Η πνευμονική αρτηριακή υπέρταση, πρωτοπαθής ή δευτεροπαθής σε προϋπάρχουσα
διαταραχή, είναι μια σπάνια νόσος που χαρακτηρίζεται από αγγειοσυστολή, πάχυνση του
αγγειακού τοιχώματος, με τελικό αποτέλεσμα υπερτροφία και ανεπάρκεια της δεξιάς κοιλίας.
Παρά την σημαντική πρόοδο σε αυτό το ερευνητικό πεδίο, οι μηχανισμοί που οδηγούν στην
ανάπτυξη της νόσου παραμένουν ασαφείς.
Η φλεγμονή του πνευμονικού παρεγχύματος όλο και περισσότερο και εμπλέκεται στην
ανάπτυξη πνευμονικής υπερτάσεως. Η ιστική υποξία, ένα ευρέως γνωστό ερέθισμα που
προκαλεί πνευμονική υπέρταση, αναφέρθηκε πρόσφατα να προάγει μια φλεγμονώδη
ανοσοαπάντηση στον πνεύμονα που προηγείται χρονικά της ανάπτυξης της υπερτάσεως και
ότι ιστοειδική συστασιακή έκφραση της οξυγενάσης της αίμης (heme oxygenase-1, HO-1)
μπορεί να καταστείλει τόσο την φλεγμονώδη απάντηση αλλά και μετέπειτα ανάπτυξη της
νόσου. Στην παρούσα μελέτη, χρησιμοποιήσαμε ένα διαγονιδιακό μοντέλο ποντικού που
δημιουργήθηκε από την διασταύρωση ποντικών, που εκφράζουν τον ενεργοποιητή της
μεταγραφής της τετρακυκλίνης υπό τον έλεγχο του υποκινητή των επιθηλιακών κυττάρων
Clara cells του πνεύμονα με ποντικούς που φέρουν το ανθρώπινο διαγονίδιο της HO-1 υπό την
έκφραση του υποκινητή του βακτηριακού οπερονίου της τετρακυκλίνης (ΤRE), και έτσι
υπερεκφράζει HO-1 με επαγόμενο ιστοειδικό τρόπο (tetΟΝ σύστημα). Ελέγχοντας έτσι την
δράση της ΗΟ-1 και κατ’ επέκταση της πνευμονικής φλεγμονής, στόχος μας ήταν να
διασαφηνίσουμε την φύση της φλεγμονώδους ανοσοαπάντησης στην υποξία και τον ρόλο της
στην ανάπτυξη της πνευμονικής υπέρτασης.
Η έκθεση των ποντικών στην υποξία σύντομα οδήγησε στην συγκέντρωση
μονοκυττάρων/μακροφάγων [F4/80, CD11c (+)] και παραγωγή κυτοκινών/ κυτταροκινών (IL-
1b, MIP-1a, IP-10, IL-2, IL-2, IL-4, IL-13, και FGFb) στο βρογχοκυψελιδικό έκπλυμα. Η
υπερέκφραση της ΗΟ-1, υποθέτουμε κυρίως μέσω του προϊόντος της, μονοξειδίου του
άνθρακα (CO), κατέστειλε την συγκέντρωση των μονοκυττάρων/μακροφάγων και την
παραγωγή κυτοκινών/ κυτταροκινών. Τα κυψελιδικά μακροφάγα των υποξικών ποντικών
εκδήλωσαν in vivo φαινότυπο ενεργοποίησης τυπικό της εναλλακτικής οδού, με έκφραση των
δεικτών Fizz1, υποδοχέα της μαννόζης (CD206), Ym1, galectin-3 και arginase-1 ενώ απέτυχαν
The role of alternatively activated macrophages in pulmonary hypertension
να εκφράσουν δείκτες κλασσικής ενεργοποίησης όπως την επαγόμενη συνθάση του νιτρικού
οξειδίου (iNOS), παράγοντα νέκρωσης των όγκων (TNF-a) και ιντερλευκίνη-12 (IL-12p40).
Υπερέκφραση της ΗΟ-1 είχε αποτέλεσμα την καταστολή των δεικτών εναλλακτικής
ενεργοποίησης. Επιπλέον, τα επίπεδα mRNA δύο προσφάτως αναγνωρισμένων επαγωγέων
της εναλλακτικής οδού, της CCL2 (παλαιότερα γνωστή και ως χημειοτακτικός παράγοντας των
μονοκυττάρων, ΜCP-1) και της ιντερλευκίνης-6 (IL-6), αυξήθηκαν στους υποξικούς πνεύμονες,
φαινόμενο που κατεστάλη υπό την έκφραση της ΗΟ-1.
Για να επισημάνουμε το ρόλο της παραπάνω φλεγμονώδους απάντησης στην παθογένεση
της νόσου, διακόψαμε την συνεχή χορήγηση δοξυκυκλίνης στα ζώα. Η απόσυρση της
δοξυκυκλίνης μετά από βραχεία χορήγηση (2 ημερών), είχε ως αποτέλεσμα την επανεμφάνιση
αυξημένου αριθμού μονοκυττάρων/μακροφάγων και ενεργοποίηση της εναλλακτικής οδού, 7
ημέρες μετά τα οποία επακολούθησε πνευμονική υπέρταση. Όμως, παρατεταμένη χορήγηση
(7 ημερών) δοξυκυκλίνης κατέστει επαρκής να αναστείλει τόσο την συγκέντρωση
μονοκυττάρων/μακροφάγων και την εναλλακτική ενεργοποίηση των όσο και την μετέπειτα
εμφάνιση πνευμονικής υπέρτασης.
Τα ευρήματα αυτά υποδεικνύουν ότι η προσέλκυση μακροφάγων στους πνεύμονες υπό
συνθήκες υποξίας και η ενεργοποίηση τους προς την εναλλακτική οδό διαδραματίζει
σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη της πνευμονικής υπέρτασης. Η ΗΟ-1 δρα προστατευτικά, όχι
μόνο μέσω της αγγειοδιασταλτικής και αντιμιτωτικής της δράσης αλλά και μέσω των
αντιφλεγμονώδων ιδιοτήτων της. Η κατανόηση των κυτταρικών και μοριακών μονοπατιών που
οδηγούν στην νόσο θα βοηθήσει στον σχεδιασμό στοχευμένων θεραπειών που πιθανά να
βελτιώσουν την πρόγνωση που παραμένει πενιχρή.
(EL)
Pulmonary arterial hypertension (PAH), primary or secondary to coexisting condition, is a
devastating disease, characterized by vasoconstriction, vascular wall remodeling, with resultant
right ventricular hypertrophy and failure. Despite significant progress in this field, the
mechanisms underlying the development of PAH are still obscure.
Lung inflammation has been increasingly implicated in the development of pulmonary
hypertension. Tissue hypoxia, a well-known stimulus for pulmonary hypertension, has been
reported by our group to induce an inflammatory response that precedes the development of
hypoxia-induced pulmonary hypertension. Also, lung-specific constitutive expression of the
cytoprotective enzyme heme oxygenase-1 (HO-1) can suppress both the lung inflammation and
the later development of hypertension. In the present study, we utilized a bitransgenic mouse
model, that was generated by crossing of mice that express the reverse tetracycline
transactivator (rtTA) under the control of Clara cell secretory protein promoter (CC10) with
mice that harbor the human HO-1 transgene under the control of the bacterial tetracycline
response element (TRE) and expressed HO-1 in a lung-specific, inducible way (tetOn system).
By turning on and off HO-1 activity and modulating lung inflammatory response, our goal was
to shed light on the nature of this hypoxia-induced inflammatory response and its role in the
later development of the disease.
Soon after hypoxic exposure, and in the absence of doxycycline (dox), we demonstrated
significant monocyte/macrophage accumulation (F4/80, CD11c positive cells) and
cytokine/chemokine production (FGFb, IL-1b, MIP-1a, IP-10, IL-13, IL-4, IL-17 and IL-2) in the
bronchoalveolar lavage (BAL). HO-1 overexpression, in the presence of dox, suppressed the
accumulation of cells in the BAL and the cytokine/chemokine elevation, presumably through its
end product carbon monoxide (CO). Hypoxic alveolar macrophages manifested an in vivo
phenotype consistent with alternative activation, characterized by the expression of found in
inflammatory zone (Fizz-1), mannose receptor C type 1 lectin (CD206), chitinase 3 like 3 (CHI3L3
or Ym1), arginase-1 and galectin-3 (Lgals3) while they failed to express markers of classical
activation such as inducible nitric oxide synthase (iNOS), tumor necrosis factor-alpha (TNF-a)
and interleukin 12 (IL-12p40). Mice with upregulated HO-1 levels did not exhibited elevated
The role of alternatively activated macrophages in pulmonary hypertension
alternative activation markers. Moreover, mRNA levels of two recently recognized inducers of
alternative macrophage polarization, CCL2 (previously known as monocyte chemoattractant
protein -1, MCP-1) and interleukin-6 (IL-6), were upregulated in the hypoxic lungs, an effect
abrogated by the expression of HO-1.
In order to pinpoint the role of the above inflammatory response in the development of
disease, we treated the mice with dox transiently. Upon removal of dox after short term
administration (2 days), prominent macrophage accumulation and activation ensued and this
was accompanied by pulmonary hypertension one to two weeks later. However, one week
treatment with dox was adequate to inhibit the accumulation and activation of macrophages
and prevented the later development of PAH.
These findings suggest that macrophage recruitment and alternative activation plays a
pivotal role in the development of hypoxic pulmonary hypertension. HO-1 confers
cytoprotective effects in the lung vasculature not only via its vasodilating and antiproliferative
properties but also via its anti-inflammatory effects. Understanding of the cellular and
molecular pathways that contribute to the progression of pulmonary hypertension will lead to
the development of targeted therapies and may raise the hope for the improvement of the
prognosis that, in spite of significant recent success, remains too dismal.
(EN)
