso AGE/RAGE soprattutto in presenza di molecole infiammatorie.
Fetuina-A (Ahsg) ha un’alta affinità per i cristalli di idrossiapatite, che si trovano nei siti di calcificazione vascolare, come l’osso e i denti. Ketteler et al. hanno utilizzato pazienti con CKD in emodialisi per correlare la mortalità cardiovascolare con una diminuzione dei livelli di fetuina-A e un aumento della calcificazione vascolare, suggerendo che la fetuina-A agisce come un inibitore della calcificazione. Studi che utilizzano un modello di topi carenti di fetuina-A che erano sensibili alla calcificazione (DBA/2-Ahsg-/-) hanno determinato che la glicoproteina è un inibitore della calcificazione. Le immagini a raggi X dell’osso e la colorazione von Kossa del polmone, del cuore, del rene e della pelle hanno rivelato un aumento visivo del deposito di fosforo e calcio in ogni tipo di tessuto. Il siero del sangue è stato estratto da DBA/2-Ahsg-/- animali per eseguire un test in vitro di precipitazione del fosfato di calcio di base (BCP). Fetuin-A ha diminuito la quantità di BCP precipitato all’interno del siero, indicando che fetuin-A può inibire la formazione di depositi BCP. All’interno dello stesso gruppo di ricerca, Heiss et al. hanno utilizzato la microscopia elettronica e la dispersione dinamica della luce per determinare le caratteristiche strutturali della fetuina-A che si complessano con il BCP per formare particelle di calciproteina. Ulteriori studi utilizzando fetuina-A purificata incubata con BCP in vitro hanno portato al cambiamento della struttura BCP da un aspetto rigido a uno fragile. Questo cambiamento strutturale osservato è stato osservato anche in altri materiali a base di calcio come le nanoparticelle di CaCO3.
La relazione tra fetuina-A, BCP, e VSMC calcificate è stata determinata utilizzando in vitro e in vivo HVSMCs sistema modello. Reynolds et al. hanno dimostrato che la fetuina-A era localizzata nelle vescicole della matrice delle HVSMC calcificate nello strato mediale dell’arteria. Queste HVSMC calcificate sono state trattate con fetuina-A, che ha inibito il deposito di calcio e l’incorporazione di calcio in modo dose-dipendente e mediato dalle cellule. VSMCs hanno dimostrato di subire vescicole e corpo apoptotico-mediata calcificazione vascolare. La microscopia e il western blotting hanno rivelato che l’apoptosi delle HVSMC è stata inibita dalla fetuina-A. La calcificazione delle vescicole di matrice rilasciate e dei corpi apoptotici è stata quantificata dall’analisi a raggi X a dispersione di energia e ha dimostrato che la fetuina-A inibisce anche la calcificazione di queste particelle cellulari rilasciate. In questo stesso studio, è stato dimostrato che la fetuina-A è un inibitore della calcificazione HVSMC mediata da vescicole di matrice e corpi apoptotici. In studi simili da Moe et al., fetuina-A ha dimostrato di essere un inibitore della calcificazione in BVSMCs. Presi insieme, questi dati dimostrano che la fetuina-A è un inibitore della calcificazione.
5. La cascata di segnalazione AGE-RAGE e lo stress ossidativo nella calcificazione vascolare
La cascata di segnalazione AGE/RAGE ha dimostrato di essere simile a un ciclo di feed-forward in cui vengono prodotti risultati come l’aumento della fibrosi, l’aumento dell’espressione RAGE e l’aumento degli stressor ossidativi. Lo stress ossidativo prodotto da elevate specie reattive dell’ossigeno (ROS) può distruggere numerose strutture intracellulari, come le membrane cellulari, le proteine, i lipidi e il DNA. I prodotti ROS, come perossido di idrogeno, anioni superossido, radicali idrossili e ossido nitrico, sono generati da ossidasi mitocondriali, ossidasi NADPH (Nox) e ossido nitrico sintasi. L’attivazione di RAGE provoca un aumento della produzione di ROS stimolando cascate di segnalazione specifiche come TGF-β, NF-κB e Nox-1 . In uno studio effettuato da Wei et al., la concentrazione di malondialdeide (MDA) e l’attività della superossido dismutasi Cu/Zn (SOD-1) sono state utilizzate per valutare lo stress ossidativo e la capacità di avviare un meccanismo di stress ossidativo compensativo in modelli animali di calcificazione vascolare mediata dal diabete. Gli animali diabetici con calcificazione vascolare indotta da VDN avevano un aumento significativo del contenuto di MDA e una diminuzione significativa dei livelli di attività SOD rispetto al gruppo diabetico. Quando le VSMC isolate sono state trattate con livelli crescenti di AGE, c’erano elevati livelli di attività ALP, produzione di ROS mediata da Nox-1 ed espressione di RAGE. L’inibizione dell’espressione di RAGE ha di conseguenza diminuito l’attività ALP, il contenuto di calcio e la produzione di proteine Nox-1, aumentando contemporaneamente i livelli di SOD-1. Nel complesso, questi studi hanno dimostrato che gli isolati cellulari di un modello di diabete con modello di calcificazione vascolare mediata da VDN rispondevano ai trattamenti AGE come evidenziato da livelli significativamente aumentati di ALP, ROS, Nox-1 e proteina RAGE rispetto ai soli animali diabetici. Brodeur et al. hanno utilizzato un modello animale simile per determinare se gli AGE all’interno di un sistema in vivo possono essere ridotti dopo che la calcificazione vascolare mediata dal diabete si è verificata. La piridossamina (PYR), un inibitore di AGE, è stata somministrata come trattamento preventivo di precalcificazione, mentre l’alagebrium (ALA), un demolitore di AGE, è stato dato come trattamento terapeutico post-calcificazione. Per questi studi, solo ALA ha permesso una riduzione significativa del numero di AGE e del contenuto di calcio misurato nelle arterie muscolari, come l’arteria femorale, ma non nelle arterie conduttrici più grandi come l’aorta. Il PYR ha diminuito i livelli complessivi di AGE e di calcio, ma non è stato significativo nei tessuti studiati. La differenza nell’efficacia di entrambi i trattamenti potrebbe essere dovuta ai meccanismi d’azione; il PYR agisce come un preventivo di AGE mentre l’ALA agisce come un disgregatore di AGE. È stata anche testata l’efficacia di diverse terapie antiossidanti, come l’acido alfa-lipioc, il 4-idrossi tempolo e l’apocynin. Il trattamento con apocynin ha portato a una riduzione significativa della deposizione di calcio nel modello animale di calcificazione vascolare mediata dal diabete. Brodeur et al. hanno dimostrato che una riduzione del calcio attraverso una terapia antiossidante ROS mirata è un trattamento più fattibile in un modello in vivo di calcificazione vascolare. Collettivamente, questi studi dimostrano che la cascata AGE/RAGE è in grado di mediare la calcificazione vascolare attraverso meccanismi di stress ossidativo, e trattamenti terapeutici per limitare la produzione di ROS potrebbero fornire un’alternativa più fattibile per ridurre al minimo la calcificazione vascolare.
Un’altra cascata di segnalazione ROS attivata da AGE è il fattore di crescita trasformante (TGF-) β. In uno studio di Li et al. quando VSMCs sono stati trattati con AGEs, i membri della cascata di segnalazione AGE/RAGE (cioè, p38 MAPK e ERK1/2) sono stati trovati fosforilati all’attivazione di RAGE. Inoltre, la segnalazione TGF-β ha portato alla fosforilazione della sua famiglia di mediatori, Smads, che servono come modulatori trascrizionali. Questi cambiamenti sono stati trovati essere TGF-β dipendente. L’analisi Western blot ha rivelato che quando l’espressione di RAGE è stata downregolata, anche la fosforilazione di Smad 2 è stata inibita, indicando la cascata AGE/RAGE nell’attivazione di Smad e nella segnalazione TGF-β. Poiché l’accumulo di AGEs è all’interno della matrice extracellulare (ECM), è importante notare che un aumento di TGF-β è stato implicato nella fibrosi all’interno della malattia. La fibrosi è tipicamente associata a un aumento del collagene di tipo I e Li et al. hanno utilizzato l’analisi western blot per dimostrare che gli AGE inducono un aumento della produzione di collagene di tipo I, che è stato inibito dal blocco della segnalazione p38 MAPK e ERK1/2. Questi dati permettono di concludere che la segnalazione AGE/RAGE gioca un ruolo nel mantenimento e nella regolazione dell’ECM nel diabete e che gli AGE inducono TGF-β attraverso la mediazione di RAGE.
Gli AGE hanno anche dimostrato di aumentare l’attività di NFκB attraverso la segnalazione RAGE nelle VSMC. Gli studi hanno dimostrato che le VSMC mantengono un fenotipo flessibile e contrattile all’interno dell’arteria; tuttavia, gli aumenti nella segnalazione di NFκB interferiscono con questo fenotipo con conseguente aumento della rigidità e della rigidità comunemente associate alle complicazioni cardiovascolari diabetiche. Simard et al. hanno trattato VSMC aortiche di ratto (cellule A7r5) con albumina di siero umano glicata (AGE-HSA) e utilizzando l’espressione GFP hanno osservato un aumento significativo dell’attività di NFκB. L’analisi Western blot ha rivelato che l’attivazione di ERK1/2 era significativamente aumentata con il trattamento AGE-HSA, e l’attivazione AKT era leggermente aumentata. Entrambe queste vie attivano NFκB, il che permetterebbe di concludere che la segnalazione RAGE aumenta l’attività di NFκB. Un aumento dell’attività di trascrizione di NFκB può portare ad un aumento dell’espressione dell’mRNA del collagene di tipo I a1 e a2 nelle VSMC murine trattate con AGEs come mostrato in Peng et al. Collettivamente, la segnalazione RAGE indotta dagli AGE influenza l’attività di NFκB nelle VSMC, che può portare al rimodellamento del collagene di tipo I nella ECM o a un cambiamento della morfologia cellulare. Inoltre, quando sono trattate con AGE-HSA, i livelli di mRNA della sedia pesante della muscolatura liscia-mitosina (SM-MHC) e SM-22α sono diminuiti, e inoltre l’espressione proteica di SM-α-actina, SM-22α, e miocardina (MyoC) è stata anche diminuita. Nel complesso, i ricercatori hanno dimostrato che la segnalazione RAGE interferisce con l’espressione dei marcatori del fenotipo muscolare liscio nelle cellule A7r5. La perdita dei marcatori del fenotipo muscolare liscio ha offerto una spiegazione per i cambiamenti nelle proprietà meccaniche delle cellule muscolari lisce con l’aumento della segnalazione AGE/RAGE. C’era anche un aumento della granularità all’interno delle cellule A7r5 che dimostrava un cambiamento visivo nella morfologia cellulare dovuto all’aumento della segnalazione RAGE. Mentre la densità complessiva dell’actina è rimasta invariata nelle cellule trattate con AGE-HAS, il modulo di Young, una misura dell’elasticità, ha rivelato che la rigidità basale delle cellule è aumentata significativamente, indicando un tipo di cellule più rigide e meno elastiche. I livelli di espressione proteica della catena leggera di miosina fosforilata (MLC) sono stati misurati anche per determinare i cambiamenti nella funzione contrattile e nell’attività motoria mediata dall’actina-miosina. Questi risultati hanno rivelato che nessun cambiamento nella funzione contrattile si è verificato quando le cellule A7r5 sono state trattate con AGE-HSA. Nel complesso, l’aumento della segnalazione AGE/RAGE altera le proprietà meccaniche delle VSMC con il risultato di un tipo di cellule più rigide e meno conformi.
6. Conclusione
La segnalazione AGE/RAGE è una cascata complessa e intricata ed è stata studiata in molti stati patologici diversi. In particolare, la calcificazione vascolare mediata dal diabete presenta diversi fattori che permettono alla segnalazione AGE/RAGE di influenzare pesantemente le risposte cellulari e sistemiche. È stato dimostrato che la calcificazione vascolare aumenta le proteine della matrice ossea attraverso la segnalazione PKC in condizioni di iperglicemia e calcificazione. La calcificazione vascolare indotta da AGE ha causato la downregulation dei marcatori VSMCs e una upregulation delle proteine della matrice ossea, quindi, suggerendo che le VSMCs subiscono un interruttore fenotipico a un osteoblasto-come cella. La segnalazione RAGE può anche mediare la calcificazione VSMC attraverso una serie di vie mitogeniche. Di queste, la via p38 MAPK ha dimostrato di essere una componente essenziale per la differenziazione VSMC mediata da AGE/RAGE. È stato anche dimostrato che la fetuina A svolge un ruolo più controverso nella calcificazione vascolare. La fetuina A agisce come mediatore sia per la procalcificazione selezionando artificialmente gli AGE come ligando RAGE, sia per l’anticalcificazione in alcuni modelli di CDK. Fetuin-A rappresenta un’area eccitante per più lavoro da fare per capire il suo ruolo nella calcificazione vascolare come complicazione diabetica. La segnalazione AGE/RAGE è stata implicata nello stress ossidativo associato alla calcificazione vascolare mediata dal diabete attraverso l’attivazione di Nox-1, la fibrosi mediata da TGF-β, NFκB, e le vie ERK1/2 e la diminuita espressione di SOD-1. I ricercatori hanno scoperto che gli agenti farmacologici e alcuni antiossidanti hanno diminuito il livello di deposito di calcio nella calcificazione vascolare mediata dal diabete indotta dagli AGE. Nel complesso, il ruolo della segnalazione AGE/RAGE nella calcificazione vascolare mediata dal diabete è stato attribuito allo stress ossidativo e al cambiamento fenotipico delle VSMC in condizioni di calcificazione indotta da AGE, come mostrato nella Figura 1. La direzione futura nella comprensione della calcificazione vascolare come complicazione diabetica potrebbe includere l’utilizzo di topi knockout RAGE per esaminare gli effetti dell’inibizione sistemica di RAGE sulla calcificazione vascolare mediata dal diabete. Inoltre, il ruolo della fetuina-A potrebbe essere meglio esaminato per comprendere l’interazione di questo biomarcatore e la segnalazione AGE/RAGE nel diabete di tipo II.
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Interessi concorrenti
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Contributi degli autori
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Riconoscimenti
Gli autori desiderano ringraziare la dottoressa Donna M. Gordon per il suo contributo allo sviluppo e alla redazione di questa rivista. Questo lavoro è supportato dall’American Heart Association Beginning Grant-In-Aid no. 4150122 (JAS), American Heart Association Scientist Development Grant no. 5310006 (JAS), e Mississippi State University e il suo Dipartimento di Scienze Biologiche. Inoltre, questo materiale è basato sul lavoro supportato dalla National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program sotto la sovvenzione n. 2015202674.