Functioneel onderzoek van de endotheelfunctie en regeneratieve celuitputting (FIERCE)

Type 2-diabetes (T2D) is een aanzienlijk en wijdverbreid mondiaal gezondheidsprobleem. Individuen bij wie de diagnose T2D is gesteld, lopen een verhoogd risico op het ontwikkelen van atherosclerotische cardiovasculaire (CV) ziekten, een belangrijke oorzaak van wereldwijde morbiditeit en mortaliteit.

Bloedvathomeostase speelt een centrale rol in de status van CV-gezondheid. Circulerende vasculaire regeneratieve (VR) voorlopercellen, die de endogene processen van angiogenese, vasculogenese en arteriogenese mediëren, zijn van cruciaal belang bij het orkestreren van vaatreparatie. Bij T2D creëren chronische hyperglykemie en daarmee gepaard gaande oxidatieve stress een onaangepaste omgeving die het herstel van bloedvaten belemmert. T2D kan leiden tot een chronische toestand die bekend staat als vasculaire regeneratieve celuitputting (VRCE), gekenmerkt door de uitputting en disfunctie van circulerende VR-voorlopercellen. De beschikbare gegevens geven aan dat VRCE geassocieerd met T2D kan leiden tot VR-celdysfunctie en gecompromitteerd vasculair herstel.

We hebben een multi-parametrische flowcytometrietest ontwikkeld om het gehalte aan VR-voorlopercellen in bloedmonsters te meten. Deze test maakt gebruik van het cytosolische ontgiftingsenzym aldehyde dehydrogenase (ALDH), dat in hoge mate tot expressie komt in voorlopercellen van hematopoietische, endotheliale en mesenchymale stromale cellijnen. Dit enzym beschermt voorlopercellen tegen oxidatieve schade die wordt veroorzaakt door reactieve zuurstofsoorten. De ALDH-activiteit wordt tot wel 100 maal verminderd naarmate voorlopercellen differentiëren naar meer vervangbare effectorcellen. Als zodanig identificeren we cellen met hoge of lage ALDH-activiteit in combinatie met celoppervlaktemarkers om subsets van voorlopercellen (ALDHhi) te onderscheiden van meer gedifferentieerde nakomelingen (ALDHlow). Gebruikt in combinatie met 'side scatter' (SSC), een parameter die correleert met de granulariteit of complexiteit van een cel, kan deze test onderscheid maken tussen ALDHhiSSClow hematopoietische/endotheliale precursorcellen, ALDHhiSSCmid-monocyten en ALDHhiSSChi-granulocytvoorlopers en deze kwantificeren. Eerder werd aangetoond dat uit beenmerg afkomstige ALDHhiSSClow-cellen de primitieve celmarkers CD34 en CD133 tot co-expressie brengen en in vitro een multipotent hematopoëtisch kolonievormend vermogen vertonen. In het immunodeficiënte NOD/SCID-muismodel van ischemie in de achterpoten leidde transplantatie van ALDHhiSSClow-cellen in de ischemische ledemaat tot een verbeterd herstel van de spierperfusie. Het potentieel van deze celtherapie om amputaties te voorkomen bij personen met kritische ischemie van de ledematen is geëvalueerd in klinische onderzoeken.

Het perifere bloed van individuen die langer dan 10 jaar met T2D leven, vertoont een uitputting van ALDHhiSSClow VR-voorlopercellen, lagere frequenties van ALDHhiSSCmid-monocyten met vaatherstellende functie, en een verhoogde frequentie van ALDHhiSSChi-voorlopers van inflammatoire granulocyten vergeleken met die van individuen die niet met T2D leven. . Het VRCE-fenotype was gedeeltelijk omgekeerd bij mensen met T2D en vastgestelde coronaire hartziekte (CAD) nadat zij gedurende 6 maanden de SGLT2-remmer empagliflozine hadden gebruikt. Door obesitas geïnduceerde uitputting van VR-cellen werd ook 3 maanden na bariatrische chirurgie omgekeerd. Deze bevindingen leverden gezamenlijk een mechanistisch verband op tussen T2D, obesitas en verstoorde homeostase/reparatie van bloedvaten, en stelden ook vast dat VRCE therapeutisch kan worden omgekeerd in een diabetisch milieu met een hoog CV-risico.

FIERCE zal de VR-celinhoud beoordelen bij personen met T2D (<10 jaar) en op leeftijd en geslacht afgestemde personen die niet met T2D leven. Het zal ook de functie van circulerende ALDHhi VR-cellen beoordelen door middel van: (1) Endotheliale perifere arteriële tonometrie (EndoPAT) om de endotheliale functie klinisch te analyseren via reactieve hyperemische index, (2) multipotente hematopoëtische kolonievormingstesten in vitro, (3) eencellige RNA-sequencing (scRNA-seq) die gericht is op mRNA-expressie geassocieerd met angiogenese, en (4) kwantitatieve, labelvrije secretoomanalyses om veranderingen in pro-angiogene eiwitsecretie te bepalen.

Onze hypothese is dat VRCE het vasculaire herstel en de regeneratie van bloedvaten tijdens T2D belemmert en gedeeltelijk wordt veroorzaakt door verminderde pro-angiogene eigenschappen van subsets van VR-voorlopercellen. Concreet postuleren we dat multipotente hematopoietische kolonievorming, pro-angiogene cytokine-mRNA-expressie en pro-angiogene eiwitafgifte lager zullen zijn in subsets van ALDHhi-voorlopercellen van individuen die met T2D leven in vergelijking met deelnemers die niet met T2D leven. We voorspellen ook dat personen met T2D een lagere reactieve hyperemische index zullen vertonen vergeleken met personen die niet met T2D leven.

Karakterisering van ALDHhi-voorlopercellen-VR-celdysfunctie in de setting van T2D zal proof-of-concept genereren ter ondersteuning van het potentiële gebruik van VR-celinhoud als een kwantificeerbare en functionele indicator van vasculaire gezondheid.