Le malattie cardiovascolari sono la principale causa di morbilità e mortalità nel mondo, compresi gli Stati Uniti dove rappresenta oltre 780.000 morti ogni anno. 1 coronarica calcificazione delle arterie e calcificazione aortica sono le caratteristiche della malattia aterosclerotica e fungono da forti predittori di eventi cardiovascolari. 2- 4 Due tipi principali di calcificazione vascolare sono stati riportati in adulti: calcificazione intimale, associata con l'aterosclerosi, e mediale (noto anche come Mönckeberg) calcificazione, associata a malattia renale cronica e diabete 5 intimale la calcificazione si verifica nel contesto di accumulo di lipidi e macrofagi. infiltrazione nella parete del vaso. 5,6 mediale calcificazione parete si verifica indipendentemente intimale calcificazioni, localizza alle fibre di elastina o cellule muscolari lisce, e non è associato con la deposizione di lipidi o infiltrazione dei macrofagi. 5,7,8 studi sui meccanismi molecolari dicalcificazione vascolare hanno fatto affidamento su sistemi modello basati su celle e animali. Modelli di roditori per la malattia atherocalcific includono topi deficienti in entrambi apolipoproteina E (ApoE) 9,10 o recettore delle lipoproteine a bassa densità (LDLR) 11 alimentati con una dieta ricca di grassi, mentre i modelli per la calcificazione mediale includono topi con deficit di matrice proteica Gla (MGP) 12 o ratti che si sviluppano uremia o da nefrectomia quasi totale (il modello nefrectomia 5/6 °) o dall'esposizione ad una dieta ricca di adenina. 13
Qui, il modello di calcificazione vascolare mediale associata a carenza di MGP è focalizzata su. MGP è una proteina extracellulare che inibisce la calcificazione delle arterie. 12 mutazioni nel gene MGP sono state identificate nella sindrome Keutel, una malattia umana rara, caratterizzata da diffuse calcificazioni cartilagine oltre a brachitelefalangia, perdita di udito, e la stenosi polmonare periferica. 14-18 Anche se non spesso osservato, 19calcificazioni concentrica di più arterie è stata descritta nella sindrome Keutel. 20 polimorfismi comuni nel gene MGP umana sono associate ad un aumentato rischio di calcificazione delle arterie coronariche, 21-23 mentre alti livelli circolanti di uncarboxylated, MGP biologicamente inattivo predicono la mortalità cardiovascolare. 24 A differenza di esseri umani con la sindrome Keutel, topi MGP-deficienti sviluppano un fenotipo vascolare grave composto da spontanea diffusa la calcificazione delle arterie a partire da due settimane di età e morire 6-8 settimane dopo la nascita a causa di rottura aortica. 12
A differenza di ApoE - / - e LDLR - / - mice nutriti con una dieta ricca di grassi, che si sviluppano calcificazione vascolare intimale con l'infiammazione dei macrofagi indotta associata, MGP - / -. Topi sviluppano calcificazione vascolare mediale in assenza di infiltrazione di macrofagi 11,25 Sebbene questi risultati suggeriscono stimoli diversi sottostanti incontri intimiAl e calcificazione mediale, non vi è sovrapposizione nei meccanismi di segnalazione che mediano entrambe le forme di calcificazione. 26 Molteplici vie di segnalazione sono stati identificati che contribuiscono alla calcificazione vascolare compreso mediatori infiammatori come fattore di necrosi tumorale-α e IL-1 e fattori pro-osteogeniche come Notch, Wnt, e la proteina morfogenetica dell'osso (BMP) di segnalazione. 27,28 Questi percorsi di segnalazione aumentare l'espressione dei fattori di trascrizione runt legati fattore di trascrizione 2 (Runx2) e Osterix, che a loro volta aumentano l'espressione di proteine ossee correlate ( . ad esempio, osteocalcina, sclerostina, e fosfatasi alcalina) nel sistema vascolare che mediano la calcificazione 28-30 Noi e altri hanno dimostrato che la calcificazione vascolare osservata in ApoE - / - e LDLR - / - topi nutriti con una dieta ricca di grassi e la spontanea calcificazione vascolare osservato in MGP - / - mice tutti dipendono dalla proteina morfogenetica dell'osso (BMP) SIgnaling, ed è questo percorso che si concentra qui. 11,25,31 BMP sono potenti fattori osteogeniche necessari per la formazione delle ossa e sono noti per esporre una maggiore espressione nell'aterosclerosi umana. 32-34 Studi in vitro hanno implicato segnalazione BMP nella regolazione l'espressione di fattori osteogenici come Runx2. 35-37 sovraespressione del ligando BMP, BMP-2, accelera lo sviluppo di calcificazione vascolare in topi ApoE-carente alimentati con una dieta ad alta percentuale di grassi. 38 Inoltre, l'uso di specifici BMP segnalazione inibitori tali come LDN-193.189 (LDN) 39,40 e / o ALK3-Fc impedisce lo sviluppo di calcificazione vascolare in entrambi LDLR - / - mice nutriti con una dieta ricca di grassi e topi MGP-deficienti 11,25.
Cellule muscolari lisce vascolari (VSMC) hanno un ruolo fondamentale nello sviluppo della calcificazione vascolare. 30,41,42 La calcificazione vascolare mediale che si sviluppa in MGP-carente topo è caratterizzati da una transdifferenziazione di VSMC a un fenotipo osteogenico. Perdita di MGP risultati in diminuita espressione di marcatori VSMC tra cui myocardin e alfa actina muscolo liscio, con un concomitante aumento marcatori osteogeniche quali Runx2 e osteopontina. Questi cambiamenti coincidono con lo sviluppo di calcificazione vascolare. 25,43,44
Calcificazione aortica e l'infiammazione nei topi sono in genere valutate utilizzando tecniche istochimiche come l'attività della fosfatasi alcalina per la calcificazione precoce e l'attività osteogenica, von Kossa e alizarina colorazione rossa per la fine di calcificazione, e protocolli di immunoistochimica che colpiscono marcatori proteici macrofagi (ad es., CD68, F4 / 80, Mac-1, Mac-2, Mac-3). 9,45 Tuttavia, queste tecniche di imaging standard richiede la lavorazione di tessuti aortici in sezioni trasversali, che è lunga e imperfetta tempo a causa di errori di campionamento, e sono limitati nella loro capacità di quantificare l'infiammazione e calcificatione in tutta dell'aorta. Questo protocollo descrive un metodo per visualizzare e quantificare tutta la calcificazione delle arterie aortica e medie imprese e l'accumulo di macrofagi utilizzando fluorescenza nel vicino infrarosso (NIR) imaging molecolare ex vivo. È inoltre disponibile un metodo per la raccolta e la coltura VSMC aortici primari da topi e indurre il calcificazione dei murina e VSMC umani in vitro al fine di determinare i meccanismi molecolari alla base calcificazione vascolare. Queste tecniche prevedono l'investigatore sia in vivo e metodi in vitro per lo studio della malattia atherocalcific.