Исследователи из Университета Алабамы в Бирмингеме впервые показали, что пониженное содержание калия в рационе способствует повышению жесткости аорты на модели мышей по сравнению с мышами, получавшими нормальный калий. Такая артериальная жесткость у людей является прогностическим признаком сердечных заболеваний и смерти от сердечных заболеваний и представляет собой важную проблему для здоровья нации в целом.Исследователи UAB также обнаружили, что повышенный уровень калия в рационе снижает кальцификацию сосудов и жесткость аорты.
Кроме того, они раскрыли молекулярный механизм, лежащий в основе эффектов низкого или высокого содержания калия в рационе.Такие знания о том, как клетки гладких мышц сосудов в артериях регулируют кальцификацию сосудов, подчеркивают необходимость учитывать потребление калия с пищей для предотвращения сосудистых осложнений атеросклероза. Он также предоставляет новые цели для потенциальных методов лечения, направленных на предотвращение или лечение атеросклеротической кальцификации сосудов и жесткости артерий.
Команда UAB под руководством Ябинга Чена, доктора философии, профессора патологии UAB и научного сотрудника Медицинского центра Бирмингема, штат Вирджиния, исследовала этот механизм сосудистых заболеваний тремя способами: диета живых мышей с разным содержанием калия, пересечение артерий мыши -срезы изучали в культуральной среде с различными концентрациями калия и гладкомышечных клетках сосудов мыши, выращенных в культуральной среде.Работая от живых мышей до молекулярных событий в клетках в культуре, исследователи UAB определили причинную связь между пониженным содержанием калия в рационе и кальцификацией сосудов при атеросклерозе, а также раскрыли основные патогенные механизмы.
Работа с животными проводилась на модели мышей, склонных к атеросклерозу, мышей с дефицитом аполипротеина E, стандартной модели, которые склонны к сердечно-сосудистым заболеваниям при кормлении диетой с высоким содержанием жиров. Используя низкий, нормальный или высокий уровень пищевого калия — 0,3 процента, 0,7 процента и 2,1 процента веса / веса соответственно, команда UAB обнаружила, что у мышей, получавших диету с низким содержанием калия, наблюдалось значительное увеличение кальцификации сосудов. Напротив, мыши, получавшие диету с высоким содержанием калия, заметно подавляли кальцификацию сосудов. Кроме того, у мышей с низким содержанием калия была повышенная жесткость аорты, а у мышей с высоким содержанием калия — снижение жесткости, на что указывает индикатор жесткости артерий, называемый скоростью пульсовой волны, который измеряется с помощью эхокардиографии у живых животных.
Различные уровни пищевого калия отражались разными уровнями калия в крови у трех групп мышей.Когда исследователи изучили поперечные срезы артерий в культурах, которые подвергались воздействию трех различных концентраций калия, исходя из нормальных физиологических уровней калия в крови, они обнаружили прямое влияние калия на кальцификацию артерий внутри артериальных колец.
Артериальные кольца с низким содержанием калия заметно усилили кальцификацию, в то время как высокое содержание калия ингибировало кальцификацию аорты.«Результаты обладают важным трансляционным потенциалом, — сказал Пол Сандерс, доктор медицины, профессор нефрологии медицинского факультета UAB и соавтор, — поскольку они демонстрируют пользу адекватного приема калия в предотвращении кальцификации сосудов у мышей, склонных к атеросклерозу. , и побочный эффект от низкого потребления калия ».Детали механизма
В культуре клеток низкий уровень калия в питательной среде заметно усиливает кальцификацию гладкомышечных клеток сосудов. Предыдущие исследования, проведенные несколькими лабораториями, в том числе группой Чена, показали, что кальцификация гладкомышечных клеток сосудов напоминает дифференциацию костных клеток, которая приводит к превращению гладкомышечных клеток в клетки, подобные костям.Таким образом, исследователи UAB протестировали эффект роста гладкомышечных клеток сосудов в культуре клеток с низким содержанием калия.
Они обнаружили, что условия с низким содержанием калия способствовали экспрессии нескольких маркеров генов, которые являются отличительными чертами костных клеток, но снижали экспрессию маркеров сосудистых гладкомышечных клеток, предполагая трансформацию сосудистых гладкомышечных клеток в костеподобные клетки при низком уровне содержания калия. калиевые условия.Механически они обнаружили, что низкое содержание калия повышает уровень внутриклеточного кальция в гладкомышечных клетках сосудов через канал транспортировки калия, называемый внутренним выпрямительным калиевым каналом. Это сопровождалось активацией нескольких известных нижестоящих медиаторов, включая протеинкиназу С и кальций-активируемый белок, связывающий элемент ответа цАМФ, или CREB.В свою очередь, активация CREB увеличивает аутофагию — систему внутриклеточной деградации — в клетках с низким содержанием калия.
Используя ингибиторы аутофагии, исследователи показали, что блокирование аутофагии блокирует кальцификацию. Таким образом, аутофагия играет важную роль в опосредовании кальцификации гладкомышечных клеток сосудов, вызванной низким содержанием калия.Затем роль сигналов активации CREB и аутофагии была протестирована на моделях поперечного сечения артерии мыши и на моделях живых мышей с низким, нормальным или высоким уровнем калия в среде или диете.
Результаты в обеих этих системах подтвердили жизненно важную роль калия в регулировании кальцификации сосудов посредством передачи сигналов кальция, CREB и аутофагии.Помимо Чена и Сандерса, соавторами статьи «Диетический калий регулирует кальцификацию сосудов и жесткость артерий», опубликованную в JCI Insight, являются Йонг Сун, Чанг Хён Бён и Юфэн Ян из отделения патологии UAB; Уэйн Э. Брэдли, Луи Дж. Делл’Италия и Анупам Агарвал, Департамент медицины UAB; и Hui Wu, Отделение детской стоматологии UAB.
Сандерс, Агарвал и Чен также являются членами исследовательского отдела Бирмингемского медицинского центра по делам ветеранов.