Funktionel undersøgelse af endotelfunktion og regenerativ celleudmattelse (FIERCE)

Type 2-diabetes (T2D) er et betydeligt og udbredt globalt sundhedsproblem. Personer diagnosticeret med T2D har en forhøjet risiko for at udvikle aterosklerotisk kardiovaskulær (CV) sygdom, en førende årsag til global morbiditet og dødelighed.

Blodkarhomeostase spiller en central rolle i status for CV-sundhed. Cirkulerende vaskulære regenerative (VR) progenitorceller, som medierer de endogene processer af angiogenese, vaskulogenese og arteriogenese, er kritiske ved orkestrering af karreparation. I T2D skaber kronisk hyperglykæmi og samtidig oxidativ stress et maladaptivt miljø, der hæmmer karreparation. T2D kan føre til en kronisk tilstand kendt som vaskulær regenerativ celleudmattelse (VRCE), karakteriseret ved udtømning af og dysfunktion i cirkulerende VR progenitorceller. De tilgængelige data indikerer, at VRCE forbundet med T2D kan føre til VR-celledysfunktion og kompromitteret vaskulær reparation.

Vi har udviklet en multiparametrisk flowcytometrianalyse til at måle indholdet af VR progenitorceller i blodprøver. Denne analyse anvender det cytosoliske afgiftningsenzym aldehyddehydrogenase (ALDH), som er stærkt udtrykt i progenitorceller fra hæmatopoietiske, endoteliale og mesenkymale stromale cellelinjer. Dette enzym beskytter progenitorceller mod oxidativ skade, der er drevet af reaktive oxygenarter. ALDH-aktivitet reduceres med op til 100 gange, da progenitorceller differentierer mod mere forbrugsdygtige effektorceller. Som sådan identificerer vi celler med høj eller lav ALDH-aktivitet i kombination med celleoverflademarkører for at skelne progenitorcelleundersæt (ALDHhi) fra mere differentieret afkom (ALDHlow). Brugt sammen med 'sidespredning' (SSC), en parameter, der korrelerer med granulariteten eller kompleksiteten af ​​en celle, kan denne analyse skelne mellem og kvantificere ALDHhiSSClow hæmatopoietiske/endoteliale precursorceller, ALDHhiSSCmid monocytter og ALDHhiSSChi granulocytprækursorer. Tidligere blev knoglemarvs-afledte ALDHhiSSClow-celler vist at co-udtrykke de primitive cellemarkører CD34 og CD133 og udvise multipotent hæmatopoietisk kolonidannende evne in vitro. I den immundefekte NOD/SCID-musemodel for iskæmi i bagbenet førte transplantation af ALDHhiSSClow-celler ind i det iskæmiske lem til forbedret genopretning af muskelperfusion. Potentialet af denne celleterapi til at forhindre amputationer hos personer med kritisk lemmeriskæmi er blevet evalueret i kliniske forsøgsmiljøer.

Det perifere blod fra individer, der har levet med T2D i >10 år, udviser en udtømning af ALDHhiSSClow VR progenitorceller, lavere frekvenser af ALDHhiSSCmid monocytter med karreparativ funktion og en øget frekvens af ALDHhiSSChi inflammatoriske granulocytprecursorer sammenlignet med den fra individer, der ikke lever med T2D. . VRCE-fænotypen blev delvist reverseret hos personer, der levede med T2D og etableret koronararteriesygdom (CAD), efter at de havde været på SGLT2-hæmmeren empagliflozin i 6 måneder. Fedme-induceret VR-celleudtømning blev også vendt efter 3 måneder efter bariatrisk kirurgi. Disse resultater tilvejebragte tilsammen en mekanistisk sammenhæng mellem T2D, fedme og nedsat karhomeostase/reparation og fastslog også, at VRCE kan vendes terapeutisk i et diabetisk miljø med høj CV-risiko.

FIERCE vil vurdere VR-celleindhold hos individer, der lever med T2D (<10 års varighed) og alders- og kønsmatchede individer, der ikke lever med T2D. Det vil også vurdere funktionen af ​​cirkulerende ALDHhi VR-celler gennem: (1) Endothelial perifer arteriel tonometri (EndoPAT) til klinisk analyse af endotelfunktionen gennem reaktivt hyperæmisk indeks, (2) multipotente hæmatopoietiske kolonidannelsesassays in vitro, (3) enkeltcelle RNA-sekventering (scRNA-seq), der er fokuseret på mRNA-ekspression forbundet med angiogenese, og (4) kvantitative, mærkefri sekretomanalyser for at bestemme ændringer i pro-angiogen proteinsekretion.

Vi antager, at VRCE forringer vaskulær reparation og regenerering af blodkar under T2D og er delvist forårsaget af svækkede pro-angiogene egenskaber af VR progenitorcelleundergrupper. Specifikt postulerer vi, at multipotent hæmatopoietisk kolonidannelse, pro-angiogen cytokin-mRNA-ekspression og pro-angiogen proteinfrigivelse vil være lavere i ALDHhi-progenitorcelleundergrupper fra individer, der lever med T2D i forhold til deltagere, der ikke lever med T2D. Vi forudsiger også, at individer, der lever med T2D, vil udvise et lavere reaktivt hyperæmisk indeks sammenlignet med individer, der ikke lever med T2D.

Karakterisering af ALDHhi progenitor VR-celledysfunktion i indstillingen af ​​T2D vil generere proof-of-concept for at understøtte den potentielle brug af VR-celleindhold som en kvantificerbar og funktionel indikator for vaskulær sundhed.