Abstract
AGE/RAGE signaaltransductie is een goed bestudeerde cascade in veel verschillende ziektetoestanden, in het bijzonder diabetes. Door de complexe aard van de receptor en meerdere kruisende pathways, is het AGE/RAGE signaleringsmechanisme nog steeds niet goed begrepen. Het doel van dit overzicht is om de belangrijkste aspecten van AGE/RAGE gemedieerde vasculaire calcificatie als een complicatie van diabetes te belichten. AGE/RAGE signalering beïnvloedt sterk zowel cellulaire als systemische reacties om botmatrix eiwitten te verhogen via PKC, p38 MAPK, fetuin-A, TGF-β, NFκB, en ERK1/2 signaleringswegen in zowel hyperglycemische als calcificatie condities. Er is aangetoond dat AGE/RAGE signalering oxidatieve stress verhoogt om diabetes-gemedieerde vasculaire calcificatie te bevorderen door activering van Nox-1 en verminderde expressie van SOD-1. AGE/RAGE signalering in diabetes-gemedieerde vasculaire calcificatie werd ook toegeschreven aan verhoogde oxidatieve stress die resulteert in de fenotypische switch van VSMCs naar osteoblast-achtige cellen in AGEs-geïnduceerde calcificatie. Onderzoekers ontdekten dat farmacologische middelen en bepaalde antioxidanten het niveau van calciumafzetting in AGEs-geïnduceerde diabetes-gemedieerde vasculaire calcificatie verminderden. Inzicht in de rol die de AGE/RAGE signaalcascade speelt bij door diabetes veroorzaakte vasculaire calcificatie zal farmacologische interventie mogelijk maken om de ernst van deze diabetische complicatie te verminderen.
1. Inleiding
Diabetes mellitus is een familie van ziekten die wordt gekenmerkt door een verhoogde bloedglucosespiegel of hyperglykemie als gevolg van het onvermogen van het lichaam om het hormoon insuline te produceren en/of te gebruiken. Type I diabetes mellitus wordt geassocieerd met disfunctie van de β-cel van de pancreas, waardoor er geen insuline meer wordt geproduceerd, terwijl type II diabetes mellitus wordt veroorzaakt door disfunctie van de insulinereceptor, waarbij de signalering van de insulinereceptor wordt losgekoppeld van de glucose-opname. Diabetes mellitus komt veel voor in de Verenigde Staten, waar ongeveer 29 miljoen mensen of 9,3% van de bevolking aan diabetes lijdt. Naar verluidt is het sterftecijfer als gevolg van hart- en vaatziekten voor een persoon van 18 jaar en ouder met diabetes ongeveer 1,7 maal zo hoog als voor de normale bevolking. Het hogere sterftecijfer als gevolg van hart- en vaatziekten bij diabetici toont de ernst aan van de complicaties die uit deze pathologie kunnen voortvloeien. Daarom is het verband tussen hart- en vaatziekten en diabetes van essentieel belang om te begrijpen.
2. Diabetes type II en vasculaire calcificatie
Diabetes type II is sterk in verband gebracht met vasculaire calcificatie door verschillende mechanismen, waarvan sommige oxidatieve stress, hyperglykemie, hyperkaliëmie en hypercalciëmie omvatten, waarbij oxidatieve stress de belangrijkste focus van dit overzicht is. Vasculaire calcificatie wordt beschreven als de verharding van de mediale laag van de slagader door afzetting van hydroxyapatiet mineralen in de extracellulaire matrix. Dit proces, waarvan ooit werd gedacht dat het passief was en geassocieerd met veroudering, is nu aangetoond dat het een strak gereguleerd celgemedieerd proces is. Tijdens vasculaire calcificatie activeert botmorfogenetisch proteïne-2 (BMP-2) de kernbindende factor alfa-1 (CBFA-1, ook bekend als RunX2), die fungeert als de primaire transcriptieregelaar voor de rijping van osteoblasten in het bot. CBFA-1 verhoogt ook de productie van osteoblast-eiwitten in vasculaire gladde spiercellen (VSMC’s), hetgeen vermoedelijk leidt tot een fenotypische omschakeling van VSMC’s naar een osteoblast-achtig fenotype. Alkalische fosfatase (ALP) en botsialoproteïne (BSP) zijn vroege markers van osteoblastactiviteit gebleken, terwijl markers, zoals osteopontine (OPN) en osteocalcine, laat in het calcificatieproces worden geüpreguleerd. Hun voornaamste functie is het bevorderen van de vorming en afzetting van hydroxyapatiet, dat is opgebouwd uit collageen van type I en andere niet-collageenhoudende eiwitten. ALP is voornamelijk verantwoordelijk voor de splitsing van pyrofosfaat in fosfaat om de afzetting van hydroxyapatiet en mineralisatie in het bot te bevorderen. BSP is verantwoordelijk voor de nucleatie van hydroxyapatietmineraal. Net als ALP is OPN verbonden met de afzetting van hydroxyapatiet en kan het dienen als bemiddelaar van celaanhechting en signalering . Hydroxyapatiet grootte en vorm worden gemedieerd door osteocalcine via een vitamine K afhankelijk mechanisme. Tezamen tonen deze gegevens het potentieel aan om botvorming binnen een levend systeem te bevorderen, en onderzoekers hebben deze kennis van botmatrixeiwitten gebruikt om de onderliggende mechanismen van vasculaire calcificatie en type II diabetes te begrijpen.
In een reeks studies uitgevoerd door Chen e.a., werden slagaders geoogst van diabetische en niet-diabetische patiënten geanalyseerd om de hoeveelheid calcium, OPN, ALP, type I collageen, en BSP te bepalen. Met uitzondering van BSP waren alle onderzochte botmatrixeiwitten significant verhoogd als gevolg van diabetes. In vitro experimenten, waarbij gebruik werd gemaakt van boviene vasculaire gladde spiercellen (BVSMC’s), gekweekt in euglycemische (normale glucose) en hyperglycemische omstandigheden, toonden aan dat CBFA1, ALP, en osteocalcine niveaus significant hoger waren in cellen gekweekt in een hoog glucose medium. Bovendien was de calciumafzetting ook significant hoger in hoge glucosemedia dan in normale glucosemedia, en deze trend werd ook waargenomen wanneer beide soorten groeimedia werden aangevuld met calcificatiemedia. Calcificatiemedia bevatten verhoogde niveaus van anorganisch fosfaat om calcificatie te bevorderen door het gebruik van de cellen die nodig zijn om homeostase te handhaven. Om de signalisatiemechanismen te bepalen die verantwoordelijk zijn voor de verhoogde botmatrixeiwitexpressie, werden BVSMC’s blootgesteld aan hoge glucoseniveaus en werd de activiteit van proteïne kinase C (PKC) farmacologisch geremd in zowel normale als met hoge glucose behandelde cellen. PKC werd geselecteerd als de signaalweg waarop de aandacht werd gericht, vanwege zijn vooraf bepaalde rol in cellulaire reacties op diabetes en hyperglycemie. Als gevolg hiervan was de expressie van botmatrixeiwitten aanzienlijk verminderd, terwijl er in met normale glucose behandelde cellen geen opmerkelijke verandering in de eiwitexpressie was. Deze studie toonde ook een verhoogde BMP-2 secretie aan van BVSMCs gekweekt in hoge glucose media. In het algemeen concludeerden Chen et al. dat hyperglycemische omstandigheden, zoals waargenomen bij diabetes, de upregulatie van botmatrixeiwitten en vasculaire calcificatie bevorderen. Ondersteunende studies door Mori et al. toonden aan dat OPN werd opgewaardeerd en geactiveerd door een gelijkaardige PKC-gemedieerde route in diabetische rat VSMCs. Western blotting bevestigde dat PKC remming resulteerde in een opmerkelijke daling van OPN eiwit expressie. Al met al hebben deze studies niet alleen de prevalentie van botmatrixeiwitexpressie in vasculaire gladde spiercellen aangetoond, maar ook de rol van PKC in diabetes-gemedieerde vasculaire calcificatie.
3. Vasculaire calcificatie en AGE-RAGE-signalering
Naast de verhoogde botmatrixeiwitexpressie in VSMC’s tijdens diabetische en calcificatiebehandelingen, hebben studies ook aangetoond dat geavanceerde glycatie-eindproducten (AGE’s) en hun receptoren (RAGE’s) een rol spelen in vasculaire calcificatie . Er is aangetoond dat type II-diabetespatiënten een significant hogere concentratie AGE’s hebben dan de niet-diabetische bevolking. AGE’s worden in de loop van het leven gevormd als gevolg van de toename van de circulerende glucose en andere reducerende suikers, zoals galactose en fructose, die met aminogroepen van eiwitten reageren tot Schiff basen die ofwel de polyolroute volgen om AGE’s op te leveren ofwel worden afgebroken. Deze geglyceerde eindproducten interageren met RAGE’s, transmembraaneiwitten die deel uitmaken van de immunoglobulinesuperfamilie. RAGE’s worden geactiveerd in reactie op verhoogde circulerende AGE-niveaus. Na binding van AGE en RAGE werkt RAGE via PKC-ζ om de stroomafwaartse activering van een signaalcascade op gang te brengen die werkt via p38 mitogeen geactiveerd proteïnekinase (MAPK), transformerende groeifactor-β (TGF-β), en nucleaire factor κB (NFκB). Suga et al. toonden aan dat activering van het AGE-RAGE-signaal in rat-VSMC’s de expressie verminderde van VSMC-genmerkers zoals gladde spier-myosine zware keten (SM-MHC) en gladde spier 22α (SM22α) . Deze downregulatie van VSMC-merkers suggereert de mogelijke fenotypische omschakeling van VSMC’s naar een osteoblast-achtig fenotype. Dit wordt ondersteund door bevindingen van menselijke VSMC’s (HVSMC’s) waar activering van RAGE de mRNA-expressie en activiteit van ALP, een botmatrixeiwit, verhoogt, wat een rol voor RAGE-signalering in vasculaire calcificatie suggereert. Deze studies toonden een aantal fundamentele rollen voor RAGE in VSMC calcificatie door PKC-ζ signalering, verhoogde expressie van ALP, en verminderde expressie van VSMC gen markers.
In studies uitgevoerd door Tanikawa et al., met behulp van een HVSMC in vitro calcificatie model het verhogen van de niveaus van AGEs aanzienlijk verhoogde de hoeveelheid calciumafzetting na 7 en 14 dagen in vergelijking met BSA behandeld en controle monsters. Bovendien waren ook de mRNA-expressie van CBFA-1 (RunX2), de ALP-activiteit en de osteocalcine-eiwitniveaus significant verhoogd. Samen geven deze gegevens aan dat AGE behandeling een osteoblast-achtig fenotype in HVSMCs bevordert. Deze fenotypische omschakeling was niet afhankelijk van verkalking media zoals vergelijkbare resultaten werden gevonden met behulp van HVSMC’s gekweekt met en zonder verkalking media. VSMC-expressie van osteoblast-eiwitten kan verband houden met p38 MAPK-activiteit, aangezien Tanikawa et al. ontdekten dat bij verhoogde blootstelling aan AGE, de p38 MAPK-activering toenam. Omgekeerd, wanneer RAGE signalering werd gedempt, werd p38 MAPK activering verminderd, en de veranderingen in p38 MAPK correleerden met verminderde niveaus van ALP activiteit ondanks AGE-geïnduceerde calcificatie. In een gelijkaardige studie door Hu et al., werd aangetoond dat p38 MAPK essentieel is voor de differentiatie van osteoblasten in MC3T3-E1 cellen. Farmacologische remming van p38 MAPK resulteerde in een afname van de ALP activiteit, waarmee werd aangetoond dat p38 MAPK noodzakelijk is voor ALP expressie in osteoblast-achtige cellen. Daarom kan de ALP activiteit rechtstreeks beïnvloed worden door zowel verhoogde blootstelling aan AGE als verhoogde RAGE cascade signalering via p38 MAPK. Deze relatie suggereert dat p38 MAPK een sleutelrol speelt in de AGE-RAGE-route in diabetes-gemedieerde vasculaire calcificatie.
Terwijl deze bevindingen het belang van de AGE-RAGE-route in diabetes-gemedieerde vasculaire calcificatie aantonen, toonden Ren et al. aan dat AGEs ook de intracellulaire calciumniveaus in rat VSMCs significant verhoogden. Er werd vastgesteld dat de mRNA-niveaus van ALP en OPN significant verhoogd waren na een blootstelling van 24 uur aan geglyceerd albumine (AGE-BSA). Als gevolg van de toename van ALP en OPN bij behandeling met AGE-BSA, toonde de groep ook aan dat RAGE werd geüpreguleerd in de rat VSMC’s. Bij incubatie met een neutraliserend antilichaam tegen RAGE, daalde de hoeveelheid calcium en ALP expressie. De waargenomen veranderingen bevestigden dat RAGE de AGE-geïnduceerde VSMC-verkalking medieert. Wei et al. toonden aan dat diabetes aortacalcificatie versnelde bij mannelijke Wistar ratten. De dieren werden behandeld met streptozotocine (STZ) om diabetes te induceren en vervolgens met vitamine D3 en nicotine (VDN) om vasculaire calcificatie te induceren. von Kossa kleuring maakte visualisatie van de calciumdeeltjes in het verwijderde aortaweefsel mogelijk, en calciumdeeltjes werden gevonden in de geselecteerde weefselsectie. Western blot analyse toonde een significante toename in ALP expressie en de niveaus van AGEs waren ook verhoogd in de diabetische en VDN behandelde dieren. Het is belangrijk erop te wijzen dat terwijl AGE-RAGE signalering direct kan mediëren vasculaire calcificatie in diabetes, AGE-RAGE signalering ook indirect invloed kan hebben op deze diabetische complicatie.
4. Rol voor Fetuin-A in vasculaire calcificatie en RAGE signalering
Serum proteïne-Heremans-Schmid glycoproteïne (Ahsg of fetuin-A), een systemisch circulerend glycoproteïne, is betrokken bij insulineresistentie bij type II diabetespatiënten. Uit patiëntengegevens bleek dat hoge serum fetuin-A-spiegels een indicator waren voor hyperglykemie bij type II. Fetuin-A belemmerde ook de insuline-ontvangst door remming van de insuline-receptor voor autofosforylering van het insuline-receptor substraat-1 eiwit, dat cruciaal is voor de insuline-receptor signaleringsroute . Gezamenlijk toonden deze studies aan dat fetuin-A een rol speelt bij insulineresistentie in type II diabetes, wat kan leiden tot verdere verergering van hyperglykemie en andere diabetische complicaties. Interessant is dat verhoogde niveaus van vasculaire calcificatie niet alleen in verband zijn gebracht met type II-diabetes, maar ook met patiënten met chronische nieraandoeningen (CKD) . In dit geval is aangetoond dat vaatverkalking zowel een ontstekings- als een oxidatieve stressreactie bevordert, waardoor het een risicofactor voor hart- en vaatziekten vormt. Fetuin-A wordt door de lever afgegeven om te functioneren als een acuut fase-eiwit in het aangeboren immuunsysteem, waar het fungeert ter bevordering van anti-inflammatoire en antioxidatieve stressreacties om overgeëxpresseerde ontstekingsmoleculen te remmen.
Omgekeerd kan fetuin-A ook een aangeboren immuunrespons opwekken, die gedeeltelijk door toll-like receptoren (TLR’s) wordt opgewekt. Dit mechanisme kan worden geactiveerd door vrije vetzuren (FFA’s) om een pro-inflammatoire respons te induceren. Pal et al. toonden aan dat fetuin-A kan fungeren als een ligand voor TLR-4 om FFA-geïnduceerde insulineresistentie in adipocyten te stimuleren. Naast het bevorderen van insulineresistentie bij type II diabetespatiënten, kan fetuin-A ook een alternatief RAGE-ligand remmen, high mobility group box-1 (HMGB1), dat verantwoordelijk is voor het vrijkomen en rekruteren van verscheidene cytokinen, adhesiemoleculen, en chemokinen. Gebleken is dat activering van de RAGE-signaalcascade verantwoordelijk is voor de door HMGB1 gemedieerde expressie van tumornecrosefactor (TNF) en interleukine-1 (IL-1). Van belang is dat fetuin-A remming van HMGB1 mogelijk een setting creëert voor RAGEs om bij voorkeur AGEs te selecteren en te binden om de cascade te activeren. Met behulp van gegevens uit monsters van CKD-patiënten toonden Janda et al. aan dat verhoogde serum fetuin-A-spiegels een positieve indicator waren voor verhoogde afzetting van AGE’s in de slagaders, hetgeen erop wijst dat fetuin-A indirect de AGE/RAGE-route kan beïnvloeden, vooral in aanwezigheid van ontstekingsmoleculen.
Fetuin-A (Ahsg) heeft een hoge affiniteit voor hydroxyapatietkristallen, die zich bevinden op plaatsen van vasculaire calcificatie, zoals bot en tanden. Ketteler et al. gebruikten patiënten met CKD op hemodialyse om cardiovasculaire mortaliteit te correleren met verlaagde fetuin-A niveaus en verhoogde vasculaire calcificatie, wat suggereert dat fetuin-A werkt als een remmer van calcificatie . Studies met een fetuin-A deficiëntiemodel van muizen die gevoelig zijn voor verkalking (DBA/2-Ahsg-/-) stelden vast dat het glycoproteïne een remmer van verkalking is. Röntgenfoto’s van het bot en von Kossa-kleuring van de long, het hart, de nieren en de huid toonden een visuele toename aan in de afzetting van fosfor en calcium in elk weefseltype. Bloedserum van DBA/2-Ahsg-/- dieren werd geëxtraheerd om een in vitro basisch calciumfosfaat (BCP) neerslagtest uit te voeren. Fetuin-A verminderde de hoeveelheid BCP-neerslag in het serum, wat erop wijst dat fetuin-A de vorming van BCP-afzetting kan remmen. Binnen dezelfde onderzoeksgroep hebben Heiss et al. gebruik gemaakt van elektronenmicroscopie en dynamische lichtverstrooiing om de structurele kenmerken te bepalen van fetuin-A dat complexeert met BCP om calciproteïnedeeltjes te vormen. Aanvullende studies met gezuiverd fetuin-A geïncubeerd met BCP in vitro resulteerden in BCP-structuur die veranderde van een star naar een fragiel uiterlijk. Deze waargenomen structuurverandering werd ook waargenomen in andere op calcium gebaseerde materialen zoals CaCO3 nanodeeltjes.
De relatie tussen fetuin-A, BCP, en verkalkte VSMCs werd bepaald met behulp van in vitro en in vivo HVSMCs model systeem. Reynolds et al. toonden aan dat fetuin-A gelokaliseerd was in de matrixblaasjes van verkalkte HVSMC’s in de mediale laag van de slagader. Deze verkalkte HVSMC’s werden behandeld met fetuin-A, dat calciumafzetting en calciumintegratie op een dosis-afhankelijke en celgemedieerde wijze remde. Van VSMC’s is aangetoond dat zij vesikel- en apoptotisch lichaam-gemedieerde vasculaire calcificatie ondergaan. Microscopie en western blotting toonden aan dat HVSMC apoptose werd geremd door fetuin-A. De verkalking van vrijgekomen matrixblaasjes en apoptotische lichaampjes werd gekwantificeerd door middel van energiedispersieve röntgenanalyse en toonde aan dat fetuin-A ook de verkalking van deze vrijgekomen celdeeltjes remt. In dezelfde studie werd aangetoond dat fetuin-A een remmer is van HVSMC-verkalking gemedieerd door matrixblaasjes en apoptotische lichaampjes. In vergelijkbaar onderzoek van Moe e.a. werd aangetoond dat fetuin-A een remmer is van verkalking in BVSMC’s. Al met al tonen deze gegevens aan dat fetuin-A een remmer is van calcificatie.
5. AGE-RAGE Signaling and Oxidative Stress in Vascular Calcification
De AGE/RAGE signaleringscascade blijkt verwant te zijn aan een feed-forward loop waarbij uitkomsten zoals verhoogde fibrose, verhoogde RAGE expressie, en verhoogde oxidatieve stressoren worden geproduceerd. Oxidatieve stress veroorzaakt door verhoogde reactieve zuurstofspecies (ROS) kunnen talrijke intracellulaire structuren verstoren, zoals cellulaire membranen, proteïnen, lipiden en DNA. ROS-producten, zoals waterstofperoxide, superoxideanionen, hydroxylradicalen en stikstofmonoxide, worden gegenereerd door mitochondriale oxidases, NADPH-oxidases (Nox) en stikstofoxidesynthases. De activering van RAGE leidt tot een verhoogde productie van ROS door het stimuleren van specifieke signaalcascades zoals TGF-β, NF-κB en Nox-1. In een studie uitgevoerd door Wei et al., werden malondialdehyde (MDA) concentratie en Cu/Zn superoxide dismutase (SOD-1) activiteit gebruikt om oxidatieve stress en het vermogen om een compensatoir oxidatief stress mechanisme te initiëren in diabetes-gemedieerde vasculaire calcificatie diermodellen te beoordelen. Diabetische dieren met VDN-geïnduceerde vasculaire calcificatie hadden een significante verhoging van het MDA-gehalte en een significante verlaging van de SOD activiteitsniveaus in vergelijking met de diabetische groep. Wanneer geïsoleerde VSMC’s werden behandeld met toenemende niveaus van AGE, waren er verhoogde ALP activiteitsniveaus, Nox-1 gemedieerde ROS productie, en RAGE expressie. Het remmen van RAGE expressie verminderde consequent ALP activiteit, calciumgehalte, en Nox-1 eiwitproductie, terwijl tegelijkertijd SOD-1 niveaus toenamen. In het algemeen toonden deze studies aan dat celisolaten van een model diabetes met VDN gemedieerde vasculaire calcificatie reageerden op AGE behandelingen zoals blijkt uit significant verhoogde niveaus van ALP, ROS, Nox-1, en RAGE proteïne in vergelijking met alleen diabetische dieren. Brodeur et al. gebruikten een soortgelijk diermodel om te bepalen of AGEs binnen een in vivo systeem kunnen worden verminderd nadat diabetes-gemedieerde vasculaire calcificatie heeft plaatsgevonden. Pyridoxamine (PYR), een AGE-remmer, werd toegediend als een preventieve precalcificatiebehandeling, terwijl alagebrium (ALA), een AGE-remmer, werd toegediend als een therapeutische postcalcificatiebehandeling. Bij deze onderzoeken zorgde alleen ALA voor een significante vermindering van het aantal AGE’s en het calciumgehalte zoals gemeten in gespierde slagaders, zoals de liesslagader, maar niet in grotere geleidende slagaders zoals de aorta. PYR verminderde het totale AGE- en calciumgehalte, maar dit was niet significant in de bestudeerde weefsels. Het verschil in effectiviteit van beide behandelingen zou te wijten kunnen zijn aan de werkingsmechanismen; PYR werkt preventief tegen AGE, terwijl ALA werkt als een verbreker van AGE-kruisverbindingen. De werkzaamheid van verschillende anti-oxidant therapieën, zoals alfa-lipioczuur, 4-hydroxy tempol, en apocynine, werd ook getest. Behandeling met apocynine resulteerde in een significante vermindering van de calciumafzetting in het diermodel voor vasculaire calcificatie door diabetes. Brodeur et al. toonden aan dat een vermindering van calcium door gerichte ROS anti-oxidant therapie een meer haalbare behandeling is in een in vivo model van vasculaire calcificatie. Samen tonen deze studies aan dat de AGE/RAGE cascade in staat is vasculaire calcificatie te mediëren door middel van oxidatieve stressmechanismen, en therapeutische behandelingen om de ROS productie te beperken zouden een haalbaarder alternatief kunnen zijn om vasculaire calcificatie te minimaliseren.
Een andere ROS signaalcascade die geactiveerd wordt door AGEs is transformerende groeifactor- (TGF-) β. In een studie van Li et al. werden, toen VSMCs behandeld werden met AGEs, leden van de AGE/RAGE signaalcascade (d.w.z, p38 MAPK en ERK1/2) worden gefosforyleerd bij activering van RAGE. Bovendien resulteerde TGF-β signalering in de fosforylering van zijn familie van mediatoren, Smads, die dienen als transcriptionele modulatoren. Deze veranderingen bleken TGF-β afhankelijk te zijn. Western blot analyse toonde aan dat wanneer RAGE expressie werd gedownreguleerd, Smad 2 fosforylering ook werd geremd, wat wijst op de AGE/RAGE cascade in Smad activering en TGF-β signalering. Aangezien de accumulatie van AGEs zich in de extracellulaire matrix (ECM) bevindt, is het belangrijk op te merken dat een toename van TGF-β betrokken is bij fibrose binnen de ziekte. Fibrose wordt gewoonlijk geassocieerd met een toename van collageen type I en Li et al. hebben met behulp van Western blot analyse aangetoond dat AGE’s een verhoogde productie van collageen type I induceren, die werd geremd door blokkade van p38 MAPK en ERK1/2 signalering. Op grond van deze gegevens kan worden geconcludeerd dat AGE/RAGE-signalering een rol speelt bij de instandhouding en regulering van het ECM bij diabetes en dat AGEs TGF-β induceren via bemiddeling door RAGE.
Van AGEs is ook aangetoond dat zij de activiteit van NFκB via RAGE-signalering in VSMCs verhogen. Studies hebben aangetoond dat VSMC’s een soepel, contractief fenotype in de slagader behouden; een toename van de NFκB signalering zal dit fenotype echter verstoren, wat resulteert in een verhoogde stijfheid en stijfheid, die vaak geassocieerd wordt met cardiovasculaire diabetische complicaties. Simard et al. behandelden rat aorta VSMCs (A7r5 cellen) met geglyceerd humaan serumalbumine (AGE-HSA) en met behulp van GFP expressie werd een significant verhoogde NFκB activiteit waargenomen. Western blot analyse toonde aan dat ERK1/2 activatie significant verhoogd was met AGE-HSA behandeling, en AKT activatie was licht verhoogd. Deze beide routes activeren NFκB, waaruit geconcludeerd zou kunnen worden dat RAGE-signalering de NFκB-activiteit verhoogt. Een toename van de NFκB-transcriptieactiviteit kan leiden tot een toename van de mRNA-expressie van type I collageen a1 en a2 in murine VSMC’s die met AGE’s zijn behandeld, zoals aangetoond in Peng et al. Al met al beïnvloedt AGE-geïnduceerde RAGE-signalering de activiteit van NFκB in VSMC’s, wat kan leiden tot remodellering van het type I collageen in de ECM of tot een verandering in de celmorfologie. Ook werden bij behandeling met AGE-HSA de mRNA-niveaus van gladde spier-myosine-zware stoel (SM-MHC) en SM-22α verlaagd, en daarnaast ook de eiwitexpressie van SM-α-actine, SM-22α en myocardin (MyoC). In het algemeen toonden de onderzoekers aan dat RAGE signalering interfereert met de expressie van gladde spier fenotype markers in A7r5 cellen. Het verlies van gladde spierfenotype markers bood een verklaring voor de veranderingen in gladde spier mechanische celeigenschappen naarmate AGE/RAGE signalering toenam. Er was ook een verhoogde korreligheid binnen de A7r5 cellen waaruit blijkt een visuele verandering in celmorfologie als gevolg van verhoogde RAGE signalering. Terwijl de totale actine dichtheid ongewijzigd was met AGE-HAS behandelde cellen, Young’s modulus, een maat voor elasticiteit, bleek dat basale cel stijfheid aanzienlijk was toegenomen wat duidt op een stijver, minder elastisch celtype. Eiwit expressie niveaus van gefosforyleerde myosine lichte keten (MLC) werden ook gemeten om veranderingen in contractiele functie en actine-myosine-gemedieerde motorische activiteit te bepalen. Deze resultaten toonden aan dat er geen veranderingen in de contractiele functie optraden wanneer A7r5 cellen werden behandeld met AGE-HSA. Alles bij elkaar genomen, verandert een verhoogde AGE/RAGE signalering de mechanische eigenschappen van VSMC’s, wat resulteert in een stijver, minder meegaand celtype.
6. Conclusie
AGE/RAGE signalering is een complexe en ingewikkelde cascade en is bestudeerd in veel verschillende ziektetoestanden. Met name diabetes-gemedieerde vasculaire calcificatie vertoont verschillende factoren die AGE/RAGE signalering in staat stellen zowel cellulaire als systemische reacties sterk te beïnvloeden. Er is aangetoond dat vasculaire calcificatie de botmatrixeiwitten doet toenemen door PKC-signalering in hyperglycemische en calcificatieomstandigheden. AGEs-geïnduceerde vasculaire calcificatie veroorzaakte een downregulatie van VSMCs markers en een upregulatie van botmatrixeiwitten, wat suggereert dat de VSMCs een fenotypische switch ondergaan naar een osteoblast-achtige cel. RAGE signalering kan ook VSMC calcificatie in de hand werken via een aantal mitogene paden. Daarvan werd aangetoond dat de p38 MAPK-route een essentiële component is voor AGE/RAGE-gemedieerde VSMC-differentiatie. Fetuin A bleek ook een meer controversiële rol te spelen bij vasculaire calcificatie. Fetuin A werkt als een mediator voor zowel procalcificatie door kunstmatige selectie voor AGEs als een RAGE-ligand als anticalcificatie in bepaalde modellen van CDK. Fetuin-A is een opwindend gebied waar meer werk moet worden verricht om de rol ervan in vasculaire calcificatie als diabetische complicatie te begrijpen. AGE/RAGE signalering is betrokken bij oxidatieve stress geassocieerd met diabetes-gemedieerde vasculaire calcificatie door activering van Nox-1, TGF-β gemedieerde fibrose, NFκB, en ERK1/2 paden en verminderde expressie van SOD-1. Onderzoekers ontdekten dat farmacologische middelen en bepaalde antioxidanten het niveau van calciumafzetting in AGEs-geïnduceerde diabetes-gemedieerde vasculaire calcificatie verminderden. In het algemeen werd de rol van AGE/RAGE signalering in diabetes-gemedieerde vasculaire calcificatie toegeschreven aan oxidatieve stress en de fenotypische switch van VSMCs in AGEs-geïnduceerde calcificatie condities zoals getoond in Figuur 1. Om vasculaire calcificatie als een diabetische complicatie beter te begrijpen zou men in de toekomst gebruik kunnen maken van RAGE knock-out muizen om de effecten van systemische remming van RAGE op diabetes-gemedieerde vasculaire calcificatie te onderzoeken. Ook de rol van fetuin-A zou beter onderzocht kunnen worden om de wisselwerking tussen deze biomarker en AGE/RAGE signalering bij type II diabetes te begrijpen.
Disclosure
De meningen, bevindingen en conclusies of aanbevelingen in dit materiaal zijn die van de auteurs en komen niet noodzakelijk overeen met de standpunten van de National Science Foundation.
Belangen
De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende belangen hebben.
Bijdragen van de auteurs
Alle auteurs hebben in gelijke mate bijgedragen aan dit artikel.
Betuigingen
De auteurs willen Dr. Donna M. Gordon bedanken voor haar bijdrage aan de ontwikkeling en bewerking van dit overzicht. Dit werk is ondersteund door American Heart Association Beginning Grant-In-Aid no. 4150122 (JAS), American Heart Association Scientist Development Grant no. 5310006 (JAS), en Mississippi State University en haar afdeling Biologische Wetenschappen. Ook is dit materiaal gebaseerd op werk dat is ondersteund door het National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program onder Grant no. 2015202674.