Rollen til autofagi i type 2 diabetes mikrovaskulær dysfunksjon

Det er generelt akseptert at endoteldysfunksjon går foran åpenhjertig kardiovaskulær sykdom og er en grunnleggende begivenhet i utviklingen av aterosklerose. Endotelfunksjonen blir ofte vurdert ved strømningsmediert dilatasjon (FMD), en fysiologisk respons på skjærspenning langs endotelet som fremkaller vasodilatasjon via frigjøring av nitrogenoksid (NO) i store og små blodårer. Ved tilstedeværelse av koronararteriesykdom (CAD) reduseres NO-produksjonen og MKS reduseres i ledningsarteriene. Imidlertid er MKS bevart i mikrosirkulasjonen, men det er et kompenserende skifte fra NO til hydrogenperoksid (H2O2) som mediator for denne utvidelsen. Etterforskernes lab har tidligere identifisert flere signalveier, inkludert autofagi, som er involvert i å regulere bytte i utvidelsesmekanismen fra NO til H2O2 ved å bruke ex vivo isolerte arteriolpreparater i CAD. I denne studien undersøker etterforskerne den mulige rollen til autofagi som mekanisme for denne overgangen i en populasjon med risiko for kardiovaskulær sykdom. Makroautofagi (referert til som autofagi her fremover) er en skalerbar prosess designet for å resirkulere skadede organeller via sure hydrolaser i lysosomer for å opprettholde homeostase. Begrunnelsen for å undersøke en rolle for autofagi stammer fra data i dyrkede endotelceller som viser at autofagi kan regulere NO-biotilgjengelighet og produksjon av reaktive oksygenarter (ROS). Inhibering av nøkkelautofagiproteiner reduserer NO-produksjonen og øker ROS-endotelceller blir utsatt for skjærstress, markører for autofagi øker, sammen med en økning i NO-produksjonen. Etterforskerne har nylig vist at autofagisk fluks er undertrykt som svar på skjærspenning i arterioler fra pasienter med CAD sammenlignet med friske kontroller. Denne sykdomsassosierte reduksjonen i autofagisk fluks øker frigjøringen av H2O2 fra mitokondriene som respons på skjærstress. Aktivering eller undertrykkelse av autofagi i henholdsvis CAD og friske arterioler bytter dilatasjonsmekanismen (aktivering i CAD bytter til NO; undertrykkelse i friske kontroller bytter til H2O2). Samlet spiller mikrovaskulær autofagisk fluks en nøkkelrolle ved å integrere cellulære signaler i endotelet for å regulere mikrovaskulær helse og funksjon som svar på skjærstress ved åpenhjertig kardiovaskulær sykdom. De primære cellulære mekanismene for denne patologiske overgangen til vasodilatormekanismen og dens relevans i andre risikopopulasjoner (f.eks. type 2 diabetes mellitus; T2DM) er fortsatt uklare.

Hyperglykemi, type 2 diabetes mellitus og mikrovaskulær funksjon T2DM, en kronisk metabolsk sykdom, er en uavhengig risikofaktor for hjerte- og karsykdommer. Hyperglykemi er et kjennetegn på T2DM, og både T2DM og hyperglykemi er uavhengig knyttet til endoteldysfunksjon. Mens hyperglykemi i T2DM ofte er godt håndtert med medisiner, vedvarer skadelige mikrovaskulære konsekvenser som diabetisk nevropati og kardiomyopati, og T2DM-personer viser redusert mikrovaskulær endotelavhengig dilatasjon. Mens ex vivo avhør av vasodilatormekanismer gir mekanistisk innsikt i mikrovaskulær kontroll, representerer mangelen på oversettelse til in vivo-modeller et stort gap i kunnskap. Etterforskerne har utviklet en forskningsstrategi for å direkte studere og fylle dette forskningsgapet, og svare på nøkkelspørsmål angående endringen i endotelmediatorer som oppstår med hjerte- og karsykdommer i menneskelig vev. T2DM og høy glukose (HG) eksponering er assosiert med redusert kutan mikrovaskulær endotelfunksjon ex vivo og in vivo. Mekanismen for denne reduksjonen er imidlertid uklar. Videre er det ikke kjent om eksponering for høy glukose alene, eller tilstedeværelsen av T2DM er assosiert med en endring i mekanismen for mikrovaskulær dilatasjon til skjærspenning. Å forstå og oversette ex vivo-funn til in vivo-miljøer vil gi innsikt i sykdomspatologien og nye tilnærminger for å lindre T2DM mikrovaskulær dysfunksjon.

Tatt i betraktning den viktige koblingen mellom T2DM/HG-indusert mikrovaskulær dysfunksjon og risiko for fremtidige kardiovaskulære hendelser, kan stimulering av autofagisk fluks øke eller bevare tilgjengelig NO, og utøve gunstige effekter på mikrovaskulær funksjon hos pasienter med T2DM og som respons på HG. Formålet med dette forslaget er å undersøke den grunnleggende rollen til autofagi i å bidra til T2DM mikrovaskulær dysfunksjon på en omfattende måte. Resultatene av denne studien kan informere den mekanistiske forståelsen av mikrovaskulær sykdomsprogresjon i T2DM.

Mål: Etablere en mekanistisk rolle for autofagisk fluks i å bidra til T2DM-assosiert mikrovaskulær dysfunksjon in vivo ved å bruke den menneskelige kutane mikrosirkulasjonen som en ny translasjonsmodell.

Hypotese 1: Aktivering av autofagisk fluks med trehalose i 2 uker hos T2DM-personer øker kutan dilatasjon til endotelavhengige farmakologiske agonister (mikrodialyse) og lokal termisk hyperemi.

Hypotese 2: Eksponering for HG (oral glucose challenge) hos friske voksne reduserer kutan dilatasjon til endotelavhengige farmakologiske agonister og lokal termisk hyperemi.