Implicación de las microvesículas endoteliales en el desarrollo de daño vascular

Abstract

La enfermedad cardiovascular (ECV) es una patología comúnmente asociada a la enfermedad renal crónica (ERC) que representa la principal causa de morbilidad y mortalidad en este colectivo. Esta alta incidencia de ECV, tiene lugar como consecuencia de la disfunción endotelial causada por diferentes factores presentes en los pacientes con ERC. Además, estos pacientes presentan frecuentemente calcificaciones vasculares (CV) que dificultan el tratamiento de la ECV y el pronóstico de la misma. Este hecho ha llevado a proponer la identificación de biomarcadores precoces de daño endotelial y calcificación vascular que podrían ser clave para paliar la ECV asociada a la ERC. Un mecanismo que se ha propuesto para explicar la disfunción endotelial en la ERC es la participación del sistema inmune; concretamente, se ha asociado con el aumento de una subpoblación de monocitos activados en el suero de pacientes urémicos, los monocitos CD14+CD16++. Estas células aumentan en sangre periférica de pacientes, incluso en ausencia de datos clínicos relacionados con un proceso inflamatorio activo, o sin que en sangre periférica se observe un aumento de otros marcadores de inflamación como la PCR o citoquinas pro-inflamatorias. Además, entre esta subpoblación de monocitos y la aparición de eventos cardiovasculares se ha encontrado una relación directa. Las microvesículas (MV) se describieron originalmente como unas estructuras producidas por diferentes células activadas, se han considerado como marcadores indicativos de activación y/o apoptosis celular y reflejan un daño celular. Se ha demostrado que los niveles elevados de microvesículas derivadas de células endoteliales (MVE) en plasma se pueden considerar un indicador de daño endotelial en situaciones patológicas; sin embargo también se observan niveles bajos de MVE en el plasma de sujetos sin patología vascular. La situación de barrera de la célula endotelial (CE) hace que esta se vea sometida constantemente a estímulos y agresiones por el torrente circulatorio, por lo que un número relativamente pequeño de estas células es destruido de manera continuada. Para mantener la homeostasis vascular, las células endoteliales dañadas son reemplazadas por células progenitoras endoteliales (EPC), que tienen su origen en medula ósea, y circulan en un bajo porcentaje en sangre periférica. Estas células precursoras, van a diferenciarse y a reemplazar las CE dañadas, devolviendo la integridad y el equilibrio vascular. Las MVE producidas por CE sirven de estímulo para la diferenciación de EPC por lo que las MVE podrían actuar como “mensajeros” entre células maduras y células reparadoras. En base a estas premisas, el objetivo principal de la tesis ha sido caracterizar el papel de MVE producidas en respuesta a diferentes agentes lesivos para el endotelio vascular relacionados con la enfermedad renal crónica, determinando la funcionalidad de las mismas en la regulación del balance daño/reparación endotelial. Los resultados obtenidos sugieren: 1.- En los pacientes con ERC, se produce un aumento en las MVE que se asocia con una disminución en el número de EPC, lo que sugiere un desequilibrio entre los procesos de daño endotelial y de reparación en pacientes con ERC, principalmente aquellos con CV. Las MV de pacientes con ERC inducen la expresión de osteocalcina, molécula procalcificante, en células de músculo liso vascular, fibroblastos y EPC. Nuestros resultados sugieren que las EPC estimuladas con MV, a través de la expresión de OCN, pueden participar directamente en el proceso de VC. 2.- Los pacientes con hemodiálisis mantienen un estado inflamatorio y sufren alteraciones endoteliales que pueden identificarse utilizando marcadores precoces cuantificables en sangre periférica. En particular, las MV, con un tamaño de 400- 1000 nm, tienen un posible valor predictivo de utilidad en la prevención de la ECV en pacientes con HD. Además, la diabetes mellitus altera estos factores implicados en el daño inflamatorio y endotelial. 3.- El indoxyl sulfato, puede inducir la vesiculación de las CE y producir MVE con diferentes características de membrana, contenido de miRNA y otras moléculas, lo que hace que el mantenimiento de la homeostasis vascular de las EPC no sea completamente funcional. Estas características específicas de las MVE podrían utilizarse como nuevos biomarcadores para el diagnóstico y el pronóstico de la enfermedad vascular.

Cardiovascular disease (CVD) is a pathology commonly associated with chronic kidney disease (CKD) that represents the main cause of morbidity and mortality in this group. This high incidence of CVD occurs as a result of endothelial dysfunction caused by different factors present in patients with CKD. In addition, these patients frequently show vascular calcifications (CV) that hinder the treatment of CVD and its prognosis. This fact has led to propose the identification of early biomarkers of endothelial damage and vascular calcification that could be a key factor to palliate CVD associated with CKD. The immune system has been proposed as a mechanism to explain endothelial dysfunction in CKD; specifically it has been associated with the rise of an activated monocytes subpopulation in the uremic patient’s serum, CD14+ CD16++ monocytes. These cells are increased in the peripheral blood of uremic patients, even when there is a lack of clinical data related to an active inflammatory process, or without an increase in other inflammatory markers such as PCR or pro-inflammatory cytokines in peripheral blood. Furthermore, a direct link has been found between this subpopulation of monocytes and the appearance of cardiovascular events it. Microvesicles (MV) were originally described as structures produced by different activated cells; they have been considered as indicative markers of cellular activation and / or apoptosis and reflect cellular damage. It has been shown that high levels of endothelial microvesicles (EMV) in plasma can be considered as an indicator of endothelial damage in pathological situations; however, low levels of EMV are also observed in the plasma of subjects without vascular pathology. The role as a barriers of the endothelial cells (EC) constantly exposes them to the stimuli and attacks from the blood torrent, so a relatively small number of these cells are destroyed continuously. In order to maintain vascular homeostasis, damaged endothelial cells are replaced by endothelial progenitor cells (EPC), originated in bone marrow, and they circulate in a low percentage in peripheral blood. These precursor cells will differentiate and replace damaged EC, returning the vascular integrity and balance. EVM produced by EC works as stimulation for the EPC differentiation so the EMV could act as "messengers” between reparative cells and mature cells. Based on these premises, the main objective of the thesis has been to characterize the role of EMV produced in response to different harmful agents to the vascular endothelium related to CKD, determining the functionality of these microvesicles in the regulation of endothelial damage / repair balance. The results obtained suggest: 1.- In patients with CKD, there is an increase in EMV that is associated with a decrease in the number of EPC, which suggests an imbalance between the processes of endothelial damage and repair in patients with CKD, mainly those with CV. The MV of CKD patients induce the expression of osteocalcin, a procalcifying molecule, in vascular smooth muscle cells, fibroblasts and EPC. Our results suggest that EPC stimulated with MV, through the expression of OCN, can participate directly in the VC process. 2.- Patients with hemodialysis remain in an inflammatory state and suffer endothelial alterations that can be identified using quantifiable early markers in peripheral blood. In particular, MVs, which measure 400-1000 nm, have a possible predictive value in the prevention of CVD in patients with HD. In addition, diabetes mellitus alters these factors of inflammatory and endothelial damage. 3.- The indoxyl sulfate, is able to induce EC vesiculation and produce MVE with different characteristics of membrane, miRNA content and other molecules, which means that the maintenance of the vascular homeostasis of EPC is not completely functional. These specific features of the EMV might be used like new biomarkers for the CVD diagnosis and prognosis.