Autofagins roll i typ 2-diabetes mikrovaskulär dysfunktion

Det är allmänt accepterat att endoteldysfunktion föregår öppen hjärt-kärlsjukdom och är en grundläggande händelse i utvecklingen av ateroskleros. Endotelfunktionen bedöms ofta genom flödesmedierad dilatation (FMD), ett fysiologiskt svar på skjuvspänning längs endotelet som framkallar vasodilatation via frisättning av kväveoxid (NO) i stora och små blodkärl. I närvaro av kranskärlssjukdom (CAD) minskar NO-produktionen och mul- och klövsjuka minskar i ledningsartärerna. I mikrocirkulationen finns dock mul- och klövsjuka bevarad men det sker en kompenserande förskjutning från NO till väteperoxid (H2O2) som mediator för denna utvidgning. Utredarnas labb har tidigare identifierat flera signalvägar, inklusive autofagi, som är involverade i att reglera omkopplingsmekanismen för dilatation från NO till H2O2 med hjälp av ex vivo isolerade arteriolpreparat i CAD. I denna studie undersöker forskarna den möjliga rollen av autofagi som mekanism genom vilken denna växling sker i en population med risk för hjärt-kärlsjukdom. Makroautofagi (kallad autofagi här framåt) är en skalbar process designad för att återvinna skadade organeller via sura hydrolaser i lysosomer för att upprätthålla homeostas. Skälet för att undersöka en roll för autofagi härrör från data i odlade endotelceller som visar att autofagi kan reglera NO-biotillgänglighet och produktion av reaktiva syrearter (ROS). Hämning av viktiga autofagiproteiner minskar NO-produktion och ökar ROS-endotelceller utsätts för skjuvstress, markörer för autofagi ökar, tillsammans med en ökning av NO-produktion. Utredarna har nyligen visat att autofagiskt flöde undertrycks som svar på skjuvstress i arterioler från patienter med CAD jämfört med friska kontroller. Denna sjukdomsrelaterade minskning av autofagiskt flöde ökar frisättningen av H2O2 från mitokondrierna som svar på skjuvstress. Aktivering eller repression av autofagi i CAD respektive friska arterioler byter utvidgningsmekanismen (aktivering i CAD växlar till NO; repression i friska kontroller växlar till H2O2). Sammantaget spelar mikrovaskulärt autofagiskt flöde en nyckelroll genom att integrera cellulära signaler i endotelet för att reglera mikrovaskulär hälsa och funktion som svar på skjuvstress vid uppenbar hjärt-kärlsjukdom. De primära cellulära mekanismerna för denna patologiska byte av vasodilatormekanism och dess relevans i andra riskpopulationer (t.ex. typ 2-diabetes mellitus; T2DM) är fortfarande oklara.

Hyperglykemi, typ 2-diabetes mellitus och mikrovaskulär funktion T2DM, en kronisk metabol sjukdom, är en oberoende riskfaktor för hjärt-kärlsjukdom. Hyperglykemi är ett kännetecken för T2DM, och både T2DM och hyperglykemi är oberoende kopplade till endoteldysfunktion. Medan hyperglykemi i T2DM ofta hanteras väl med medicin, kvarstår skadliga mikrovaskulära konsekvenser såsom diabetisk neuropati och kardiomyopati, och T2DM-patienter uppvisar minskad mikrovaskulär endotelberoende dilatation. Medan ex vivo förhör av vasodilatormekanismer ger mekanistisk insikt i mikrovaskulär kontroll, representerar bristen på översättning till in vivo-modeller en stor kunskapslucka. Utredarna har utarbetat en forskningsstrategi för att direkt studera och fylla denna forskningslucka och svara på nyckelfrågor angående förändringen av endotelmediatorer som inträffar med hjärt-kärlsjukdom i mänsklig vävnad. Exponering för T2DM och hög glukos (HG) är associerade med minskad kutan mikrovaskulär endotelfunktion ex vivo och in vivo. Mekanismen genom vilken denna minskning sker är dock oklart. Dessutom är det inte känt om exponering för högt glukos enbart eller närvaron av T2DM är förknippade med en förändring i mekanismen för mikrovaskulär dilatation till skjuvspänning. Att förstå och översätta ex vivo-fynd till in vivo-miljöer kommer att ge insikt i sjukdomspatologin och nya tillvägagångssätt för att förbättra T2DM-mikrovaskulär dysfunktion.

Med tanke på den viktiga kopplingen mellan T2DM/HG-inducerad mikrovaskulär dysfunktion och risk för framtida kardiovaskulära händelser, kan stimulering av autofagiskt flöde förstärka eller bevara tillgängligt NO, vilket utövar gynnsamma effekter på mikrovaskulär funktion hos patienter med T2DM och som svar på HG. Syftet med detta förslag är att undersöka den grundläggande rollen av autofagi för att bidra till T2DM mikrovaskulär dysfunktion på ett heltäckande sätt. Resultaten av denna studie kan informera den mekanistiska förståelsen av mikrovaskulär sjukdomsprogression i T2DM.

Mål: Etablera en mekanistisk roll för autofagiskt flöde för att bidra till T2DM-associerad mikrovaskulär dysfunktion in vivo med användning av den mänskliga kutana mikrocirkulationen som en ny translationell modell.

Hypotes 1: Aktivering av autofagiskt flöde med trehalos under 2 veckor hos T2DM-patienter ökar kutan dilatation till endotelberoende farmakologiska agonister (mikrodialys) och lokal termisk hyperemi.

Hypotes 2: Exponering för HG (oral glucose challenge) hos friska vuxna minskar kutan dilatation till endotelberoende farmakologiska agonister och lokal termisk hyperemi.