Beoordeling van de vasculaire Toon responsiviteit met behulp van geïsoleerde mesenterica slagaders met een focus op modulatie door Perivasculaire vetweefsel
Summary
Het protocol beschrijft het gebruik van draad myography te evalueren van de Transmurale isometrische spanning van mesenterica slagaders geïsoleerd van muizen, met speciale aandacht voor de modulatie door factoren vrijkomen van endothelial cellen en perivasculaire vetweefsel.
Abstract
De veranderde vasculaire Toon ontvankelijkheid aan pathofysiologische stimuli draagt tot de ontwikkeling van een brede waaier van cardiovasculaire en metabolische ziekten bij. Endothelial dysfunctie vertegenwoordigt een belangrijke boosdoener voor de verminderde vasodilatation en verbeterde vasoconstrictie van slagaders. Vetweefsel rond de slagaders spelen een belangrijke rol in de regulatie van endoteel ontspanning en/of samentrekking van de vasculaire gladde spiercellen. De cross-Talks tussen de endoteel en perivasculaire vetweefsel kunnen worden beoordeeld ex vivo met behulp van gemonteerde bloedvaten door een draad myography systeem. Er moeten echter optimale instellingen worden vastgesteld voor slagaders die afkomstig zijn van dieren van verschillende soorten, leeftijden, genetische achtergronden en/of pathofysiologische aandoeningen.
Introduction
Dilataties en vernauwingen van slagaders worden bereikt door versoepelingen en samentrekkingen, respectievelijk, van hun vasculaire gladde spiercellen. Veranderingen in de vasculaire responsiviteit van kleine slagaders bijdragen aan de homeostatische regulatie van arteriële bloeddruk door autonome zenuwen en hormonen aanwezig in het bloed (bijv. catecholamines, angiotensine II, serotonine, vasopressine). Op plaatselijk niveau, worden de vasculaire reacties van vlotte spiercellen gemoduleerd door signalen van zowel de endothelial cellen van intima als het vetweefsel dat de slagaders omringt (Figuur 1).
De endoteel is niet alleen een passieve barrière, maar dient ook als een oppervlak om signalen tussen het bloed en de onderliggende vasculaire gladde spiercellen uit te wisselen. Door het vrijgeven van verschillende vasoactieve stoffen, de endoteel speelt een cruciale rol in de lokale controle van vasculaire Toon reacties1. Bijvoorbeeld, in reactie op acetylcholine, endothelial stikstofmonoxide synthase (eNOS) wordt geactiveerd in de endoteel te produceren stikstofmonoxide (NO), die versoepeling van de onderliggende vasculaire gladde spier induceert door het activeren van oplosbare guanylyl cyclase (sGC) 2. andere vasoactieve stoffen omvatten de producten van cyclooxygenases (bijv. prostacycline en Tromboxaan A2), lipoxygenase (bijv. 12-hydroxyeicosatetraenoic zuren, 12-hete), en cytochroom P450 monooxygenases (HETEs en epoxyeicosatrienoic zuren, Eet’s), reactieve zuurstofsoorten (ROS), en vasoactieve peptiden (b.v., endothelin-1 en angiotensine II), en endoteel-afgeleide hyperpolarizing factoren (EDHF)3. Een delicaat evenwicht tussen endoteel-afgeleide vasodilatoren en vasoconstrictoren handhaaft de lokale vasomotorische Toon4,5.
Endothelial dysfunctie wordt gekenmerkt door de bijzondere waardevermindering in endoteel-afhankelijke vasodilatation6, een kenmerk van vasculaire veroudering7. Met de leeftijd, het vermogen van endoteel te bevorderen vasodilatation wordt geleidelijk verlaagd, grotendeels te wijten aan een verminderde geen biologische beschikbaarheid, evenals de abnormale expressie en functie van eNOS in de endoteel en sGC in de vasculaire gladde spiercellen8 , 9 , 10. verminderde geen biologische beschikbaarheid potentiates de productie van endoteel-afhankelijke vasoconstrictoren11,12. In de leeftijd van slagaders, endothelial dysfunctie veroorzaakt hyperplasie in de media, zoals weerspiegeld door de duidelijke stijgingen van de wanddikte, het aantal mediale kernen, die doen denken aan de arteriële verdikking in hypertensie en atherosclerose waargenomen in de menselijke patiënten13,14. Bovendien pathofysiologische voorwaarden zoals zwaarlijvigheid, diabetes of hypertensie versnellen de ontwikkeling van endothelial dysfunctie15,16.
Perivasculaire vetweefsel (PVAT) releases tal van adipokines te reguleren vasculaire structuur en functie17. Het anti-samentrekbaar effect van PVAT wordt gemedieerd door ontspannende factoren, zoals adiponectine, no, waterstofperoxide en waterstofsulfide18,19,20. Echter, afhankelijk van de locatie en pathofysiologische conditie, PVAT ook kan verbeteren samentrekbaar reacties in verschillende slagaders21. De Pro-samentrekbaar substanties die door PVAT worden geproduceerd omvatten angiotensine-II, leptin, resistin, en Ros22,23. In de meeste van de studies over geïsoleerde bloedvaten, is PVAT beschouwd als een eenvoudige structurele steun voor de vasculatuur en dus verwijderd tijdens de voorbereiding van bloedvat ringsegmenten. Aangezien vet dysfunctie vertegenwoordigt een onafhankelijke risicofactor voor hypertensie en de bijbehorende cardiovasculaire complicaties24, moet de PVAT rond de bloedvaten worden overwogen bij het onderzoek naar de vasculaire responsiviteit van verschillende slagaders.
De multi wire myograph systemen zijn op grote schaal gebruikt om de vasomotorische functies van een verscheidenheid van bloedvaten te onderzoeken, met inbegrip van de aorta, mesenterica, renale, femorale, cerebrale en coronaire slagaders25,26. De hierin beschreven protocollen zullen gebruik maken van draad myography om vasculaire responsiviteit te evalueren in mesenterica slagaders geïsoleerd van genetisch gemodificeerde muismodellen, met een speciale focus op de modulatie door PVAT.
Protocol
Representative Results
Discussion
Afgezien van de endothelial cellen, signalen afgeleid van PVAT spelen een belangrijke rol in de regulering van gladde spiertonus reactiviteit30. Gezonde PVAT releases geen en anti-inflammatoire adiponectine om een anti-samentrekbaar effect op de slagaders uit te oefenen, die verloren is gegaan onder pathologische omstandigheden zoals obesitas en metabool syndroom31,32. In ziektetoestanden, PVAT draagt bij tot de ontwikkeling van endothelia…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd financieel gesteund door de subsidies van de Raad van de toelage van het onderzoek van Hong Kong [17124718 en 17121714], het gezondheids-en medische Fonds van het onderzoek van Hong Kong [13142651 en 13142641], het Samenwerkingsfonds van het onderzoek van Hong Kong [C7055-14G], en de nationale basis Het programma van het onderzoek van China [973 programma 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).
