ПРОВОСПАЛИТЕЛЬНАЯ АКТИВАЦИЯ ЭНДОТЕЛИАЛЬНЫХ КЛЕТОК И МОНОЦИТОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ПАТОФИЗИОЛОГИЧЕСКИ РЕЛЕВАНТНОГО КАЛЬЦИЕВОГО СТРЕССА

Основные положения

• Патофизиологически релевантный кальциевый стресс (5 мкг кальция на 1 мл) независимо от источника (свободные ионы кальция, кальципротеиновые мономеры или частицы) приводит к повышению выделения эндотелиальными клетками в культуральную среду провоспалительных цитокинов, растворимых форм эндотелиальных рецепторов и проангиогенных факторов.
• Воздействие фетуиновых кальципротеиновых мономеров и частиц на моноциты в вышеуказанной концентрации вызывало повышение экспрессии генов рецепторов связывания с эндотелиальными клетками, увеличение выделения моноцитами провоспалительных и протромботических молекул и адгезию моноцитов к эндотелиальным клеткам в условиях пульсирующего потока.
• Продемонстрировано, что внутривенное введение крысам Wistar фетуиновых кальципротеиновых мономеров и кальципротеиновых частиц в вышеуказанной концентрации вызывает более выраженный провоспалительный сдвиг, чем свободные ионы Ca²⁺, и индуцирует повышение выделения растворимых форм эндотелиальных рецепторов, провоспалительных молекул, протромботических молекул, биоактивных матрикинов и маркеров повреждения печени.

Цель. Определить патологические эффекты воздействия ионов кальция (Ca²⁺), кальципротеиновых мономеров (КПМ-Ф) и кальципротеиновых частиц (КПЧ-Ф) на эндотелиальные клетки и моноциты.

Материалы и методы. Первичные эндотелиальные клетки (ЭК) коронарной и внутренней грудной артерий, а также моноциты человека были инкубированы с Ca²⁺ (с использованием CaCl₂ в качестве донора), КПМ-Ф и КПЧ-Ф для индукции патофизиологически релевантного кальциевого стресса (5 мкг кальция на 1 мл, что соответствует 10%-ному повышению уровня Ca²⁺) с последующим анализом уровня генной экспрессии и содержания провоспалительных молекул в культуральной среде посредством дот-блот-профилирования. Анализ адгезии ЭК к моноцитам проводили после их сокультивирования в условиях 24-часового воздействия пульсирующего потока. Для оценки системного воспалительного ответа выполняли внутривенные инъекции CaCl₂, КПМ-Ф и КПЧ-Ф крысам Wistar с дальнейшим измерением содержания провоспалительных молекул в сыворотке методом дот-блоттинга.

Результаты. Кальциевый стресс независимо от источника (Ca²⁺, КПМ-Ф или КПЧ-Ф) приводил к повышению выделения ЭК в культуральную среду: провоспалительных цитокинов (IL-6, IL-8, MCP-1/CCL2, CCL5/RANTES, GM-CSF, CXCL1/GROα, MIF); растворимых форм эндотелиальных рецепторов (CD31/PECAM-1, CD105/ENG, CD147/BSG, CD106/VCAM-1), свидетельствующих о клеточной гибели или патологическом слущивании данных рецепторов; проангиогенных факторов (ангиогенин, ангиопоэтин-2, HGF, PDGF, SDF-1α). Воздействие КПЧ-Ф на моноциты вызывало повышение экспрессии генов рецепторов связывания ЭК (ITGB1, ITGA4, SELPG), а воздействие КПМ-Ф и КПЧ-Ф – увеличение выделения моноцитами провоспалительных (липокалин-2/NGAL, MMP-9, миелопероксидаза), проангиогенных (ангиогенин, BDNF) и протромботических молекул (uPAR, PAI-1, тромбоспондин-1). Посредством светлопольной микроскопии была показана повышенная адгезия моноцитов к ЭК после их 24-часовой совместной инкубации в системе пульсирующего потока с Ca²⁺, КПМ-Ф или КПЧ-Ф. Внутривенное введение крысам КПМ-Ф или КПЧ-Ф вызывало повышение выделения растворимых форм эндотелиальных рецепторов (VCAM-1/CD106, ICAM-1/CD54), провоспалительных молекул (CXCL7, CCL11/эотаксин, FLT3LG), протромботических молекул (PAI-1), матрикинов (фибулин-3, остеопонтин, эндостатин, CCN3, MMP-3), гепатокинов (гепассоцин, фетуин-А, RBP4, IGF-1, IGFBP-2/3/5/6) и белков путей метаболизма (резистин, RAGE, липокалин-2/NGAL).

Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о патофизиологической значимости провоспалительной активации ЭК и моноцитов под воздействием кальциевого стресса в контексте развития дисфункции эндотелия.

1. Smith ER, Holt SG. The formation and function of calciprotein particles. Pflugers Arch. 2025;477(6):753-772. doi: 10.1007/s00424-025-03083-7

2. Kutikhin AG, Feenstra L, Kostyunin AE, Yuzhalin AE, Hillebrands JL, Krenning G. Calciprotein Particles: Balancing Mineral Homeostasis and Vascular Pathology. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2021;41(5):1607-1624. doi: 10.1161/ATVBAHA.120.315697.

3. Jahnen-Dechent W, Heiss A, Schäfer C, Ketteler M. Fetuin-A regulation of calcified matrix metabolism. Circ Res. 2011;108(12):1494-509. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.110.234260.

4. Koeppert S, Ghallab A, Peglow S, Winkler CF, Graeber S, Büscher A, Hengstler JG, Jahnen-Dechent W. Live Imaging of Calciprotein Particle Clearance and Receptor Mediated Uptake: Role of Calciprotein Monomers. Front Cell Dev Biol. 2021;9:633925. doi: 10.3389/fcell.2021.633925.

5. Shishkova D, Markova V, Markova Y, Sinitsky M, Sinitskaya A, Matveeva V, Torgunakova E, Lazebnaya A, Stepanov A, Kutikhin A. Physiological Concentrations of Calciprotein Particles Trigger Activation and Pro-Inflammatory Response in Endothelial Cells and Monocytes. Biochemistry (Mosc). 2025;90(1):132-160. doi: 10.1134/S0006297924604064.

6. Zeper LW, Bos C, Leermakers PA, Franssen GM, Raavé R, Hoenderop JGJ, de Baaij JHF. Liver and spleen predominantly mediate calciprotein particle clearance in a rat model of chronic kidney disease. Am J Physiol Renal Physiol. 2024;326(4):F622-F634. doi: 10.1152/ajprenal.00239.2023.

7. Köppert S, Büscher A, Babler A, Ghallab A, Buhl EM, Latz E, Hengstler JG, Smith ER, Jahnen-Dechent W. Cellular Clearance and Biological Activity of Calciprotein Particles Depend on Their Maturation State and Crystallinity. Front Immunol. 2018;9:1991. doi: 10.3389/fimmu.2018.01991.

8. Herrmann M, Schäfer C, Heiss A, Gräber S, Kinkeldey A, Büscher A, Schmitt MM, Bornemann J, Nimmerjahn F, Herrmann M, Helming L, Gordon S, Jahnen-Dechent W. Clearance of fetuin-A--containing calciprotein particles is mediated by scavenger receptor-A. Circ Res. 2012;111(5):575-84. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.111.261479.

9. Shishkova D, Lobov A, Zainullina B, Matveeva V, Markova V, Sinitskaya A, Velikanova E, Sinitsky M, Kanonykina A, Dyleva Y, Kutikhin A. Calciprotein Particles Cause Physiologically Significant Pro-Inflammatory Response in Endothelial Cells and Systemic Circulation. Int J Mol Sci. 2022;23(23):14941. doi: 10.3390/ijms232314941.

10. Kutikhin AG, Velikanova EA, Mukhamadiyarov RA, Glushkova TV, Borisov VV, Matveeva VG, Antonova LV, Filip'ev DE, Golovkin AS, Shishkova DK, Burago AY, Frolov AV, Dolgov VY, Efimova OS, Popova AN, Malysheva VY, Vladimirov AA, Sozinov SA, Ismagilov ZR, Russakov DM, Lomzov AA, Pyshnyi DV, Gutakovsky AK, Zhivodkov YA, Demidov EA, Peltek SE, Dolganyuk VF, Babich OO, Grigoriev EV, Brusina EB, Barbarash OL, Yuzhalin AE. Apoptosis-mediated endothelial toxicity but not direct calcification or functional changes in anti-calcification proteins defines pathogenic effects of calcium phosphate bions. Sci Rep. 2016;6:27255. doi: 10.1038/srep27255.

11. Shishkova D, Velikanova E, Sinitsky M, Tsepokina A, Gruzdeva O, Bogdanov L, Kutikhin A. Calcium Phosphate Bions Cause Intimal Hyperplasia in Intact Aortas of Normolipidemic Rats through Endothelial Injury. Int J Mol Sci. 2019;20(22):5728. doi: 10.3390/ijms20225728.

12. Shishkova D, Markova V, Sinitsky M, Tsepokina A, Velikanova E, Bogdanov L, Glushkova T, Kutikhin A. Calciprotein Particles Cause Endothelial Dysfunction under Flow. Int J Mol Sci. 2020;21(22):8802. doi: 10.3390/ijms21228802.

13. Shishkova DK, Velikanova EA, Bogdanov LA, Sinitsky MY, Kostyunin AE, Tsepokina AV, Gruzdeva OV, Mironov AV, Mukhamadiyarov RA, Glushkova TV, Krivkina EO, Matveeva VG, Hryachkova ON, Markova VE, Dyleva YA, Belik EV, Frolov AV, Shabaev AR, Efimova OS, Popova AN, Malysheva VY, Kolmykov RP, Sevostyanov OG, Russakov DM, Dolganyuk VF, Gutakovsky AK, Zhivodkov YA, Kozhukhov AS, Brusina EB, Ismagilov ZR, Barbarash OL, Yuzhalin AE, Kutikhin AG. Calciprotein Particles Link Disturbed Mineral Homeostasis with Cardiovascular Disease by Causing Endothelial Dysfunction and Vascular Inflammation. Int J Mol Sci. 2021;22(22):12458. doi: 10.3390/ijms222212458.

14. Heiss A, DuChesne A, Denecke B, Grötzinger J, Yamamoto K, Renné T, Jahnen-Dechent W. Structural basis of calcification inhibition by alpha 2-HS glycoprotein/fetuin-A. Formation of colloidal calciprotein particles. J Biol Chem. 2003;278(15):13333-41. doi: 10.1074/jbc.M210868200.

15. Heiss A, Eckert T, Aretz A, Richtering W, van Dorp W, Schäfer C, Jahnen-Dechent W. Hierarchical role of fetuin-A and acidic serum proteins in the formation and stabilization of calcium phosphate particles. J Biol Chem. 2008;283(21):14815-25. doi: 10.1074/jbc.M709938200.

16. Шишкова Д.К., Маркова В.Е., Маркова Ю.О., Торгунакова Е.А., Кондратьев Е.А., Дылева Ю.А., Кутихин А.Г. Закономерности распределения кальция по биохимическим компартментам сыворотки крови при моделировании минерального стресса in vitro в контексте дисфункции эндотелия. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2024. Т. 13. № 2. С. 60-71. doi: 10.17802/2306-1278-2024-13-2-60-71.

17. Jerka D, Bonowicz K, Piekarska K, Gokyer S, Derici US, Hindy OA, Altunay BB, Yazgan I, Steinbrink K, Kleszczyński K, Yilgor P, Gagat M. Unraveling Endothelial Cell Migration: Insights into Fundamental Forces, Inflammation, Biomaterial Applications, and Tissue Regeneration Strategies. ACS Appl Bio Mater. 2024;7(4):2054-2069. doi: 10.1021/acsabm.3c01227.

18. Lee HW, Shin JH, Simons M. Flow goes forward and cells step backward: endothelial migration. Exp Mol Med. 2022;54(6):711-719. doi: 10.1038/s12276-022-00785-1.

19. Lin A, Miano JM, Fisher EA, Misra A. Chronic inflammation and vascular cell plasticity in atherosclerosis. Nat Cardiovasc Res. 2024;3(12):1408-1423. doi: 10.1038/s44161-024-00569-y.

20. Peña OA, Martin P. Cellular and molecular mechanisms of skin wound healing. Nat Rev Mol Cell Biol. 2024;25(8):599-616. doi: 10.1038/s41580-024-00715-1.

21. Hilgendorf I, Frantz S, Frangogiannis NG. Repair of the Infarcted Heart: Cellular Effectors, Molecular Mechanisms and Therapeutic Opportunities. Circ Res. 2024;134(12):1718-1751. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.124.323658.

22. Amersfoort J, Eelen G, Carmeliet P. Immunomodulation by endothelial cells - partnering up with the immune system? Nat Rev Immunol. 2022;22(9):576-588. doi: 10.1038/s41577-022-00694-4.

23. Wu X, Reboll MR, Korf-Klingebiel M, Wollert KC. Angiogenesis after acute myocardial infarction. Cardiovasc Res. 2021;117(5):1257-1273. doi: 10.1093/cvr/cvaa287.

24. Yan F, Liu X, Ding H, Zhang W. Paracrine mechanisms of endothelial progenitor cells in vascular repair. Acta Histochem. 2022;124(1):151833. doi: 10.1016/j.acthis.2021.151833.

25. Chong MS, Ng WK, Chan JK. Concise Review: Endothelial Progenitor Cells in Regenerative Medicine: Applications and Challenges. Stem Cells Transl Med. 2016;5(4):530-8. doi: 10.5966/sctm.2015-0227.