The impact of anti-inflammatory treatment on the biochemistry and stem cell genetics of atheromatosis

Abstract

Purpose: Inflammatory dysregulation of mechanosensitive genes is central to atherogenesis. In the present animal model, we utilized colchicine regimens to curtail de novo aortic atherogenesis in white New Zealand rabbits. We also explored the effect of colchicine-based treatment on a variety of atheroprotective (KLF4, Klotho, HOXA5, NOTCH1, OCT4) and proatherogenic (HIF1α, SOX2, BMP4, NANOG) genes. Methods: The control (n=6) and group A (n=6) received standard and cholesterol-enriched chow, respectively. Groups B (n=8) and C (n=8) were fed hypercholesterolemic diet and were treated with colchicine plus fenofibrate or N-acetylcysteine (NAC), respectively. Results: Group A developed significantly greater thoracic and abdominal aortic atherosclerosis compared to groups B (p<0.001) and C (p<0.001). Combining colchicine with NAC resulted in stronger atheroprotection both in the thoracic and the abdominal aorta. Group A exhibited significantly greater thoracic KLF4 expression compared to groups B (MD: 4.94, 95% CI: 1.11-8.77) and C (MD: 9.94, 95% CI: 6.11-13.77). Combining colchicine with NAC (MD: 5.00, 95% CI: 1.45-8.54) led to a more robust reduction in thoracic KLF4 expression. No difference was observed in terms of abdominal KLF4 expression between controls and group A, whereas colchicine-based treatments were equally effective in upregulating it. In group A thoracic aortas, Klotho was downregulated compared to controls (95% CI: 1.82-15.76). Both colchicine regimens upregulated Klotho back to baseline levels (p<0.001). Colchicine/fenofibrate also significantly upregulated thoracic NOTCH1 compared to controls (95% CI: -8.09 to -0.48). Colchicine/NAC significantly reduced thoracic NANOG expression compared to hyperlipidemic diet alone (95% CI: 0.37-8.29). In the abdominal aorta, hypercholesterolemic diet resulted in significant downregulation of HOXA5 (95% CI: 0.03-2.74) which was reversed with colchicine/NAC back to baseline (95% CI: -1.19 to 1.51). Colchicine/fenofibrate downregulated HIF1α compared to controls (95% CI: 0.83-6.44). No significant differences were noted in terms of BMP4, SOX2, and OCT4. Conclusions: The expression pattern of aortic stem-cell genes was spatially influenced by Western-type diet and could be modified using colchicine regimens. Hyperlipidemic diet drove de novo thoracic and abdominal aortic atherogenesis by downregulating α-Klotho and HOXA5, respectively. Both colchicine regimens halted thoracic aortic atheromatosis by upregulating α-Klotho. In the thoracic aorta, combining colchicine with fenofibrate also increased NOTCH1, while the addition of NAC reduced NANOG. In the abdominal aorta, combining colchicine with fenofibrate reduced HIF1α, whereas the addition of NAC upregulated HOXA5.

Σκοπός: Η απορρύθμιση των μηχανοευαίσθητων βλαστοκυτταρικών γονιδίων είναι κεντρικής σημασίας για την αθηρογένεση. Στο παρόν μοντέλο, χρησιμοποιήσαμε σχήματα κολχικίνης για να περιορίσουμε την de novo αορτική αθηρογένεση σε λευκά κουνέλια Νέας Ζηλανδίας. Εξερευνήσαμε επίσης την επίδραση της θεραπείας σε αθηροπροστατευτικά (KLF4, Klotho, HOXA5, NOTCH1, OCT4) και προαθηρογόνα (HIF1α, SOX2, BMP4, NANOG) γονίδια.Μέθοδοι: Οι μάρτυρες (n=6) και η ομάδα Α (n=6) έλαβαν κλασική τροφή και εμπλουτισμένη σε χοληστερόλη, αντίστοιχα. Οι ομάδες Β (n=8) και C (n=8) τράφηκαν με υπερχοληστερολαιμική δίαιτα και έλαβαν θεραπεία με κολχικίνη συν φενοφιβράτη ή Ν-ακετυλοκυστεΐνη (NAC), αντίστοιχα.Αποτελέσματα: Η ομάδα Α ανέπτυξε εκτενέστερη αθηροσκλήρυνση θωρακικής και κοιλιακής αορτής σε σύγκριση με τις ομάδες Β (p<0.001) και C (p<0.001). Ο συνδυασμός κολχικίνης με NAC προσέφερε ισχυρότερη αθηροπροστασία τόσο στη θωρακική όσο και στην κοιλιακή αορτή. Η ομάδα Α εμφάνισε σημαντικά υψηλότερη έκφραση θωρακικού KLF4 συγκριτικά με τις ομάδες Β (MD: 4.94, 95% CI: 1.11-8.77) και C (MD: 9.94, 95% CI: 6.11-13.77). Ο συνδυασμός κολχικίνης με NAC (MD: 5.00, 95% CI: 1.45-8.54) οδήγησε σε εντονότερη μείωση του θωρακικού KLF4. Εντούτοις, δεν υπήρχε διαφορά στο κοιλιακό KLF4 μεταξύ των μαρτύρων και της ομάδας Α. Οι θεραπείες κολχικίνης ενίσχυσαν εξίσου αποτελεσματικά την έκφραση του παραπάνω γονιδίου. Στη θωρακική αορτή της ομάδας Α, η Klotho ήταν μειωμένη συγκριτικά με τους μάρτυρες (95% CI: 1.82-15.76). Και τα δύο σχήματα κολχικίνης επανέφεραν τη Klotho στα αρχικά επίπεδα (p<0.001). Η κολχικίνη/φενοφιβράτη αύξησε σημαντικά το θωρακικό NOTCH1 συγκριτικά με τους μάρτυρες (95% CI: -8.09 έως -0.48). Η κολχικίνη/NAC μείωσε την έκφραση θωρακικού NANOG σε σύγκριση με μόνο την υπερλιπιδαιμική δίαιτα (95% CI: 0.37-8.29). Στην κοιλιακή αορτή, η υπερχοληστερολαιμική δίαιτα οδήγησε σε σημαντική μείωση του HOXA5 (95% CI: 0.03-2.74) η οποία αναστράφηκε με κολχικίνη/NAC (95% CI: -1.19 έως 1.51). Η κολχικίνη/φενοφιβράτη μείωσε το HIF1α σε σύγκριση με τους μάρτυρες (95% CI: 0.83-6.44). Δεν σημειώθηκαν σημαντικές διαφορές όσον αφορά τα BMP4, SOX2 και OCT4.Συμπεράσματα: Η έκφραση των αορτικών βλαστοκυτταρικών γονιδίων επηρεάζεται χωρικά από τη δίαιτα δυτικού τύπου αλλά μπορεί να ρυθμιστεί με σχήματα κολχικίνης. Η υπερλιπιδαιμική δίαιτα προκάλεσε αθηρογένεση της θωρακικής και της κοιλιακής αορτής κυρίως λόγω της μείωσης των α-Klotho και HOXA5, αντίστοιχα. Και τα δύο σχήματα κολχικίνης περιόρισαν την αθηρωμάτωση της θωρακικής αορτής αυξάνοντας την α-Klotho. Στη θωρακική αορτή, ο συνδυασμός κολχικίνης με φενοφιβράτη αύξησε το NOTCH1, ενώ η προσθήκη NAC μείωσε το NANOG. Από την άλλη, στην κοιλιακή αορτή, ο συνδυασμός κολχικίνης με φενοφιβράτη μείωσε το HIF1α, ενώ η προσθήκη NAC ενίσχυσε το HOXA5.