Regional coronary endothelial function is closely related to local early coronary atherosclerosis in patients with mild coronary artery disease: pilot study.

BACKGROUND: Coronary endothelial function is abnormal in patients with established coronary artery disease and was recently shown by MRI to relate to the severity of luminal stenosis. Recent advances in MRI now allow the noninvasive assessment of both anatomic and functional (endothelial function) changes that previously required invasive studies. We tested the hypothesis that abnormal coronary endothelial function is related to measures of early atherosclerosis such as increased coronary wall thickness. METHODS AND RESULTS: Seventeen arteries in 14 healthy adults and 17 arteries in 14 patients with nonobstructive coronary artery disease were studied. To measure endothelial function, coronary MRI was performed before and during isometric handgrip exercise, an endothelial-dependent stressor, and changes in coronary cross-sectional area and flow were measured. Black blood imaging was performed to quantify coronary wall thickness and indices of arterial remodeling. The mean stress-induced change in cross-sectional area was significantly higher in healthy adults (13.5%±12.8%, mean±SD, n=17) than in those with mildly diseased arteries (-2.2%±6.8%, P<0.0001, n=17). Mean coronary wall thickness was lower in healthy subjects (0.9±0.2 mm) than in patients with coronary artery disease (1.4±0.3 mm, P<0.0001). In contrast to healthy subjects, stress-induced changes in cross-sectional area, a measure of coronary endothelial function, correlated inversely with coronary wall thickness in patients with coronary artery disease (r=-0.73, P=0.0008). CONCLUSIONS: There is an inverse relationship between coronary endothelial function and local coronary wall thickness in patients with coronary artery disease but not in healthy adults. These findings demonstrate that local endothelial-dependent functional changes are related to the extent of early anatomic atherosclerosis in mildly diseased arteries. This combined MRI approach enables the anatomic and functional investigation of early coronary disease.

Endothelial mineralocorticoid receptor activation mediates endothelial dysfunction in diet-induced obesity.

AIMS: Aldosterone plays a crucial role in cardiovascular disease. 'Systemic' inhibition of its mineralocorticoid receptor (MR) decreases atherosclerosis by reducing inflammation and oxidative stress. Obesity, an important cardiovascular risk factor, is an inflammatory disease associated with increased plasma aldosterone levels. We have investigated the role of the 'endothelial' MR in obesity-induced endothelial dysfunction, the earliest stage in atherogenesis. METHODS AND RESULTS: C57BL/6 mice were exposed to a normal chow diet (ND) or a high-fat diet (HFD) alone or in combination with the MR antagonist eplerenone (200 mg/kg/day) for 14 weeks. Diet-induced obesity impaired endothelium-dependent relaxation in response to acetylcholine, whereas eplerenone treatment of obese mice prevented this. Expression analyses in aortic endothelial cells isolated from these mice revealed that eplerenone attenuated expression of pro-oxidative NADPH oxidase (subunits p22phox, p40phox) and increased expression of antioxidative genes (glutathione peroxidase-1, superoxide dismutase-1 and -3) in obesity. Eplerenone did not affect obesity-induced upregulation of cyclooxygenase (COX)-1 or prostacyclin synthase. Endothelial-specific MR deletion prevented endothelial dysfunction in obese (exhibiting high 'endogenous' aldosterone) and in 'exogenous' aldosterone-infused lean mice. Pre-incubation of aortic rings from aldosterone-treated animals with the COX-inhibitor indomethacin restored endothelial function. Exogenous aldosterone administration induced endothelial expression of p22phox in the presence, but not in the absence of the endothelial MR. CONCLUSION: Obesity-induced endothelial dysfunction depends on the 'endothelial' MR and is mediated by an imbalance of oxidative stress-modulating mechanisms. Therefore, MR antagonists may represent an attractive therapeutic strategy in the increasing population of obese patients to decrease vascular dysfunction and subsequent atherosclerotic complications.

Exercice physique et athérosclérose : quels sont les mécanismes physiologiques et moléculaires de l'exercice qui préviennent et protègent de l'athérosclérose? : approche chez un modèle expérimental d'athérosclérose : la souris génétiquement dépourvue en apolipoprotéine E (apoE-/-)

RESUME : L'athérosclérose, pathologie inflammatoire artérielle chronique, est à l'origine de la plupart des maladies cardiovasculaires qui constituent l'une des premières causes de morbidité et mortalité en France. Les études observationnelles et expérimentales montrent que l'exercice physique prévient la mortalité cardiovasculaire. Cependant, les mécanismes précisant les bénéfices cliniques de l'exercice sur l'athérosclérose sont encore largement inconnus. Le but général de ce travail a donc été d'explorer, en utilisant un modèle expérimental d'athérosclérose, la souris hypercholestérolémique génétiquement dépourvue en apolipoprotéine E (apoE-/-), les mécanismes athéroprotecteurs de l'exercice. La dysfonction endothéliale, généralement associée aux facteurs de risque cardiovasculaire, serait l'une des étapes précoces majeures de l'athérogenèse. Elle est caractérisée par une diminution de la biodisponibilité en monoxyde d'azote (NO) avec la perte de ses propriétés vasculo-protectrices, ce qui favorise un climat pro-athérogène (stress oxydatif, adhésion et infiltration des cellules inflammatoires dans la paroi artérielle...) conduisant à la formation de la plaque athéromateuse. L'objectif de notre premier travail a donc été d'explorer les effets de l'exercice d'une part, sur le développement des plaques athéromateuses et d'autre part, sur la fonction endothéliale de la souris apoE-/-. Nos résultats montrent que l'exercice réduit significativement l'extension de l'athérosclérose et prévient la dysfonction endothéliale. L'explication pharmacologique montre que l'exercice stimule la fonction endothéliale via, notamment, une plus grande sensibilité des récepteurs endothéliaux muscariniques, ce qui active les événements signalétiques cellulaires récepteurs-dépendants à l'origine d'une bioactivité accrue de NO. Les complications cliniques graves de l'athérosclérose sont induites par la rupture de la plaque instable provoquant la formation d'un thrombus occlusif et l'ischémie du territoire tissulaire en aval. L'objectif de notre deuxième travail a été d'examiner l'effet de l'exercice sur la qualité/stabilité de la plaque. Nos résultats indiquent que l'exercice de longue durée stabilise la plaque en augmentant le nombre de cellules musculaires lisses et en diminuant le nombre de macrophages intra-plaques. Nos résultats montrent aussi que la phosphorylation de la eNOS (NO Synthase endothéliale) Akt-dépendante n'est pas le mécanisme moléculaire majeur à l'origine de ce bénéfice. Enfin, dans notre troisième travail, nous avons investigué l'effet de l'exercice sur le développement de la plaque vulnérable. Nos résultats montrent, chez un modèle murin de plaque instable (modèle d'hypertension rénovasculaire à rénine et angiotensine II élevés) que l'exercice prévient l'apparition de la plaque vulnérable indépendamment d'un effet hémodynamique. Ce bénéfice serait associé à une diminution de l'expression vasculaire des récepteurs AT1 de l'Angiotensine II. Nos résultats justifient l'importance de l'exercice comme outil préventif des maladies cardiovasculaires. ABSTRACT : Atherosclerosis, a chronic inflammatory disease, is one of the main causes of morbidity and mortality in France. Observational and experimental data indicate that regular physical exercise has a positive impact on cardiovascular mortality. However, the mechanisms by which exercise exerts clinical benefits on atherosclerosis are still unknown. The general aim of this work was to elucidate the anti-atherosclerotic effects of exercise, using a mouse model of atherosclerosis: the apolipoprotein E-deficient mice (apoE-/- mice). Endothelial dysfunction, generally associated with cardiovascular risk factors, has been recognized to be a major and early step in atherogenesis. Endothelial dysfunction is characterized by Nitric Oxide (NO) biodisponibility reduction with loss of NO-mediated vasculoprotective actions. This leads to vascular effects such as increased oxidative stress and increased adhesion of inflammatory cells into arterial wall thus playing a role in atherosclerotic plaque development. Therefore, one of the objective of our study was to explore the effects of exercise on atherosclerotic plaque extension and on endothelial function in apoE-/- mice. Results show that exercise significantly reduces plaque progression and prevents endothelial dysfunction. Pharmacological explanation indicates that exercise stimulates endothelial function by increasing muscarinic receptors sensitivity which in turn activates intracellular signalling receptor-dependent events leading to increased NO bioactivity. The clinical manifestations of atherosclerosis are the consequences of unstable plaque rupture with thrombus formation leading to tissue ischemia. The second aim of our work was to determine the effect of exercise on plaque stability. We demonstrate that long-term exercise stabilizes atherosclerotic plaques as shown by decreased macrophage and increased Smooth Muscle Cells plaque content. Our results also suggest that the Akt-dependent eNOS phosphorylation pathway is not the primary molecular mechanism mediating these beneficial effects. Finally, we assessed a putative beneficial effect of exercise on vulnerable plaque development. In a mouse model of Angiotensine II (Ang II)-mediated vulnerable atherosclerotic plaques, we provide fist evidence that exercise prevents atherosclerosis progression and plaque vulnerability. The beneficial effect of swimming was associated with decreased aortic Ang II AT1 receptor expression independently from any hemodynamic change. These findings suggest clinical benefit of exercise in terms of cardiovascular event protection.

Angiogenesis in Wounds Treated by Microdeformational Wound Therapy.

BACKGROUND:: Mechanical forces play an important role in tissue neovascularization and are a constituent part of modern wound therapies. The mechanisms by which vacuum assisted closure (VAC) modulates wound angiogenesis are still largely unknown. OBJECTIVE:: To investigate how VAC treatment affects wound hypoxia and related profiles of angiogenic factors as well as to identify the anatomical characteristics of the resultant, newly formed vessels. METHODS:: Wound neovascularization was evaluated by morphometric analysis of CD31-stained wound cross-sections as well as by corrosion casting analysis. Wound hypoxia and mRNA expression of HIF-1α and associated angiogenic factors were evaluated by pimonidazole hydrochloride staining and quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR), respectively. Vascular endothelial growth factor (VEGF) protein levels were determined by western blot analysis. RESULTS:: VAC-treated wounds were characterized by the formation of elongated vessels aligned in parallel and consistent with physiologically function, compared to occlusive dressing control wounds that showed formation of tortuous, disoriented vessels. Moreover, VAC-treated wounds displayed a well-oxygenated wound bed, with hypoxia limited to the direct proximity of the VAC-foam interface, where higher VEGF levels were found. By contrast, occlusive dressing control wounds showed generalized hypoxia, with associated accumulation of HIF-1α and related angiogenic factors. CONCLUSIONS:: The combination of established gradients of hypoxia and VEGF expression along with mechanical forces exerted by VAC therapy was associated with the formation of more physiological blood vessels compared to occlusive dressing control wounds. These morphological changes are likely a necessary condition for better wound healing.

HARNESSING iNKT CELLS WITH RECOMBINANT CD1d FUSION PROTEINS TO REDIRECT INNATE AND ADAPTIVE IMMUNITY TO THE TUMOR

Les thérapies du cancer, comme la radiothérapie et la chimiothérapie, sont couramment utilisées mais ont de nombreux effets secondaires. Ces thérapies invasives pour le patient nécessitent d'être améliorées et de nombreuses avancées ont été faites afin d'adapter et de personnaliser le traitement du cancer. L'immunothérapie a pour but de renforcer le système immunitaire du patient et de le rediriger de manière spécifique contre la tumeur. Dans notre projet, nous activons les lymphocytes Invariant Natural Killer T (iNKT) afin de mettre en place une immunothérapie innovatrice contre le cancer. Les cellules iNKT sont une unique sous-population de lymphocytes T qui ont la particularité de réunir les propriétés de l'immunité innée ainsi qu'adaptative. En effet, les cellules iNKT expriment à leur surface des molécules présentes aussi sur les cellules tueuses NK, caractéristique de l'immunité innée, ainsi qu'un récepteur de cellules T (TCR) qui représente l'immunité adaptative. Les cellules iNKT reconnaissent avec leur TCR des antigènes présentés par la molécule CD1d. Les antigènes sont des protéines, des polysaccharides ou des lipides reconnus par les cellules du système immunitaire ou les anticorps pour engendrer une réponse immunitaire. Dans le cas des cellules iNKT, l'alpha-galactosylceramide (αGC) est un antigène lipidique fréquemment utilisé dans les études cliniques comme puissant activateur. Après l'activation des cellules iNKT avec l'αGC, celles-ci produisent abondamment et rapidement des cytokines. Ces cytokines sont des molécules agissant comme des signaux activateurs d'autres cellules du système immunitaire telles que les cellules NK et les lymphocytes T. Cependant, les cellules iNKT deviennent anergiques après un seul traitement avec l'αGC c'est à dire qu'elles ne peuvent plus être réactivées, ce qui limite leur utilisation dans l'immunothérapie du cancer. Dans notre groupe, Stirnemann et al ont publié une molécule recombinante innovante, composée de la molécule CD1d soluble et chargée avec le ligand αGC (αGC/sCD1d). Cette protéine est capable d'activer les cellules iNKT tout en évitant l'anergie. Dans le système immunitaire, les anticorps sont indispensables pour combattre une infection bactérienne ou virale. En effet, les anticorps ont la capacité de reconnaître et lier spécifiquement un antigène et permettent l'élimination de la cellule qui exprime cet antigène. Dans le domaine de l'immunothérapie, les anticorps sont utilisés afin de cibler des antigènes présentés seulement par la tumeur. Ce procédé permet de réduire efficacement les effets secondaires lors du traitement du cancer. Nous avons donc fusionné la protéine recombinante αGC/CD1d à un fragment d'anticorps qui reconnaît un antigène spécifique des cellules tumorales. Dans une étude préclinique, nous avons démontré que la protéine αGC/sCD1d avec un fragment d'anticorps dirigé contre la tumeur engendre une meilleure activation des cellules iNKT et entraîne un effet anti-tumeur prolongé. Cet effet anti-tumeur est augmenté comparé à une protéine αGC/CD1d qui ne cible pas la tumeur. Nous avons aussi montré que l'activation des cellules iNKT avec la protéine αGC/sCD1d-anti-tumeur améliore l'effet anti- tumoral d'un vaccin pour le cancer. Lors d'expériences in vitro, la protéine αGC/sCD1d-anti- tumeur permet aussi d'activer les cellules humaines iNKT et ainsi tuer spécifiquement les cellules tumorales humaines. La protéine αGC/sCD1d-anti-tumeur représente une alternative thérapeutique prometteuse dans l'immunothérapie du cancer. - Les cellules Invariant Natural Killer T (iNKT), dont les effets anti-tumoraux ont été démontrés, sont de puissants activateurs des cellules Natural Killer (NK), des cellules dendritiques (DC) et des lymphocytes T. Cependant, une seule injection du ligand de haute affinité alpha-galactosylceramide (αGC) n'induit une forte activation des cellules iNKT que durant une courte période. Celle-ci est alors suivie d'une longue phase d'anergie, limitant ainsi leur utilisation pour la thérapie. Comme alternative prometteuse, nous avons montré que des injections répétées d'αGC chargé sur une protéine recombinante de CD1d soluble (αGC/sCD1d) chez la souris entraînent une activation prolongée des cellules iNKT, associée à une production continue de cytokine. De plus, le maintien de la réactivité des cellules iNKT permet de prolonger l'activité anti-tumorale lorsque la protéine αGC/sCD1d est fusionnée à un fragment d'anticorps (scFv) dirigé contre la tumeur. L'inhibition de la croissance tumorale n'est optimale que lorsque les souris sont traitées avec la protéine αGC/sCD1d-scFv ciblant la tumeur, la protéine αGC/sCD1d-scFv non-appropriée étant moins efficace. Dans le système humain, les protéines recombinantes αGC/sCD1d-anti-HER2 et anti-CEA sont capables d'activer et de faire proliférer des cellules iNKT à partir de PBMCs issues de donneurs sains. De plus, la protéine αGC/sCD1d-scFv a la capacité d'activer directement des clones iNKT humains en l'absence de cellules présentatrices d'antigènes (CPA), contrairement au ligand αGC libre. Mais surtout, la lyse des cellules tumorales par les iNKT humaines n'est obtenue que lorsqu'elles sont incubées avec la protéine αGC/sCD1d-scFv anti- tumeur. En outre, la redirection de la cytotoxicité des cellules iNKT vers la tumeur est supérieure à celle obtenue avec une stimulation par des CPA chargées avec l'αGC. Afin d'augmenter les effets anti-tumoraux, nous avons exploité la capacité des cellules iNKT à activer l'immunité adaptive. Pour ce faire, nous avons combiné l'immunothérapie NKT/CD1d avec un vaccin anti-tumoral composé d'un peptide OVA. Des effets synergiques ont été obtenus lorsque les traitements avec la protéine αGC/sCD1d-anti-HER2 étaient associés avec le CpG ODN comme adjuvant pour la vaccination avec le peptide OVA. Ces effets ont été observés à travers l'activation de nombreux lymphocytes T CD8+ spécifique de la tumeur, ainsi que par la forte expansion des cellules NK. Les réponses, innée et adaptive, élevées après le traitement avec la protéine αGC/sCD1d-anti-HER2 combinée au vaccin OVA/CpG ODN étaient associées à un fort ralentissement de la croissance des tumeurs B16- OVA-HER2. Cet effet anti-tumoral corrèle avec l'enrichissement des lymphocytes T CD8+ spécifiques observé à la tumeur. Afin d'étendre l'application des protéines αGC/sCD1d et d'améliorer leur efficacité, nous avons développé des fusions CD1d alternatives. Premièrement, une protéine αGC/sCD1d dimérique, qui permet d'augmenter l'avidité de la molécule CD1d pour les cellules iNKT. Dans un deuxième temps, nous avons fusionné la protéine αGC/sCD1d avec un scFv dirigé contre le récepteur 3 du facteur de croissance pour l'endothélium vasculaire (VEGFR-3), afin de cibler l'environnement de la tumeur. Dans l'ensemble, ces résultats démontrent que la thérapie médiée par la protéine recombinante αGC/sCD1d-scFv est une approche prometteuse pour rediriger l'immunité innée et adaptive vers le site tumoral. - Invariant Natural Killer T cells (iNKT) are potent activators of Natural Killer (NK), dendritic cells (DC) and T lymphocytes, and their anti-tumor activities have been well demonstrated. However, a single injection of the high affinity CD1d ligand alpha-galactosylceramide (αGC) leads to a strong but short-lived iNKT cell activation followed by a phase of long-term anergy, limiting the therapeutic use of this ligand. As a promising alternative, we have demonstrated that when αGC is loaded on recombinant soluble CD1d molecules (αGC/sCD1d), repeated injections in mice led to the sustained iNKT cell activation associated with continued cytokine secretion. Importantly, the retained reactivity of iNKT cell led to prolonged antitumor activity when the αGC/sCD1d was fused to an anti-tumor scFv fragments. Optimal inhibition of tumor growth was obtained only when mice were treated with the tumor-targeted αGC/CD1d-scFv fusion, whereas the irrelevant αGC/CD1d-scFv fusion was less efficient. When tested in a human system, the recombinant αGC/sCD1d-anti-HER2 and -anti-CEA fusion proteins were able to expand iNKT cells from PBMCs of healthy donors. Furthermore, the αGC/sCD1d-scFv fusion had the capacity to directly activate human iNKT cells clones without the presence of antigen-presenting cells (APCs), in contrast to the free αGC ligand. Most importantly, tumor cell killing by human iNKT cells was obtained only when co- incubated with the tumor targeted sCD1d-antitumor scFv, and their direct tumor cytotoxicity was superior to the bystander killing obtained with αGC-loaded APCs stimulation. To further enhance the anti-tumor effects, we exploited the ability of iNKT cells to transactivate the adaptive immunity, by combining the NKT/CD1d immunotherapy with a peptide cancer vaccine. Interestingly, synergistic effects were obtained when the αGC/sCD1d- anti-HER2 fusion treatment was combined with CpG ODN as adjuvant for the OVA peptide vaccine, as seen by higher numbers of activated antigen-specific CD8 T cells and NK cells, as compared to each regimen alone. The increased innate and adaptive immune responses upon combined tumor targeted sCD1d-scFv treatment and OVA/CpG vaccine were associated with a strong delay in B16-OVA-HER2 melanoma tumor growth, which correlated with an enrichment of antigen-specific CD8 cells at the tumor site. In order to extend the application of the CD1d fusion, we designed alternative CD1d fusion proteins. First, a dimeric αGC/sCD1d-Fc fusion, which permits to augment the avidity of the CD1d for iNKT cells and second, an αGC/sCD1d fused to an anti vascular endothelial growth factor receptor-3 (VEGFR-3) scFv, in order to target tumor stroma environment. Altogether, these results demonstrate that the iNKT-mediated immunotherapy via recombinant αGC/sCD1d-scFv fusion is a promising approach to redirect the innate and adaptive antitumor immune response to the tumor site.

Targeting the intragraft microenvironment and the development of chronic allograft rejection.

In this review, we discuss a paradigm whereby changes in the intragraft microenvironment promote or sustain the development of chronic allograft rejection. A key feature of this model involves the microvasculature including (a) endothelial cell (EC) destruction, and (b) EC proliferation, both of which result from alloimmune leukocyte- and/or alloantibody-induced responses. These changes in the microvasculature likely create abnormal blood flow patterns and thus promote local tissue hypoxia. Another feature of the chronic rejection microenvironment involves the overexpression of vascular endothelial growth factor (VEGF). VEGF stimulates EC activation and proliferation and it has potential to sustain inflammation via direct interactions with leukocytes. In this manner, VEGF may promote ongoing tissue injury. Finally, we review how these events can be targeted therapeutically using mTOR inhibitors. EC activation and proliferation as well as VEGF-VEGFR interactions require PI-3K/Akt/mTOR intracellular signaling. Thus, agents that inhibit this signaling pathway within the graft may also target the progression of chronic rejection and thus promote long-term graft survival.

A morphometric study of mechanotransductively induced dermal neovascularization.

BACKGROUND:: Mechanical stretch has been shown to induce vascular remodeling and increase vessel density, but the pathophysiologic mechanisms and the morphologic changes induced by tensile forces to dermal vessels are poorly understood. METHODS:: A custom computer-controlled stretch device was designed and applied to the backs of C57BL/6 mice (n = 38). Dermal and vascular remodeling was studied over a 7-day period. Corrosion casting and three-dimensional scanning electron microscopy and CD31 staining were performed to analyze microvessel morphology. Hypoxia was assessed by immunohistochemistry. Western blot analysis of vascular endothelial growth factor (VEGF) and mRNA expression of VEGF receptors was performed. RESULTS:: Skin stretching was associated with increased angiogenesis as demonstrated by CD31 staining and vessel corrosion casting where intervascular distance and vessel diameter were decreased (p < 0.01). Immediately after stretching, VEGF dimers were increased. Messenger RNA expression of VEGF receptor 1, VEGF receptor 2, neuropilin 1, and neuropilin 2 was increased starting as early as 2 hours after stretching. Highly proliferating epidermal cells induced epidermal hypoxia starting at day 3 (p < 0.01). CONCLUSIONS:: Identification of significant hypoxic cells occurred after identification of neovessels, suggesting an alternative mechanism. Increased expression of angiogenic receptors and stabilization of VEGF dimers may be involved in a mechanotransductive, prehypoxic induction of neovascularization.