Choi, Jeong Kyu;Moon, Ki Myung;Jung, Seok Yun;Kim, Ji Yong;Choi, Sung Hyun;Kim, Da Yeon;Kang, Songhwa;Chu, Chong Woo;Kwon, Sang Mo
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제18권2호
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pp.163-168
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2014
Endothelial progenitor cells (EPCs) are known to play an important role in the repair of damaged blood vessels. We used an endothelial progenitor cell colony-forming assay (EPC-CFA) to determine whether EPC numbers could be increased in healthy individuals through regular exercise training. The number of functional EPCs obtained from human peripheral blood-derived AC133 stem cells was measured after a 28-day regular exercise training program. The number of total endothelial progenitor cell colony-forming units (EPC-CFU) was significantly increased compared to that in the control group (p=0.02, n=5). In addition, we observed a significant decrease in homocysteine levels followed by an increase in the number of EPC-CFUs (p=0.04, n=5), indicating that the 28-day regular exercise training could increase the number of EPC colonies and decrease homocysteine levels. Moreover, an inverse correlation was observed between small-endothelial progenitor cell colony-forming units (small-EPC-CFUs) and plasma homocysteine levels in healthy men (r=-0.8125, p=0.047). We found that regular exercise training could increase the number of EPC-CFUs and decrease homocysteine levels, thus decreasing the cardiovascular disease risk in men.
허혈성 심혈관질환은 전 세계적으로 치사율이 높은 질병 중 하나이다. 이를 치료하기 위해 수술적 방법이 시행되고 있으나, 손상된 심근조직 회복의 어려움과 수술 후 부작용의 한계가 남아있다. 이러한 한계점을 극복하기 위해, 최근 줄기세포를 기반으로 한 심혈관질환의 세포치료제가 각광받고 있는데 그 중에서도 특히 혈관내피전구세포(EPC)는 높은 증식능과 분화능을 기반으로 손상된 혈관을 재생하고, 주변 조직의 재생을 돕는다는 장점이 있다. 또, EPC는 임상적으로 안전하며, 환자의 심근 기능을 회복시켜주기에 잠재적인 심혈관질환 치료제로서의 가능성이 대두되었다. 하지만, 환자 유래 EPC를 이용한 치료법은, 고령, 흡연 여부, 기저질환 등의 이유로 환자의 EPC 기능이 저하되어 있어, 그 치료 효능을 기대하기 어렵다. 따라서, 최근에는 세포 프라이밍 기법, 오가노이드 배양법과 같이 EPC의 생리학적 활성도를 올리는 체외 배양법의 개발과 3D 바이오프린팅 기법을 이용한 EPC의 이식 효율을 높여 치료 효능을 개선시킬 수 있는 새로운 접근법이 연구되고 있다. 본 연구에서는 EPC의 특징과 세포치료제로서의 임상적용 가능성에 대해 살펴보고자 한다.
Inhibiting the bioactivities of circulating endothelial progenitor cells (EPCs) results in significant inhibition of neovessel formation during tumor angiogenesis. To investigate the potential effect of phloroglucinol as an EPC inhibitor, we performed several in vitro functional assays using $CD34^+$ cells isolated from human umbilical cord blood (HUCB). Although a high treatment dose of phloroglucinol did not show any cell toxicity, it specifically induced the cell death of EPCs under serum free conditions through apoptosis. In the EPC colony-forming assay (EPC-CFA), we observed a significant decreased in the small EPC-CFUs for the phloroglucinol group, implying that phloroglucinol inhibited the early stage of EPC commitment. In addition, in the in vitro expansion assay using $CD34^+$ cells, treatment with phloroglucinol was shown to inhibit endothelial lineage commitment, as demonstrated by the decrease in endothelial surface markers of EPCs including $CD34^+$, $CD34^+/CD133^+$, $CD34^+/CD31^+$ and $CD34^+/CXCR4^+$. This is the first report to demonstrate that phloroglucinol can inhibit the functional bioactivities of EPCs, indicating that phloroglucinol may be used as an EPC inhibitor in the development of biosafe anti-tumor drugs that target tumor angiogenesis.
Endothelial cells are a vital constituent of most mammalian organs and are required to maintain the integrity of these tissues. These cells also play a major role in angiogenesis, inflammatory reactions, and in the regulation of thrombosis. Angiogenesis facilitates pulp formation and produces the vessels which are essential for the maintenance of tooth homeostasis. These vessels can also be used in bone and tissue regeneration, and in surgical procedures to place implants or to remove cancerous tissue. Furthermore, endothelial cell regeneration is the most critical component of the tooth generation process. The aim of the present study was to stimulate endothelial regeneration at a site of acute cyclophosphamide (CP)-induced endothelial injury by treatment with human umbilical cord-derived endothelial/mesenchymal stem cells (hEPCs). We randomly assigned 16 to 20-week-old female NOD/SCID mice into three separate groups, a hEPC ($1{\times}10^5$ cells) transplanted, 300mg/kg CP treated and saline (control) group. The mice were sacrificed on days 5 and 10 and blood was collected via the abdominal aorta for analysis. The alanine transaminase (ALT), aspartate aminotransferase (AST), serum alkaline phosphatase (s-ALP), and albumin (ALB) levels were then evaluated. Tissue sections from the livers and kidneys were stained with hematoxylin and eosin (HE) for microscopic analysis and were subjected to immunohistochemistry to evaluate any changes in the endothelial layer. CP treatment caused a weight reduction after one day. The kidney/body weight ratio increased in the hEPC treated animals compared with the CP only group at 10 days. Moreover, hEPC treatment resulted in reduced s-ALP, AST, ALT levels compared with the CP only group at 10 days. The CP only animals further showed endothelial injuries at five days which were recovered by hEPC treatment at 10 days. The number of CD31-positive cells was increased by hEPC treatment at both 5 and 10 days. In conclusion, the CP-induced disruption of endothelial cells is recovered by hEPC treatment, indicating that hEPC transplantation has potential benefits in the treatment of endothelial damage.
Endothelial progenitor cells (EPC) are a population of cells that circulate in the blood stream. They play a role in angiogenesis and, therefore, can be prognostic markers of vascular repair. Ginsenoside $Rg_3$ prevents endothelial cell apoptosis through the inhibition of the mitochondrial caspase pathway. It also affects estrogen activity, which reduces EPC senescence. Sun ginseng (SG), which is heat-processed ginseng, has a high content of ginsenosides. The purpose of this study was to investigate the protective effects of SG on senescence-associated apoptosis in EPCs. In order to isolate EPCs, mononuclear cells of human blood buffy coats were cultured and characterized by their uptake of acetylated low-density lipoprotein (acLDL) and their binding of Ulex europaeus agglutinin I (ulex-lectin). Flow cytometry with annexin-V staining was performed in order to assess early and late apoptosis. Senescence was determined by ${\beta}$-galactosidase (${\beta}$-gal) staining. Staining with 4'-6-Diamidino-2-phenylindole verified that most adherent cells (93${\pm}$2.7%) were acLDL-positive and ulex-lectin-positive. The percentage of ${\beta}$-gal-positive EPCs was decreased from 93.8${\pm}$2.0% to 62.5${\pm}$3.6% by SG treatment. A fluorescence-activated cell sorter (FACS) analysis showed that 4.9% of EPCs were late apoptotic in controls. Sun ginseng decreased the apoptotic cell population by 39% in the late stage of apoptosis from control baseline levels. In conclusion, these results show antisenescent and antiapoptotic effects of SG in human-derived EPCs, indicating that SG can enhance EPC-mediated repair mechanisms.
Cardiovascular disease (CVD) and its complications are the leading cause of morbidity and mortality in the world. Because of the side effects and incomplete recovery from current therapy, stem cell therapy emerges as a potential therapy for CVD treatment, and endothelial progenitor cell (EPC) is one of the key stem cells used for therapeutic applications. The effect of this therapy required the expansion of EPC function. To enhance the EPC activation, proliferation, and angiogenesis using dronedarone hydrochloride (DH) is the purpose of this study. DH received approval for atrial fibrillation treatment and its cardiovascular protective effects were already reported. In this study, DH significantly increased EPC proliferation, tube formation, migration, and maintained EPCs surface marker expression. In addition, DH treatment up-regulated the phosphorylation of AKT and reduced the reactive oxygen species production. In summary, the cell priming by DH considerably improved the functional activity of EPCs, and the use of which might be a novel strategy for CVD treatment.
Kim, Yeon-Ju;Ji, Seung Taek;Kim, Da Yeon;Jung, Seok Yun;Kang, Songhwa;Park, Ji Hye;Jang, Woong Bi;Yun, Jisoo;Ha, Jongseong;Lee, Dong Hyung;Kwon, Sang-Mo
Molecules and Cells
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제41권6호
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pp.582-590
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2018
Endothelial progenitor cells (EPCs) and outgrowth endothelial cells (OECs) play a pivotal role in vascular regeneration in ischemic tissues; however, their therapeutic application in clinical settings is limited due to the low quality and quantity of patient-derived circulating EPCs. To solve this problem, we evaluated whether three priming small molecules (tauroursodeoxycholic acid, fucoidan, and oleuropein) could enhance the angiogenic potential of EPCs. Such enhancement would promote the cellular bioactivities and help to develop functionally improved EPC therapeutics for ischemic diseases by accelerating the priming effect of the defined physiological molecules. We found that preconditioning of each of the three small molecules significantly induced the differentiation potential of $CD34^+$ stem cells into EPC lineage cells. Notably, long-term priming of OECs with the three chemical cocktail (OEC-3C) increased the proliferation potential of EPCs via ERK activation. The migration, invasion, and tube-forming capacities were also significantly enhanced in OEC-3Cs compared with unprimed OECs. Further, the cell survival ratio was dramatically increased in OEC-3Cs against $H_2O_2$-induced oxidative stress via the augmented expression of Bcl-2, a pro-survival protein. In conclusion, we identified three small molecules for enhancing the bioactivities of ex vivo-expanded OECs for vascular repair. Long-term 3C priming might be a promising methodology for EPC-based therapy against ischemic diseases.
Endothelial progenitor cells (EPCs) are bone marrow (BM)-derived progenitor cells that can differentiate into mature endothelial cells, contributing to vasculogenesis in the blood vessel formation process. Runt-related transcription factor 3 (RUNX3) belongs to the Runt domain family and is required for the differentiation of specific immune cells and neurons. The tumor suppressive role of RUNX3, via the induction of apoptosis and cell cycle arrest in a variety of cancers, and its deletion or frequent silencing by epigenetic mechanisms have been studied extensively; however, its role in the differentiation of EPCs is yet to be investigated. Therefore, in the present study, adult BM-derived hematopoietic stem cells (HSCs) were isolated from Runx3 heterozygous (Rx3+/-) or wild-type (WT) mice. The differentiation of EPCs from the BM-derived HSCs of Rx3+/- mice was found to be significantly increased compared with those of the WT mice, as determined by the number of small or large colony-forming units. The migration and tube formation abilities of Rx3+/- EPCs were also observed to be significantly increased compared with those of WT EPCs. Furthermore, the number of circulating EPCs, defined as CD34+/vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR2)+ cells, was also significantly increased in Rx3+/- mice. Hypoxia-inducible factor (HIF)-1α was upregulated in Rx3+/- EPCs compared with WT EPCs, even under normoxic conditions. Furthermore, in a hindlimb ischemic mouse models, the recovery of blood flow was observed to be highly stimulated in Rx3+/- mice compared with WT mice. Also, in a Lewis lung carcinoma cell allograft model, the tumor size in Rx3+/- mice was significantly larger than that in WT mice, and the EPC cell population (CD34+/VEGFR2+ cells) recruited to the tumor was greater in the Rx3+/- mice compared with the WT mice. In conclusion, the present study revealed that Runx3 inhibits vasculogenesis via the inhibition of EPC differentiation and functions via the suppression of HIF-1α activity.
Wang, Yan-Wei;Zhang, Ji-Hang;Yu, Yang;Yu, Jie;Huang, Lan
Biomolecules & Therapeutics
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제24권4호
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pp.371-379
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2016
Store-operated calcium entry (SOCE), a major mode of extracellular calcium entry, plays roles in a variety of cell activities. Accumulating evidence indicates that the intracellular calcium ion concentration and calcium signaling are critical for the responses induced by oxidative stress. The present study was designed to investigate the potential effect of SOCE inhibition on $H_2O_2$-induced apoptosis in endothelial progenitor cells (EPCs), which are the predominant cells involved in endothelial repair. The results showed that $H_2O_2$-induced EPC apoptosis was reversed by SOCE inhibition induced either using the SOCE antagonist ML-9 or via silencing of stromal interaction molecule 1 (STIM1), a component of SOCE. Furthermore, SOCE inhibition repressed the increases in intracellular reactive oxygen species (ROS) levels and endoplasmic reticulum (ER) stress and ameliorated the mitochondrial dysfunction caused by $H_2O_2$. Our findings provide evidence that SOCE inhibition exerts a protective effect on EPCs in response to oxidative stress induced by $H_2O_2$ and may serve as a potential therapeutic strategy against vascular endothelial injury.
Kim, Da Yeon;Jung, Seok Yun;Kim, Yeon Ju;Kang, Songhwa;Park, Ji Hye;Ji, Seung Taek;Jang, Woong Bi;Lamichane, Shreekrishna;Lamichane, Babita Dahal;Chae, Young Chan;Lee, Dongjun;Chung, Joo Seop;Kwon, Sang-Mo
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제22권2호
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pp.203-213
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2018
Tumor undergo uncontrolled, excessive proliferation leads to hypoxic microenvironment. To fulfill their demand for nutrient, and oxygen, tumor angiogenesis is required. Endothelial progenitor cells (EPCs) have been known to the main source of angiogenesis because of their potential to differentiation into endothelial cells. Therefore, understanding the mechanism of EPC-mediated angiogenesis in hypoxia is critical for development of cancer therapy. Recently, mitochondrial dynamics has emerged as a critical mechanism for cellular function and differentiation under hypoxic conditions. However, the role of mitochondrial dynamics in hypoxia-induced angiogenesis remains to be elucidated. In this study, we demonstrated that hypoxia-induced mitochondrial fission accelerates EPCs bioactivities. We first investigated the effect of hypoxia on EPC-mediated angiogenesis. Cell migration, invasion, and tube formation was significantly increased under hypoxic conditions; expression of EPC surface markers was unchanged. And mitochondrial fission was induced by hypoxia time-dependent manner. We found that hypoxia-induced mitochondrial fission was triggered by dynamin-related protein Drp1, specifically, phosphorylated DRP1 at Ser637, a suppression marker for mitochondrial fission, was impaired in hypoxia time-dependent manner. To confirm the role of DRP1 in EPC-mediated angiogenesis, we analyzed cell bioactivities using Mdivi-1, a selective DRP1 inhibitor, and DRP1 siRNA. DRP1 silencing or Mdivi-1 treatment dramatically reduced cell migration, invasion, and tube formation in EPCs, but the expression of EPC surface markers was unchanged. In conclusion, we uncovered a novel role of mitochondrial fission in hypoxia-induced angiogenesis. Therefore, we suggest that specific modulation of DRP1-mediated mitochondrial dynamics may be a potential therapeutic strategy in EPC-mediated tumor angiogenesis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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