Προγονικά κύτταρα του ενδοθηλίου ως προγνωστικοί δείκτες στη χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια

Abstract

Aims: Cardiovascular disease (CVD) is a major cause of death in cigarette smokers, particularly in patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Endothelial senescence may contribute to the development of atherosclerosis. The molecular pathways that lead to endothelial senescence and CVD remain uncertain. We investigated endothelial senescence in smokers and COPD patients and identified the critical molecular pathways, using blood outgrowth endothelial cells (BOEC) isolated from circulating progenitors.Methods and results: BOEC were isolated from peripheral blood in 16 healthy non-smokers, 10 healthy smokers and 16 COPD patients. BOEC from healthy smokers and COPD patients displayed increased senescence (measured by senescence associated-β-galactosidase activity, p16 and p21) and decreased sirtuin-1 (SIRT1) expression and activity compared to controls. BOEC from smokers and COPD patients showed evidence of increased DNA double-strand breaks and activation of ataxia-telangiectasia mutated (ATM) protein kinase (increased γ-H2AX, 53BPI). A novel link between these pathways was identified as inhibition of ATM expression by siRNA up-regulated SIRT1 expression and suppressed oxidative stress-induced premature senescence. Finally, treatment of BOEC from COPD patients with a SIRT1-activator (resveratol) or a selective ATM-inhibitor (KU-55933) reduced senescence.Conclusions: BOEC from smokers and COPD patients showed increased DNA damage and senescence, associated with reduced SIRT1 expression and activity. A novel link between the DNA damage response and senescence was identified, involving regulation of SIRT1 by ATM. These dysfunctional pathways are likely to contribute to the endothelial dysfunction and the increased risk of CVD in smokers and COPD patients and could potentially constitute therapeutic targets for intervention

Σκοπός: Η καρδιαγγειακή νόσος αποτελεί κύρια αιτία θανάτου στους καπνιστές, και ιδιαιτέρως στους ασθενείς με χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια (ΧΑΠ). Η γήρανση του ενδοθηλίου συμβάλει πιθανά στην ανάπτυξη αθηροσκλήρωσης. Τα μοριακά μονοπάτια που οδηγούν στη γήρανση του ενδοθηλίου και ανάπτυξη καρδιαγγειακής νόσου παραμένουν αδιευκρίνιστα. Μελετήσαμε την ύπαρξη ενδοθηλιακής γήρανσης σε καπνιστές και ασθενείς με ΧΑΠ και ερευνήσαμε τα μοριακά μονοπάτια που ενέχονται στην παθογένεια της ενδοθηλιακής γήρανσης, χρησιμοποιώντας προγονικά κύτταρα του ενδοθηλίου απομονωθέντα από περιφερικό αίμα (blood outgrowth endothelial cells: BOEC).Μέθοδοι και αποτελέσματα: BOEC απομονώθηκαν από το περιφερικό αίμα σε 16 υγιείς μη-καπνιστές, 10 υγιείς καπνιστές και 16 ασθενείς με ΧΑΠ. BOEC από υγιείς καπνιστές και ασθενείς με ΧΑΠ εμφάνισαν αυξημένη γήρανση (εκτιμώμενη μετρώντας την έκφραση της SA-β-γαλακτοσιδάσης, και των δεικτών p16 και p21) και μειωμένη έκφραση και ενεργότητα της σιρτουίνης-1 (SIRT1) σε σύγκριση με τους μάρτυρες. Επιπλέον, BOEC από υγιείς καπνιστές και ασθενείς με ΧΑΠ παρουσίασαν αυξημένη έκφραση δεικτών κυτταρικής ανταπόκρισης σε βλάβες του DNA και ενεργοποίηση της πρωτεϊνικής κινάσης ΑΤΜ (ataxia-telangiectasia mutated protein), εκτιμώμενη μετρώντας την έκφραση των γ-H2AX και 53BP1. Μια νέα σχέση μεταξύ των δύο μονοπατιών εντοπίστηκε, καθώς αναστολή της έκφρασης της ΑΤΜ με siRNA οδήγησε σε υπερέκφραση της SIRT1 και κατέστειλε την πρόωρα επαγόμενη γήρανση από οξειδωτικό στρες. Τέλος, η θεραπεία των BOEC από ασθενείς με ΧΑΠ, με έναν ενεργοποιητή της SIRT1 (ρεσβερατρόλη) ή έναν εκλεκτικό ΑΤΜ-αναστολέα (KU-55933), οδήγησε σε μείωση της κυτταρικής γήρανσης.Συμπεράσματα: BOEC από καπνιστές και ασθενείς με ΧΑΠ παρουσίασαν αυξημένη βλάβη του DNA και κυτταρική γήρανση, συσχετιζόμενη με μειωμένη έκφρασης και ενεργότητα της SIRT1. Μια νέα σχέση μεταξύ της κυτταρικής ανταπόκρισης σε βλάβες του DNA και της κυτταρικής γήρανσης εντοπίστηκε, με ρύθμιση της έκφρασης της SIRT1 από την ΑΤΜ. Δυσλειτουργία των συγκεκριμένων σηματοδοτικών μονοπατιών είναι πιθανό να ενέχονται στην δυσλειτουργία του 19ΠΕΡΙΛΗΨΗενδοθηλίου και αυξημένο κίνδυνο καρδιαγγειακής νόσου στους καπνιστές και ασθενείς με ΧΑΠ και θα μπορούσαν να αποτελέσουν δυνητικά στόχους για θεραπευτική παρέμβαση.