Wprowadzenie
Komórki mięśni gładkich naczyń (VSMCs) odgrywają kluczową rolę w ścianach naczyń krwionośnych, reagując na różnorodne bodźce biochemiczne i mechaniczne, w tym hormony, cytokiny i stres ścinający. Te komórki są niezbędne dla utrzymania integralności naczyniowej i homeostazy przez regulację ciśnienia krwi i dystrybucji [1]. Jednakże, hiperaktywność VSMCs jest uznawana za czynnik patogenny wielu chorób naczyniowych, w tym nadciśnienia, miażdżycy i stanów spastycznych [1]. Współczesne badania identyfikują nadmierny skurcz VSMCs jako główny mechanizm prowadzący do skurczów naczyń, co może prowadzić do poważnych zaburzeń naczyniowych, takich jak skurcze tętnic wieńcowych lub skurcze mózgowe spowodowane krwotokiem podpajęczynówkowym [1].
Nadmierny skurcz VSMCs jest głównie wynikiem napływu wapnia do tych komórek. Fosforylacja łańcucha lekkiego miozyny (MLC) została zidentyfikowana jako kluczowy etap w skurczach VSMCs [1]. Kinazy lekkiego łańcucha miozyny (MLCK) są aktywowane zależnie od wapnia/kalmoduliny i fosforylują MLC w Ser19, prowadząc do skurczu VSMCs [1]. W normalnych warunkach poziomy wapnia wewnątrzkomórkowego są ściśle regulowane. SERCA jest odpowiedzialna za utrzymanie niskiego stężenia wapnia w cytoplazmie, transportując go przez błony retikulum sarkoplazmatycznego [1].
Dalekie promieniowanie podczerwone (FIR) jest podzbiorem niewidzialnego promieniowania elektromagnetycznego i, jak sugerują badania, może mieć korzystne działanie w przypadku niektórych schorzeń sercowo-naczyniowych, takich jak zastoinowa niewydolność serca, nadciśnienie i miażdżyca [1]. Chociaż FIR jest znane ze swoich właściwości ochronnych dla naczyń, szczegółowe mechanizmy molekularne tej ochrony nie zostały dotychczas całkowicie wyjaśnione. Celem obecnego artykułu było zbadanie tych mechanizmów, przy czym badano, jak promieniowanie FIR wpływa na skurcz VSMCs w szczurzych modelach VSMCs i izolowanych aorta.
Grupa badawcza i metodologia
Badanie przeprowadzono na komórkach mięśni gładkich naczyń (VSMCs) izolowanych od szczurów Sprague-Dawley (SD), uprzednio ogłuszonych gazem CO2. Aorty były natychmiast wyizolowywane, a następnie poddawano je delikatnemu pocieraniu w celu usunięcia śródbłonka i cięto na kawałki wielkości 1 mm. Kawałki były hodowane w Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) wzbogaconym 10% surowicy płodowej cielęcej (FBS) w temperaturze 37°C pod 5% węgla w powietrzu wilgotnym [1].
Dla celów etycznych wszystkie eksperymenty były prowadzone zgodnie z wytycznymi instytucjonalnymi dotyczącymi opieki i użytkowania zwierząt w Yeungnam University [1]. Badanie objęło również analizę western blot i analizę ko-immunoprecypitacji w celu zbadania interakcji między SERCA2 a PLN [1]. Szczury i myszy były utrzymywane w kontrolowanych warunkach temperatury i wilgotności, a wszystkie eksperymenty prowadzono przy użyciu zwierząt 6-tygodniowych szczurów SD oraz 7-tygodniowych myszy C57BL/6 [1].
Opis procedury
Przemieszczanie się cytosolowego wapnia do SER za pomocą aktywacji SERCA2 zostało analizowane przez naświetlenie komórek i aort szczurzych promieniowaniem FIR przy użyciu radiatora ceramicznego. Pomiare emisji FIR wynosiły od 1 do 20 μm, z maksimum przy 4 μm [1]. Komórki były eksponowane na FIR w różnych interwałach czasu (0, 15, 30 i 45 minut), a kontrolne eksperymenty hipermiczne były przeprowadzane przy użyciu termobloku ustawionego na 39°C [1].
Dla pomiaru lokalizacji wapnia wewnątrzkomórkowego użyto wskaźnika Fura-2 AM i mikroskopii konfokalnej, co pozwoliło na wizualizację transpozycji wapnia do SER [1]. Stosując odpowiednie metody statystyczne, wyniki analizowano przy użyciu oprogramowania GraphPad Prism, przy p < 0.05 uznany za statystycznie znaczący [1].
Wyniki
Wyniki badania pokazały, że naświetlenie FIR prowadziło do zmiany lokalizacji wapnia wewnątrzkomórkowego w VSMCs, przemieszczając go z cytosolu do SER, co zostało potwierdzone analizą mikroskopową [1]. Ponadto, aktywność SERCA2 wzrastała 4,5-krotnie po 30 minutach naświetlania FIR, czemu towarzyszył wyraźny spadek poziomu ATP, sugerując, że aktywacja SERCA2 przez FIR zużywa dużą ilość ATP w celu transportu wapnia do SER [1].
Związanie SERCA2 z PLN było zmniejszane po naświetleniu FIR, co wykazały analizy ko-immunoprecypitacji i FRET, co dowodziło zwiększonego oddysocjowania PLN od SERCA2 [1]. Analizy kontrolne wykazały, że zjawiska obserwowane w wyniku działania FIR nie były spowodowane efektem termalnym, co wykazano przez przeprowadzenie analogicznych eksperymentów w warunkach hipermicznych [1].
Cytosolowy poziom wapnia był związany z obniżeniem fosforylacji MLC w Ser19 oraz skurczem VSMC, przy braku zmian w ekspresji MLCK i MLC, co potwierdzają dane liczbowe z analizy western blot [1]. Zmiany te były odwracalne przy użyciu inhibitora TG lub poprzez wyciszenie genu SERCA2, co wskazuje na centralną rolę SERCA2 w zaobserwowanych efektach [1].
Wpływ promieniowania FIR na przepływ krwi w tętnicy szyjnej u myszy również został zbadany przy użyciu analizy ultradźwiękowej, ujawniając trzykrotny wzrost przepływu krwi po naświetleniu [1].
Dyskusja
Interpretacja wyników sugeruje, że promieniowanie FIR poprzez aktywację SERCA2 i związane z tym zmniejszenie poziomów wapnia wewnątrzkomórkowego oraz fosforylacji MLC może oferować potencjalny mechanizm terapeutyczny dla chorób naczyniowych, takich jak skurcz tętnic wieńcowych czy mózgowych [1]. Ponadto, z doświadczeń innych badaczy wynika, że sięganie po terapię FIR może oznaczać innowacyjne podejście terapeutyczne również w kontekście chorób takich jak niewydolność serca lub otyłość [1]. Wyniki te sugerują, że FIR może działać niezależnie od efektów termalnych, otwierając możliwość jego zastosowania w szerszym zakresie chorób przewlekłych [1].
Ograniczenia
Należy zwrócić uwagę na pewne ograniczenia badania. Chociaż wyniki są obiecujące, mogą nie być w pełni generalizowalne na inne gatunki lub modele chorób. Ponadto, badanie skupia się na krótkoterminowych efektach naświetlania FIR, co ogranicza możliwość wyciągania wniosków długoterminowych [1]. Dalsze badania mogą dostarczyć więcej informacji na temat potencjalnych skutków ubocznych i mechanizmów działania FIR w różnorodnych kontekstach klinicznych [1].
Wnioski
Naświetlanie dalekim promieniowaniem podczerwonym może zwiększać aktywność SERCA2, prowadząc do redukcji skurczu VSMC poprzez zmniejszenie poziomów wapnia i ATP wewnątrzkomórkowego oraz fosforylacji MLC [1]. Terapia FIR może być skutecznym, nieinwazyjnym podejściem do zapobiegania i leczenia chorób związanych z zwężeniem tętnic i skurczami patologicznymi, dostarczając nowego wglądu w możliwości terapeutyczne w medycynie naczyniowej [1].
