Angiopoietin like-2: a pro-inflammatory and pro-oxidative protein that contributes to endothelial dysfunction

Abstract

Le vieillissement vasculaire est caractérisé par une dysfonction de l’endothélium. De nombreux facteurs de risque cardiovasculaire tels que l’obésité et l’hypertension prédisposent l’endothélium à un stress oxydant élevé aboutissant à une dysfonction endothéliale, celle-ci étant communément accompagnée d’une diminution de la biodisponibilité du monoxyde d’azote. Bien que la fonction endothéliale soit un déterminant majeur de la prédiction du risque cardiovasculaire des patients, son évaluation individuelle reste très limitée. En conséquence, il existe un intérêt scientifique grandissant pour la recherche de meilleurs biomarqueurs. L’Angiopoiétine like-2 (angptl2), une protéine identifiée récemment, joue un rôle pro-inflammatoire et pro-oxydant dans plusieurs désordres causés par une inflammation chronique allant de l’obésité à l’athérosclérose. L’inflammation et un stress oxydant accru ont été établis comme des mécanismes sous-jacents à l’apparition d’une dysfonction endothéliale, c’est pourquoi ce travail met l’accent sur le rôle de l’angptl2 dans la dysfonction endothéliale. Plus précisément, ce travail vise à: 1) déterminer les effets aigus de l’angptl2 sur la fonction endothéliale, 2) caractériser la fonction endothéliale et la contribution des différents facteurs relaxants dérivés de l'endothélium (EDRF) dans plusieurs lits vasculaires, et ce, dans un modèle de souris réprimant l’expression de l’angptl2 (knock-down, KD), et 3) examiner si l'absence d'expression angptl2 protège contre la dysfonction endothéliale induite par un régime riche en graisses (HFD) ou par perfusion d'angiotensine II (angII) chez la souris. Dans la première étude, l’incubation aigue avec de l’angptl2 recombinante induit une dysfonction endothéliale dans les artères fémorales isolées de souris de type sauvage (WT), probablement en raison d’une production accrue d'espèces réactives oxygénées. Les artères fémorales de souris angptl2 KD présentent une meilleure fonction endothéliale en comparaison aux souris WT, vraisemblablement par une plus grande contribution de la prostacycline dans la vasodilatation. Après 3 mois d’une diète HFD, les principaux EDRF respectifs des artères fémorales et mésentériques sont conservés uniquement dans les souris angptl2 KD. Cette préservation est associée à un meilleur profil métabolique, une moindre accumulation de triglycérides dans le foie et des adipocytes de plus petite taille. De plus, l’expression de gènes inflammatoires dans ces tissus adipeux n’est augmentée que chez les souris WT. Dans la seconde étude, l’absence d’angptl2 résulte en une production accrue de monoxyde d’azote dans les artères cérébrales isolées par rapport à celles des souris WT. La perfusion chronique d’angII provoque, seulement chez les souris WT, une dysfonction endothéliale cérébrale probablement par le biais d’une augmentation de la production d’espèces réactives oxygénées, probablement dérivé des NADPH oxydase 1 et 2, ainsi que l'augmentation des facteurs constricteurs dérivés de l’endothélium issus de la cyclo-oxygénase. En revanche, l’apocynine réduit la dilatation cérébrale chez les souris KD traitées à l’angII, ce qui suggère le recrutement potentiel d’une voie de signalisation compensatoire impliquant les NADPH oxydases et qui aurait un effet vaso-dilatateur. Ces études suggèrent fortement que l’angptl2 peut avoir un impact direct sur la fonction endothéliale par ses propriétés pro-inflammatoire et pro-oxydante. Dans une optique d’application à la pratique clinique, les niveaux sanguins d’angptl2 pourraient être un bon indicateur de la fonction endothéliale.

Vascular aging is characterized by changes in the endothelium. Common cardiovascular risk factors, including obesity and hypertension, predispose the endothelium to increased oxidative stress, leading to endothelial dysfunction commonly characterized by diminished nitric oxide bioavailability. Although endothelial function can be a major determinant of cardiovascular risk prediction in patients, individual testing is still limited in clinical settings and thus there is increasing scientific interest in finding better biomarkers. Angiopoietin like-2 (angptl2), a recently identified protein, is a pro-inflammatory and pro-oxidative protein involved in chronic inflammatory disorders ranging from obesity to atherosclerosis. As inflammation and increased oxidative stress are established underlying mechanisms by which endothelial dysfunction occurs, this work focuses on the role of angptl2 in endothelial dysfunction, a topic that is largely unexplored. Specifically, this work aims to 1) determine the acute effects of angptl2 on endothelial function, 2) characterize endothelial function and contribution of different endothelium-derived relaxing factors in various vascular beds in a newly generated angptl2 knock-down (KD) mouse model, and 3) examine whether the lack of angptl2 expression protects against endothelial dysfunction induced by either a high-fat diet (HFD) or angiotensin II (angII) infusion in mice. In the first study, we show that a recombinant angptl2 acutely evokes endothelial dysfunction in the femoral artery isolated from wild-type (WT) mice, likely due to increased production of reactive oxygen species. Also in the femoral artery, angptl2 KD mice display better endothelial function compared to WT, which may be a result of greater prostacyclin contribution to vasodilation. After a 3-month HFD, the main respective endothelium-derived relaxing factors in the femoral and mesenteric arteries are preserved in angptl2 KD mice only, which was associated with a better metabolic profile, such as lower total cholesterol-to-high-density lipoprotein and low-density-to-high-density lipoprotein ratios compared to WT mice. After a HFD, KD mice have less triglyceride accumulation in the liver and smaller adipocytes in their mesenteric and epididymal white adipose tissues compared to WT mice, while inflammatory gene expressions in adipose tissues increase in WT mice only. In the second study, we reveal that the lack of angptl2 in KD mice results in greater nitric oxide production compared to WT mice in their isolated cerebral arteries. Chronic infusion of pro-inflammatory and pro-oxidative angII results in cerebral endothelial dysfunction only in WT mice, which is acutely ameliorated with either N-acetylcysteine, apocynin, or indomethacin, suggesting increased reactive oxygen species, likely derived from the NADPH oxidases 1/2, and increased cyclooxygenase-derived endothelium-derived contracting factors. In contrast, apocynin reduces cerebral dilation in angII-treated KD mice, suggesting recruitment of a potential compensatory dilatory NADPH oxidase pathway. These studies are the first to explore angptl2 contribution to endothelial dysfunction in different vascular beds, and strongly suggest that angptl2 can directly impair endothelial function by its pro-inflammatory and pro-oxidative properties. Translating this to the clinical setting, expression levels of angptl2 may be an indicator of endothelial function, and lowering angptl2 levels could become a potential therapeutic approach in the treatment of chronic inflammatory disorders including cardiovascular diseases.