Matthew R. Alexander, 1,2 Christopher W. Moehle, 1,2 Jason L. Johnson, 3 Zhengyu Yang, 4 Jae K. Lee, 4 Christopher L. Jackson, 3 и Gary K. Owens 1,2

1 Катедра по молекулярна физиология и биологична физика и 2 Robert M. Berne Cardiovascular Research Center, University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA. 3 Бристолски сърдечен институт, Университет в Бристол, Бристол, Великобритания. 4 Катедра по обществени здравни науки, Университет на Вирджиния, Шарлотсвил, Вирджиния, САЩ.

нестабилността

Адресна кореспонденция на: Гари К. Оуенс, Медицински факултет на Университета на Вирджиния, 415 Lane Road, P.O. Box 801394, Шарлотсвил, Вирджиния 22908, САЩ. Телефон: 434.924.2652; Факс: 434.982.0055; Имейл: [email protected].

Намерете статии от Александър, М. в: JCI | PubMed | Google Scholar

1 Катедра по молекулярна физиология и биологична физика и 2 Robert M. Berne Cardiovascular Research Center, University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA. 3 Бристолски сърдечен институт, Университет в Бристол, Бристол, Великобритания. 4 Катедра по обществени здравни науки, Университет на Вирджиния, Шарлотсвил, Вирджиния, САЩ.

Адресна кореспонденция на: Гари К. Оуенс, Медицински факултет на Университета на Вирджиния, 415 Lane Road, P.O. Box 801394, Шарлотсвил, Вирджиния 22908, САЩ. Телефон: 434.924.2652; Факс: 434.982.0055; Имейл: [email protected].

1 Катедра по молекулярна физиология и биологична физика и 2 Robert M. Berne Cardiovascular Research Center, University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA. 3 Бристолски сърдечен институт, Университет в Бристол, Бристол, Великобритания. 4 Катедра по обществени здравни науки, Университет на Вирджиния, Шарлотсвил, Вирджиния, САЩ.

Адресна кореспонденция на: Гари К. Оуенс, Медицински факултет на Университета на Вирджиния, 415 Lane Road, P.O. Box 801394, Шарлотсвил, Вирджиния 22908, САЩ. Телефон: 434.924.2652; Факс: 434.982.0055; Имейл: [email protected].

Намерете статии от Джонсън, Дж. В: JCI | PubMed | Google Scholar

1 Катедра по молекулярна физиология и биологична физика и 2 Robert M. Berne Cardiovascular Research Center, University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA. 3 Бристолски сърдечен институт, Университет в Бристол, Бристол, Великобритания. 4 Катедра по обществени здравни науки, Университет на Вирджиния, Шарлотсвил, Вирджиния, САЩ.

Адресна кореспонденция на: Гари К. Оуенс, Медицински факултет на Университета на Вирджиния, 415 Lane Road, P.O. Box 801394, Шарлотсвил, Вирджиния 22908, САЩ. Телефон: 434.924.2652; Факс: 434.982.0055; Имейл: [email protected].

1 Катедра по молекулярна физиология и биологична физика и 2 Robert M. Berne Cardiovascular Research Center, University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA. 3 Бристолски сърдечен институт, Университет в Бристол, Бристол, Великобритания. 4 Катедра по обществени здравни науки, Университет на Вирджиния, Шарлотсвил, Вирджиния, САЩ.

Адресна кореспонденция на: Гари К. Оуенс, Медицински факултет на Университета на Вирджиния, 415 Lane Road, P.O. Box 801394, Шарлотсвил, Вирджиния 22908, САЩ. Телефон: 434.924.2652; Факс: 434.982.0055; Имейл: [email protected].

1 Катедра по молекулярна физиология и биологична физика и 2 Robert M. Berne Cardiovascular Research Center, University of Virginia, Charlottesville, Virginia, USA. 3 Бристолски сърдечен институт, Университет в Бристол, Бристол, Великобритания. 4 Катедра по обществени здравни науки, Университет на Вирджиния, Шарлотсвил, Вирджиния, САЩ.

Адресна кореспонденция на: Гари К. Оуенс, Медицински факултет на Университета на Вирджиния, 415 Lane Road, P.O. Box 801394, Шарлотсвил, Вирджиния 22908, САЩ. Телефон: 434.924.2652; Факс: 434.982.0055; Имейл: [email protected].

Намерете статии от Джаксън, К. в: JCI | PubMed | Google Scholar

1 Катедра по молекулярна физиология и биологична физика и 2 Център за сърдечно-съдови изследвания на Робърт М. Берн, Университет на Вирджиния, Шарлотсвил, Вирджиния, САЩ. 3 Бристолски сърдечен институт, Университет в Бристол, Бристол, Великобритания. 4 Катедра по обществени здравни науки, Университет на Вирджиния, Шарлотсвил, Вирджиния, САЩ.

Адресна кореспонденция на: Гари К. Оуенс, Медицински факултет на Университета на Вирджиния, 415 Lane Road, P.O. Box 801394, Шарлотсвил, Вирджиния 22908, САЩ. Телефон: 434.924.2652; Факс: 434.982.0055; Имейл: [email protected].

Публикувано на 27 декември 2011 г. - Повече информация

Свързана статия:

IL-1 и атеросклероза: миши обрат към променяща се човешка история

IL-1 и атеросклероза: миши обрат към променяща се човешка история

Резюме

Възпалението е критичен компонент на атеросклерозата. IL-1 е класически проинфламаторен цитокин, свързан с атеросклероза. Започна клинично изпитване, в което се изследва антитяло, специфично за IL-1β, за неговите ефекти върху сърдечно-съдовите събития при пациенти с атеросклероза. В този брой на JCI, Александър и сътр. съобщават, че мишките, които нямат рецептора за IL-1, неочаквано имат характеристики на напреднала атеросклероза, които предполагат, че атеросклеротичните плаки могат да бъдат по-малко стабилни. Тези открития илюстрират сложността на възпалителните пътища при атеросклероза и предполагат необходимостта от внимателно калибриране на противовъзпалителните подходи към атеросклерозата.

Автори

Атеросклерозата е хронично заболяване, засягащо големи артерии, което включва образуването на плаки, съдържащи възпалителни и съдови клетки, извънклетъчен матрикс и липид (1). Клиничните усложнения на атеросклерозата възникват чрез запушване на артериалния лумен, което води до недостатъчно снабдяване с кислород за зависимите тъкани. Повечето от заболеваемостта и смъртността, свързани с атеросклерозата, се дължат на заболяване в коронарната циркулация на сърцето, където луминалната обструкция се осъществява чрез 2 основни механизма: (а) растеж на плака с неадекватно външно ремоделиране на съда, което води до стеноза на съдовете, и (б) образуване на нестабилни плаки, които остро се разкъсват, утаявайки образуването на оклузивен тромб (2). Въпреки обширните изследвания, има фундаментални пропуски в познанията ни за тези процеси и съществува огромна необходимост от по-добро разбиране на патофизиологията на атеросклеротичните съдови заболявания, за да се разработят нови терапевтични стратегии за предотвратяване на клиничните усложнения.

Настоящите проучвания са инициирани с фокус върху тестване на хипотезата, че IL-1 насърчава образуването на нестабилен фенотип на плака с нарушено ремоделиране на съдовете навън и засилено луминално стесняване при напреднала атеросклероза в аполипопротеин Е-дефицитен (апоЕ-дефицитен) (ген: Апое; протеин: APOE) мишка. За наша изненада резултатите показаха точно обратното. Инактивиране на IL-1 сигнализиране чрез загуба на IL-1R1 в Апое-нокаутиращи мишки доведоха до повишаване на множество показатели за атеросклеротична плака нестабилност, включително намалено съдържание на плака SMC и покритие, намалено съдържание на плака колаген и повишено вътреплаково кръвоизлив, както и нарушено ремоделиране на външните съдове, което води до намален размер на лумена. Ние също така предоставяме доказателства, че сигнализирането на IL-1 насърчава експресията на извънклетъчна протеаза, MMP3, която подобрява външното ремоделиране на съдовете при атеросклероза и медиира индуцирана от IL-1 миграция на култивирани SMCs. Взети заедно, тези резултати показват, че IL-1 играе изненадваща двойна защитна роля при атеросклерозата, като подобрява характеристиките на стабилността на плаката и насърчава външното ремоделиране на съдове поне отчасти чрез засилване на производството на MMP3.

Дефицитът на IL-1R1 намалява размера на атеросклеротичните плаки в аортния корен. За да се определи ролята на IL-1 в напреднала атеросклероза, мишки, които нямат както IL-1 рецептор тип I, така и апоЕ (Il1r1 -/- Апое -/-) и контроли за единичен нокаут (Il1r1 +/+ Апое -/-) са били хранени с високо съдържание на мазнини в продължение на 27–30 седмици, за да генерират напреднали атеросклеротични лезии. След приключване на диетата с високо съдържание на мазнини, Il1r1 -/- Апое -/- мишките не се различават значително от контролните мишки по метаболитни мерки, като телесно тегло, плазмен холестерол или плазмени нива на триглицериди (допълнителна фигура 1; допълнителен материал, достъпен онлайн с тази статия; doi: 10.1172/JCI43713DS1). въпреки това, Il1r1 -/- Апое -/- мишките показаха значително намален размер на плаката на 4 места в аортния корен (Фигура 1). Тези резултати са в съответствие с предишни проучвания, демонстриращи проатерогенна роля за сигнализирането на IL-1 при атеросклероза на аортния корен (20, 22, 23, 25, 29).

Недостигът на IL-1R1 намалява напредналите атеросклеротични плаки в аортния корен. (A) Представителни изображения на оцветени с Movat аортни участъци от Il1r1 -/- Apoe -/- и Il1r1 +/+ Apoe -/- мишки след 27–30 седмици диетично хранене с високо съдържание на мазнини. Скала: 500 μm. (Б.Количествено определяне на общата площ на атеросклеротична плака в аортния корен на Il1r1 +/+ Apoe -/- и Il1r1 -/- Apoe -/- мишки на интервали от 150 μm от мястото на закрепване на аортната клапа. *P +/ + Апое -/-; н = 12, Il1r1 -/- Apoe -/- . Данните представляват средна стойност ± SEM.

Дефицитът на IL-1R1 намалява външното ремоделиране на атеросклеротичните съдове. В допълнение към аортния корен, тествахме и ефекта на дефицита на IL-1R1 върху атеросклерозата в брахиоцефалната артерия, която е място на напреднало образуване на плака при мишки (30, 31). Интересното е, че размерът на атеросклеротичната плака в брахиоцефалните артерии на Il1r1 -/- Апое -/- мишките демонстрираха тенденция към намаляване, но не се различаваха значително от тези на Il1r1 +/+ Апое -/- контролира над 5 места в артерията (н = 12-14 мишки на група; P = 0,07) (Фигура 2, А и В). Въпреки това, площта на брахиоцефалната артерия в рамките на вътрешната еластична ламина (IEL) е значително намалена през Il1r1 -/- Апое -/- мишки спрямо Il1r1 +/+ Апое -/- контроли (Фигура 2, А и С). В допълнение, Il1r1 -/- Апое -/- мишките показват по-голямо от 50% намаление на лумена в 5-те места на брахиоцефалната артерия в сравнение с Il1r1 +/+ Апое -/- контролни мишки (Фигура 2, A и D). Тези резултати показват, че въпреки че дефицитът на IL-1R1 не променя значително размера на плаката в брахиоцефалната артерия, инактивирането на сигнализирането на IL-1 води до намаляване на компенсаторното външно ремоделиране на съдовете, което води до намален размер на лумена.

Дефицитът на IL-1R1 намалява компенсаторното външно ремоделиране на атеросклеротичните брахиоцефални артерии. (A) Movat оцветяване на представителни брахиоцефални артерии на Il1r1 -/- Apoe -/- и Il1r1 +/+ Apoe -/- мишки. Скала: 200 μm. (Б.-д) Област на атеросклеротична плака (Б.), зона на кораба в рамките на IEL (° С) и лумена, P -/- Апое -/- и Il1r1 +/+ Apoe -/- мишки, P +/ + Апое -/-; н = 12, Il1r1 -/- Apoe -/- . Данни в Б.-д представляват средна стойност ± SEM.

Въпреки че морфометричният анализ на размера на съда и лумена в аортния корен може да бъде усложнен от наличието на клапани, предишни проучвания са измерили дължината на IEL във всеки аортен синус, за да изчислят площта на съда, като използват сумата от тези дължини като обиколката на кръг (32). Използвайки тези методи в аортния корен, резултатите разкриха това Il1r1 -/- Апое -/- мишките показаха намален размер на съда спрямо контролите (допълнителна фигура 2А). Въпреки че това може да е вторично спрямо намаления размер на плаката при тези животни (Фигура 1), размерът на лумена в аортните корени в Il1r1 -/- Апое -/- мишките също бяха значително намалени спрямо тези при контролните мишки (допълнителна фигура 2В). Тези резултати демонстрират дефицит при компенсиращо външно ремоделиране на съдовете при аортния корен при мишки с дефицит на IL-1R1, което е в съответствие с наблюдаваното намаляване на ремоделирането на съдове навън при брахицефалната артерия при мишки с дефицит на IL-1R1. Взети заедно, тези резултати предполагат, че IL-1 играе неочаквано благоприятна роля при напреднала атеросклероза, като насърчава външното ремоделиране на съдовете, за да ограничи стесняването на лумена на съда.

Дефицитът на IL-1R1 намалява характеристиките на стабилността на атеросклеротичните плаки. (A-Е.) Представителни изображения от брахиоцефални артериални лезии на Il1r1 +/+ Апое -/- и Il1r1 -/- Апое -/- мишки с (A) пикросириус червено оцветяване и поляризирана светлинна микроскопия за откриване на колаген, (Б.) SM α-актин имунооцветяващ за откриване на SMC на луминалната повърхност на плаката (върховете на стрелките) и общото съдържание на SMC на плаката, (° С) Mac2 имунооцветяване за откриване на макрофаги на плака, (д) Movat оцветяване за интраплака rbc (стрелка) и (Е.) имунооцветяване за rbc маркер TER-119 (увеличено от полето в кутия в д). (F-J) Количествено определяне на (F) съдържание на плака колаген въз основа на пикросириус червено оцветяване, P +/ + Апое -/-; н = 12, Il1r1 -/- Apoe -/- . Скала: 200 μm (A-д); 20 μm (вложка, Б.; Е.).

Дефицитът на IL-1R1 намалява експресията на MMP3 в брахиоцефалната артериална плака и стената на съда. (A) Представителни изображения на MMP3 оцветяване в атеросклеротичните брахиоцефални артерии точно зад кръстовището с аортната дъга от Il1r1 +/+ Апое -/- и Il1r1 -/- Апое -/- мишки. Скала: 200 μm. (Б. и ° С) Количествено определяне на процента положителна площ в плаката (Б.) и съдова среда (° С) за MMP3 от Il1r1 +/+ Апое -/- и Il1r1 -/- Апое -/- мишки. *P +/ + Апое -/-; н = 10, Il1r1 -/- Apoe -/- ) и данни в ° С представляват средна стойност ± SEM (н = 14, Il1r1 +/+ Apoe -/-; н = 12, Il1r1 -/- Apoe -/- ).

IL-1β насърчава MMP3-зависимата SMC миграция през бариера на Matrigel. SMC броят, отчитан от долната страна на покритите с матригел Transwells, беше увеличен с IL-1β в долната камера в Mmp3 + /+ SMC, но не и в Mmp3 -/- SMC. *P Дискусия

Животни. Il1r1 -/- мишки (# 003245; Лаборатория Джаксън), поне 5 поколения обратно кръстосани до C57BL/6J (> 96% C57BL/6J), бяха надхвърлени до Апое -/- мишки (# 2052; Jackson Laboratory), които са били кръстосани 11 поколения до C57BL/6J (> 99,9% C57BL/6J). Il1r1 +/+ Apoe -/- и Il1r1 +/– Apoe -/- както и Il1r1 -/- Apoe -/- и Il1r1 +/– Apoe -/- за генериране на по-голямата част от експеримента са използвани разплодни двойки Il1r1 +/+ Apoe -/- и Il1r1 +/– Apoe -/- мишки, с 4 експериментални мишки от всеки генотип, получени от Il1r1 +/– Apoe -/- кръстоски. Мишките бяха генотипизирани чрез PCR съгласно протоколи от лабораторията Джаксън и както е описано по-горе (76), като се използват следните праймери и условия: 5′-GAGTTACCCGAGGTCCAGTGG; 5′-CCGAAGAAGCTCACGTTGTCAAG; 5′-GAATGGGCTGACCGCTTCCTCG; 95 ° C за 30 секунди, 65 ° C за 60 секунди и 72 ° C за 60 секунди.

Диетично хранене на животни и подготовка на тъкани. Женски пол Il1r1 +/+ Apoe -/- и Il1r1 -/- Apoe -/- мишките са били хранени с високомаслена (западен тип) диета, съдържаща 21% млечни мазнини и 0,15% холестерол (Harlan Teklad) в продължение на 27–30 седмици, започвайки на 8-седмична възраст (средно ± SEM от 28,6 ± 0,26 седмици за Il1r1 +/+ Apoe -/- мишки и 28,3 ± 0,27 седмици за Il1r1 -/- Apoe -/- мишки). Мишките бяха жертвани след 4-часово гладуване и кръвта беше събрана след отрязване на дясното предсърдие. След това мишките се перфузират през лявата камера с 5 ml PBS, последвано от 10 ml 4% параформалдехид. Брахиоцефалните артерии и сърца, съдържащи аортни корени, бяха внимателно дисектирани и фиксирани за една нощ в 4% параформалдехид преди вграждане в парафин. Изследвания за определяне на общите плазмени нива на холестерол и триглицериди (лаборатории Abbott) са извършени от Лабораторията за клинична патология на Университета на Вирджиния.

Имунохистохимичен и морфометричен анализ на брахиоцефална артерия и корен на аортата. Вградените в парафин брахиоцефални артерии бяха серийно разделени с дебелина 5 μm от аортната дъга до дясната субклавиална артерия. За морфометричен и имунохистохимичен анализ, с изключение на случаите, отбелязани по-долу, участъци от всяка брахиоцефална артерия се оцветяват на интервали от 120 μm от 0 до 480 μm дистално от аортната дъга. Корените на аортата бяха разрязани с дебелина 5 μm, започвайки проксимално при първите доказателства за аортните клапани на мястото им на прикрепване към аортата. Секции бяха оцветени и анализирани на интервали от 150 μm от 150 до 600 μm дистално от това място.

Целият анализ на изображението е извършен от наблюдатели, заслепени за миши генотип. Количествената морфометрия и областите на положително имунохистохимично или пикросириус червено оцветяване са количествено определени с помощта на Image-Pro Plus (Media Cybernetics). За откриване на положително оцветяване частта от цветовия спектър, представляваща положителния сигнал за всяко оцветяване, беше дефинирана с помощта на метода, базиран на цветния куб в Image-Pro Plus. След това тази дефиниция на цвета беше приложена равномерно към всички дигитализирани изображения за това петно, за да се определи общата положителна площ в интересуващата област, като плаката или стената на съда, и това измерване на положителната площ беше нормализирано към общата площ на плаката или съда стена, както е описано в текста. SMC покритието на плаката е количествено определено като процент от луминалната повърхност на плаката, покрита от SM α-актин-положителни клетки, както е описано по-горе (80). Интраплакният кръвоизлив е идентифициран като яркочервено оцветяване в плаката въз основа на оцветяване на Movat с потвърждение за наличието на rbc от TER-119 имунохистохимия. За сравнение с груповите средства, конкретните стойности на данните за представителните изображения на фигури 1–4 са включени в допълнителна таблица 2.

Тази работа беше подкрепена от грантовете на NIH RO1 HL38854, P01 HL19242 и R01 HL57353 (за GK Owens), докторантска стипендия на Американската асоциация по сърдечни заболявания (0615326U) и Програма за обучение на медицински учени (5T32GM007267-26) (на г-н Александър) и основна субсидия за обучение за сърдечно-съдови изследвания (5T32-HL007284) (за CW Moehle). Авторите биха искали да благодарят на Доминик Роуз, Рупанда Трипати, Мелиса Бевард и Джон Сандърс за отлична техническа помощ; Meera Murgai и Laura Shankman за помощ при анализа на данни; Пол Мансер и Елизабет Грийн за помощ при статистически анализ; и Норберт Лайтингер, Коулийн Макнамара, Ейми Тъкър и Брайън Уамхоф за полезни дискусии. Бихме искали също да благодарим на Х. Роджър Лийнен за благодатния дар на Mmp3 + /+ и Mmp3 -/- SMC.

Конфликт на интереси: Гари К. Оуенс е акционер и главен научен директор на NanoMedical Systems Inc., която разработва технология за стентове, несвързана с тези изследвания. Гари К. Оуенс и Кристофър Л. Джаксън са получили независимо финансиране за научни изследвания от AstraZeneca Pharmaceutical Inc. за изследвания, отделни от тези, докладвани в този ръкопис. Jae K. Lee съобщава, че е собственик на Key Genomics Inc.

Справочна информация: J Clin Invest. 2012; 122 (1): 70–79. doi: 10.1172/JCI43713.