Ο ρόλος του μεταμορφωτικού αυξητικού παράγοντα-β (TGF-β) στην πνευμονική υπέρταση

Abstract

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is an uncommon but serious disease with high morbidity and mortality. Thus, the need for deeper understanding of the pathophysiological mechanisms is imperative. The present study examined the pathophysiological role of Transforming Growth Factor-β (TGF-β). TGF-β represents a super-family of multifunctional cytokines. Mutations in all TGF-β receptor sub-types result in increased proliferation of smooth muscle cells in the pulmonary arterial wall. The present study examined the role of TGF-β in the rat model of pulmonary hypertension, induced by monocrotaline injection. In the first part of the study, we administered a TGF-β pan-antibody, aiming at inhibition of the progression of early-stage PAH. In the second part, we administered a TGF-β pan-antibody at advanced PAH stages. We compared this approach with endothelin receptor blockade and we examined the effects of combined treatment. Endothelin-1 is the most potent vasoconstrictor hitherto discovered and has a central role in the pathophysiology of pulmonary hypertension. As a result, endothelin-1 receptor blockers represent the mainstay of treatment of PAH.In the first part of the study, we used 20 Wistar rats. One week after PAH induction, a TGF-β pan-antibody was administered intraperitoneally (n=10) for one week, at a dosage of 0,1mg/kg daily, via an osmotic mini-pump. In the remainder 10 animals, no other pharmaceutical intervention was made, whereas 10 additional animals served as normal controls. Two weeks after monocrotaline injection, exercise tolerance was evaluated and right ventricle systolic pressure was measured, followed by histological assessment of heart and lungs.In the second part of the study, we examined 4 groups (B, C, D, E+ F, n=15 rats each), in which PAH was induced as above, whereas 15 additional rats (group A) served as controls. Treatment was commenced 4 weeks after monocrotaline injection. Bosentan (a dual endothelin receptor antagonist) was administered once daily in group B at a dose of 300mg/kg by gavage for 4 weeks. In group C, TGF-β pan-antibody (1D11) was administered intravenously every three days at a dosage of 5mg/kg for 15 days. In group D, combined treatment was administered, namely TGF-β pan-antibody (1D11) and bosentan, as described above. In group F, an indifferent antibody (13C4) was administered intravenously every three days at a dosage of 5mg/kg for 15 days. At the end of treatment, exercise tolerance was evaluated and right ventricle systolic pressure was measured, followed by histological assessment of heart and lungs.We observed attenuation of PAH development after TGF-β receptor pan-anibody administration in both parts of the study. In treated groups, right ventricular systolic pressure was reduced (by 27.8% and 45% respectively), exercise tolerance was increased, right ventricular hypertrophy was decreased (by 26.6% and 30% respectively) and pulmonary vascular remodeling was attenuated. TGF-β inhibition improved hemodynamic and histological parameters. In the second part of the study, no differences were observed between the three treatment groups, namely TGF-β inhibition, endothelin-receptor blockade and combined treatment. TGF-β plays an important pathophysiological role in PAH and its inhibition may emerge as an important therapeutic approach.

Η πρωτοπαθής πνευμονική αρτηριακή υπέρταση αποτελεί μία σπάνια, αλλά σημαντική πάθηση με υψηλή νοσηρότητα και θνητότητα. Ανάμεσα στους υπό διερεύνηση παθοφυσιολογικούς μηχανισμούς και τις πιθανές νέες θεραπευτικές προοπτικές, η αναστολή της οδού του μεταμορφωτικού αυξητικού παράγοντα-β (TGF-β) αποτέλεσε αντικείμενο έρευνας της παρούσας μελέτης. Ο TGF-β συνιστά μία μεγάλη οικογένεια πλειοτροπικών κυτταροκινών. Ο χάρτης των αλληλεπιδράσεων μεταξύ συνδέσμων και υποδοχέων της οικογένειας TGF-β που οδηγεί στην ανάπτυξη ΠΑΥ είναι πολύπλοκος και όχι πλήρως διευκρινισμένος. Μεταλλάξεις των διαφόρων τύπων υποδοχέων του TGF-β έχουν ως αποτέλεσμα τη δυσλειτουργία αυτών , οδηγώντας σε αυξημένο πολλαπλασιασμό των λείων μυїκών κυττάρων του τοιχώματος των μικρών πνευμονικών αρτηριών.Εξετάσαμε τον ρόλο του TGF-β στην ΠΑΥ σε πειραματικό πρότυπο επίμυος, με εφ΄ άπαξ χορήγηση μονοκροταλίνης (60mg/kg) υποδορίως. Στο πρώτο σκέλος της μελέτης χορηγήσαμε αντισώματα εναντίον του TGF-β σε πρώιμα στάδια της νόσου. Στο δεύτερο σκέλος χορηγήσαμε αντισώματα εναντίον του TGF-β σε προχωρημένα στάδια της νόσου μόνα τους , αλλά και σε συνδυασμό με αναστολείς υποδοχέων ενδοθηλίνης-1,η οποία κατέχει κεντρικό ρόλο στην παθοφυσιολογία της πνευμονικής υπέρτασης ως ισχυρή αγγειοσυσπαστική ουσία προκαλώντας ενδοθηλιακή δυσλειτουργία. Συγκρίναμε τις δύο θεραπείες, καθώς και την πιθανή θεραπευτική αξία του συνδυασμού τους. Στο πρώτο σκέλος, μία εβδομάδα μετά την πρόκληση ΠΑΥ σε 20 επίμυες, χορηγήθηκε στους 10 από αυτούς για μία εβδομάδα αντίσωμα που εξουδετερώνει και τις τρεις ισομορφές του TGF-β (0,1mg/kg ημερησίως, μέσω ωσμωτικής αντλίας, η οποία εμφυτεύθηκε ενδοπεριτοναїκά). Τέλος, χρησιμοποιήθηκαν 10 ακόμη επίμυες ως ομάδα ελέγχου. Στο τέλος των δύο εβδομάδων μετά τη χορήγηση μονοκροταλίνης, και οι τρεις ομάδες υποβλήθηκαν σε δοκιμασία αντοχής στην άσκηση, αναισθησία και μέτρηση της πίεσης δεξιάς κοιλίας. Τέλος, ελήφθησαν παρασκευάσματα καρδιάς και πνευμόνων για παθολογοανατομική εκτίμηση.Στο δεύτερο σκέλος, χρησημοποιήθηκαν 5 ομάδες (n=15) στις οποίες προκλήθηκε ΠΑΥ εκτός της ομάδας Α , η οποία αποτέλεσε την ομάδα ελέγχου. Η θεραπευτική παρέμβαση έγινε 4 εβδομάδες αργότερα. Στην ομάδα Β χορηγήθηκε μποσεντάνη (μικτός ανταγωνιστής των υποδοχέων A και Β ενδοθηλίνης-1) σε δόση 300mg/kg ημερησίως μέσω στοματογαστρικού σωλήνα για 4 εβδομάδες. Στην ομάδα C χορηγήθηκε αντίσωμα (1D11) εναντίον του TGF-β ενδοφλεβίως (μέσω ραχιαίας του πέους) σε δόση 5mg/kg κάθε τρείς μέρες για δύο εβδομάδες. Στην ομάδα D δόθηκε διπλή φαρμακευτική αγωγή, δηλαδή αντίσωμα κατά TGF-β και μποσεντάνη. Στην ομάδα F χορηγήθηκε ουδέτερο αντίσωμα ελέγχου (13C4) επίσης ενδοφλεβίως, σε δόση 5mg/kg κάθε τρείς μέρες για δύο εβδομάδες. Στο τέλος των οκτώ εβδομάδων συνολικά μετά τη χορήγηση μονοκροταλίνης, όλες οι ομάδες υποβλήθηκαν σε δοκιμασία αντοχής στην άσκηση και μέτρηση της πίεσης της δεξιάς κοιλίας. Τέλος, ελήφθησαν παρασκευάσματα καρδιάς και πνευμόνων για παθολογοανατομική εκτίμηση.Παρατηρήσαμε μείωση του βαθμού ανάπτυξης ΠΑΥ μετά τη χορήγηση αντισωμάτων εναντίον του TGF-β και στα δύο σκέλη της μελέτης. Αυτή η φαρμακευτική παρέμβαση είχε σαν αποτέλεσμα την σημαντική μείωση της συστολικής πίεσης της δεξιάς κοιλίας (κατά 27.5% και 45% αντίστοιχα), μείωση της υπερτροφίας της δεξιάς κοιλίας (κατά 26.6% και 30% αντίστοιχα), καθώς επίσης την μείωση του βαθμού αναδιαμόρφωσης των πνευμονικών αγγείων και αύξηση της αντοχής στην άσκηση. Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές μεταξύ της συνδυαστικής θεραπείας και της κάθε θεραπείας χωριστά στο δεύτερο σκέλος της μελέτης.Η αναστολή της οδού TGF-β συμβάλει στη μείωση του βαθμού ανάπτυξης της πνευμονικής αρτηριακής υπέρτασης και ανοίγει νέους δρόμους στην θεραπευτική προσέγγιση.