Two Chain High Molecular Weight Kininogen Prevents Vascular Smooth Muscle Progenitor Cell Accumulation to Sites of Vascular Injury and Prevents Neointima Formation

Die Atherosklerose und die Restenose (Wiederverengung) von Gefäßen nach Ballonangioplastie sind vaskuloproliferative Erkrankungen. Bei der Restenose führen die Zerstörung des Endothels und der dadurch ausgelöste Entzündungsreiz zur Rekrutierung verschiedener Zellen an den Ort der durch Dehnung verletzten Arterie. Dies geschieht durch eine gesteigerte Auswanderung (Migration) und Zellvermehrung (Proliferation) primär ortsständiger, glatter Gefäßmuskelzellen (VSMC) aus der Media und Adventitia des verletzten Gefäßes. Es wird vermutet, dass an der Restenose des Gefäßes, auch beim Menschen, Vorläuferzellen (Progenitorzellen) beteiligt sind, die dem Knochenmark entstammen, an das denudierte Gefäß adhärieren und sich zu VSMC oder vaskulären Endothelzellen (VEC) differenzieren können. Zusätzlich adhärieren zirkulierende, mononukleäre Zellen an die verletzte Gefäßwand. Der durch die rekrutierten Zellen verursachte chronische Umbau (Remodeling) des Gefäßes mündet letztendlich in eine Neointimabildung mit Wiederverengung der Arterie, die den Erfolg revaskularisierender Maßnahmen limitiert. Die bis dato gewonnenen Erkenntnisse über die Mechanismen der Restenose ermöglichen zahlreiche Strategien zur Verhinderung der übermäßigen Zellrekrutierung. Die an der Bildung der Neointima beteiligten Zellen folgen im Laufe der Entstehung vaskuloproliferativer Erkrankungen chemotaktischen Mediatoren, die von den beteiligten Zellen sezerniert werden, sobald sie am Ort der Gefäßverletzung angelangt sind. 4 Faktoren bestimmen im Weiteren den Prozess der Neointimabildung. Die freigesetzten Zytokine führen erstens zu weiterer Proliferation von VSMC und mononukleären Zellen sowie zweitens zu fortgesetzter zellulärer Migration. Drittens kommt es zu vermehrter Adhäsion zirkulierender Zellen an das Endothel und viertens treten einige der beteiligten Zellen in den programmierten Zelltod (Apoptose) ein. Die Proliferation, die Migration und die Adhäsion führen zur Progression der Neointimabildung (negatives Remodeling). Die Apoptose wirkt dem entgegen (positives Remodeling). Die rekrutierten Zellen produzieren zudem Proteine, die eine extrazelluläre Matrix (ECM) formen, die wiederum einen entscheidenden Beitrag zur Neointimabildung liefert. Bei der Akkumulation von Zellen in der Neointima spielen verschiedene Integrin-Rezeptoren für die Vermittlung von Zell-Zell-Kontakten, Zellkontakten zur ECM und über diese Integrine initiierte Signalkaskaden eine entscheidende Rolle. Die Blockierung der Integrine stellt somit einen wirkungsvollen Mechanismus zur Therapie vaskuloproliferativer Erkrankungen dar. Es ist bekannt, dass das am Gerinnungssystem beteiligte, körpereigene Kininogen antiadhäsive Eigenschaften besitzt. Im Organismus wird es durch Kallikrein gespalten. Zurück bleibt, neben dem vasoaktiven Bradykinin das doppelsträngige, aktivierte Kininogen (HKa). HKa und ein Fragment dieser Substanz, die Domäne 5 (D5), interagieren mit unterschiedlichen Integrin-Rezeptoren auf Zellen, die zur Entstehung vaskuloproliferativer Erkrankungen beitragen. Das war der Anlass, in der vorliegenden Arbeit die Wirkung von HKa und D5 auf das Gefäßremodeling zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass das endogene HKa und D5 die Proliferation von VSMC und mononukleären Zellen in der Neointima und Media hemmen. Wird HKa oder D5 in einem in vivo Modell auf ein Gefäß gegeben, das zuvor mit einem Draht überdehnt wurde, verringert dies den Anteil von Entzündungszellen (Monozyten und Makrophagen) im verletzten Gefäßabschnitt. Die Untersuchungen belegen, dass die Applikation von HKa und D5 zusätzlich zur Induktion der Apoptose neointimaler Zellen führt. In der vorliegenden Arbeit konnte, in Übereinstimmung mit den Ergebnissen anderer Forschungsgruppen die Beteiligung von Knochenmarkszellen am Remodeling bestätigt werden. Weiterhin wird zum ersten Mal in einem in vivo Modell gezeigt, dass HKa und D5 die Rekrutierung von Progenitorzellen in die Neointima hemmen. Die vorgestellten Daten belegen, dass die beschriebenen Mechanismen durch die Applikation von HKa oder D5 zu einer Reduzierung der Neointimabildung führen. Die präsentierten Ergebnisse über die Wirkung der endogenen Komponente HKa und dessen Domäne 5 im Rahmen einer durch Denudation entstandenen Gefäßverletzung erhöhen das Verständnis dieser antiadhäsiven Substanzen bei der Verhinderung gefäßverengender Prozesse. Somit können diese neu gewonnenen Erkenntnisse die Grundlage für die Entwicklung neuer Strategien und effektiverer Therapien zur Behandlung vaskuloproliferativer Erkrankungen darstellen.Background: We previously described the anti-adhesive properties of endogenous two chain high molecular weight kininogen (HKa) and its peptide domain 5 (D5) during inflammatory cell recruitment. Since bone marrow-derived vascular progenitor cells substantially contribute to the pathogenesis of vasculoproliferative diseases, this study was aimed to evaluate the effect of HKa and D5 on the accumulation of circulating cells, the function of resident cells, and the vascular remodeling in a mouse model of femoral artery injury. Methods and Results: 6 weeks after lethal irradiation and bone marrow transplantation from GFP-transgenic into C57/BL-6 background mice, the left femoral artery was dilated. Local peri-arterial application of HKa or D5 in a thermoresponsive polymer-gel to the injured artery reduced the accumulation of monocytes / macrophages (HKa: 9.8% ± 1.6%; D5: 4.7% ± 1.4% vs. control: 14.4% ± 1.6%) and prevented the accumulation of bone marrow-derived VSMC (GFP+/SMA+) in the neointima (HK: 16.1% ± 4.7%; D5: 6.6% ± 8.8% vs. control: 25.4% ± 3.4%). HKa and D5 also significantly reduced the number of proliferating (PCNA+) cells (HKa: 7.5% ± 1.9%; D5: 4.6% ± 1.9% vs. 11.9% ± 1.9%) and significantly increased the number of apoptotic neointimal VSMC (HKa: 2.5% ± 2%; D5: 4.2% ± 2.2% vs. 1.6% ± 1.3%) resulting in a significant reduction of neointimal thickening 21 days after vascular injury, (neointima/media ratio HKa: 0.981 ± 0.174; D5: 0.549 ± 0.076 vs. 1.54 ± 0.150; n=6; P