Autofagian rooli tyypin 2 diabeteksen mikrovaskulaarisessa toimintahäiriössä

On yleisesti hyväksyttyä, että endoteelin toimintahäiriö edeltää ilmeisiä sydän- ja verisuonitauteja ja on perustavanlaatuinen tapahtuma ateroskleroosin kehittymisessä. Endoteelin toiminta arvioidaan usein virtausvälitteisellä dilataatiolla (FMD), fysiologisella vasteella endoteelin leikkausjännitykseen, joka saa aikaan verisuonten laajentumisen vapauttamalla typpioksidia (NO) suurissa ja pienissä verisuonissa. Sepelvaltimotaudin (CAD) läsnä ollessa NO:n tuotanto vähenee ja suu- ja sorkkatauti vähenee johtovaltimoissa. Mikroverenkierrossa suu- ja sorkkatauti kuitenkin säilyy, mutta tapahtuu kompensoiva siirtymä NO:sta vetyperoksidiin (H2O2) tämän laajentumisen välittäjänä. Tutkijoiden laboratorio on aiemmin tunnistanut useita signalointireittejä, mukaan lukien autofagia, jotka ovat mukana säätelemässä NO:sta H2O2:ksi laajenevan mekanismin siirtymistä käyttämällä ex vivo eristettyjä arteriolivalmisteita CAD:ssä. Tässä tutkimuksessa tutkijat tutkivat autofagian mahdollista roolia mekanismina, jolla tämä vaihto tapahtuu populaatiossa, jolla on sydän- ja verisuonitautien riski. Makroautofagia (jota kutsutaan tästä eteenpäin autofagiaksi) on skaalautuva prosessi, joka on suunniteltu kierrättämään vaurioituneita organelleja lysosomien happamien hydrolaasien kautta homeostaasin ylläpitämiseksi. Syy autofagian roolin tutkimiselle johtuu viljellyistä endoteelisoluista saaduista tiedoista, jotka osoittavat, että autofagia voi säädellä NO:n biologista hyötyosuutta ja reaktiivisten happilajien (ROS) tuotantoa. Keskeisten autofagian proteiinien esto vähentää NO-tuotantoa ja lisää ROS-endoteelisolut altistuvat leikkausjännitykselle, autofagian markkerit lisääntyvät ja NO-tuotannon lisääntyminen. Tutkijat ovat äskettäin osoittaneet, että autofaginen virtaus repressoituu vasteena leikkausjännitykseen potilaiden, joilla on CAD, verrattuna terveisiin kontrolleihin. Tämä sairauteen liittyvä autofagisen virtauksen väheneminen lisää H2O2:n vapautumista mitokondrioista vasteena leikkausjännitykseen. Autofagian aktivoituminen tai tukahduttaminen CAD:ssä ja vastaavasti terveissä arterioleissa vaihtaa laajentumismekanismin (aktivaatio CAD:ssa muuttuu NO:ksi, repressio terveissä verrokkeissa H2O2:ksi). Yhteenvetona mikrovaskulaarisella autofagisella vuolla on keskeinen rooli solusignaalien integroimisessa endoteeliin mikrovaskulaarisen terveyden ja toiminnan säätelemiseksi vasteena leikkausrasitukseen ilmeisessä sydän- ja verisuonitaudeissa. Tämän patologisen siirtymisen ensisijaiset solumekanismit verisuonia laajentavassa mekanismissa ja sen merkitys muissa riskiryhmissä (esim. tyypin 2 diabetes mellitus; T2DM) on edelleen epäselvä.

Hyperglykemia, tyypin 2 diabetes ja mikrovaskulaarinen toiminta T2DM, krooninen metabolinen sairaus, on itsenäinen sydän- ja verisuonitautien riskitekijä. Hyperglykemia on T2DM:n tunnusmerkki, ja sekä T2DM että hyperglykemia liittyvät itsenäisesti endoteelin toimintahäiriöön. Vaikka T2DM:n hyperglykemia hoidetaan usein hyvin lääkkeillä, haitalliset mikrovaskulaariset seuraukset, kuten diabeettinen neuropatia ja kardiomyopatia, jatkuvat, ja T2DM-potilailla on vähentynyt mikrovaskulaarinen endoteeliriippuvainen laajentuminen. Vaikka verisuonia laajentavien mekanismien ex vivo -kysely tarjoaa mekaanisen käsityksen mikrovaskulaarisesta kontrollista, in vivo -malleihin siirtymisen puute edustaa suurta aukkoa tiedossa. Tutkijat ovat kehittäneet tutkimusstrategian suoraan tutkiakseen ja täyttääkseen tätä tutkimusaukkoa ja vastatakseen keskeisiin kysymyksiin, jotka liittyvät endoteelin välittäjäaineiden muutokseen, joka tapahtuu sydän- ja verisuonitautien yhteydessä ihmiskudoksessa. T2DM ja korkea glukoosialtistus (HG) liittyvät alentuneeseen ihon mikrovaskulaariseen endoteelin toimintaan ex vivo ja in vivo. Kuitenkin mekanismi, jolla tämä vähennys tapahtuu, on epäselvä. Lisäksi ei tiedetä, liittyykö pelkkä altistuminen korkealle glukoosille tai T2DM:n esiintyminen mikrovaskulaarisen laajentumisen mekanismin siirtymiseen leikkausjännitykseen. Ex vivo -löydösten ymmärtäminen ja muuntaminen in vivo -asetuksiin antaa käsityksen sairauden patologiasta ja uusista lähestymistavoista T2DM-mikrovaskulaarisen toimintahäiriön parantamiseksi.

Ottaen huomioon tärkeän yhteyden T2DM/HG:n aiheuttaman mikrovaskulaarisen toimintahäiriön ja tulevien sydän- ja verisuonitapahtumien riskin välillä, autofagisen virtauksen stimulaatio voi parantaa tai säilyttää saatavilla olevan NO:n, mikä vaikuttaa hyödyllisesti mikrovaskulaariseen toimintaan potilailla, joilla on T2DM ja vasteena HG:lle. Tämän ehdotuksen tarkoituksena on tutkia kattavasti autofagian perustavaa laatua olevaa roolia T2DM-mikrovaskulaarisen toimintahäiriön edistämisessä. Tämän tutkimuksen tulokset voivat antaa mekaanisen ymmärryksen mikroverisuonitaudin etenemisestä T2DM:ssä.

Tavoite: Luoda autofagiselle vuolle mekaaninen rooli T2DM:ään liittyvän mikrovaskulaarisen toimintahäiriön edistämisessä in vivo käyttämällä ihmisen ihon mikroverenkiertoa uudenlaisena translaatiomallina.

Hypoteesi 1: Autofagisen virtauksen aktivointi trehaloosilla 2 viikon ajan T2DM-potilailla lisää ihon laajentumista endoteeliriippuvaisille farmakologisille agonisteille (mikrodialyysi) ja paikallista lämpöhyperemiaa.

Hypoteesi 2: Terveiden aikuisten altistuminen HG:lle (oraalinen glukoosialtistus) vähentää ihon laajentumista endoteeliriippuvaisille farmakologisille agonisteille ja paikallista lämpöhyperemiaa.