Role of Glutathione Peroxidase 1 in the Pathogenesis of Atherosclerosis and Restenosis

Abstract

혈관내의 산화적 스트레스는 동맥경화증과 혈관 리모델링의 개시와 진행에 관련되어 있다. 항산화 효소인 glutathione peroxidase 1 (Gpx1)은 과산화수소를 물로 환원시켜 주는 역할을 한다. Gpx1은 포유동물에서 6개의 다양한 isoform들을 가지고 있고 진핵세포에서는 selenium을 함유하며 주로 세포질과 미토콘드리아에 존재한다. 최근 연구에서는 Heterozygous Gpx1이 심장혈관의 외막주변의 염증, neointima 형성 그리고 콜라겐 응집을 증가시킨다고 알려 졌다. 그리고 협심증 환자의 적혈구의 Gpx1의 기능은 심장혈관질병의 발병위험과 깊은 연관이 있다고 한다. 또한 Gpx1의 기능을 감소시키는 Polymorphisms은 제 2형 당뇨병 환자의 경동맥의 내막중막 두께를 증가시키고 심장혈관질병의 발병위험율을 증가시킨다고 보고 되었다. 이러한 결과들을 바탕으로 Gpx1의 결핍이 고지질 식이를 급이한 마우스에서의 동맥경화증의 진행과 혈관 리모델링에의 영향을 알아보고자 실험을 하였다. 본 연구에서는 Gpx1 유전자적중 (Gpx1^(-/-)) 마우스와 ApoE 유전자적중 (ApoE^(-/-)) 마우스를 교배하여 Gpx1^(-/-)ApoE^(-/-) 이중적중 마우스 (double knockout mice)를 제작하였다. 그리고 10주간 고지방 사료 (HFD)를 급이한 Gpx1^(-/-) 마우스에서의 hematologic parameter 들을 분석하였다. 또한 대조군 ApoE^(-/-) 마우스와 실험군 Gpx1^(-/-)ApoE^(-/-) 마우스를 10주와 23주간의 고지질 사료 (WTD)를 급이하였다. 그 결과 ApoE^(-/-) 마우스와 비교했을 때 Gpx1^(-/-)ApoE^(-/-) 마우스의 몸무게와 plasma lipids contents는 차이가 없었고 10주와 23주간의 고지질 식이후에 동맥경화의 병변 또한 증가하지 않았다. 이를 통해 ApoE^(-/-) 마우스에서 Gpx1의 동맥경화 진행 메커니즘에 제한적인 역할을 하는 것을 확인하였다. 그리고 경동맥 묶음 모델에서 Gpx1의 neointima 형성을 분석하였다. 그 결과 Gpx1^(-/-) 마우스에서의 내막중막두께가 유의적으로 증가하였다. 이러한 결과는 Gpx1이 혈관손상후의 neointima 형성에 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 결론적으로 본 연구를 통해 Gpx1의 결핍은 고지질 식이를 통한 동맥경화를 증가시키지 못하는 반면 혈관손상후의 neointima 형성을 증가시키는 것을 확인할 수 있었다. 이는 Gpx1이 혈관 평활근 세포 (VSMC)의 증식과 이동에 관여한다는 것을 알 수 있었다.;Oxidative stress within the vasculature is thought to contribute to the initiation and progression of atherosclerosis and vascular remodeling. As glutathione peroxidase 1 (Gpx1) is an antioxidant enzyme that convert hydrogen peroxide (H₂O₂) to water. There are six Gpx isoenzymes found in mammals. The major cellular Gpx1 is a selenium-containing protein present in both cytosol and mitochondria of eukaryotic cells. In Recently study, Heterozygous Gpx1 is accompanied by increased periadventitial inflammation, neointima formation and collagen deposition surrounding the coronary arteries. Activity of red blood cell Gpx1 is inversely associated with the risk of cardiovascular events in patients with coronary artery disease. Polymorphisms identified within the Gpx1 gene that result in reduced Gpx1 activity have been linked with increased intima-media thickness of carotid arteries and an increased risk of cardiovascular and peripheral vascular disease in type 2 diabetes mellitus (DM) patients. We tested the impact of Gpx1 deficiency on atherosclerotic processes in mice fed a western diet (WTD) and vascular remodeling such as restenosis. In the present study, we generated double-knockout Gpx1^(-/-)ApoE^(-/-) mice by breeding Gpx1^(-/-) with ApoE^(-/-) mice, on the C57BL/J6 background. We analyzed the hematologic parameters of Gpx1^(-/-) mice with those of the Gpx1^(+/+) mice after 10 weeks on the HFD. Male ApoE^(-/-) mice with and without Gpx1 deficiency were fed on a WTD for 10 and 23 weeks. The average body weight and plasma lipids contents in Gpx1^(-/-)ApoE^(-/-) was not affected during the 10 weeks WTD compared with ApoE^(-/-) control mice. Moreover, compared with control ApoE^(-/-) mice, atherosclerotic lesion was not increased in Gpx1^(-/-)ApoE^(-/-) mice after 10 and 23 weeks on the WTD. Gpx1 was limited role in contributing to atherosclerosis or antiatherogenic mechanisms within ApoE deficient aortas. Furthermore, we analyzed neointima formation for Gpx1 in the mouse carotid ligation model. Intima-media thickness (IMT) was significantly increased in Gpx1^(-/-) mice compared with Gpx1^(+/+) mice. These findings suggest Gpx1 affect neointima formation after vascular injury. In conclusion, Gpx1 deficiency was not accompanied by increased atherosclerosis in a murine model of WTD-induced atherogenesis. On the other hand, Gpx1 affect neointima formation after vascular injury. Gpx1 has not influence on progression of atherosclerosis by hypercholesterolemia condition, whereas Gpx1 has an effect on VSMC proliferation, migration, and protection against oxidative stress.