De la Centro Cardiologico Monzino, IRCCS, Milano, Italia.

dickkopf

Corespondență cu Cristina Banfi, dr., Centro Cardiologico Monzino IRCCS, via Parea 4, Milano 20138, Italia. E-mail

De la Centro Cardiologico Monzino, IRCCS, Milano, Italia.

Abstract

Studiile clinice și preclinice din ultimele 3 decenii au descoperit o multitudine de căi de semnalizare implicate în inițierea și progresia aterosclerozei. Din aceste studii, semnalizarea de către proteinele din familia Wnt a apărut recent ca un jucător important în dezvoltarea aterosclerozei. Semnalizarea Wnt se caracterizează printr-un număr mare de liganzi, receptori și coreceptori și poate fi reglată la mai multe niveluri diferite. Dintre modulatorii Wnt, proteinele Dkk (Dickkopf) conservate evolutive și în special Dkk-1, membrul fondator al familiei, sunt cele mai bine caracterizate. Rolul Dkks în fiziopatologia peretelui arterial este doar parțial înțeles, dar implicarea lor în ateroscleroză devine din ce în ce mai evidentă. Această revizuire introduce constatări cheie recente privind proteinele Dkk și funcțiile acestora în ateroscleroză și discută despre importanța potențială a modulării semnalizării Dkk ca parte a unei noi strategii îmbunătățite pentru prevenirea și tratarea bolilor legate de ateroscleroză.

Prezentare vizuală -

O prezentare vizuală online este disponibilă pentru acest articol.

Repere

Proteinele familiei Dkk (Dickkopf) sunt regulatori importanți ai căii de semnalizare Wnt/β-catenină, care joacă roluri cheie în multe procese biologice esențiale și într-o varietate de boli, inclusiv boli cardiovasculare.

Pe lângă modularea căii canonice Wnt, Dkks poate interfera cu semnalizarea Wnt necanonică și poate exercita activități independente de Wnt, sugerând funcții dependente de context.

Rolul Dkks în fiziopatologia peretelui arterial este doar parțial înțeles, dar dovezile crescânde sugerează că aceste proteine, în special Dkk-1 - membru fondator al familiei - au potențialul de a aduce contribuții importante la dezvoltarea aterosclerozei.

Dkk-1 a apărut recent ca un biomarker candidat promițător pentru o mai bună stratificare a pacienților cu risc cardiovascular ridicat și o țintă nouă a statinelor, care reprezintă piatra de temelie a prevenirii și tratamentului bolilor cardiovasculare.

Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a stabili potențialul terapeutic al vizării proteinelor Dkk pentru prevenirea și tratarea bolilor legate de ateroscleroză.

De la descoperirea lor, mai multe studii au implicat proteinele Dkk în bolile umane, cancerul principal, oasele și bolile neurodegenerative. 16,17 Mai recent, semnalizarea de către Dkks a câștigat atenție și în domeniul cardiovascular, iar descoperirile despre rolul Dkk-1 și Dkk-3 în fiziopatologia peretelui arterial apar acum, sugerând că aceste proteine ​​sunt implicate în reglarea ateroscleroza. Dkk-2 și Dkk-4 au fost mult mai puțin studiate decât Dkk-1 și Dkk-3, iar funcția lor moleculară și posibila implicare în ateroscleroză rămân în mare parte necunoscute. Această revizuire oferă informații despre rolul proteinelor Dkk în ateroscleroză și discută despre valoarea potențială a Dkks ca noi ținte pentru ateroprotecție.

Dkk-1: un inhibitor Wnt/β-Catenin cu rol proaterogen

Dkk-1, membru fondator al familiei, este o glicoproteină secretată care a fost caracterizată cel mai extins ca un inhibitor al căii Wnt 17 canonice dependente de β-catenină (Figura 1). Acționează prin blocarea legării liganzilor Wnt la coreceptorii lor LRP (proteină legată de receptorul lipoproteinelor cu densitate mică) 5 sau 6. 17 Mai recent, Dkk-1 a fost, de asemenea, legat de activarea semnalizării Wnt independente de β-catenină. Acest mod de acțiune nu este bine înțeles, dar este probabil indirect și implică Dkk-1 deplasarea balanței de semnalizare Wnt de la calea dependentă de β-catenină la căi independente de β-catenină. 19 În sfârșit, în afară de legarea la LRP5/6, Dkk-1 este un ligand cu afinitate ridicată pentru proteinele transmembranare Krm (Kremen) 1 și 2. Interacțiunea dintre LRP6, Dkk-1 și Krm declanșează internalizarea și degradarea Receptorul LRP, oferind astfel un mecanism suplimentar pentru inhibarea semnalizării Wnt. 20

Datele din studiile pe animale și din alte investigații in vitro susțin observațiile la oameni (tabelele 1-3). La șoareci ApoE -/-, reducerea silențioasă a Dkk-1 a redus dezvoltarea leziunilor aterosclerotice, 37,38 în timp ce supraexprimarea Dkk-1 a promovat formarea și vulnerabilitatea plăcii și a crescut apoptoza EC. 38 În EC ale venei ombilicale umane, atât perturbarea stresului laminar de forfecare, cât și expunerea la oxLDL (lipoproteine ​​oxidate cu densitate scăzută) au indus expresia Dkk-1, în timp ce silențierea Dkk-1 a împiedicat efectele dăunătoare ale acestor factori proaterogeni. 37,38 În plus, datele obținute în EC primare de aortă bovină sugerează că semnalizarea Dkk-1 poate promova tranziția endotelial-mezenchimală, un proces care a apărut recent ca un important motor al inițierii și progresiei aterosclerozei, unde expresia markerilor endoteliali și funcțiile se pierd și se dobândește expresia celulelor mezenchimale și funcțiile. 42

tabelul 1. Dovezi clinice care susțin un rol pentru Dkks în bolile legate de ateroscleroză

11-dehidro-TXB2 indică 11-dehidro-tromboxan B2; SCA, sindroame coronariene acute; ADMA, dimetilarginină asimetrică; AS, stenoză aortică; ASA, aspirină; CAD, boala coronariană; CCA-IMT, grosimea intima-media a arterei carotide comune; CHD, boli coronariene; CV, cardiovascular; BCV, boli cardiovasculare; Dkk-1, proteina 1 legată de Dickkopf (Dickkopf-1); Dkk-3, proteina 3 legată de Dickkopf (Dickkopf-3); MI, infarct miocardic; SA, angină stabilă; sCD40L, CD40L solubil; T2DM, diabet zaharat tip 2; și UA, angină pectorală instabilă.

masa 2. Dovezi in vitro care susțin un rol pentru dkks în ateroscleroză

apoJ indică apolipoproteina J; AKT, protein kinaza B; ATF6, activând factorul de transcripție 6; CREB, proteină de legare a elementelor responsive AMPc; CXCR7, receptor de chemokină C-X-C tip 7; Dkk-1, proteina 1 legată de Dickkopf (Dickkopf-1); Dkk-3, proteina 3 legată de Dickkopf (Dickkopf-3); Dvl1, dezvelit-1; CE, celulă endotelială; ER, reticul endoplasmatic; ERK1/2, kinaze extracelulare cu reglare a semnalului 1/2; HUVEC, celule endoteliale ale venei ombilicale umane; IL, interleukină; JNK, kinază c-iunie N-terminală; MCP-1, proteină chimiotactică monocitică 1; OSS, solicitare de forfecare oscilatorie; oxLDL, lipoproteine ​​oxidate cu densitate mică; PAI-1, inhibitor activator plasminogen tip 1; PAR1, receptor 1 activat de proteinază 1; PI3K, fosfatidilinozitol 3-kinază; PTX3, pentraxin 3; Rac1, substrat 1 al toxinei botulinice C3 legate de Ras; RhoA, familia de gene omolog Ras, membru A; ROR2, receptorul tirozin-protein transmembranez kinazic ROR2; Sca1, antigenul 1 al celulelor stem; și TGF, factor de creștere transformator.

Dincolo de constatările rezumate mai sus, care oferă dovezi directe ale implicării Dkk-1 în evenimente proaterogene, dovezi indirecte sugerează că activitatea Dkk-1 poate afecta fiziopatologia peretelui arterial prin modularea semnalizării Wnt. În mod interesant, suprimarea semnalizării Wnt/β-cateninei de către Dkk-1 derivată din trombocite s-a dovedit că potențează infiltrarea neutrofilelor în parenchimul pulmonar la modelele de șoarece cu leziuni pulmonare acute. 43 Această observație sugerează un alt mecanism potențial prin care Dkk-1 ar putea contribui la aterogeneză, deoarece inflamația neutrofilă este recunoscută în prezent ca o forță motrice a creșterii leziunilor aterosclerotice. 44.45 În plus, s-a demonstrat că pierderea tonului normal de semnalizare LRP6 reglează echilibrul dintre semnalizarea Wnt canonică și necanonică în mușchiul neted vascular, favorizând activitățile Wnt necanonice care promovează formarea neointimelor și calcificarea arterială. 46–48 Este, așadar, tentant să ipotezăm că Dkk-1 ar putea afecta sănătatea vasculară prin promovarea endocitozei și degradarea receptorului LRP6 (Figura 1), îmbunătățind astfel răspunsurile Wnt necanonice implicate în bolile arteriale.

În general, dovezile disponibile sugerează că Dkk-1 ar putea fi o țintă promițătoare pentru ateroprotecție.

Semnalizarea Dkk-1 în calcificarea cardiovasculară

În general, au fost necesare studii mecaniciste suplimentare pentru a elucida rolul semnalizării Dkk în calcificarea cardiovasculară.

Dkk-1 este un nou obiectiv al statinelor

În sprijinul numeroaselor funcții exercitate de Dkk-1, am constatat, de asemenea, că reglează în jos expresia clusterinei, cunoscută și sub numele de apoJ (apolipoproteina J). Această proteină, care este considerată una dintre cele mai importante chaperone extracelulare găsite vreodată, este o glicoproteină multifuncțională care a fost implicată în mai multe stări fiziologice și patologice, inclusiv transportul lipidelor, modularea imună și boala Alzheimer și este implicată în căi comune. mai multe boli, cum ar fi moartea și supraviețuirea celulelor, stresul oxidativ și stresul proteotoxic. 66 În cele din urmă, am demonstrat că Dkk-1 reglează în jos expresia PTX3 (pentraxin 3), o moleculă majoră de recunoaștere a modelelor aparținând superfamiliei PTX-urilor, care joacă roluri importante ca modulator al răspunsurilor imuno-inflamatorii. 67 PTX3 lung este o componentă esențială a imunității înnăscute umorale și joacă un rol în reglarea inflamației. Prin reglarea PTX3, Dkk-1 ar putea media efectele sale asupra vasculaturii, inclusiv interacțiunea sa cu factorul de creștere angiogen FGF2 și reglarea tonusului peretelui vasului, sau poate contribui la orchestrarea vindecării rănilor și la repararea/remodelarea țesuturilor. 67

În general, aceste rezultate adaugă sprijin suplimentar în favoarea explorării valorii terapiilor orientate spre Dkk-1 pentru ateroscleroză (Figura 2).

Figura 2. Prezentare schematică a efectelor proaterogene ale Dkk-1 (proteina 1 legată de Dickkopf). Odată eliberat de trombocitele activate sau indus de expunerea celulelor endoteliale (EC) la factori aterogeni (cum ar fi oxLDL [receptorul oxidat de lipoproteine ​​cu densitate mică] și fluxul perturbat), Dkk-1 poate induce inflamații vasculare și poate promova tranziția endotelial-mezenchimală (EndoMT) și apoptoza EC. Mai mult, Dkk-1 reglează direct expresia proteinelor implicate în patogeneza aterosclerozei, inclusiv PAI-1 (inhibitor al activatorului plasminogen tip 1), clusterin/apoJ (apolipoproteina J) și PTX3 (pentraxin 3).

Dkk-3: un membru divergent al familiei Dkk cu un rol multifacetic în ateroscleroză

Tabelul 3. Rolurile Dkks în modelele animale de ateroscleroză

Dkk-1 indică proteina 1 legată de Dickkopf (Dickkopf-1); Dkk-3, proteina 3 legată de Dickkopf (Dickkopf-3); CE, celulă endotelială; HFD, dietă bogată în grăsimi; ICAM-1, molecula de adeziune intercelulară 1; TEVG, grefe vasculare prelucrate cu țesuturi; și VCAM-1, proteina 1 de adeziune a celulelor vasculare.

Figura 3. Modelul propus al funcției Dkk-3 (proteina 3 legată de Dickkopf) în ateroscleroza experimentală. În stadiul incipient al aterogenezei, Dkk-3 poate acționa ca o citokină ateroprotectoare, promovând migrația endotelială și repararea (25). În plus, Dkk-3 poate induce diferențierea progenitorilor vasculari Sca1 + și a fibroblastelor adventitiale în celule musculare netede funcționale (SMC 35), afectând potențial creșterea plăcii, dar și stabilitatea plăcii și integritatea vasculară. În prezent, nu se cunoaște dacă Dkk-3 poate exercita alte efecte asupra dezvoltării aterosclerozei. Odată cu extinderea și durata crescândă a hipercolesterolemiei, activitatea ateroprotectoare a Dkk-3 poate fi pierdută, iar Dkk-3 poate promova progresia aterosclerozei (36). Mecanismele care stau la baza reacției aparent diferite la Dkk-3 în diferite stadii ale hiperlipidemiei și aterosclerozei sunt încă evazive.

Colectiv, dovezile actuale sugerează că Dkk-3 ar putea promova repararea vasculară, jucând un rol critic în stadiul incipient al aterogenezei și prevenind progresia bolii. Alte efecte potențiale ale Dkk-3 asupra fiziopatologiei arteriale sunt încă necunoscute și sunt necesare cercetări suplimentare pentru a clarifica rolul acestui membru al familiei Dkk în ateroscleroză.

Dkks ca ținte terapeutice în ateroscleroză

Având în vedere dovezile crescânde care susțin implicarea semnalizării Dkk în ateroscleroză (tabelele 1-3), proteinele Dkk, în special Dkk-1, pot reprezenta ținte terapeutice promițătoare nu numai pentru tulburările de cancer 19,68, ci și pentru bolile legate de ateroscleroză. 11

Deși rezultatele obținute până acum sunt încurajatoare, vor fi necesare cercetări suplimentare înainte ca acești compuși să poată fi aplicați cu succes la pacienții cu cancer. În prezent, niciunul dintre acești compuși nu a fost raportat ca fiind sub investigație clinică pentru BCV legată de ateroscleroză. Sperăm că studiile clinice în oncologie vor oferi, de asemenea, informații utile despre fezabilitatea și beneficiile direcționării semnalizării Dkk în CVD. 11

În plus față de agenții biologici special concepuți pentru a viza Dkk-1, așa cum sa raportat mai sus, noi și alții am demonstrat că statinele pot acționa ca inhibitori ai Dkk-1 prin blocarea geranilgeranilării Cdc42, Rho și Rac. 39,60,62,63 Această constatare poate deschide calea pentru a investiga potențialul terapeutic al inhibitorilor de geranilgeranilare a proteinelor 80 în modularea semnalizării Dkk-1. Mai mult, dovezile recente sugerează că expresia majorității componentelor de semnalizare Wnt, inclusiv Dkks, se află sub controlul a cel puțin unui microARN. 11,81,82 Expresia microARN-urilor, la rândul ei, este intens controlată de semnalizarea Wnt. 81 Pe baza acestei noțiuni, este de conceput că o mai bună înțelegere a interconectărilor dintre rețelele de semnalizare Dkk și microRNA ar putea oferi o nouă perspectivă asupra mecanismelor de reglementare cu roluri cheie în fiziopatologia aterosclerozei, oferind baza pentru explorarea unor noi căi terapeutice. În prezent, însă, cunoștințele despre crosstalks între membrii familiei Dkk și microARN-uri care sunt implicate în reglarea aterosclerozei sunt încă insuficiente.

Oricare ar fi strategia, probabil, în direcționarea terapeutică a Dkk-1, ar trebui să se ia în considerare faptul că, deși a fost caracterizată cel mai mult ca o proteină legată inextricabil de semnalizarea Wnt canonică, 16,17 Dkk-1 apare ca o moleculă cu funcții bazându-se pe inhibarea canonică a căii β-cateninei, inclusiv activități independente de Wnt, 83-88 sugerând roluri dependente de context. 15 Acest aspect este deosebit de relevant, deoarece> 30 de ani după descoperirea revoluționară a semnalizării Wnt și investigația amplă a acestei căi fundamentale și extrem de conservate din punct de vedere evolutiv, nu este încă clar dacă vom putea viza cu succes cascada de semnalizare Wnt în scopuri terapeutice fără a interfera cu rolul crucial al semnalizării Wnt în homeostazia și repararea țesuturilor. 19,89 În prezent, nu se știe dacă strategiile vizate pentru a modula selectiv căile Dkk în contexte specifice ar putea evita riscul de a dezechilibra semnalizarea Wnt generală. Cert este că există un entuziasm extraordinar pe măsură ce cunoștințele noastre despre Dkks, inclusiv rolul lor atât în ​​fiziologia normală, cât și în fiziopatologie, precum și descoperirea potențialelor noi puncte terapeutice de intervenție, continuă să crească.

Concluzii