Сиртуины и хемокины – маркеры репликативного и индуцированного старения эндотелиоцитов человека

Обоснование. Одним из факторов патогенеза атеросклероза и других ассоциированных с ним сердечно-сосудистых заболеваний является индуцированное старение эндотелия. В связи с этим актуальной задачей молекулярной биологии и медицины является поиск молекул, влияющих на процесс старения эндотелиоцитов сосудов.
Цель работы. Оценить экспрессию Sirt-1,3,6 и хемокинов IL-4, CXCL11 при репликативном и индуцированном старении эндотелиоцитов человека.
Методы. Исследование проведено на первичной культуре изолированных эндотелиальных клеток пупочной вены человека (HUVEC, human umbilical vein endothelial cells). HUVEC культивировали в условиях репликативного (естественного) и индуцированного липополисахаридом старения. Синтез Sirt-1,3,6, IL-4, CXCL11 оценивали методом вестерн-блот анализа.
Результаты. Выявлено снижение синтеза Sirt-1,3,6 в 1,6–1,8 раза (р < 0,05) в условиях репликативного старения HUVEC. Индуцированное старение эндотелиоцитов характеризуется более выраженным уменьшением синтеза Sirt-1,3,6 – в 1,7–3,4 раза (р < 0,05). При репликативном и индуцированном старении HUVEC синтез CXCL11 возрастает соответственно в 1,4 и 3,4 раза (р < 0,05). При индуцированном старении HUVEC синтез IL-4 повышается в 4,7 раза (р < 0,05), а при репликативном старении эндотелиоцитов этот показатель не изменяется.
Заключение. Полученные данные свидетельствуют о том, что сиртуины и хемокины играют важную роль в развитии эндотелиальной дисфункции, наблюдаемой при естественном и индуцированном старении.

1. Chen J, Goligorsky MS. Premature senescence of endothelial cells: Methusaleh’s dilemma. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2006; 290(5): H1729-H1739. doi: 10.1152/ajpheart.01103.2005

2. Gorenne I, Kavurma M, Scott S, Bennett M. Vascular smooth muscle cell senescence in atherosclerosis. Cardiovasc Res. 2006; 72(1): 9-17. doi: 10.1016/j.cardiores.2006.06.004

3. Erusalimsky JD. Vascular endothelial senescence: from mechanisms to pathophysiology. J Appl Physiol (1985). 2009; 106(1): 326-332. doi: 10.1152/japplphysiol.91353.2008

4. Van Deursen JM. The role of senescent cells in ageing. Nature. 2014; 509(7501): 439-446. doi: 10.1038/nature13193

5. Денисова Т.П., Липатова Т.Е., Алипова Л.Н., Егорова А.В. Взаимовлияние атеросклероза и старения: есть ли место для дискуссий? Саратовский научно-медицинский журнал. 2018; 14(2): 322-327.

6. Tyrrell DJ, Goldstein DR. Ageing and atherosclerosis: Vascular intrinsic and extrinsic factors and potential role of IL-6. Nat Rev Cardiol. 2021; 18(1): 58-68. doi: 10.1038/s41569-020-0431-7

7. Vasko R, Xavier S, Chen J, Lin CH, Ratliff B, Rabadi M, et al. Endothelial sirtuin 1 deficiency perpetrates nephrosclerosis through downregulation of matrix metalloproteinase-14: Relevance to fibrosis of vascular senescence. J Am Soc Nephrol. 2014; 25(2): 276-291. doi: 10.1681/ASN.2013010069

8. Schug TT, Xu Q, Gao H, Peres-da-Silva A, Draper DW, Fessler MB, et al. Myeloid deletion of SIRT1 induces inflammatory signaling in response to environmental stress. Mol Cell Biol. 2010; 30(19): 4712-4721. doi: 10.1128/MCB.00657-10

9. Stein S, Lohmann C, Schafer N, Hofmann J, Rohrer L, Besler C, et al. SIRT1 decreases Lox-1-mediated foam cell formation in atherogenesis. Eur Heart J. 2010; 31(18): 2301-2309. doi: 10.1093/eurheartj/ehq107

10. Donato AJ, Magerko KA, Lawson BR, Durrant JR, Lesniewski LA, Seals DR. SIRT-1 and vascular endothelial dysfunction with ageing in mice and humans. J Physiol. 2011; 589(Pt 18_: 4545-4554. doi: 10.1113/jphysiol.2011.211219

11. Tao R, Xiong X, DePinho RA, Deng CX, Dong XC. FoxO3 transcription factor and Sirt6 deacetylase regulate low density lipoprotein (LDL)-cholesterol homeostasis via control of the proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (Pcsk9) gene expression. J Biol Chem. 2013; 288(41): 29252-29259. doi: 10.1074/jbc.M113.481473

12. Tseng AH, Shieh SS, Wang DL. SIRT3 deacetylates FOXO3 to protect mitochondria against oxidative damage. Free Radic Biol Med. 2013; 63: 222-234. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2013.05.002

13. Paulin R, Dromparis P, Sutendra G, Gurtu V, Zervopoulos S, Bowers L, et al. Sirtuin 3 deficiency is associated with inhibited mitochondrial function and pulmonary arterial hypertension in rodents and humans. Cell Metab. 2014; 20(5): 827-839. doi: 10.1016/j.cmet.2014.08.011

14. Lin CH, Chen J, Ziman B, Marshall S, Maizel J, Goligorsky MS. Endostatin and kidney fibrosis in aging: a case for antagonistic pleiotropy? Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2014; 306(12): H1692-H1699. doi: 10.1152/ajpheart.00064.2014

15. Balestrieri ML, Rizzo MR, Barbieri M, Paolisso P, D’Onofrio N, Giovane A, et al. Sirtuin 6 expression and inflammatory activity in diabetic atherosclerotic plaques: effects of incretin treatment. Diabetes. 2015; 64(4): 1395-1406. doi: 10.2337/db14-1149

16. Maksin-Matveev A, Kanfi Y, Hochhauser E, Isak A, Cohen HY, Shainberg A. Sirtuin 6 protects the heart from hypoxic damage. Exp Cell Res. 2015; 330(1): 81-90. doi: 10.1016/j.yexcr.2014.07.013

17. Оганов Р.Г., Закирова Н.Э., Закирова А.Н., Салахова Г.М., Плотникова М.Р. Иммуновоспалительные реакции при остром коронарном синдроме. Рациональная фармакотерапия в кардиологии. 2007; 5: 15-19. doi: 10.20996/1819-6446-2007-3-5-6-8

18. Mach F, Sauty A, Iarossi AS, Sukhova GK, Neote K, Libby P, et al. Differential expression of three T lymphocyte-activating CXC chemokines by human atheroma-associated cells. J Clin Invest. 1999; 104(8): 1041-1050. doi: 10.1172/JCI6993

19. Szodoray P, Timar O, Veres K, Der H, Szomjak E, Lakos G, et al. Th1/Th2 imbalance, measured by circulating and intra cytoplasmic inflammatory cytokines-immunological alterations in acute coronary syndrome and stable coronary artery disease. Scand J Immunol. 2006; 64(3): 336-344. doi: 10.1111/j.1365-3083.2006.01816.x

20. Lee YW, Lee WH, Kim PH. Oxidative mechanisms of IL-4-induced IL-6 expression in vascular endothelium. Cytokine. 2010; 49(1): 73-79. doi: 10.1016/j.cyto.2009.08.009

21. Altara R, Gu YM, Struijker-Boudier HA, Thijs L, Staessen JA, Blankesteijn WM. Left ventricular dysfunction and CXCR3 ligands in hypertension: From animal experiments to a population-based pilot study. PloS One. 2015; 10(10): e0141394. doi: 10.1371/journal.pone.0141394

22. Chalubinski M, Wojdan K, Luczak E, Gorzelak P, Borowiec M, Gajewski A, et al. IL-33 and IL-4 impair barrier functions of human vascular endothelium via different mechanisms. Vascul Pharmacol. 2015; 73; 57-63. doi: 10.1016/j.vph.2015.07.012

23. Хохлов А.Н. Тестирование геропротекторов в экспериментах на клеточных культурах: выбор оптимальной модельной системы. Вестник Московского университета. Серия 16: Биология. 2014; 1: 13-18.

24. Yi S, Lin K, Jiang T, Shao W, Huang C, Jiang B, et al. NMRbased metabonomic analysis of HUVEC cells during replicative senescence. Aging. 2020; 12(4): 3626-3646. doi: 10.18632/aging.102834

25. Schumann RR, Belka C, Reuter D, Lamping N, Kirschning CJ, Weber JR, et al. Lipopolysaccharide activates caspase-1 (interleukin-1-converting enzyme) in cultured monocytic and endothelial cells. Blood. 1998; 91: 577.

26. Messmer UK, Briner VA, Pfeilschifter J. Tumor necrosis factor-α and lipopolysaccharide induce apoptotic cell death in bovine glomerular endothelial cells. Kidney Int. 1999; 55(6): 2322. doi: 10.1046/j.1523-1755.1999.00473.x

27. Pan X, Wu B, Fan X, Xu G, Ou C, Chen M. YAP accelerates vascular senescence via blocking autophagic flux and activating mTOR. J Cell Mol Med. 2021; 25(1): 170-183. doi: 10.1111/jcmm.15902

28. Yamashita S, Ogawa K, Ikei T, Udono M, Fujiki T, Katakura Y. SIRT1 prevents replicative senescence of normal human umbilical cord fibroblast through potentiating the transcription of human telomerase reverse transcriptase gene. Biochem Biophys Res Commun. 2012; 417(1): 630-634. doi: 10.1016/j.bbrc.2011.12.021

29. Oberdoerffer P, Michan S, McVay M, Mostoslavsky R, Vann J, Park SK, et al. SIRT1 redistribution on chromatin promotes genomic stability but alters gene expression during aging. Cell. 2008; 135(5): 907-918. doi: 10.1016/j.cell.2008.10.025

30. Michishita E, McCord RA, Berber E, Mostoslavsky R, Vann J, Park SK, et al. SIRT6 is a histone H3 lysine 9 deacetylase that modulates telomeric chromatin. Nature. 2008; 452(7186): 492-496. doi: 10.1038/nature06736

31. Watroba M, Dudek I, Skoda M, Stangret A, Rzodkiewicz P, Szukiewicz D. Sirtuins, epigenetics and longevity. Ageing Res Rev. 2017; 40: 11-19. doi: 10.1016/j.arr.2017.08.001

32. Anwar T, Khosla S, Ramakrishna G. Increased expression of SIRT2 is a novel marker of cellular senescence and is dependent on wild type p53 status. Cell Cycle. 2016; 15(14): 1883-1897. doi: 10.1080/15384101.2016.1189041

33. Son MJ, Kwon Y, Son T, Cho YS. Restoration of mitochondrial NAD(+) levels delays stem cell senescence and facilitates reprogramming of aged somatic cells. Stem Cells. 2016; 34(12): 2840-2851. doi: 10.1002/stem.2460

34. Chen J, Xie JJ, Jin MY, Gu YT, Wu CC, Guo WJ, et al. Sirt6 overexpression suppresses senescence and apoptosis of nucleus pulposus cells by inducing autophagy in a model of intervertebral disc degeneration. Cell Death Dis. 2018; 9(2): 56. doi: 10.1038/s41419-017-0085-5

35. Mostoslavsky R, Chua KF, Lombard DB, Pang WW, Fischer MR, Gellon L, et al. Genomic instability and aging-like phenotype in the absence of mammalian SIRT6. Cell. 2006; 124(2): 315-329. doi: 10.1016/j.cell.2005.11.044

36. Yao H, Chung S, Hwang JW, Rajendrasozhan S, Sundar IK, Dean DA, et al. SIRT1 protects against emphysema via FOXO3-mediated reduction of premature senescence in mice. J Clin Invest. 2012; 122(6): 2032-2045. doi: 10.1172/JCI60132

37. Zu Y, Liu L, Lee MY, Xu C, Liang Y, Man RY, et al. SIRT1 promotes proliferation and prevents senescence through targeting LKB1 in primary porcine aortic endothelial cells. Circ Res. 2010; 106(8): 1384-1393. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.109.215483

38. Langley E, Pearson M, Faretta M, Bauer UM, Frye RA, Minucci S, et al. Human SIR2 deacetylates p53 and antagonizes PML/p53-induced cellular senescence. EMBO J. 2002; 21(10): 2383-2396. doi: 10.1093/emboj/21.10.2383

39. Rimmele P, Bigarella CL, Liang R, Izac B, Dieguez-Gonzalez R, Barbet G, et al. Aging-like phenotype and defective lineage specification in SIRT1-deleted hematopoietic stem and progenitor cells. Stem Cell Reports. 2014; 3(1): 44-59. doi: 10.1016/j.stemcr.2014.04.015

40. Chen J, Xavier S, Moskowitz-Kassai E, Chen R, Lu CY, Sanduski K, et al. Cathepsin cleavage of sirtuin 1 in endothelial progenitor cells mediates stress-induced premature senescence. Am J Pathol. 2012; 180(3): 973-983. doi: 10.1016/j.ajpath.2011.11.033