Rola autofagii w dysfunkcji mikrokrążenia w cukrzycy typu 2

Ogólnie przyjmuje się, że dysfunkcja śródbłonka poprzedza jawną chorobę sercowo-naczyniową i jest fundamentalnym zdarzeniem w rozwoju miażdżycy. Czynność śródbłonka jest często oceniana na podstawie dylatacji zależnej od przepływu (FMD), fizjologicznej odpowiedzi na naprężenia ścinające wzdłuż śródbłonka, która wywołuje rozszerzenie naczyń poprzez uwalnianie tlenku azotu (NO) w dużych i małych naczyniach krwionośnych. W obecności choroby wieńcowej (CAD) produkcja NO jest zmniejszona, a FMD jest zmniejszona w tętnicach przewodowych. Jednak w mikrokrążeniu FMD jest zachowana, ale następuje kompensacyjne przesunięcie z NO do nadtlenku wodoru (H2O2) jako mediatora tego rozszerzenia. Laboratorium badaczy wcześniej zidentyfikowało kilka szlaków sygnałowych, w tym autofagię, które są zaangażowane w regulację mechanizmu zmiany dylatacji z NO do H2O2, wykorzystując izolowane preparaty tętniczek ex vivo w CAD. W tej próbie badacze badają możliwą rolę autofagii jako mechanizmu, dzięki któremu ta zmiana zachodzi w populacji zagrożonej chorobami układu krążenia. Makroautofagia (dalej określana jako autofagia) jest skalowalnym procesem zaprojektowanym do recyklingu uszkodzonych organelli poprzez kwaśne hydrolazy w lizosomach w celu utrzymania homeostazy. Uzasadnienie dla zbadania roli autofagii wynika z danych w hodowanych komórkach śródbłonka pokazujących, że autofagia może regulować biodostępność NO i wytwarzanie reaktywnych form tlenu (ROS). Zahamowanie kluczowych białek autofagii zmniejsza produkcję NO i zwiększa komórki śródbłonka RFT narażone na stres ścinający, markery autofagii zwiększają się wraz ze wzrostem produkcji NO. Badacze niedawno wykazali, że przepływ autofagiczny jest tłumiony w odpowiedzi na naprężenie ścinające w tętniczkach pacjentów z CAD w porównaniu ze zdrowymi kontrolami. To związane z chorobą zmniejszenie przepływu autofagicznego zwiększa uwalnianie H2O2 z mitochondriów w odpowiedzi na naprężenie ścinające. Aktywacja lub represja autofagii odpowiednio w CAD i zdrowych tętniczkach przełącza mechanizm dylatacji (aktywacja w CAD przełącza się na NO; represja w zdrowych kontrolach przełącza się na H2O2). Podsumowując, mikronaczyniowy przepływ autofagiczny odgrywa kluczową rolę w integracji sygnałów komórkowych w śródbłonku w celu regulacji zdrowia i funkcji mikronaczyniowych w odpowiedzi na stres ścinający w jawnej chorobie sercowo-naczyniowej. Główne mechanizmy komórkowe tej patologicznej zmiany w mechanizmie rozszerzania naczyń i jej znaczenie w innych zagrożonych populacjach (np. cukrzyca typu 2; T2DM) pozostają niejasne.

Hiperglikemia, cukrzyca typu 2 i czynność mikrokrążenia T2DM, przewlekła choroba metaboliczna, jest niezależnym czynnikiem ryzyka chorób sercowo-naczyniowych. Hiperglikemia jest cechą charakterystyczną T2DM, a zarówno T2DM, jak i hiperglikemia są niezależnie związane z dysfunkcją śródbłonka. Podczas gdy hiperglikemia w cukrzycy typu 2 jest często dobrze kontrolowana za pomocą leków, utrzymują się szkodliwe skutki mikronaczyniowe, takie jak neuropatia cukrzycowa i kardiomiopatia, a pacjenci z cukrzycą typu 2 wykazują zmniejszone rozszerzenie zależne od śródbłonka naczyń mikrokrążenia. Podczas gdy badanie ex vivo mechanizmów rozszerzających naczynia zapewnia mechanistyczny wgląd w kontrolę mikrokrążenia, brak tłumaczenia na modele in vivo stanowi dużą lukę w wiedzy. Badacze opracowali strategię badawczą, aby bezpośrednio zbadać i wypełnić tę lukę badawczą, odpowiadając na kluczowe pytania dotyczące zmiany mediatorów śródbłonka, która występuje w przypadku chorób sercowo-naczyniowych w tkance ludzkiej. T2DM i wysoka ekspozycja na glukozę (HG) są związane ze zmniejszoną funkcją śródbłonka mikronaczyniowego skóry ex vivo i in vivo. Jednak mechanizm, dzięki któremu następuje ta redukcja, jest niejasny. Ponadto nie wiadomo, czy sama ekspozycja na wysoki poziom glukozy lub obecność T2DM są związane z przełączeniem mechanizmu rozszerzania mikrokrążenia na naprężenie ścinające. Zrozumienie i przełożenie wyników ex vivo na warunki in vivo zapewni wgląd w patologię choroby i nowe podejścia do poprawy dysfunkcji mikrokrążenia w cukrzycy typu 2.

Biorąc pod uwagę ważny związek między dysfunkcją mikrokrążenia indukowaną przez T2DM/HG a ryzykiem przyszłych zdarzeń sercowo-naczyniowych, stymulacja przepływu autofagicznego może zwiększyć lub zachować dostępny NO, wywierając korzystny wpływ na czynność mikrokrążenia u pacjentów z T2DM iw odpowiedzi na HG. Celem tej propozycji jest kompleksowe zbadanie fundamentalnej roli autofagii w przyczynianiu się do dysfunkcji mikrokrążenia T2DM. Wyniki tego badania mogą przyczynić się do mechanistycznego zrozumienia progresji choroby mikronaczyniowej w T2DM.

Cel: Ustalenie mechanistycznej roli przepływu autofagicznego w przyczynianiu się do dysfunkcji mikrokrążenia związanej z T2DM in vivo z wykorzystaniem ludzkiego mikrokrążenia skórnego jako nowego modelu translacyjnego.

Hipoteza 1: Aktywacja przepływu autofagicznego za pomocą trehalozy przez 2 tygodnie u pacjentów z T2DM zwiększa rozszerzenie skóry do zależnych od śródbłonka agonistów farmakologicznych (mikrodializa) i miejscowe przekrwienie termiczne.

Hipoteza 2: Ekspozycja na HG (doustna prowokacja glukozą) u zdrowych osób dorosłych zmniejsza rozszerzenie skóry do agonistów farmakologicznych zależnych od śródbłonka i miejscowe przekrwienie termiczne.