Funksjonell undersøkelse av endotelfunksjon og regenerativ celleutmattelse (FIERCE)

Type 2 diabetes (T2D) er et betydelig og utbredt globalt helseproblem. Personer diagnostisert med T2D har en forhøyet risiko for å utvikle aterosklerotisk kardiovaskulær (CV) sykdom, en ledende årsak til global sykelighet og dødelighet.

Blodkarhomeostase spiller en sentral rolle i status for CV-helse. Sirkulerende vaskulære regenerative (VR) stamceller, som medierer de endogene prosessene for angiogenese, vaskulogenese og arteriogenese, er avgjørende for å orkestrere karreparasjon. Ved T2D skaper kronisk hyperglykemi og samtidig oksidativt stress et maladaptivt miljø som svekker karreparasjon. T2D kan føre til en kronisk tilstand kjent som vaskulær regenerativ celleutmattelse (VRCE), preget av uttømming av og dysfunksjon i sirkulerende VR-stamceller. De tilgjengelige dataene indikerer at VRCE assosiert med T2D kan føre til VR-celledysfunksjon og kompromittert vaskulær reparasjon.

Vi har utviklet en multiparametrisk flowcytometrianalyse for å måle VR-progenitorcelleinnhold i blodprøver. Denne analysen bruker det cytosoliske avgiftningsenzymet aldehyddehydrogenase (ALDH), som er sterkt uttrykt i stamceller fra hematopoietiske, endoteliale og mesenkymale stromale cellelinjer. Dette enzymet beskytter stamceller fra oksidativ skade som er drevet av reaktive oksygenarter. ALDH-aktiviteten reduseres med opptil 100 ganger ettersom stamceller differensierer mot mer forbrukbare effektorceller. Som sådan identifiserer vi celler med høy eller lav ALDH-aktivitet i kombinasjon med celleoverflatemarkører for å skille stamceller (ALDHhi) fra mer differensiert avkom (ALDHlow). Brukt sammen med 'sidespredning' (SSC), en parameter som korrelerer med granulariteten eller kompleksiteten til en celle, kan denne analysen skille mellom og kvantifisere ALDHhiSSClow hematopoietiske/endoteliale forløperceller, ALDHhiSSCmid monocytter og ALDHhiSSChi granulocyttforløpere. Tidligere ble det vist at benmargsavledede ALDHhiSSClow-celler samtidig uttrykker de primitive cellemarkørene CD34 og CD133 og viser multipotent hematopoietisk kolonidannende evne in vitro. I den immundefekte NOD/SCID-musemodellen for bakbensiskemi, førte transplantasjon av ALDHhiSSClow-celler inn i det iskemiske lemmet til forbedret muskelperfusjonsgjenoppretting. Potensialet til denne celleterapien for å forhindre amputasjoner hos personer med kritisk lemmeriskemi har blitt evaluert i kliniske forsøksmiljøer.

Det perifere blodet til individer som har levd med T2D i >10 år viser en uttømming av ALDHhiSSClow VR stamceller, lavere frekvenser av ALDHhiSSCmid monocytter med karreparativ funksjon, og en økt frekvens av ALDHhiSSChi inflammatoriske granulocyttforløpere sammenlignet med den fra individer som ikke lever. . VRCE-fenotypen ble delvis reversert hos personer som levde med T2D og etablert koronararteriesykdom (CAD) etter at de hadde vært på SGLT2-hemmeren empagliflozin i 6 måneder. Fedme-indusert VR-celleutarming ble også reversert ved 3 måneder post-bariatrisk kirurgi. Disse funnene ga samlet en mekanistisk kobling mellom T2D, fedme og nedsatt karhomeostase/reparasjon, og etablerte også at VRCE kan reverseres terapeutisk i et diabetikermiljø med høy CV-risiko.

FIERCE vil vurdere VR-celleinnhold hos individer som lever med T2D (<10 års varighet) og alders- og kjønnsmatchede individer som ikke lever med T2D. Den vil også vurdere funksjonen til sirkulerende ALDHhi VR-celler gjennom: (1) endotelial perifer arteriell tonometri (EndoPAT) for å klinisk analysere endotelfunksjon gjennom reaktiv hyperemisk indeks, (2) multipotente hematopoetiske kolonidannelsesanalyser in vitro, (3) enkeltcelle RNA-sekvensering (scRNA-seq) som er fokusert på mRNA-ekspresjon assosiert med angiogenese, og (4) kvantitative, merkefrie sekretomanalyser for å bestemme endringer i pro-angiogen proteinsekresjon.

Vi antar at VRCE svekker vaskulær reparasjon og regenerering av blodkar under T2D og er delvis forårsaket av svekkede pro-angiogene egenskaper til VR-progenitorcelleundergrupper. Spesifikt postulerer vi at multipotent hematopoietisk kolonidannelse, pro-angiogen cytokin-mRNA-ekspresjon og pro-angiogen proteinfrigjøring vil være lavere i ALDHhi-progenitorcelleundergrupper fra individer som lever med T2D i forhold til deltakere som ikke lever med T2D. Vi spår også at individer som lever med T2D vil vise en lavere reaktiv hyperemisk indeks sammenlignet med individer som ikke lever med T2D.

Karakterisering av ALDHhi-progenitor VR-celledysfunksjon i innstillingen av T2D vil generere proof-of-concept for å støtte potensiell bruk av VR-celleinnhold som en kvantifiserbar og funksjonell indikator på vaskulær helse.