Presupposti fisiopatologici

Si ritiene che la disfunzione endoteliale protratta nel tempo possa portare a rimodellamento vascolare che può essere fisiologico, come nel caso dell'arteriogenesi o dell'angiogenesi che si verificano durante il normale sviluppo umano, o maladattivo, come può accadere durante i processi patologici vascolari, come l'aterosclerosi o l'ipertensione. Diversi fattori influenzano la funzione endoteliale, spostando il fenotipo delle cellule endoteliali da anti-aterosclerotico a pro-aterosclerotico, promuovendo così attivamente il rimodellamento della parete vascolare.

2.5.1.1 Forze emodinamiche

Le forze emodinamiche svolgono un ruolo importante nella salute e nella plasticità delle cellule endoteliali. Lo shear stress è un fattore importante nella regolazione della proliferazione delle cellule endoteliali. Il flusso costante favorisce una ridotta proliferazione delle cellule

endoteliali, mentre un flusso turbolento stimola il turnover cellulare e l'apoptosi88_{. Il ciclico}

allungamento/stiramento, che si verifica perpendicolarmente alla parete dei vasi sanguigni ed è causato dall’azione di pompa cardiaca inducendo stress circonferenziale, predispone anche

alla migrazione endoteliale89_{. Le cellule endoteliali rispondono ai cambiamenti delle forze}

emodinamiche alterando la loro produzione di sostanze vasoattive. Gli aumenti dello shear stress generalmente favoriscono la vasodilatazione mediata dall'aumento della biodisponibilità di NO che ha un effetto antiproliferativo nei confronti delle fibrocellule muscolari lisce della

parete vascolare90,91_{. Lo shear stress influisce anche sull'espressione delle molecole di adesione}

delle cellule endoteliali come molecole di adesione cellulare vascolare (VCAM-1) e selectine, che a loro volta possono portare all'adesione dei leucociti alla superficie dell’endotelio,

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favorendone anche il passaggio nello spazio subendoteliale. Questi eventi favoriscono

l’ispessimento parietale e la formazione delle lesioni aterosclerotiche92,93_{. Le forze}

emodinamiche possono anche influenzare la produzione di varie citochine proinfiammatorie endoteliali e fattori di crescita. Squilibri nell'espressione del fattore di crescita derivato dalle piastrine (PDGF), fattore di crescita beta dei fibroblasti (bFGF), fattore di crescita beta trasformante (TGF-β), interleuchina-6 (IL-6) e interleuchina-1 (IL-1) possono creare un effetto domino, stimolando le cellule muscolari lisce vascolari ed infiammatorie a migrare e proliferare, creando così un ambiente pro-infiammatorio predisposto alla progressione della

malattia vascolare94_.

2.5.1.2 Specie reattive dell’ossigeno (ROS)

Le cellule endoteliali, così come tutte le cellule vascolari, hanno la capacità di produrre ROS che, essendo altamente instabili, tendono a reagire ed a danneggiare tutti i macroelementi cellulari, incluse le proteine, i lipidi e gli acidi nucleici. È stato dimostrato che in condizioni di basso shear stress, come nel flusso turbolento che deriva da una malattia vascolare occlusiva o da vasi stenotici, viene stimolata una cascata di segnali intracellulari che provoca l'attivazione della NAPDH ossidasi (Nox) e la conseguente produzione di ROS95_{. Esiste un sottile equilibrio} tra i meccanismi di regolazione della produzione e degradazione dei ROS. Il flusso costante sembra promuovere l'attivazione dei fattori di trascrizione importanti per la salute del vaso, tra cui il fattore di trascrizione nucleare eritroide-2 (Nrf2) e il fattore 2 Kruppel (KLF2), che, a sua volta, aumentano l'espressione di superossido dismutasi che protegge dal danno indotto dai ROS neutralizzandoli96_.

Al contrario, il flusso discontinuo favorisce la sovraregolazione del NF-κB e della proteina attivatrice 1 (AP-1), che rappresentano importanti stimolatori della produzione di ROS e stimolano l'espressione di proteine favorenti la progressione della malattia aterosclerotica come

48 la proteina 1 chemiotattica monocitaria (MCP-1 ) e la molecola di adesione intracellulare 1 (ICAM-1)97_.

I ROS possono causare modificazioni nella struttura di proteine redox-sensibili, che spesso consistono nell’ossidazione di residui di cisteina. Queste modifiche post-traduzionali si manifestano in forma di S-nitrosilazione, S-glutationazione, solfidratazione, solfenilazione, creazione di legami disolfuro e acido solfinico e solfonico98_{, comportano cambiamenti nella} struttura e nella funzione delle proteine coinvolte, che a loro volta causano una miriade di effetti cellulari, inclusa la proliferazione e / o l'apoptosi delle cellule vascolari. Ad esempio, in condizioni normali, le cellule muscolari lisce vascolari mostrano tassi di proliferazione molto bassi. In condizioni patologiche come nell'ipertensione, l'aumento dei livelli di ROS induce modifiche post-traduzionali a carico di proteine che influenzano i meccanismi di regolazione del ciclo cellulare e sono sensibili allo stato ossido-riduttivo della cellula, stimolando la proliferazione, la sdifferenziazione e la migrazione cellulari99_{. Questo fenotipo proliferativo} porta quindi all'aumento dello spessore della media, alle dimensioni ridotte del lume e all'aumentata rigidità parietale che sono tipiche del rimodellamento ipertrofico osservato nell'ipertensione.

2.5.1.3 Sistema renina-angiotensina-aldosterone (RAAS)

Un altro importante contributo all'iniziazione e al mantenimento del rimodellamento vascolare è dato dal sistema renina-angiotensina-aldosterone (RAAS). Molteplici studi dimostrano chiaramente che l'attivazione non controllata di RAAS è deleteria. In vivo, l'infusione di Ang II (angiotensina 2) in un modello di ratto aumenta l'adesione dei leucociti nei vasi di resistenza100 _{e aumenta l'espressione di VCAM-1 nell'aorta tramite l'attivazione trascrizionale} di NF-κB. La somministrazione di losartan, un bloccante del recettore dell'angiotensina 1, consente di prevenire questi ultimi effetti deleteri101_{. In studi che hanno utilizzato cellule}

49 muscolari lisce vascolari umane (Kranzhofer et al., 1999) e monociti del sangue periferico102_, Ang II induce espressione di IL-6, MCP-1 e TNFa. Ang II può indurre direttamente il danno delle cellule endoteliali inibendo la rigenerazione cellulare; inoltre, Ang II funge da secondo messaggero, attivando le vie della protein chinasi mitocondriale (MAPK) e della protein chinasi B (AKT), stimolando l'apoptosi cellulare, la proliferazione e la disfunzione vascolare103_{. Ang II è sia pro-fibrotico che pro-ossidante}104_{, inducendo la produzione di ROS} tramite l’attivazione della NADPH-ossidasi (Nox) e di geni sensitivi allo stato ossido-riduttivo cella cellula105_.

Il blocco del RAAS, al contrario, migliora la funzione vascolare e, in particolare, la disfunzione endoteliale. È stato dimostrato che l’utilizzo di bloccanti del recettore dell'angiotensina (ARB o sartanico) o con un inibitore dell'enzima di conversione dell'angiotensina (ACEi) migliora la biodisponibilità di NO nell'uomo106_{. Dal punto di vista clinico, la riduzione degli eventi} cardiovascolari osservata in seguito all’assunzione di questi farmaci non sembra superare quella prevista dal solo abbassamento della pressione sanguigna, suggerendo che la concomitante riduzione dell'infiammazione e dello stress ossidativo contribuisca al miglioramento diretto della disfunzione endoteliale. L'aldosterone ha anche dimostrato di promuovere il rimodellamento vascolare. Per esempio, valutando anelli aortici isolati da topi obesi che erano stati nutriti con una dieta ricca di grassi e da topi magri che hanno ricevuto infusioni di aldosterone a breve termine, entrambi risultavano ricchi di recettori mineralcorticoidi (MR), con comprovata compromissione della vasodilatazione NO- dipendente e disfunzione endoteliale che poteva essere invertita, in entrambi i modelli, mediante delezione genetica degli MR endoteliali107_.

Questo suggerisce che il MR endoteliale è coinvolto nella regolazione della disfunzione endoteliale indotta dall'obesità e dall'incremento dell’aldosterone. Allo stesso modo, dopo un prolungato periodo di somministrazione di sale e deossicorticosterone, topi con cellule

50 endoteliali knockout per MR erano protetti contro l'espressione di ICAM-1 cardiaca, contro l’infiltrazione dei macrofagi a livello vascolare, l’upregulation di iNOS e deposizione di collagene rispetto ai controlli, nonostante non vi fosse stato un cambiamento significativo nella pressione sanguigna108_.