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.
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.
Purpose: The vascular smooth muscle cells (VSMCs) in mature animals have implicated to play a major role in the progression of cardiovascular diseases such as atherosclerosis. This study aimed at optimizing the protocol in culturing primary VSMCs (pVSMCs) from rat thoracic aorta and investigating the effect of cellular zinc (Zn) deficiency on cell proliferation of the isolated pVSMCs. Methods: The thoracic aorta from 7-month-old Sprague Dawley rats was isolated, minced and digested by the enzymatic process of collagenase I and elastase, and then inoculated with the culture Dulbecco Modified Eagle Medium (DMEM) at 37℃ in an incubator. The primary cell culture morphology was observed using phase-contrast microscopy and cellular Zn was depleted using Chelex-100 resin (extracellular zinc depletion only) or 3 µM N,N,N',N'-tetrakis(2-pyridinylmethyl)-1,2-ethanediamine (TPEN) (extracellular and intracellular zinc depletion). Western blot analysis was used for the detection of SM22α and calponin as smooth muscle cell marker proteins and von Willebrand factor as endothelial cell marker protein to detect the culture purity. Cell proliferation by Zn depletion (1 day) was measured by MTT assay. Results: A primary culture protocol for pVSMCs from rat thoracic aorta was developed and optimized. Isolated cultures exhibited hill and valley morphology as the major characteristics of pVSMCs and expressed the smooth muscle cell protein markers, SM22α and calponin, while the endothelial marker von Willebrand factor was hardly detected. Zn deprivation for 1 day culture decreased rat primary vascular smooth muscle cell proliferation and this pattern was more prominent under severe Zn depletion (3 µM TPEN), while less prominent under mild Zn depletion (Chelexing). Conclusion: Our results suggest that cellular Zn deprivation decreased pVSMC proliferation and this may be involved in phenotypic modulation of pVSMC in the aorta.
Pyrrolidinedithiocarbamate (PDTC) and N-Acetylcysteine (NAC) are metal and nonmetal-chelating antioxidant which can induce rat and human smooth muscle cell death. When the smooth muscle cells from mouse aorta (MASMC) that we successfully cultured recently was exposed to PDTC and NAC in a normal serum state, the cells were induced to death by these compounds. However, PDTC did not induce the cell death in a serum depleted medium. This data suggests that certain factors in the serum may mediate the cytotoxic effect of PDTC. The metal chelator, Ca-EDTA blocked PDTC-induced cell death, but Cu-, Fe-, and Zn-EDTA did not block the PDTC-induced cell death. This data indicated that copper, iron, and zinc in the serum may lead to the cytotoxic effect of PDTC. Investigation of the intracellular zinc level in PDTC-induced smooth muscle cell death using the zinc probe dye N-(6-methoxy-8-quinolyl)-p-toluenesulfonamide shows that only the muscle-containing layers of the arteries have higher level of zinc. As expected, PDTC increased the intracellular fluorescence level of the zinc. In agreement with these results, the addition of an exogenous metal, zinc, induced the vascular aortic smooth muscle cell death which led to an increased intracellular zinc level. We concluded that PDTC induced mouse aortic smooth muscle cell death required not only zinc level but also intracellular copper and iron level. The mechanism of this antioxidant to induce vascular smooth muscle cell death may provide a new strategy to prevent their proliferation in arteriosclerotic lesions.
The platelet-derived growth factor (PDGF) signaling pathway is essential for inducing a dedifferentiated state of vascular smooth muscle cells (VSMCs). Activation of PDGF inhibits smooth muscle cell (SMC)-specific gene expression and increases the rate of proliferation and migration, leading to dedifferentiation of VSMCs. Recently, microRNAs have been shown to play a critical role in the modulation of the VSMC phenotype in response to extracellular signals. However, little is known about microRNAs regulated by PDGF in VSMCs. Herein, we identify microRNA- 15b (miR-15b) as a mediator of VSMC phenotype regulation upon PDGF signaling. We demonstrate that miR-15b is induced by PDGF in pulmonary artery smooth muscle cells and is critical for PDGF-mediated repression of SMC-specific genes. In addition, we show that miR-15b promotes cell proliferation. These results indicate that PDGF signaling regulates SMC-specific gene expression and cell proliferation by modulating the expression of miR-15b to induce a dedifferentiated state in the VSMCs.
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.
The calcification of vascular smooth muscle cells (VSMCs) is considered one of the major contributors for vascular disease. Phosphate is known as the inducer for VSMC calcification. In this study, we assessed whether phosphate affected cell viability and fetuin-A, a calcification inhibitor protein, both which are related to VSMC calcification. Also, VSMC viability by zinc level was assessed. The results showed that phosphate increased Ca and P deposition in VSMCs (A7r5 cell line, rat aorta origin). This phosphate-induced Ca and P deposition was consistent with the decreased A7r5 cell viability (P<0.05), which implies phosphate-induced calcification in A7r5 cells might be due to the decreased VSMC cell viability. As phosphate increased, the protein expression of fetuin-A protein was up-regulated. A7r5 cell viability decreased as the addition of cellular zinc level was decreased (P<0.05). The results suggested that zinc deficiency causes the decreased cell viability and it would be the future study to clarify how zinc does act for VSMC cell viability. The results suggest that the decreased VSMC viability by high P or low Zn in VSMCs may be the risk factor for vascular disease.
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.
Berberine, a type of isoquinoline alkaloid isolated from Chinese medicinal herbs, has been reported to have various pharmacological activities. Studies have demonstrated that berberine has beneficial effects on vascular remodeling and alleviates restenosis after vascular injury. However, its mechanism of action on vascular smooth muscle cell migration is not fully understood. We therefore investigated the effect of berberine on human aortic smooth muscle cell (HASMC) migration. Boyden chamber assay was performed to show that berberine inhibited HASMC migration dose-dependently. Real-time PCR and Western blotting analyses showed that levels of matrix metalloproteinase (MMP)-2, MMP-9, and urokinase-type plasminogen activator (u-PA) were reduced by berberine at both the mRNA and protein levels. Western blotting assay further confirmed that activities of c-Fos, c-Jun, and NF-${\kappa}B$ were significantly attenuated. These results suggest that berberine effectively inhibited HASMC migration, possibly by down-regulating MMP-2, MMP-9, and u-PA; and interrupting AP-1 and NF-${\kappa}B$ mediated signaling pathways.
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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