Endoteelisen toiminnan ja solujen uusiutumisen toiminnallinen tutkimus (FIERCE)

Tyypin 2 diabetes (T2D) on merkittävä ja yleinen globaali terveysongelma. Henkilöillä, joilla on diagnosoitu T2D, on kohonnut riski sairastua ateroskleroottiseen sydän- ja verisuonitautiin (CV), joka on johtava maailmanlaajuisen sairastuvuuden ja kuolleisuuden syy.

Verisuonten homeostaasilla on keskeinen rooli CV-terveyden tilassa. Verenkierrossa olevat verisuonten regeneratiiviset (VR) progenitorisolut, jotka välittävät endogeenisiä angiogeneesin, vaskulogeneesin ja arteriogeneesin prosesseja, ovat kriittisiä suonen korjauksen järjestämisessä. T2D:ssä krooninen hyperglykemia ja samanaikainen oksidatiivinen stressi luovat sopeutumattoman ympäristön, joka heikentää verisuonten korjausta. T2D voi johtaa krooniseen tilaan, joka tunnetaan nimellä verisuonten regeneratiivisten solujen sammuminen (VRCE), jolle on ominaista kiertävien VR-kantasolujen ehtyminen ja toimintahäiriöt. Saatavilla olevat tiedot osoittavat, että T2D:hen liittyvä VRCE voi johtaa VR-solujen toimintahäiriöihin ja vaarantaa verisuonten korjauksen.

Olemme kehittäneet moniparametrisen virtaussytometrian mittaamaan VR-kantasolujen määrää verinäytteistä. Tässä määrityksessä käytetään sytosolista detoksifikaatioentsyymiä aldehydidehydrogenaasia (ALDH), joka ilmentyy voimakkaasti hematopoieettisista, endoteelisoluista ja mesenkymaalisista stroomasolulinjoista peräisin olevissa progenitorisoluissa. Tämä entsyymi suojaa kantasoluja oksidatiivisilta vaurioilta, joita reaktiiviset happilajit aiheuttavat. ALDH-aktiivisuus vähenee jopa 100-kertaiseksi, kun progenitorisolut erilaistuvat kohti kuluvampia efektorisoluja. Sellaisenaan tunnistamme solut, joilla on korkea tai alhainen ALDH-aktiivisuus yhdessä solun pintamarkkereiden kanssa erottaaksemme esisolujen alajoukot (ALDHhi) erilaistuneemmista jälkeläisistä (ALDHlow). Käytettynä yhdessä "sivusironta" (SSC) -parametrin kanssa, joka korreloi solun rakeisuuden tai monimutkaisuuden kanssa, tämä määritys voi erottaa ALDHhiSSClow-hematopoieettiset/endoteliaaliset esiastesolut, ALDHhiSSCmid-monosyytit ja ALDHhiSSChi-granulosyyttien esiastesolut ja määrittää ne. Aikaisemmin luuytimestä peräisin olevien ALDHhiSSClow-solujen osoitettiin ekspressoivan yhdessä primitiivisiä solumarkkereita CD34 ja CD133 ja niillä on monipotenttia hematopoieettista pesäkettä muodostavaa kykyä in vitro. Immuunivajavaisessa takaraajojen iskemian NOD/SCID-hiirimallissa ALDHhiSSClow-solujen siirtäminen iskeemiseen raajaan johti parantuneeseen lihasten perfuusion palautumiseen. Tämän soluterapian mahdollisuuksia estää amputaatioita henkilöillä, joilla on kriittinen raajaiskemia, on arvioitu kliinisissä kokeissa.

Yli 10 vuotta T2D:tä sairastavien yksilöiden ääreisveressä on ALDHhiSSClow VR -kantasolujen ehtymistä, verisuonten korjaavaa toimintaa omaavien ALDHhiSSCmid-monosyyttien vähentymistä ja ALDHhiSSChi-tulehduksellisten granulosyyttien esiasteiden lisääntymistä verrattuna yksilöihin, jotka eivät elä T2D:n kanssa. . VRCE-fenotyyppi kääntyi osittain päinvastaiseksi ihmisillä, joilla oli T2D ja todettu sepelvaltimotauti (CAD), kun he olivat saaneet SGLT2-estäjää empagliflotsiinia 6 kuukauden ajan. Liikalihavuuden aiheuttama VR-solujen ehtyminen kumuloitui myös 3 kuukauden kuluttua bariatrisesta leikkauksesta. Nämä havainnot tarjosivat yhdessä mekaanisen yhteyden T2D:n, liikalihavuuden ja heikentyneen verisuonten homeostaasin/korjauksen välillä ja totesivat myös, että VRCE voidaan terapeuttisesti kääntää korkean CV-riskin diabeettisessa ympäristössä.

FIERCE arvioi VR-solujen sisällön yksilöillä, joilla on T2D (kesto alle 10 vuotta) ja ikä- ja sukupuoliyhteensopivia yksilöitä, joilla ei ole T2D:tä. Se arvioi myös kiertävien ALDHhi VR -solujen toiminnan seuraavilla tavoilla: (1) perifeeristen valtimoiden endoteelitonometria (EndoPAT) endoteelin toiminnan kliiniseen analysointiin reaktiivisen hyperemisen indeksin avulla, (2) monipotenttien hematopoieettisten pesäkkeiden muodostumismäärityksillä in vitro, (3) yksisoluisella RNA-sekvensointi (scRNA-seq), joka keskittyy angiogeneesiin liittyvään mRNA-ilmentymiseen, ja (4) kvantitatiiviset, leimattomat eritysanalyysit pro-angiogeenisen proteiinin erittymisen muutosten määrittämiseksi.

Oletamme, että VRCE heikentää verisuonten korjausta ja verisuonten regeneraatiota T2D:n aikana ja johtuu osittain VR-kantasolujen alajoukkojen pro-angiogeenisista ominaisuuksista. Tarkemmin sanottuna oletamme, että monipotentti hematopoieettisten pesäkkeiden muodostuminen, pro-angiogeenisen sytokiinin mRNA:n ilmentyminen ja pro-angiogeenisen proteiinin vapautuminen ovat alhaisempia T2D:tä sairastavien yksilöiden ALDHhi-kantasolujen alaryhmissä verrattuna osallistujiin, jotka eivät elä T2D:tä. Ennustamme myös, että T2D:tä sairastavilla yksilöillä on alhaisempi reaktiivinen hyperemiaindeksi verrattuna yksilöihin, joilla ei ole T2D:tä.

ALDHhi-kantasolujen VR-solun toimintahäiriön karakterisointi T2D:n yhteydessä tuottaa konseptin todisteita, jotka tukevat VR-solusisällön mahdollista käyttöä verisuonten terveyden kvantitatiivinen ja toiminnallinen indikaattori.