Vurdering af vaskulær tone reaktionsevne ved hjælp af isolerede Mesenteriske arterier med fokus på graduering af Perivaskulære fedtvæv
Summary
Protokollen beskriver brugen af trådmyografi til at evaluere den transmural isometriske spænding af mesenteriske arterier isoleret fra mus, med særlig hensyntagen til graduering af faktorer frigivet fra endotelceller og perivaskulære fedtvæv.
Abstract
Ændret vaskulær tone reaktionsevne til patofysiologiske stimuli bidrager til udviklingen af en bred vifte af kardiovaskulære og metaboliske sygdomme. Endothelial dysfunktion repræsenterer en stor synder for den reducerede vasodilatation og øget vasokonstriktion af arterier. Fedtvæv omkring arterierne spiller en vigtig rolle i reguleringen af endothelium-afhængig afslapning og/eller sammentrækning af de vaskulære glatte muskelceller. Kryds samtalerne mellem endotelet og perivaskulære fedtvæv kan vurderes ex vivo ved anvendelse af monterede blodkar ved hjælp af et trådmyografi system. Der bør dog fastsættes optimale indstillinger for arterier, der stammer fra dyr af forskellige arter, aldre, genetiske baggrunde og/eller patofysiologiske forhold.
Introduction
Dilatationer og konstriktioner af arterier opnås ved relaxationer og sammentrækninger, henholdsvis af deres vaskulære glatte muskelceller. Ændringer i vaskulære reaktionsevne af små arterier bidrager til den homeostatiske regulering af arteriel blodtryk ved autonome nerver og hormoner til stede i blodet (f. eks catecholaminer, angiotensin II, serotonin, vasopressin). På lokalt plan er de vaskulære reaktioner af glatte muskelceller moduleret af signaler fra både endotelcellerne i intima og fedtvæv omkring arterierne (figur 1).
Endotelet er ikke kun en passiv barriere, men fungerer også som en overflade til at udveksle signaler mellem blodet og de underliggende vaskulære glatte muskelceller. Ved at frigive forskellige vasoaktive stoffer, endotelet spiller en afgørende rolle i den lokale kontrol af vaskulære tone svar1. For eksempel, som reaktion på acetylcholin, endotel nitrogenoxid syntase (eNOS) er aktiveret i endotelet at producere nitrogenoxid (Nej), som inducerer afslapning af den underliggende vaskulære glatte muskulatur ved at aktivere opløselige guanylylcyclasekoblede cyclase (SGC) 2. andre vasoaktive stoffer omfatter produkter af cyclooxygenaser (f. eks. prostacyclin og thromboxan2), lipoxygenase (f. eks. 12-hydroxyeicosatetraenoinsyre, 12-HETE) og cytokrom P450 Monooxygenaser (hetes og epoxyeicosatrienoic syrer, EETs), reaktive oxygenarter (ROS) og vasoaktive peptider (f. eks. endothelin-1 og angiotensin II) og endothelium-afledte hyperpolariserende faktorer (EDHF)3. En hårfin balance mellem endothelium-afledte vasodilatorer og vasokonstriktorer opretholde den lokale vasomotoriske tone4,5.
Endothelial dysfunktion er karakteriseret ved svækkelse i endothelium-afhængige vasodilatation6, et kendetegn for vaskulær aldring7. Med alderen reduceres evnen af endotelet til at fremme vasodilatation gradvist, hvilket i høj grad skyldes en nedsat biotilgængelighed, samt det unormale udtryk for og funktion af Enosh i endotelet og SGC i de vaskulære glatte muskelceller8 , 9 ud af , 10. nedsat biotilgængelighed potentiates produktion af endothelium-afhængige vasokonstriktorer11,12. I alderen arterier, endotel dysfunktion forårsager hyperplasi i medierne, som afspejles af de markante stigninger i vægtykkelse, antallet af mediale kerner, som minder om den arterielle fortykkelse i hypertension og aterosklerose observeret i humane patienter13,14. Derudover accelererer patofysiologiske tilstande som fedme, diabetes eller hypertension udviklingen af endotel dysfunktion15,16.
Perivaskulære fedtvæv (PVAT) frigiver talrige adipokiner til at regulere vaskulær struktur og funktion17. Den anti-contractile effekt af pvat er medieret af afslappende faktorer, såsom adiponectin, nej, hydrogenperoxid og hydrogensulfid18,19,20. Men afhængigt af placeringen og patofysiologiske tilstand, pvat kan også forbedre kontraktile responser i forskellige arterier21. De Pro-contractile stoffer produceret af pvat omfatter angiotensin-II, leptin, resistin, og ros22,23. I de fleste undersøgelser af isolerede blodkar er PVAT blevet betragtet som en simpel strukturel støtte til Vaskulaturen og dermed fjernet under tilberedningen af blodkar ring segmenter. Da fedtfri dysfunktion udgør en uafhængig risikofaktor for hypertension og tilknyttede kardiovaskulære komplikationer24, bør pvat omkring blodkarrene tages i betragtning ved undersøgelse af den vaskulære reaktionsevne hos forskellige arterier.
Multi wire myograph systemer er blevet almindeligt anvendt til at undersøge vasomotoriske funktioner af en række blodkar, herunder aorta, mesenterisk, renal, femoral, cerebral og koronar arterier25,26. De protokoller, der er beskrevet heri, vil bruge trådmyografi til at evaluere vaskulær reaktionsevne i mesenteriske arterier isoleret fra genetisk modificerede musemodeller, med særligt fokus på modulering af PVAT.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bortset fra de endotelceller, spiller signaler fra pvat en vigtig rolle i reguleringen af glatte muskeltonus reaktivitet30. Sunde pvat frigiver ingen og anti-inflammatorisk adiponectin at udøve en anti-contractile effekt på arterier, som er tabt under patologiske tilstande såsom fedme og metabolisk syndrom31,32. I sygdomstilstande bidrager pvat til udviklingen af endotel dysfunktion og andre kardiovaskulære abnormiteter<sup class="xref…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev ydet økonomisk støtte gennem tilskud fra Rådet for forskning i Hongkong [17124718 og 17121714], Hongkongs fond for sundhed og medicinsk forskning [13142651 og 13142641], den kollaborative forskningsfond i Hongkong [C7055-14G] og den nationale grundlæggende Forskningsprogram i Kina [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 |
Referências
- 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).
