Bedömning av vaskulär tonen respons med isolerade mesenteric artärer med fokus på modulering av perivaskulär adipose vävnader
Summary
Protokollet beskriver användningen av tråd myography att utvärdera transmural ISO metrisk spänning av mesenteriala artärer isolerade från möss, med särskild hänsyn till modulering av faktorer som frigörs från endotelceller och perivaskulär fett vävnad.
Abstract
Förändrad vaskulär tonen lyhördhet för patofysiologiska stimuli bidrar till utvecklingen av ett brett spektrum av kardiovaskulära och metabola sjukdomar. Endotelial dysfunktion representerar en stor skyldige för minskad vasodilatation och förbättrad vasokonstriktion av artärer. Adipose (fett) vävnader som omger artärerna spela viktiga roller i regleringen av endotel-beroende avslappning och/eller sammandragning av de vaskulära glatt muskel celler. Kors samtalen mellan endotelet och perivaskulär fett vävnad kan bedömas ex vivo med hjälp av monterade blod kärl genom ett trådmyografisystem. Dock bör optimala inställningar fastställas för artärer som härrör från djur av olika arter, åldrar, genetiska bakgrunder och/eller patofysiologiska tillstånd.
Introduction
Dilatationer och sammandragningar av artärer uppnås genom lättnader och kontraktioner, respektive, av deras vaskulära glatt muskel celler. Förändringar i vaskulär respons hos små artärer bidrar till homeostatiska regleringen av arteriellt blod tryck genom autonoma nerver och hormoner som finns i blodet (t. ex. katekolaminer, angiotensin II, serotonin, vasopressin). På lokal nivå, de vaskulära Svaren av glatt muskel celler moduleras av signaler från både endotelcellerna i intima och fett vävnad som omger artärerna (figur 1).
Endotelet är inte bara en passiv barriär, men fungerar också som en yta för att utbyta signaler mellan blodet och de underliggande vaskulära glatt muskel celler. Genom att släppa olika vasoaktiva ämnen, endotelet spelar en kritisk roll i den lokala kontrollen av vaskulär tonen svar1. Till exempel, som svar på acetylkolin, endotelceller kväve oxid syntas (Enos) aktive ras i endotelet att producera kväve oxid (no), som inducerar avslappning av den underliggande vaskulär glatt mus kula tur genom att aktivera lösliga guanylyl guanylatcyklas (SGC) 2. andra vasoaktiva substanser inkluderar produkter av cyklooxygenaser (t. ex. prostacyklin och tromboxan2), lipoxygenas (t. ex. 12-hydroxyeicosatetraenoic syror, 12-hete) och cytokrom P450 Monooxygenaser (hetes och epoxyeicosatrienoic syror, EETs), reaktiva syreradikaler (ROS), och vasoaktiva peptider (t. ex. endotelin-1 och angiotensin II), och endotel-derived hyperpolariserande faktorer (EDHF)3. En delikat balans mellan endotel-härledda vasodilatorer och vasoconstrictors bibehålla den lokala vasomotoriska tonen4,5.
Endotelial dysfunktion kännetecknas av nedskrivning i endotel-beroende vasodilatation6, ett kännetecken för vaskulär åldrande7. Med åldern, förmågan hos endotelet att främja vasodilatation reduceras successivt, beror till stor del på en minskad ingen bio tillgänglighet, liksom onormal uttryck och funktion av eNOS i endotelet och sGC i den vaskulära glatt muskel celler8 , 9 för att , 10. reducerad ingen bio tillgänglighet potentierar produktionen av endotelium-beroende vasoconstrictors11,12. I åldern artärer, endotelial dysfunktion orsakar hyperplasi i media, som återspeglas av den markerade ökningar i vägg tjock lek, antal mediala kärnor, som påminner om den arteriella förtjockning i hypertoni och ateroskleros observerats i mänskliga patienter13,14. Dessutom, patofysiologiska tillstånd såsom fetma, diabetes eller hypertoni påskynda utvecklingen av endotelial dysfunktion15,16.
Perivaskulär fett vävnad (PVAT) frigör många adipokines att reglera vaskulär struktur och funktion17. Den anti-kontraktila effekten av pvat medieras av avslappnande faktorer, såsom adiponectin, no, väteperoxid och svavelväte18,19,20. Emellertid, beroende på plats och patofysiologiska tillstånd, PVAT också kan öka kontraktila svar i olika artärer21. De Pro contractile ämnen som produceras av pvat inkluderar angiotensin-II, leptin, resistin, och ros22,23. I de flesta av studierna på isolerade blod kärl, har PVAT ansetts som ett enkelt strukturellt stöd för kärl teckning och därmed avlägsnas under beredningen av blod kärl ring segment. Eftersom fett dysfunktion representerar en oberoende riskfaktor för hypertoni och associerade kardiovaskulära komplikationer24, bör den pvat som omger blod kärlen övervägas när man undersöker den vaskulära responsen hos olika artärer.
Multi Wire myograph system har använts i stor utsträckning för att undersöka vasomotoriska funktioner i en mängd olika blod kärl, inklusive aorta, mesenteric, renal, femoral, cerebral och kranskärl25,26. De protokoll som beskrivs häri kommer att använda trådmyografi för att utvärdera vaskulär reaktionsförmåga i mesenteriala artärer isolerade från genetiskt modifierade mus modeller, med särskilt fokus på modulering av PVAT.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bortsett från endotelcellerna, signaler som härrör från pvat spelar en viktig roll i regleringen av smidig muskeltonus reaktivitet30. Friska pvat befriar ingen och antiinflammatoriska adiponectin att utöva en anti-kontraktila effekt på artärerna, som går förlorad under sjukdoms tillstånd såsom fetma och metabola syndromet31,32. I sjukdoms tillstånd, pvat bidrar till utvecklingen av endotelial dysfunktion och andra kardiovaskul?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete var finansiellt stöd av bidrag från forsknings bidrag rådet i Hongkong [17124718 och 17121714], Hong Kong Health och Medical forsknings fond [13142651 och 13142641], Collaborative forsknings fonden i Hongkong [C7055-14G], och National Basic Kinas forsknings program [973 program 2015CB553603].
Materials
| Acetylcholine | Sigma-Aldrich | A6625 | Stock concentration: 10-1 M Working concentration: 10-10 to 10-5 M |
| L-NAME (Nω-nitro-L-arginine methyl ester) | Sigma-Aldrich | N5751 | Stock concentration: 3 x 10-2 M Working concentration: 10-4 M |
| Phenylephrine | Sigma-Aldrich | P6126 | Stock concentration: 10-2 M Working concentration: 10-10 to 10-5 M |
| U46619 (9,11-dideoxy-9α,11αmethanoepoxy prostaglandin F2α) | Enzo | BML-PG023-0001 | Stock concentration: 10-5 M Working concentration: 1-3 x 10-8 M |
| Multiwire myograph | Danish MyoTechnology (DMT) | 620M | |
| PowerLab 4/26 | ADInstruments | ML848 | |
| Labchart7 | ADInstruments | – | |
| Adipo-SIRT1 wild type mice | Laboratory Animal Unit, The University of Hong Kong | CULATR NO.: 4085-16 | |
| Silicon-coated Petri dishes | Danish MyoTechnology (DMT) | ||
| Tungsten wires | Danish MyoTechnology (DMT) | 300331 | |
| Surgical tools |
References
- Furchgott, R. F., Zawadzki, J. V. The obligatory role of endothelial cells in the relaxation of arterial smooth muscle by acetylcholine. Nature. 288 (5789), 373-376 (1980).
- Furchgott, R. F., Vanhoutte, P. M. Endothelium-derived relaxing and contracting factors. The FASEB Journal. 3 (9), 2007-2018 (1989).
- Feletou, M., Kohler, R., Vanhoutte, P. M. Endothelium-derived vasoactive factors and hypertension: possible roles in pathogenesis and as treatment targets. Current Hypertension Reports. 12 (4), 267-275 (2010).
- Vanhoutte, P. M. Endothelial dysfunction: the first step toward coronary arteriosclerosis. Circulation Journal. 73 (4), 595-601 (2009).
- Feletou, M., Huang, Y., Vanhoutte, P. M. Endothelium-mediated control of vascular tone: COX-1 and COX-2 products. British Journal of Pharmacology. 164 (3), 894-912 (2011).
- Harrison, D. G. Cellular and molecular mechanisms of endothelial cell dysfunction. Journal of Clinical Investigation. 100 (9), 2153 (1997).
- Vanhoutte, P. M., Shimokawa, H., Tang, E. H., Feletou, M. Endothelial dysfunction and vascular disease. Acta physiologica. 196 (2), 193-222 (2009).
- Klöß, S., Bouloumié, A., Mülsch, A. Aging and chronic hypertension decrease expression of rat aortic soluble guanylyl cyclase. Hypertension. 35 (1), 43-47 (2000).
- Csiszar, A., et al. Aging-induced phenotypic changes and oxidative stress impair coronary arteriolar function. Circulation Research. 90 (11), 1159-1166 (2002).
- Guo, Y., et al. Endothelial SIRT1 prevents age-induced impairment of vasodilator responses by enhancing the expression and activity of soluble guanylyl cyclase in smooth muscle cells. Cardiovascular Research. , (2018).
- Auch-Schwelk, W., Katusic, Z. S., Vanhoutte, P. M. Nitric oxide inactivates endothelium-derived contracting factor in the rat aorta. Hypertension. 19 (5), 442-445 (1992).
- Tang, E. H., Feletou, M., Huang, Y., Man, R. Y., Vanhoutte, P. M. Acetylcholine and sodium nitroprusside cause long-term inhibition of EDCF-mediated contractions. American Journal of Physiology – Heart and Circulation Physiology. 289 (6), H2434-H2440 (2005).
- Ghiadoni, L., et al. Endothelial function and common carotid artery wall thickening in patients with essential hypertension. Hypertension. 32 (1), 25-32 (1998).
- Xu, X., et al. Age-related Impairment of Vascular Structure and Functions. Aging and Disease. 8 (5), 590-610 (2017).
- Tabit, C. E., Chung, W. B., Hamburg, N. M., Vita, J. A. Endothelial dysfunction in diabetes mellitus: Molecular mechanisms and clinical implications. Reviews in Endocrine & Metabolic Disorders. 11 (1), 61-74 (2010).
- Tanaka, K., Sata, M. Roles of perivascular adipose tissue in the pathogenesis of atherosclerosis. Frontiers in Physiology. 9, 3 (2018).
- Brown, N. K., et al. Perivascular adipose tissue in vascular function and disease: a review of current research and animal models. Arteriosclerosis Thrombosis and Vascular Biology. 34 (8), 1621-1630 (2014).
- Lohn, M., et al. Periadventitial fat releases a vascular relaxing factor. The FASEB Journal. 16 (9), 1057-1063 (2002).
- Gálvez-Prieto, B., et al. A reduction in the amount and anti-contractile effect of periadventitial mesenteric adipose tissue precedes hypertension development in spontaneously hypertensive rats. Hypertension research. 31 (7), 1415 (2008).
- Gao, Y. J., Lu, C., Su, L. Y., Sharma, A., Lee, R. Modulation of vascular function by perivascular adipose tissue: the role of endothelium and hydrogen peroxide. British Journal of Pharmacology. 151 (3), 323-331 (2007).
- Gao, Y. -. J., et al. Perivascular adipose tissue promotes vasoconstriction: the role of superoxide anion. Cardiovascular Research. 71 (2), 363-373 (2006).
- Szasz, T., Webb, R. C. Perivascular adipose tissue: more than just structural support. Clinical Science (London). 122 (1), 1-12 (2012).
- Ramirez, J. G., O’Malley, E. J., Ho, W. S. V. Pro-contractile effects of perivascular fat in health and disease. Brish Journal of Pharmacology. 174 (20), 3482-3495 (2017).
- Hajer, G. R., van Haeften, T. W., Visseren, F. L. Adipose tissue dysfunction in obesity, diabetes, and vascular diseases. European Heart Journal. 29 (24), 2959-2971 (2008).
- Mulvany, M. J., Halpern, W. Contractile properties of small arterial resistance vessels in spontaneously hypertensive and normotensive rats. Circulation Research. 41 (1), 19-26 (1977).
- Mulvany, M. J., Halpern, W. Mechanical properties of vascular smooth muscle cells in situ. Nature. 260 (5552), 617-619 (1976).
- del Campo, L., Ferrer, M. Wire myography to study vascular tone and vascular structure of isolated mouse arteries. Methods in Molecular Biology. 1339, 255-276 (2015).
- Dobrin, P. B. Influence of initial length on length-tension relationship of vascular smooth muscle. American Journal of Physiology. 225 (3), 664-670 (1973).
- Xu, C., et al. Calorie restriction prevents metabolic aging caused by abnormal SIRT1 function in adipose tissues. Diabetes. 64 (5), 1576-1590 (2015).
- Sheykhzade, M., Nyborg, N. C. Caliber dependent calcitonin gene-related peptide-induced relaxation in rat coronary arteries: effect of K+ on the tachyphylaxis. European Journal of Pharmacology. 351 (1), 53-59 (1998).
- Soltis, E. E., Cassis, L. A. Influence of perivascular adipose tissue on rat aortic smooth muscle responsiveness. Clinical and Experimental Hypertension A. 13 (2), 277-296 (1991).
- Lohn, M., et al. Periadventitial fat releases a vascular relaxing factor. FASEB Journal. 16 (9), 1057-1063 (2002).
- Fesus, G., et al. Adiponectin is a novel humoral vasodilator. Cardiovascular Research. 75 (4), 719-727 (2007).
- Greenstein, A. S., et al. Local inflammation and hypoxia abolish the protective anticontractile properties of perivascular fat in obese patients. Circulation. 119 (12), 1661-1670 (2009).
- Yudkin, J. S., Eringa, E., Stehouwer, C. D. “Vasocrine” signalling from perivascular fat: a mechanism linking insulin resistance to vascular disease. Lancet. 365 (9473), 1817-1820 (2005).
- Xia, N., et al. Uncoupling of endothelial nitric oxide synthase in perivascular adipose tissue of diet-induced obese mice. Arteriosclerosis Thrombosis and Vascular Biology. 36 (1), 78-85 (2016).
- Xia, N., Forstermann, U., Li, H. Effects of resveratrol on eNOS in the endothelium and the perivascular adipose tissue. Annals of the New York Academy of Sciences. 1403 (1), 132-141 (2017).
- Schinzari, F., Tesauro, M., Cardillo, C. Endothelial and perivascular adipose tissue abnormalities in obesity-related vascular dysfunction: novel targets for treatment. Journal of Cardiovascular Pharmacology. 69 (6), 360-368 (2017).
- Liu, J. T., et al. Lipocalin-2 deficiency prevents endothelial dysfunction associated with dietary obesity: role of cytochrome P450 2C inhibition. British Journal of Pharmacology. 165 (2), 520-531 (2012).
- Martinez-Quinones, P., et al. Hypertension induced morphological and physiological changes in cells of the arterial wall. American Journal of Hypertension. 31 (10), 1067-1078 (2018).
- Outzen, E. M., et al. Translational value of mechanical and vasomotor properties of mouse isolated mesenteric resistance-sized arteries. Pharmacology Research and Perspectives. 3 (6), e00200 (2015).
- Sheykhzade, M., Simonsen, A. H., Boonen, H. C., Outzen, E. M., Nyborg, N. C. Effect of ageing on the passive and active tension and pharmacodynamic characteristics of rat coronary arteries: age-dependent increase in sensitivity to 5-HT and K+. Pharmacology. 90 (3-4), 160-168 (2012).
