Resumen
Antecedentes
La interacción entre el entorno intrauterino y el postnatal temprano se ha asociado con un mayor riesgo de enfermedades cardiovasculares en la edad adulta, incluida la hipertensión arterial pulmonar (HAP). Si bien la evidencia emergente destaca el papel crucial de la patología mitocondrial en la HAP, los mecanismos específicos que impulsan la HAP de origen fetal siguen siendo difíciles de alcanzar.
Métodos y resultados
Para dilucidar el papel de la dinámica mitocondrial en la patogénesis de la HAP de origen fetal, establecimos un modelo en rata de crecimiento de recuperación posnatal después de una restricción del crecimiento intrauterino (RCIU) para inducir hipertensión arterial pulmonar (HAP). El análisis de secuencia de ARN de muestras de arteria pulmonar de ratas reveló genes metabólicos mitocondriales desregulados y vías asociadas con un aumento de la presión arterial pulmonar y la remodelación de la arteria pulmonar en el grupo RC (crecimiento de recuperación posnatal después de RCIU). Los experimentos in vitro que utilizaron células del músculo liso de la arteria pulmonar (PASMC) del grupo RC demostraron una proliferación y migración elevadas y funciones mitocondriales deterioradas. En particular, en el grupo RC se observó una expresión reducida de Mitofusion 2 (Mfn2), una proteína de la membrana externa mitocondrial implicada en la fusión mitocondrial. La reconstitución de Mfn2 dio como resultado una fusión mitocondrial mejorada y funciones mitocondriales mejoradas en PASMC del grupo RC, revirtiendo efectivamente el efecto Warburg. Es importante destacar que la reconstitución de Mfn2 alivió el fenotipo de HAP en las ratas del grupo RC.
Conclusiones
La dinámica mitocondrial desequilibrada, caracterizada por una expresión reducida de Mfn2, desempeña un papel fundamental en el desarrollo de la HAP de origen fetal después del crecimiento de recuperación posnatal después de la RCIU. Mfn2 surge como una estrategia terapéutica prometedora para controlar la HAP inducida por el crecimiento de recuperación del RCIU.
Introducción
La restricción del crecimiento intrauterino (RCIU) se define clínicamente como el peso al nacer inferior al percentil 10 del peso promedio de la edad gestacional y afecta aproximadamente al 10-15% de los embarazos en todo el mundo.1). La llegada del soporte nutricional avanzado ha llevado a un aumento significativo en el aumento de peso posnatal entre los lactantes con RCIU en los últimos años.2, 3). Sin embargo, la evidencia emergente de los orígenes del desarrollo de la salud y la enfermedad sugiere que los desajustes entre el entorno intrauterino y el postnatal temprano, especialmente durante la transición nutricional entre generaciones, pueden aumentar el riesgo de enfermedades cardiovasculares, incluida la hipertensión arterial pulmonar (HAP) en la edad adulta.4,5,6). Sorprendentemente, una investigación integrada ha revelado perfiles transcriptómicos desregulados relacionados con el riesgo cardiometabólico en adolescentes que experimentaron RCIU con crecimiento de recuperación posnatal (7). Además, en nuestras investigaciones anteriores, observamos que las ratas RCIU sometidas a un rápido crecimiento de recuperación exhibieron una presión arterial pulmonar elevada y una remodelación vascular pulmonar en la edad adulta (5); sin embargo, el mecanismo subyacente aún no se ha dilucidado.
La hipertensión arterial pulmonar (PAH) se caracteriza principalmente por la obstrucción de la luz vascular y la elevación de la presión arterial pulmonar media (PAPm), como resultado del aumento de la hipertrofia, proliferación y migración de las células del músculo liso de la arteria pulmonar (PASMC).8). En los últimos años, ha ido creciendo el consenso en torno a la noción de que la HAP exhibe un efecto Warburg similar al de las células tumorales. Específicamente, a pesar de la presencia de suficiente oxígeno, las células favorecen la glucólisis sobre la oxidación de la glucosa mitocondrial.9). El efecto Warburg, más allá de su asociación con el entorno tumoral, desempeña un papel fundamental en la inmunidad, la angiogénesis, la infección por patógenos y puede servir como marcador de proliferación celular.10). En particular, el análisis proteómico ha confirmado la expresión aumentada de proteínas relacionadas con la glucólisis y la disfunción mitocondrial en PASMC de pacientes con HAP, en comparación con los controles normales.11). Este cambio metabólico podría conducir a la hiperpolarización de la membrana mitocondrial a través del reclutamiento de células inmunes o inflamatorias, una mayor expresión de citocinas o quimiocinas y, en última instancia, una mayor proliferación de PASMC.12). Sin embargo, los mecanismos precisos que contribuyen al efecto Warburg en la HAP de origen fetal requieren más investigaciones.
La evidencia acumulada sugiere que la dinámica mitocondrial desequilibrada contribuye significativamente a la progresión de la remodelación vascular pulmonar.13,14,15). Las mitocondrias, como orgánulos dinámicos, sufren continuamente transformaciones de fusión y división. Mantener un delicado equilibrio en la dinámica mitocondrial es crucial para preservar la morfología mitocondrial y la función vascular (16). Entre los actores clave en este proceso, Mitofusion 2 (Mfn2), una proteína de la membrana externa mitocondrial, desempeña un papel fundamental en la regulación de la fusión y función mitocondrial. Curiosamente, Mfn2 se identificó inicialmente como un “gen supresor de hiperplasia” debido a su función antiproliferativa en las células del músculo liso vascular (17). En particular, investigaciones previas han revelado una expresión reducida significativa de Mfn2 tanto en pacientes con HAP como en modelos animales, mientras que la restauración de la expresión de Mfn2 en modelos animales con HAP ha mostrado resultados prometedores, mejorando la remodelación vascular pulmonar y reduciendo la resistencia vascular pulmonar (18, 19). Estos hallazgos ofrecen la posibilidad de explorar intervenciones basadas en Mfn2 como una vía de tratamiento viable para la HAP.
En este estudio actual, establecimos un crecimiento de recuperación posnatal siguiendo el modelo RCIU de PAH para investigar las consecuencias de entornos perinatales adversos no coincidentes más adelante en la vida. Nuestra investigación identifica a Mfn2 como un actor clave en la interrupción del cambio metabólico de las PASMC a través del efecto Warburg, contribuyendo así al desarrollo de HAP de origen fetal. En particular, la sobreexpresión de Mfn2 revierte eficazmente el efecto Warburg en PASMC asociadas con PAH. A través de experimentos in vitro e in vivo, demostramos la implicación de Mfn2 en la HAP inducida por el crecimiento de recuperación posnatal después de la RCIU. Este estudio arroja luz sobre un mecanismo dependiente de mitocondrias no reconocido previamente que subyace a la HAP de origen fetal y proporciona información valiosa sobre el papel de Mfn2 en este contexto.
Materiales y métodos
Establecimiento de modelo animal.
Las ratas Sprague-Dawley se mantuvieron a una temperatura constante de 22 a 24 °C y se les proporcionó libre acceso a agua potable. El modelo de rata de crecimiento de recuperación de IUGR se configuró como se describe en nuestro estudio anterior (5). En resumen, se aparearon durante la noche ratas hembras vírgenes Sprague-Dawley que pesaban entre 250 y 300 g. Una vez embarazadas, fueron asignadas al azar a grupos de dieta normal o de dieta restringida, y recibieron comida regular o el 50% de la comida regular durante la gestación. Las crías de madres con dieta normal fueron designadas como ratas de control, mientras que las de madres con dieta restringida fueron etiquetadas como ratas IUGR. Después del nacimiento, el tamaño de la camada tanto de las crías de control como de RCIU se estandarizó a 8 crías por camada, y todas fueron criadas por madres de madres de control (Fig. 1a). Como resultado, se formaron dos grupos experimentales basados en la dieta madre/crías: Control/Control (CC) y restricción del crecimiento intrauterino con recuperación de crecimiento postnatal (RC). Para minimizar la variabilidad asociada con el ciclo hormonal en ratas hembra, se eligieron exclusivamente ratas macho para este estudio.
Las ratas RC desarrollaron un aumento de la presión arterial pulmonar y una remodelación de la arteria pulmonar. aDiseño de modelo de rata de crecimiento postnatal de recuperación. bPeso al nacer de las crías, n = 13 a 25 ratas por grupo. doTendencia de crecimiento en ratas CC y RC antes del destete, n = 13–25 ratas por grupo. dMedición representativa de la presión arterial pulmonar de ratas de los grupos CC y RC a las 14 semanas de edad. miImágenes representativas de la tinción de actina del músculo liso α. Barra de escala = 20 μm. FPresión arterial pulmonar media de las ratas, n = 8 por grupo. gramoÍndice de hipertrofia ventricular derecha (RV/ (LV + S)) de las ratas, n = 8 por grupo. hGrosor de la pared medial de las arteriolas pulmonares (20 a 100 μm de diámetro), n = 8 por grupo. CC, Control/Control; RC: restricción del crecimiento intrauterino con crecimiento de recuperación posnatal; PAPm: presión arterial pulmonar media; PA, arteria pulmonar; VD: índice de hipertrofia ventricular derecha; VI, ventricular izquierdo; S, tabique. Todos los datos de las figuras representan la media ± SEM y se analizan mediante la prueba t de dos colas de Student. *p < 0,05, ***p < 0,001, **** p < 0,0001 en comparación con el grupo CC
Mediciones hemodinámicas y de hipertrofia ventricular derecha.
A las 14 semanas de edad, las ratas fueron anestesiadas con una inyección intraperitoneal de pentobarbital (50 mg/kg, ip) y colocadas sobre una tabla quirúrgica. Para medir los valores hemodinámicos se introdujo un catéter de arteria pulmonar PE50 a través de la vena yugular externa derecha. El catéter se giró suavemente hacia la izquierda y se avanzó hasta que atravesó el corazón derecho y finalmente alcanzó la arteria pulmonar principal. El sistema de adquisición de datos fisiológicos utilizado para registrar estos valores hemodinámicos fue el BIOPAC MP150 (Biopac System Inc., Goleta, California, EE. UU.).
Para evaluar el grado de hipertrofia ventricular derecha, se diseccionó cuidadosamente el ventrículo derecho del ventrículo izquierdo y el tabique y se pesó individualmente. Luego se determinó el índice de hipertrofia ventricular derecha (RVHI) utilizando la siguiente fórmula: RVHI = peso del ventrículo derecho / (peso del ventrículo izquierdo + peso del tabique).
Evaluación de la remodelación vascular in vivo.
La inmunohistoquímica se realizó en tejidos pulmonares de rata siguiendo protocolos previamente establecidos (20). En resumen, los tejidos incluidos en parafina se seccionaron con un espesor de 4 a 5 μm. Luego, las secciones se sometieron a desparafinización usando xileno y rehidratación a través de una serie de concentraciones graduadas de etanol hasta llegar a agua destilada, seguido de la recuperación del antígeno. Posteriormente las muestras fueron incubadas en…
