Abstract
Semnalizarea AGE/RAGE a fost o cascadă bine studiată în multe stări de boală diferite, în special în diabet. Din cauza naturii complexe a receptorului și a multiplelor căi care se intersectează, mecanismul de semnalizare AGE/RAGE nu este încă bine înțeles. Scopul acestei analize este de a evidenția domeniile cheie ale calcificării vasculare mediate de AGE/RAGE ca o complicație a diabetului. Semnalizarea AGE/RAGE influențează puternic atât răspunsurile celulare, cât și cele sistemice pentru a crește proteinele matricei osoase prin intermediul căilor de semnalizare PKC, p38 MAPK, fetuin-A, TGF-β, NFκB și ERK1/2 atât în condiții de hiperglicemie, cât și de calcificare. S-a demonstrat că semnalizarea AGE/RAGE crește stresul oxidativ pentru a promova calcifierea vasculară mediată de diabet prin activarea Nox-1 și scăderea expresiei SOD-1. Semnalizarea AGE/RAGE în calcifierea vasculară mediată de diabet a fost, de asemenea, atribuită stresului oxidativ crescut, ceea ce a dus la schimbarea fenotipică a VSMC-urilor în celule asemănătoare osteoblastelor în calcifierea indusă de AGE. Cercetătorii au descoperit că agenții farmacologici și anumiți antioxidanți au scăzut nivelul de depunere de calciu în calcifierea vasculară mediată de diabet indusă de AGEs. Prin înțelegerea rolului pe care îl joacă cascada de semnalizare AGE/RAGE în calcifierea vasculară mediată de diabet va permite intervenția farmacologică pentru a diminua severitatea acestei complicații diabetice.
1. Introducere
Diabet zaharat este o familie de boli caracterizate prin niveluri ridicate de glucoză în sânge sau hiperglicemie care rezultă din incapacitatea organismului de a produce și/sau utiliza hormonul insulină. Diabetul zaharat de tip I este asociat cu disfuncția celulelor β pancreatice care are ca rezultat pierderea producției de insulină, în timp ce diabetul zaharat de tip II este cauzat de disfuncția receptorilor de insulină, în care semnalizarea receptorilor de insulină este decuplabilă de absorbția glucozei. Diabetul zaharat este foarte răspândit în Statele Unite, cu aproximativ 29 de milioane de persoane care trăiesc cu diabet sau 9,3% din populație . S-a raportat că rata de deces din cauza bolilor cardiovasculare pentru o persoană, în vârstă de 18 ani și peste, cu diabet zaharat a fost de aproximativ 1,7 ori mai mare decât cea a populației normale . Rata crescută a deceselor cauzate de boala cardiovasculară diabetică demonstrează gravitatea complicațiilor care pot apărea în urma acestei patologii. Prin urmare, este esențial să se înțeleagă legătura dintre bolile cardiovasculare și diabet .
2. Diabetul de tip II și calcifierea vasculară
Diabetele de tip II a fost puternic legat de calcifierea vasculară prin mai multe mecanisme diferite, dintre care unele includ stresul oxidativ, hiperglicemia, hiperkaliemia și hipercalcemia, stresul oxidativ fiind principalul obiectiv al acestei analize . Calcificarea vasculară este descrisă ca fiind întărirea stratului medial al arterei prin depunerea de minerale de hidroxiapatită în matricea extracelulară . Acest proces, considerat cândva ca fiind pasiv și asociat cu îmbătrânirea, s-a demonstrat acum că este un proces strâns reglementat și mediat de celule . În timpul calcificării vasculare, proteina morfogenetică osoasă-2 (BMP-2) activează factorul de legare a nucleului alfa-1 (CBFA-1, cunoscut și sub numele de RunX2), care acționează ca regulator transcripțional primar pentru maturizarea osteoblastelor din os . CBFA-1 stimulează, de asemenea, producția de proteine osteoblaste în cadrul celulelor musculare netede vasculare (VSMC), despre care se crede că determină o trecere fenotipică a VSMC la un fenotip asemănător cu cel al osteoblastelor . S-a demonstrat că fosfataza alcalină (ALP) și sialoproteina osoasă (BSP) sunt markeri timpurii ai activității osteoblastice, în timp ce markerii, cum ar fi osteopontina (OPN) și osteocalcina, sunt reglați pozitiv la sfârșitul procesului de calcificare . Funcția lor principală este de a spori formarea și depunerea hidroxiapatitei, care este compusă din colagen de tip I și alte proteine necolagenice . Indicată în primul rând în formarea oaselor, ALP este responsabilă de scindarea pirofosfatului în fosfat pentru a promova depunerea hidroxiapatitei și mineralizarea în interiorul osului . BSP este responsabilă de nuclearea mineralului hidroxiapatită . Similar cu ALP, OPN este, de asemenea, legat de depunerea de hidroxiapatită și poate servi ca mediator al atașamentului celular și al semnalizării . Dimensiunea și forma hidroxiapatitei sunt mediate de osteocalcină printr-un mecanism dependent de vitamina K . Luate împreună, aceste date demonstrează potențialul de a promova formarea osoasă în cadrul unui sistem viu, iar cercetătorii au utilizat aceste cunoștințe despre proteinele matricei osoase pentru a înțelege mecanismele care stau la baza calcifierii vasculare și a diabetului de tip II.
Într-o serie de studii efectuate de Chen și colab., arterele recoltate de la pacienți diabetici și non-diabetici au fost analizate pentru a determina cantitatea de calciu, OPN, ALP, colagen de tip I și BSP. Cu excepția BSP, toate proteinele matricei osoase investigate au fost semnificativ crescute ca urmare a diabetului . Experimentele in vitro, folosind celule musculare netede vasculare bovine (BVSMC) cultivate în condiții euglicemice (glucoză normală) și hiperglicemice, au arătat că nivelurile de CBFA1, ALP și osteocalcină au fost semnificativ mai mari în celulele cultivate într-un mediu bogat în glucoză. În plus, depunerea de calciu a fost, de asemenea, semnificativ mai mare în mediile cu glucoză ridicată decât în mediile cu glucoză normală, iar această tendință a fost, de asemenea, observată atunci când ambele tipuri de medii de creștere au fost suplimentate cu medii de calcifiere. Mediile de calcificare conțin niveluri ridicate de fosfat anorganic pentru a promova calcifierea prin utilizarea celulelor care au nevoie să mențină homeostazia. Pentru a determina mecanismele de semnalizare responsabile de creșterea expresiei proteinei matricei osoase, BVSMC au fost expuse la niveluri ridicate de glucoză, iar activitatea proteinei kinazei C (PKC) a fost inhibată farmacologic atât în celulele normale, cât și în cele tratate cu glucoză ridicată. PKC a fost selectată ca punct central al căii de semnalizare datorită rolului său prestabilit în răspunsurile celulare la diabet și hiperglicemie . Ca urmare, expresia proteinelor din matricea osoasă a fost semnificativ diminuată, în timp ce, în celulele tratate cu glucoză normală, nu a existat nicio modificare notabilă a expresiei proteinelor. Acest studiu a demonstrat, de asemenea, o secreție sporită de BMP-2 de la BVSMCs cultivate în medii cu glucoză ridicată. În general, Chen et al. au concluzionat că condițiile hiperglicemice, așa cum sunt observate în diabet, au promovat reglarea ascendentă a proteinelor matricei osoase și calcifierea vasculară . Studiile de susținere efectuate de Mori et al. au demonstrat că OPN a fost suprareglementat și activat de o cale similară mediată de PKC în VSMC de șobolan diabetic. Western blotting a confirmat că inhibarea PKC a dus la o scădere notabilă a expresiei proteinei OPN . Luate împreună, aceste studii au demonstrat nu numai prevalența expresiei proteinei matricei osoase în celulele musculare netede vasculare, ci și rolul PKC în calcifierea vasculară mediată de diabet.
3. Calcifierea vasculară și semnalizarea AGE-RAGE
În plus față de creșterea expresiei proteinei matricei osoase în VSMC în timpul tratamentelor diabetice și a calcifierii, studiile au arătat, de asemenea, că produsele finale de glicare avansată (AGE) și receptorii acestora (RAGE) joacă un rol în calcifierea vasculară . S-a demonstrat că pacienții cu diabet de tip II au o concentrație semnificativ mai mare de AGEs decât populația non-diabetică . AGE se formează de-a lungul vieții ca urmare a creșterii glucozei circulante, precum și a altor zaharuri reducătoare, cum ar fi galactoza și fructoza, care reacționează cu grupele amino ale proteinelor pentru a forma baze Schiff care fie urmează calea poliolului pentru a produce AGE, fie sunt degradate . Acești produși finali glicați interacționează cu RAGE-urile, care sunt proteine transmembranare care fac parte din superfamilia imunoglobulinelor. RAGEs sunt suprareglementate ca răspuns la creșterea nivelurilor de AGE circulante . La legarea AGE-RAGE, RAGE acționează prin intermediul PKC-ζ pentru a declanșa activarea în aval a unei cascade de semnalizare care acționează prin intermediul proteinei kinazei activate de mitogenul p38 (MAPK), al factorului de creștere transformant-β (TGF-β) și al factorului nuclear κB (NFκB) . Suga și colab. au demonstrat că activarea semnalizării AGE-RAGE în VSMC de șobolan a redus expresia markerilor genetici ai VSMC, cum ar fi lanțul greu al mușchiului neted-miozinei (SM-MHC) și mușchiul neted 22α (SM22α) . Această reducere a markerilor VSMC-urilor sugerează posibila trecere fenotipică a VSMC-urilor la un fenotip asemănător cu cel al osteoblastelor . Acest lucru este susținut de constatările făcute la VSMC umane (HVSMC), unde activarea RAGE a crescut expresia ARNm și activitatea ALP, o proteină a matricei osoase, sugerând un rol al semnalizării RAGE în calcifierea vasculară . Aceste studii au demonstrat unele roluri de bază pentru RAGE în calcifierea VSMC prin semnalizarea PKC-ζ, creșterea expresiei ALP și scăderea expresiei markerilor genetici ai VSMC.
În studiile efectuate de Tanikawa și colab. utilizând un model de calcifiere in vitro a HVSMC, creșterea nivelurilor de AGE a crescut semnificativ cantitatea de depunere de calciu după 7 și 14 zile, în comparație cu probele tratate cu BSA și cu probele de control . În plus, expresia ARNm a CBFA-1 (RunX2), activitatea ALP și nivelul proteinei osteocalcină au fost, de asemenea, semnificativ crescute. Împreună, aceste date au indicat că tratamentul cu AGE promovează un fenotip asemănător osteoblastelor în HVSMCs. Această comutare fenotipică nu a fost dependentă de mediile de calcificare, deoarece s-au constatat rezultate similare folosind HVSMCs cultivate cu și fără medii de calcificare . Expresia VSMC a proteinelor osteoblaste poate fi legată de activitatea p38 MAPK, deoarece Tanikawa et al. au constatat că, odată cu creșterea expunerii la AGE, a crescut activarea p38 MAPK. Dimpotrivă, atunci când semnalizarea RAGE a fost atenuată, activarea p38 MAPK a fost diminuată, iar modificările în p38 MAPK s-au corelat cu scăderea nivelurilor de activitate ALP în ciuda calcificării induse de AGE . Într-un studiu similar realizat de Hu et al. s-a demonstrat că p38 MAPK este esențială pentru diferențierea osteoblastelor în celulele MC3T3-E1. Inhibarea farmacologică a p38 MAPK a dus la scăderea activității ALP, demonstrând astfel că p38 MAPK este necesară pentru exprimarea ALP în celulele de tip osteoblast . Prin urmare, activitatea ALP poate fi direct influențată atât de o expunere crescută la AGE, cât și de o semnalizare ridicată a cascadei RAGE prin intermediul p38 MAPK. Această relație sugerează că p38 MAPK joacă un rol-cheie în calea AGE-RAGE în calcifierea vasculară mediată de diabet .
În timp ce aceste constatări demonstrează importanța căii AGE-RAGE în calcifierea vasculară mediată de diabet, Ren și colab. au demonstrat că AGE au crescut, de asemenea, în mod semnificativ nivelurile de calciu intracelular în VSMC de șobolan . S-a constatat că nivelurile de ARNm ale ALP și OPN au crescut semnificativ după o expunere de 24 de ore la albumină glicată (AGE-BSA). Datorită creșterii ALP și OPN odată cu tratamentul cu AGE-BSA, grupul a demonstrat, de asemenea, că RAGE a fost suprareglementat în VSMC de șobolan. Atunci când au fost incubate cu un anticorp de neutralizare a RAGE, cantitatea de calciu și expresia ALP a fost diminuată. Modificările observate au confirmat faptul că RAGE mediază calcifierea VSMC indusă de AGE . Wei și colab. au arătat că diabetul a accelerat calcifierea aortică la șobolanii Wistar masculi . Animalele au fost tratate cu streptozotocină (STZ) pentru a induce diabetul și apoi au fost tratate cu vitamina D3 și nicotină (VDN) pentru a induce calcifierea vasculară. colorația von Kossa a permis vizualizarea particulelor de calciu în țesutul aortic îndepărtat, iar particulele de calciu au fost găsite în secțiunea de țesut selectată. Analiza Western blot a arătat o creștere semnificativă a expresiei ALP și nivelurile de AGE au fost, de asemenea, crescute la animalele diabetice și tratate cu VDN . Este important de subliniat faptul că, în timp ce semnalizarea AGE-RAGE poate media direct calcifierea vasculară în diabet, semnalizarea AGE-RAGE poate avea, de asemenea, un impact indirect asupra acestei complicații diabetice.
4. Roluri pentru Fetuin-A în calcifierea vasculară și în semnalizarea RAGE
Glicoproteina serică -Heremans-Schmid (Ahsg sau fetuin-A), o glicoproteină circulantă sistemic, a fost implicată în rezistența la insulină la pacienții diabetici de tip II . Datele pacienților au arătat că nivelurile ridicate de fetuină-A serică au fost un indicator pentru hiperglicemie în tipul II. Fetuin-A a împiedicat, de asemenea, recepția insulinei prin inhibarea receptorului de insulină pentru autofosforilarea proteinei substratului-1 al receptorului de insulină, care este crucială pentru calea de semnalizare a receptorului de insulină . În mod colectiv, aceste studii au arătat că fetuina-A joacă un rol în rezistența la insulină în diabetul de tip II, ceea ce poate duce la o exacerbare suplimentară a hiperglicemiei și a altor complicații diabetice. În mod interesant, s-a demonstrat că nivelurile crescute de calcifiere vasculară sunt asociate nu numai cu diabetul de tip II, ci și cu pacienții cu boală cronică de rinichi (CKD) . S-a demonstrat că calcifierea vasculară, în acest caz, promovează atât răspunsul inflamator, cât și cel al stresului oxidativ, ceea ce o compune ca factor de risc pentru bolile cardiovasculare. Fetuina-A este eliberată de ficat pentru a funcționa ca o proteină de fază acută în sistemul imunitar înnăscut, unde funcționează pentru a promova răspunsuri antiinflamatorii și de stres antioxidativ pentru a inhiba moleculele inflamatorii supraexprimate.
În mod invers, fetuina-A poate, de asemenea, să declanșeze un răspuns imunitar înnăscut declanșat în parte de receptorii de tip Toll-like (TLR). Acest mecanism poate fi activat de acizii grași liberi (FFA) pentru a induce un răspuns proinflamator . Pal și colab. au arătat că fetuina-A poate acționa ca un ligand pentru TLR-4 pentru a stimula rezistența la insulină indusă de FFA în adipocite . În plus față de promovarea rezistenței la insulină la pacienții diabetici de tip II, fetuin-A poate inhiba, de asemenea, un ligand alternativ al RAGE, high mobility group box-1 (HMGB1), care este responsabil pentru eliberarea și recrutarea mai multor citokine, molecule de adeziune și chemokine. S-a demonstrat că activarea cascadei de semnale RAGE este responsabilă de expresia mediată de HMGB1 a factorului de necroză tumorală (TNF) și a interleukinei-1 (IL-1) . Îngrijorător este faptul că inhibarea de către fetuina-A a HMGB1 ar putea crea, eventual, un cadru pentru ca RAGE să selecteze și să lege preferențial AGE pentru a activa cascada. Utilizând date colectate din eșantioane de pacienți cu IRC, Janda et al. au demonstrat că nivelurile serice crescute de fetuină-A au fost un indicator pozitiv pentru depunerea crescută de AGE în artere, indicând astfel că fetuina-A poate influența indirect calea AGE/RAGE, în special în prezența moleculelor inflamatorii.
Fetuina-A (Ahsg) are o afinitate ridicată pentru cristalele de hidroxiapatită, care sunt localizate în locurile de calcifiere vasculară, cum ar fi osul și dinții . Ketteler și colab. au utilizat pacienți cu IRC în hemodializă pentru a corela mortalitatea cardiovasculară cu scăderea nivelului de fetuină-A și creșterea calcificării vasculare, sugerând că fetuina-A acționează ca un inhibitor al calcificării . Studiile care au utilizat un model de șoareci cu deficit de fetuin-A care erau sensibili la calcificare (DBA/2-Ahsg-/-) au determinat că glicoproteina este un inhibitor al calcificării . Imaginile cu raze X ale oaselor și colorarea von Kossa a plămânilor, inimii, rinichilor și pielii au evidențiat o creștere vizuală a depunerilor de fosfor și calciu în fiecare tip de țesut. Serul sanguin a fost extras de la animalele DBA/2-Ahsg-/- pentru a efectua un test de precipitare in vitro a fosfatului bazic de calciu (BCP). Fetuin-A a diminuat cantitatea de precipitat de BCP din ser, indicând că fetuin-A poate inhiba formarea depunerii de BCP. În cadrul aceluiași grup de cercetare, Heiss et al. au utilizat microscopia electronică și împrăștierea dinamică a luminii pentru a determina caracteristicile structurale ale fetuinei-A care se complexează cu BCP pentru a forma particule de calciproteină. Studii suplimentare folosind fetuina-A purificată incubată cu BCP in vitro au avut ca rezultat schimbarea structurii BCP de la un aspect rigid la unul fragil . Această schimbare structurală observată a fost, de asemenea, observată și în alte materiale pe bază de calciu, cum ar fi nanoparticulele de CaCO3 .
Relația dintre fetuin-A, BCP și VSMC calcificate a fost determinată folosind sistemul de model in vitro și in vivo al HVSMCs. Reynolds și colab. au demonstrat că fetuina-A a fost localizată în veziculele matriciale ale HVSMC calcificate în stratul medial al arterei . Aceste HVSMC calcificate au fost tratate cu fetuin-A, care a inhibat depunerea de calciu și încorporarea de calciu într-o manieră dependentă de doză și mediată de celule. S-a demonstrat că VSMC-urile sunt supuse calcificării vasculare mediate de vezicule și corpuri apoptotice . Microscopia și Western blotting au arătat că apoptoza HVSMC a fost inhibată de fetuin-A. Calcificarea veziculelor matriciale eliberate și a corpilor apoptotici a fost cuantificată prin analiza cu raze X cu dispersie de energie și a arătat că fetuin-A inhibă, de asemenea, calcifierea acestor particule celulare eliberate. În cadrul aceluiași studiu, s-a demonstrat că fetuina-A este un inhibitor al calcificării HVSMC mediată de veziculele matriciale și de corpii apoptotici. În studii similare efectuate de Moe et al. s-a demonstrat că fetuina-A este un inhibitor al calcificării în BVSMCs . Luate împreună, aceste date demonstrează că fetuina-A este un inhibitor al calcificării.
5. Semnalizarea AGE-RAGE și stresul oxidativ în calcifierea vasculară
Cascada de semnalizare AGE/RAGE a fost demonstrată ca fiind asemănătoare unei bucle de feed-forward prin care se produc rezultate precum creșterea fibrozei, creșterea expresiei RAGE și creșterea factorilor de stres oxidativ . Stresul oxidativ produs de un nivel ridicat de specii reactive de oxigen (ROS) poate perturba numeroase structuri intracelulare, cum ar fi membranele celulare, proteinele, lipidele și ADN-ul. Produsele ROS, cum ar fi peroxidul de hidrogen, anionii superoxid, radicalii hidroxil și oxidul de azot, sunt generate de oxidazele mitocondriale, oxidazele NADPH (Nox) și sintazele de oxid de azot . Activarea RAGE duce la creșterea producției de ROS prin stimularea cascadelor de semnalizare specifice, cum ar fi TGF-β, NF-κB și Nox-1 . Într-un studiu realizat de Wei și colab., concentrația de malondialdehidă (MDA) și activitatea Cu/Zn a superoxid dismutazei (SOD-1) au fost utilizate pentru a evalua stresul oxidativ și capacitatea de a iniția un mecanism compensatoriu de stres oxidativ în modelele animale de calcifiere vasculară mediată de diabet. Animalele diabetice cu calcificare vasculară indusă de VDN au prezentat o creștere semnificativă a conținutului de MDA și o scădere semnificativă a nivelului de activitate SOD în comparație cu grupul diabetic. Atunci când VSMC izolate au fost tratate cu niveluri crescânde de AGE, s-au înregistrat niveluri ridicate ale activității ALP, producție de ROS mediată de Nox-1 și expresia RAGE. Inhibarea expresiei RAGE a redus în consecință activitatea ALP, conținutul de calciu și producția de proteine Nox-1, crescând simultan nivelurile de SOD-1. În general, aceste studii au demonstrat că izolatele celulare de la un model de diabet cu model de calcifiere vasculară mediată de VDN au răspuns la tratamentele AGE, după cum reiese din nivelurile semnificativ crescute de ALP, ROS, Nox-1 și proteina RAGE, în comparație cu animalele numai diabetice . Brodeur și colab. au utilizat un model animal similar pentru a determina dacă AGE în cadrul unui sistem in vivo pot fi reduse după ce a apărut calcifierea vasculară mediată de diabet . Piridoxamina (PYR), un inhibitor AGE, a fost administrat ca tratament preventiv înainte de calcificare, în timp ce alagebrium (ALA), un întrerupător AGE, a fost administrat ca tratament terapeutic postcalcificare. Pentru aceste studii, numai ALA a permis o reducere semnificativă a numărului de AGE și a conținutului de calciu măsurat în arterele musculare, cum ar fi artera femurală, dar nu și în arterele conducătoare mai mari, cum ar fi aorta. PYR a redus nivelul general de AGE și de calciu, dar nu a fost semnificativ în țesuturile studiate. Diferența de eficacitate a celor două tratamente s-ar putea datora mecanismelor de acțiune; PYR acționează ca un agent de prevenire a AGE, în timp ce ALA acționează ca un întrerupător de legături încrucișate AGE. A fost testată, de asemenea, eficacitatea mai multor terapii cu antioxidanți, cum ar fi acidul alfa-lipioc, 4-hidroxi-tempol și apocinină. Tratamentul cu apocinină a dus la o reducere semnificativă a depunerilor de calciu în modelul animal de calcifiere vasculară mediată de diabet. Brodeur și colab. au demonstrat că o reducere a calciului prin terapie antioxidantă ROS țintită este un tratament mai fezabil într-un model in vivo de calcifiere vasculară . În mod colectiv, aceste studii demonstrează că cascada AGE/RAGE este capabilă să medieze calcifierea vasculară prin mecanisme de stres oxidativ, iar tratamentele terapeutice pentru a limita producția de ROS ar putea oferi o alternativă mai fezabilă pentru a minimiza calcifierea vasculară.
O altă cascadă de semnalizare ROS activată de AGE este factorul de creștere transformant- (TGF-) β. Într-un studiu realizat de Li et al. atunci când VSMC-urile au fost tratate cu AGE, membrii cascadei de semnalizare AGE/RAGE (de ex, p38 MAPK și ERK1/2) s-au dovedit a fi fosforilați la activarea RAGE . În plus, semnalizarea TGF-β a dus la fosforilarea familiei sale de mediatori, Smads, care servesc ca modulatori transcripționali . S-a constatat că aceste modificări sunt dependente de TGF-β. Analiza Western blot a arătat că atunci când expresia RAGE a fost reglată în jos, fosforilarea Smad 2 a fost, de asemenea, inhibată, indicând cascada AGE/RAGE în activarea Smad și semnalizarea TGF-β. Deoarece acumularea de AGE este în cadrul matricei extracelulare (ECM), este important de remarcat faptul că o creștere a TGF-β a fost implicată în fibroza din cadrul bolii . Fibroza este de obicei asociată cu o creștere a colagenului de tip I, iar Li et al. au utilizat analiza Western Blot pentru a demonstra că AGE induc o producție crescută de colagen de tip I, care a fost inhibată prin blocarea semnalizării p38 MAPK și ERK1/2. Aceste date permit concluzia că semnalizarea AGE/RAGE joacă un rol în menținerea și reglarea ECM în diabet și că AGE induc TGF-β prin medierea RAGE .
S-a demonstrat, de asemenea, că AGE cresc activitatea NFκB prin semnalizarea RAGE în VSMC. Studiile au demonstrat că VSMC-urile vor menține un fenotip flexibil și contractil în interiorul arterei; cu toate acestea, creșterile semnalizării NFκB vor interfera cu acest fenotip, rezultând o rigiditate și o rigiditate crescute asociate în mod obișnuit cu complicațiile cardiovasculare diabetice . Simard et al. au tratat VSMC de aortă de șobolan (celule A7r5) cu albumină serică umană glicată (AGE-HSA) și, folosind expresia GFP, au observat o creștere semnificativă a activității NFκB. Analiza Western blot a arătat că activarea ERK1/2 a fost semnificativ crescută cu tratamentul cu AGE-HSA, iar activarea AKT a fost ușor crescută. Ambele căi activează NFκB, ceea ce ar permite să se concluzioneze că semnalizarea RAGE crește activitatea NFκB . O creștere a activității de transcripție a NFκB poate duce la o creștere a expresiei ARNm a colagenului de tip I a1 și a2 în VSMC murine tratate cu AGE, așa cum s-a arătat în Peng et al. În mod colectiv, semnalizarea RAGE indusă de AGE afectează activitatea NFκB în VSMC, ceea ce poate duce la remodelarea colagenului de tip I din ECM sau la o modificare a morfologiei celulare. De asemenea, atunci când sunt tratate cu AGE-HSA, nivelurile de ARNm ale scaunului greu al mușchiului neted-miozinei (SM-MHC) și SM-22α au fost diminuate și, în plus, expresia proteică a SM-α-actinei, SM-22α și miocardinei (MyoC) a fost, de asemenea, diminuată. În general, cercetătorii au demonstrat că semnalizarea RAGE interferează cu expresia markerilor fenotipului musculaturii netede în celulele A7r5. Pierderea markerilor fenotipului mușchiului neted a oferit o explicație pentru modificările proprietăților mecanice ale celulelor musculare netede pe măsură ce a crescut semnalizarea AGE/RAGE. A existat, de asemenea, o granularitate crescută în cadrul celulelor A7r5, demonstrând o schimbare vizuală a morfologiei celulare din cauza creșterii semnalizării RAGE. În timp ce densitatea generală a actinei a rămas neschimbată în cazul celulelor tratate cu AGE-HAS, modulul Young, o măsură a elasticității, a arătat că rigiditatea celulară bazală a crescut semnificativ, indicând un tip de celule mai rigide și mai puțin elastice. Nivelurile de expresie proteică ale lanțului ușor fosforilat al miozinei (MLC) au fost, de asemenea, măsurate pentru a determina modificările în funcția contractilă și activitatea motorie mediată de actină-miosină. Aceste rezultate au arătat că nu au apărut modificări ale funcției contractile atunci când celulele A7r5 au fost tratate cu AGE-HSA. Luate împreună, creșterea semnalizării AGE/RAGE modifică proprietățile mecanice ale VSMC, rezultând un tip de celule mai rigide și mai puțin flexibile.
6. Concluzie
Semnalizarea AGE/RAGE este o cascadă complexă și complicată și a fost studiată în multe stări de boală diferite. În special, calcifierea vasculară mediată de diabet prezintă mai mulți factori care permit semnalizării AGE/RAGE să influențeze puternic atât răspunsurile celulare, cât și cele sistemice. S-a demonstrat că calcifierea vasculară crește proteinele matricei osoase prin intermediul semnalizării PKC în condiții de hiperglicemie și calcificare. Calcificarea vasculară indusă de AGE a provocat o scădere a markerilor VSMC și o creștere a proteinelor matricei osoase, sugerând astfel că VSMC suferă o schimbare fenotipică spre o celulă asemănătoare osteoblastului. Semnalizarea RAGE poate, de asemenea, să medieze calcifierea VSMC printr-o serie de căi mitogenetice. Dintre acestea, calea p38 MAPK s-a demonstrat a fi o componentă esențială pentru diferențierea VSMC mediată de AGE/RAGE. S-a demonstrat, de asemenea, că fetuina A joacă un rol mai controversat în calcifierea vasculară. Fetuina A acționează ca mediator atât pentru procalcificare prin selectarea artificială a AGE ca ligand RAGE, cât și pentru anticalcificare în anumite modele de CDK. Fetuina A reprezintă un domeniu interesant în care trebuie să se lucreze mai mult pentru a înțelege rolul său în calcifierea vasculară ca o complicație diabetică. Semnalizarea AGE/RAGE a fost implicată în stresul oxidativ asociat cu calcifierea vasculară mediată de diabet prin activarea căilor Nox-1, a fibrozei mediate de TGF-β, NFκB și ERK1/2 și prin scăderea expresiei SOD-1. Cercetătorii au constatat că agenții farmacologici și anumiți antioxidanți au scăzut nivelul de depunere de calciu în calcifierea vasculară mediată de diabet indusă de AGEs. În general, rolul semnalizării AGE/RAGE în calcifierea vasculară mediată de diabet a fost atribuit stresului oxidativ și schimbării fenotipice a VSMC în condițiile calcifierii induse de AGE, așa cum se arată în figura 1. Direcția viitoare în înțelegerea calcifierii vasculare ca o complicație diabetică ar putea include utilizarea șoarecilor RAGE knockout pentru a examina efectele inhibării sistemice a RAGE asupra calcifierii vasculare mediate de diabet. De asemenea, rolul fetuinei-A ar putea fi mai bine examinat pentru a înțelege interacțiunea dintre acest biomarker și semnalizarea AGE/RAGE în diabetul de tip II.
Dezvăluiri
Toate opiniile, constatările și concluziile sau recomandările exprimate în acest material aparțin autorilor și nu reflectă neapărat punctul de vedere al National Science Foundation.
Interesele concurente
Autorii declară că nu au interese concurente.
Contribuțiile autorilor
Toți autorii au contribuit în mod egal la această lucrare.
Recunoștințe
Autorii doresc să mulțumească Dr. Donna M. Gordon pentru contribuția sa la dezvoltarea și editarea acestei reviste. Această lucrare este susținută de American Heart Association Beginning Grant-In-Aid nr. 4150122 (JAS), American Heart Association Scientist Development Grant nr. 5310006 (JAS), și Mississippi State University și Departamentul de Științe Biologice al acesteia. De asemenea, acest material se bazează pe munca susținută de National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program în cadrul Grantului nr. 2015202674.
.