Atherosclerosis is a pathologic process occurring within the artery, in which many cell types, including T cell, macrophages, endothelial cells, and smooth muscle cells, interact, and cause chronic inflammation, in response to various inner- or outer-cellular stimuli. Atherosclerosis is characterized by a complex interaction of inflammation, lipid deposition, vascular smooth muscle cell proliferation, endothelial dysfunction, and extracellular matrix remodeling, which will result in the formation of an intimal plaque. Although the regulation and function of vascular smooth muscle cells are important in the progression of atherosclerosis, the roles of smooth muscle cells in regulating vascular inflammation are rarely focused upon, compared to those of endothelial cells or inflammatory cells. Therefore, in this review, we will discuss here how smooth muscle cells contribute or regulate the inflammatory reaction in the progression of atherosclerosis, especially in the context of the activation of various membrane receptors, and how they may regulate vascular inflammation.
Apoptosis of vascular smooth muscle cell is observed in the vascular diseases such as atherosclerosis and restenosis. The death of vascular smooth muscle cells can be induced by cytokines and activation of Fas-pathways. It is widely accepted that apoptosis occurs without inflammation. There are, however, reports that apoptosis is not silent. Vascular smooth muscle cells dying by Fas-pathway secreted inflammatory cytokines including monocyte chemoattractant protein-1. This study have investigated whether apoptosis is associated with potent inflammatory cytokine tumor tumor necrosis factor (TNF)-${\alpha}$. The cells which undergo apoptosis by expressing FADD in the absence of tetracycline expressed and secreted TNF-${\alpha}$. When the level of TNF-${\alpha}$ transcript was investigated, dying smooth muscle cells exhibited transcriptional activation of TNF-${\alpha}$. The data indicate that dying vascular smooth muscle cells contribute to inflammation by expressing inflammatory cytokines. The present study suggests that apoptosis could not be silent in certain pathological situations.
Kim, Yeon;Park, Joo-Yeon;Park, Hyun-Joo;Kim, Mi-Kyoung;Kim, Yong-Il;Bae, Soo-Kyung;Kim, Hyung Joon;Bae, Moon-Kyoung
International Journal of Oral Biology
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v.44
no.1
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pp.20-26
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2019
Periodontal diseases have been associated with the development of cardiovascular diseases. Accumulating evidences have indicated that Porphyromonas gingivalis, a major periodontopathic pathogen, plays a critical role in the pathogenesis of atherosclerosis. In the present study, we demonstrated that P. gingivalis lipopolysaccharide (LPS) increases the mRNA and protein expression of matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) in rat vascular smooth muscle cells. We showed that the MMP-9 expression induced by P. gingivalis LPS is mediated by the activation of signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) in vascular smooth muscle cells. Furthermore, the inhibition of STAT3 activity reduced P. gingivalis LPS-induced migration of vascular smooth muscle cells. Overall, our findings indicate that P. gingivalis LPS stimulates the migration of vascular smooth muscle cells via STAT3-mediated MMP-9 expression.
Vascular calcification is common in cardiovascular diseases including atherosclerosis, and is associated with an increased risk of pathological events and mortality. Some semaphorin family members play an important role in atherosclerosis. In the present study, we show that Semaphorin 4D/Sema4D and its Plexin-B1 receptor were significantly upregulated in calcified aorta of a rat chronic kidney disease model. Significantly higher Sema4D and Plexin-B1 expression was also observed during inorganic phosphate-induced calcification of vascular smooth muscle cells. Knockdown of Sema4D or Plexin-B1 genes attenuated both the phosphate-induced osteogenic phenotype of vascular smooth muscle cells, through regulation of SMAD1/5 signaling, as well as apoptosis of vascular smooth muscle cells, through modulation of the Gas6/Axl/Akt survival pathway. Taken together, our results offer new insights on the role of Sema4D and Plexin-B1 as potential therapeutic targets against vascular calcification.
Treatments of vascular disease via modulating the expression of specific proteins by gene transfer have been attempted in various studies over the past few years. Among several methods to deliver genes, adenovirus currently has been used because of a number of positive aspects. In this study, we test adenoviral vector as a potential mediator in the treatment of vascular disease by using freshly isolated vascular tissues not cultured vascular cells. Freshly isolated vascular tissues were directly exposed to adenoviral vector pAd5CMVmcsIRESeGFPpA to check the possibility of GFP expression in different layer of vascular tissues. We found that the GFP expression by using adenoviral vector experiments is mainly focused on the adventitia and failed to detect GFP expression at endothelial layer or vascular smooth muscle layer in vascular tissues. However, we also found that several integrin receptors are robustly expressed in vascular smooth muscle, thus the limited expression of protein in vascular smooth muscle are not likely the lack of integrin receptors. In conclusion, adenovirus could not be a good tool for a specific protein expression in vascular smooth muscle cell. Thus, the application of adenovirus as a tool for gene therapy of vascular smooth muscle cells in clinical therapeutic trial need to be optimized further.
Kim, Yeon;Kim, So-Jeong;Kim, Mi-Kyoung;Park, Hyun-Joo;Kim, Hyung Joon;Bae, Soo-Kyung;Bae, Moon-Kyoung
International Journal of Oral Biology
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v.41
no.4
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pp.217-223
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2016
Porphyromonas gingivalis, a foremost periodontal pathogen, has been known to cause periodontal diseases. Epidemiologic evidences have indicated the involvement of P. gingivalis in the development of cardiovascular diseases. In this study, we show that the P. gingivalis lipopolysaccharide increases the mRNA expression and protein secretion of interleukin-6 in vascular smooth muscle cells. We demonstrate that P. gingivalis LPS activates the extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2), p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK), and Akt, which mediate the IL-6 expression in vascular smooth muscle cells. Also, P. gingivalis LPS stimulates the vascular smooth muscle cell migration, which is a critical step for the progression of atherosclerosis. Moreover, neutralization of the IL-6 function inhibits the migration of vascular smooth muscle cells induced by P. gingivalis LPS. Taken together, these results indicate that P. gingivalis LPS promotes the expression of IL-6, which in turn increases the migration of vascular smooth muscle cells.
Kim, Eun-Ji;Kim, Dong-Kwan;Kim, Shin-Hye;Lee, Kyung-Moo;Park, Hyung-Seo;Kim, Se-Hoon
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.15
no.6
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pp.431-436
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2011
Vascular smooth muscle cells can obtain a proliferative function in environments such as atherosclerosis in vivo or primary culture in vitro. Proliferation of vascular smooth muscle cells is accompanied by changes in ryanodine receptors (RyRs). In several studies, the cytosolic $Ca^{2+}$ response to caffeine is decreased during smooth muscle cell culture. Although caffeine is commonly used to investigate RyR function because it is difficult to measure $Ca^{2+}$ release from the sarcoplasmic reticulum (SR) directly, caffeine has additional off-target effects, including blocking inositol trisphosphate receptors and store-operated $Ca^{2+}$ entry. Using freshly dissociated rat aortic smooth muscle cells (RASMCs) and cultured RASMCs, we sought to provide direct evidence for the operation of RyRs through the $Ca^{2+}$- induced $Ca^{2+}$ -release pathway by directly measuring $Ca^{2+}$ release from SR in permeabilized cells. An additional goal was to elucidate alterations of RyRs that occurred during culture. Perfusion of permeabilized, freshly dissociated RASMCs with $Ca^{2+}$ stimulated $Ca^{2+}$ release from the SR. Caffeine and ryanodine also induced $Ca^{2+}$ release from the SR in dissociated RASMCs. In contrast, ryanodine, caffeine and $Ca^{2+}$ failed to trigger $Ca^{2+}$ release in cultured RASMCs. These results are consistent with results obtained by immunocytochemistry, which showed that RyRs were expressed in dissociated RASMCs, but not in cultured RASMCs. This study is the first to demonstrate $Ca^{2+}$ release from the SR by cytosolic $Ca^{2+}$ elevation in vascular smooth muscle cells, and also supports previous studies on the alterations of RyRs in vascular smooth muscle cells associated with culture.
Nho, Un Seok;Kim, Yeo Hyang;Hyun, Myung Chul;Lee, Sang Bum
Clinical and Experimental Pediatrics
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v.46
no.2
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pp.167-172
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2003
Purpose : Pulmonary vascular hypertension is a common problem in congenital heart disease, the most common cardiac condition in childhood. However, the mechanisms responsible for this pathologic change, treatment, and prevention are poorly understood. Therefore, we studied the gene expression of vascular endothelial growth factor(VEGF) by using a hypoxic model of the pulmonary artery smooth muscle cells. Methods : The main pulmonary artery and its proximal branches of a 6 wk old Fischer rat were excised. They were cut into multiple small pieces and suspended in DMEM medium supplemented with 20% fetal bovine serum and incubated in 5% $CO_2$-95% air atmosphere. The smooth muscle cells were confirmed by immunostaining with smooth muscle myosin and ${\alpha}$-smooth muscle actin antibodies. The VEGF gene expression in the hypoxic group was compared with the one in control the group as well as the one in the starved group by RT-PCR and Northern blot hybridization. Results : There was no statistically significant difference among the control, hypoxic and starved groups. Conclusion : There are few studies of pulmonary vascular hypertension at the molecular level in Korea. Therefore, we studied the expression of VEGF gene in hypoxic pulmonary vascular smooth muscle cells. Further studies will be needed to find the difference between newly born and adult rats, or human and rat pulmonary vascular smooth muscle cells in gene expression. We hope that the study will lead to a better understanding of pulmonary vascular hypertension.
Kim, Yong-Bae;Lee, Young-Ho;Kang, Bok-Soon;Kang, Doo-Hee
The Korean Journal of Physiology
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v.24
no.1
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pp.77-90
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1990
There have been conflicting reports concerning the effect of Panax ginseng on the contractility of vascular smooth muscle, i.e., Panax ginseng extract has been reported to cause relaxation, contraction or to have no effect on the tension of vascular smooth muscle. A further investigation of $Ca^{++}$ stores which supply $Ca^{++}$ for contraction of vascular smooth muscle is needed to understand the underlying mechanisms of this conflicting effect of ginseng alcohol extract (GAE). The present study was intended to examine the sources of calcium mobilized for contraction of vascular smooth muscle by GAE. Aortic ring preparations were made from the rabbit thoracic aorta and endothelial cells were removed from the ring. The contractility of the aortic ring was measured under various experimental conditions and $Ca^{++}$ flux across the membrane of aortic ring and the sarcoplasmic reticulum and mitochondria were measured with a calcium selective electrode. The result were summarized as follows; 1) At low concentration of extracellular $Ca^{++}$, GAE increased the contractility of vascular smooth muscle in dose-dependent fashion except high concentration $Ca^{++}$ (1 mM). 2) In the presence of ryanodine, GAE still increased contractility of vascular smooth muscle as much as control group, but in the presence of caffeine, GAE increased it significantly. i.e. Their effects seemed to be additive. 3) In the presence of verapamil+lanthanum, and verapamil+lanthanum+ryanodine, the contractility of the vascular smooth muscle was decreased, but a dose dependent increase in vascular tension was still demonstrated by GAE although total tension was low. 4) GAE increased $Ca^{++}$ efflux from vascular smooth muscle cells, but have no effect on $Ca^{++}$ influx. 5) GAE increased $Ca^{++}$ efflux from sarcoplasmic reticulum and mitochondria vesicles. From the above results, it may be concluded that GAE increased the release of $Ca^{++}$ from sarcoplasmic reticulum, mitochondria or other intracellular $Ca^{++}$ stores of vascular smooth muscle, but it does not increase $Ca^{++}$ influx across the plasma membrane.
Purpose: Zinc, a biomineral present within and outside cells, manages various cellular mechanisms. In this study, we examined whether zinc was involved in vascular smooth muscle cell (VSMC) calcification via regulation of calcification inhibitor protein, osteopontin (OPN). Methods: Rat aorta cell line (A7r5 cells) and primary vascular smooth muscle cells (pVSMCs) from rat aorta were cultured with phosphate (1-5 mM) and zinc ($0-15{\mu}M$) as appropriate, along with osteoblasts (MC3T3-E1) as control. The cells were then stained for Ca and P deposition for calcification examination as well as osteopontin expression as calcification inhibitor protein was measured. Results: Both Ca and phosphate deposition increased as the addition of phosphate increased. In the same manner, the expression of osteopontin was upregulated as the addition of phosphate increased in both cell types. When zinc was added, Ca and P deposition decreased in VSMCs, while it increased in osteoblasts. Conclusion: The results imply that zinc may prevent VSMC calcification by stimulating calcification inhibitor protein OPN synthesis in VSMCs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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