Influence of 4-methylumbelliferone, a hyaluronan-synthase inhibitor, on atherosclerotic vessel alterations in apoE-deficient mice

Hyaluronsäure (HA) ist ein bedeutender Bestandteil atherosklerotischer Läsionen, vermittelt neointimale Expansion und fördert die Migration und Proliferation glatter Muskelzellen. Andererseits ist Hyaluronsäure ein integraler Bestandteil der vasoprotektiven endothelialen Glykokalyx. In der vorliegenden Arbeit wurden zum ersten Mal die Effekte einer chronischen pharmakologischen Inhibition der HA-Synthese auf Atherosklerose und Gefäßfunktion untersucht. ApoE-defiziente Mäuse, die ein fett- und cholesterinreiches Futter erhielten, wurden ab einem Alter von vier Wochen oral mit 4 Methylumbelliferon (4-MU), einem Inhibitor der HA-Synthese, behandelt. Anschließend wurde der Plaquebesatz der Aorta und die Plaquefläche des Aortenursprungs im Alter von 8, 15 und 25 Wochen bestimmt. Bei dem 25 Wochen Untersuchungszeitpunkt konnte eine deutliche Steigerung der Atherosklerose festgestellt werden, die mit einer Anhäufung von mac2-positiven Makrophagen in den atherosklerotischen Läsionen einherging. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Acetylcholin-abhängige Vasorelaxation von isolierten Aortenringen verschlechtert, und der systolische Blutdruck unter Einfluss von 4-Methylumbelliferon erhöht war. Mit Hilfe des Modells der photochemisch induzierten Thrombose konnte eine verstärkte Thromboseneigung unter Einfluss von 4-MU gezeigt werden. Der pro-thrombotische Status wurde weder durch eine erhöhte Plättchenaktivität, bestimmt durch CD62P Expression, noch durch eine veränderte Thrombinaktivität, bestimmt durch die Messung des endogenen Thrombinpotentials, ausgelöst. Der Effekt von 4-MU auf die Volumenexpansion atherosklerotischer Plaques war spezifisch für die Atherosklerose da 4-MU auf die Neointimahyperplasie, ausgelöst durch die Ligatur der linken A. carotis, keine Effekte hatte. Elektronenmikroskopische Aufnahmen von myokardialen Kapillaren zeigten eine Schädigung der endothelialen Glykokalyx unter dem Einfluss von 4-MU. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die systemische Inhibition der Hyaluronsäure-Synthese zu einer beschleunigten Atherosklerose führt. Als mögliche Ursache wird der Verlust der vasoprotektiven endothelialen Glykokalyx durch 4 Methylumbelliferon angenommen.Hyaluronan (HA) is thought to mediate neointimal expansion and to facilitate smooth muscle cell migration and proliferation. On the other hand HA is an integral component of the endothelial glycocalyx mediating vasoprotection. The present study examines for the first time the effects of chronic pharmacologic inhibition of HA synthesis, on atherosclerosis and vascular function. ApoE-deficient mice on a high-fat and cholesterol-rich Western-diet were treated orally with 4-methylumbelliferone (4-MU), an inhibitor of HA-synthesis, beginning at four weeks of age. Subsequently, aortic atherosclerotic plaque burden and plaque size at the aortic root level were determined at 8, 15 and 25 weeks of age. Atherosclerosis was markedly increased at 25 weeks and accumulation of mac2-positive macrophages was increased in the lesions. Furthermore, acetylcholine dependent relaxation of aortic rings was decreased and mean arterial blood pressure was increased in response to 4-MU. The model of photochemically induced thrombosis revealed a pro-thrombotic state under 4-MU treatment, that was not due to increased platelet activation as determined by CD62P expression and did not reflect increased thrombin activity as monitored by the endogenous thrombin potential. Furthermore, the lesion promoting effect of 4-MU was specific for atherosclerosis since 4-MU did not accelerate neointimal hyperplasia in response to ligation of the left carotid artery. Electron microscopy of myocardial capillaries revealed a severely damaged endothelial glycocalyx after 4-MU treatment. The data suggest that systemic inhibition of HA synthesis by 4-MU accelerates atherosclerosis possibly due to ablation of the protective function of the endothelial glycocalyx