Le cellule progenitrici endoteliali nel diabete mellito e sue complicanze
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Le cellule progenitrici endoteliali nel diabete mellito e sue complicanze

on

  • 823 views

 

Statistics

Views

Total Views
823
Views on SlideShare
808
Embed Views
15

Actions

Likes
0
Downloads
1
Comments
0

1 Embed 15

http://www.dottnet.it 15

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Le cellule progenitrici endoteliali nel diabete mellito e sue complicanze Le cellule progenitrici endoteliali nel diabete mellito e sue complicanze Document Transcript

  • G It Diabetol Metab 2011;31:16-23RassegnaLe cellule progenitrici endotelialinel diabete mellitoe sue complicanzeRIASSUNTOLe cellule progenitrici endoteliali (EPCs, endothelial progenitorcells) sono cellule staminali di origine midollare coinvolte nella ripa- G.P. Fadini, A. Avogarorazione dell’endotelio e nei processi di angiogenesi. Alterazioni Dipartimento di Medicina Clinica e Sperimentale, Universitàquali-/quantitative delle EPCs si associano ai classici fattori di degli Studi di Padova, Padovarischio cardiovascolare e a malattia aterosclerotica prevalente. Inpazienti con diabete mellito di tipo 1 e di tipo 2 si osserva una ridu- Corrispondenza: dott. Gian Paolo Fadini, Dipartimentozione delle EPCs circolanti e diverse alterazioni funzionali di que- di Medicina Clinica e Sperimentale, Università diste cellule rispetto ai soggetti non diabetici. In presenza di compli- Padova, Policlinico Universitario, via Giustiniani 2,canze diabetiche micro- e macroangiopatiche, il livello delle EPCs 35100 Padovasi riduce ulteriormente in parallelo alla gravità di tali alterazioni. Lecause della riduzione delle EPCs nel diabete non sono del tutto G It Diabetol Metab 2011;31:16-23note, ma si ipotizza che alterazioni della mobilizzazione midollaregiochino un ruolo prevalente. Il basso livello di EPCs circolanti ha Pervenuto in Redazione il 26-11-2010un significato prognostico nei confronti della malattia cardiovasco- Accettato per la pubblicazione il 02-02-2011lare incidente in diverse tipologie di pazienti. Alcuni interventi far-macologici sono in grado di ripristinare il livello delle EPCs nel dia- Parole chiave: cellule staminali, rigenerazione,bete, ma non è ancora chiaro se tale effetto si traduca in una pro- patogenesitezione dagli eventi cardiovascolari. Key words: stem cells, regeneration, pathogenesisSUMMARYEndothelial progenitor cells in diabetes mellitus and its complica-tionsEndothelial progenitor cells (EPCs) are bone marrow-derived stemcells involved in endothelial repair and neo-angiogenesis.Quantitative and qualitative EPC alterations associate with classi-cal cardiovascular risk factors as well as with established athero-sclerotic diseases. Type 1 and type 2 diabetic patients showreduction and dysfunction of circulating EPCs, when compared tonon diabetic subjects. In the presence of micro- and macrovascu-lar diabetic complications, EPC levels are further reduced in par-allel with disease severity. The causes of low EPCs in diabetes arenot entirely clear, but defects in bone marrow mobilizationprocesses appear to be predominantly involved. Low EPCs levelspredict incident cardiovascular events in different cohorts ofpatients. Some pharmacological interventions are able to restorecirculating EPCs levels, but it remains to be established whetheror not this translates into cardiovascular protection.
  • Le cellule progenitrici endoteliali nel diabete mellito e sue complicanze 17Introduzione factor 1), migrano selettivamente presso le sedi di danno endoteliale, aderiscono alla soluzione di continuo formandoLe cellule progenitrici endoteliali (EPCs, endothelial progeni- una specie di toppa e quindi differenziando in cellule endote-tor cells) sono state identificate nel 1997 come un sottogrup- liali funzionalmente mature6. Questi fenomeni sono statipo di cellule mononucleate del sangue periferico in grado di dimostrati estesamente negli animali da laboratorio (conigli edifferenziarsi in cellule endoteliali mature e di contribuire alla roditori) ed esistono anche dati preliminari nell’uomo7.formazione di nuovi vasi sanguigni1. Si ipotizza che la mag- L’ischemia tessutale rappresenta uno degli stimoli più poten-giore sorgente di EPCs sia rappresentata dal midollo osseo ti alla mobilizzazione delle EPCs dal midollo osseo al circoloemopoietico. Così come durante la vita embrionale, proba- periferico, grazie al rilascio di fattori di crescita (per es. VEGF,bilmente anche nell’organismo adulto, tanto nei roditori vascular endothelial growth factor), citochine (per es. IL-8) equanto nell’uomo, le cellule staminali ematopoietiche e le chemochine (per es. SDF-1) indotto dalla bassa tensione diEPCs riconoscono un precursore comune, chiamato eman- ossigeno via HIF-1 (hypoxia-inducible factor 1)8,9. Questegioblasto. In passato si riteneva che la neovasculogenesi, molecole, agendo nel microambiente midollare, allentano lecioè la formazione di nuovi vasi sanguigni a partire da un tes- interazioni tra cellule progenitrici e cellule stromali (graziesuto avascolare, fosse limitata alle fasi di sviluppo dell’appa- all’azione della MMP9, matrix metalloproteinase 9) e favori-rato cardiovascolare a opera del mesoderma extraembriona- scono quindi il rilascio in circolo di EPCs10. Una volta nel tor-rio del sacco vitellino. Attualmente si ritiene che questo pro- rente circolatorio, le EPCs migrano selettivamente presso lecesso possa avvenire anche nell’organismo adulto, per sedi di ischemia seguendo i gradienti creati dalle chemochi-opera delle EPCs che, migrate dal midollo osseo ai tessuti ne (quali SDF-1) tramite l’espressione di superficie di recet-periferici, partecipano alla genesi di neovasi. Sono state tori specifici (per es. CXCR4, C-X-C chemokine receptor 4).anche identificate altre potenziali sorgenti di EPCs negli All’interno dei tessuti ischemici le EPCs partecipano allaorgani parenchimatosi (per es. il rene)2 e, soprattutto, dalla gemmazione di nuovi vasi a partire dalle arteriole precapillariparete degli stessi vasi sanguigni, sia arterie di grosso calibro preesistenti e contribuiscono anche alla formazione di nidi(per es. l’aorta)3 sia vene (per es. la safena)4. Mentre fino agli vascolari nei tessuti connettivali di neosintesi, che poi matu-anni ’90 la ricerca cardiovascolare si è focalizzata soprattut- rano in strutture tubulari e quindi in vasi sanguigni che si met-to sui meccanismi di danno vascolare, la scoperta delle tono in comunicazione con la circolazione11. L’esatto ruoloEPCs ha aperto un nuovo filone di studio basato sull’analisi quantitativo svolto dalle EPCs nei processi di neoangiogene-dei meccanismi di riparazione vascolare. si non è ancora chiarito. Alcuni lavori metodologici hannoLe EPCs infatti svolgono due ruoli fondamentali nella fisiolo- riportato che il contributo di cellule midollari alla genesi deigia e fisiopatologia dell’apparato cardiovascolare: il manteni- neovasi è piuttosto basso, mentre altri dati supportano unmento dell’omeostasi endoteliale e la neoangiogenesi. ruolo predominante delle cellule progenitrici, a seconda delL’endotelio è un organo anatomicamente e funzionalmente modello sperimentale utilizzato12. Il nostro gruppo di ricercacruciale per la salute cardiovascolare. Esso fornisce una bar- ha dimostrato che le EPCs possono esistere in uno stadioriera fisica alle cellule ematiche e al plasma e regola il tono quiescente in sede perivascolare, da cui possono esserevascolare, l’aggregazione piastrinica e l’adesione leucocita- reclutate in presenza di ischemia e integrarsi all’interno deiria. Le cellule endoteliali mature vanno incontro a un turnover neovasi13.molto lento, ma sono in grado, entro un certo limite, di rin- Alla luce di queste due fondamentali funzioni delle EPCs nellanovarsi. L’endotelio, per la sua tipica localizzazione anatomi- regolazione vascolare, appare evidente come un difetto dica, è esposto a numerose noxae patogene veicolate dal EPCs, sia esso quantitativo o qualitativo, possa influenzaresangue (per es. prodotti di ossidazione, acidi grassi, gluco- negativamente la biologia e la funzione cardiovascolare.sio, colesterolo ecc.) ed è quindi bersaglio dei tipici fattori di I metodi di analisi delle EPCs richiedono l’applicazione dirischio cardiovascolare, che agiscono tramite i noti meccani- sofisticati protocolli di enumerazione citofluorimetrica e/o dismi molecolari alterandone la funzione. La disfunzione endo- coltura cellulare. Per una rassegna della letteratura e un’ana-teliale si manifesta come aumento del tono vascolare, del- lisi critica dei metodi si veda Fadini e coll. 200814. Esistonol’aggregabilità piastrinica e dell’adesività leucocitaria, tutti numerosi aspetti controversi nella definizione e metodologiaeventi che possono favorire la comparsa e progressione di studio delle EPCs12, tanto che l’utilizzo di metodi differen-delle lesioni aterosclerotiche5. Le cellule endoteliali danneg- ti può anche condurre a risultati opposti15. Nella presentegiate possono andare incontro ad apoptosi, distaccandosidalla parete vascolare e lasciando un’area di denudamento rassegna gli aspetti più tecnici sono stati lasciati in secondoche costituisce una superficie altamente adesiva e tromboti- piano per far emergere una visione d’insieme della fisiopato-ca. Le cellule endoteliali mature ai margini di tale lesione, per logia di queste cellule nel contesto del diabete.la perdita dell’inibizione da contatto, possono rientrare nelciclo cellulare, proliferare e migrare verso il centro della lesio-ne per colmare la soluzione di continuo. Tuttavia questo pro- Le EPCs nel diabete mellitocesso è lento e inefficiente. Fisiologicamente, il ripristino ana-tomico e funzionale dell’endotelio avviene anche con il con- Il diabete mellito rappresenta una condizione clinica caratte-tributo delle EPCs circolanti che, grazie a determinati segnali rizzata da un aumento di 2-4 volte del rischio di malattia car-solubili (per es. chemochine quali SDF-1, stromal cell-derived diovascolare. Un eccessivo danno a carico dell’endotelio,
  • 18 G.P. Fadini e A. Avogarocome conseguenza dell’iperglicemia e delle anomalie meta- come in relazione a fattori di rischio emergenti (quali perboliche a essa associate, è stato per molto tempo conside- esempio iperomocisteinemia20, infiammazione, insulino-resi-rato il meccanismo principale di induzione del rischio cardio- stenza21). È stato anche evidenziato come l’aggregazione deivascolare nel diabete16. Attualmente si ritiene che alterazioni fattori di rischio che concorrono a definire la sindrome meta-dei sistemi di riparazione endoteliale possano essere altret- bolica interagiscano in maniera sinergica nel ridurre il livellotanto importanti nel condizionare la salute vascolare nel dia- delle cellule progenitrici circolanti22. In presenza di molteplicibete. fattori di rischio, la riduzione delle EPCs correla significativa-Utilizzando una metodica citofluorimetrica altamente stan- mente in maniera inversa con lo spessore medio-intimaledardizzata, il nostro gruppo di ricerca ha dimostrato che carotideo, confermando ancora una volta il significato dellapazienti affetti da diabete mellito di tipo 2 presentano una riduzione delle EPCs sul rimodellamento vascolare23.riduzione di circa il 40-50% nel numero delle EPCs circolan- Riduzione e disfunzione delle EPCs sono state individuateti17. Questa prima osservazione potrebbe di per sé rappre- anche in pazienti affetti da diabete di tipo 1, in maniera delsentare un difetto dei processi endogeni di riparazione che tutto simile a quanto osservato per il diabete di tipo 224. Talepredispone al danno vascolare. È interessante notare come osservazione assume particolare rilevanza se si considerala riduzione delle EPCs sia più marcata nei pazienti diabetici che soggetti giovani affetti da diabete di tipo 1, anche incon complicanze vascolari quali l’arteriopatia obliterante assenza di microangiopatia, mostrano già una significativadegli arti inferiori o la cerebrovasculopatia. Si osserva infatti deplezione di cellule progenitrici rispetto ai controlli di pari etàuna correlazione positiva tra EPCs e ABI (ankle brachial e sesso25. Quindi, ancora una volta, la precocità delle altera-index, indice caviglia braccio), mentre i più bassi livelli di zioni delle EPCs suggerisce un possibile coinvolgimento diEPCs circolanti si rilevano nei pazienti con ulcere ischemiche queste cellule nella fisiopatologia della malattia e, soprattut-dei piedi. In uno studio successivo è stato possibile eviden- to, delle sue complicanze.ziare che le alterazioni a carico delle EPCs non sono sola- Nella letteratura di questo settore sono descritte alterazionimente quantitative, ma anche qualitative. Per esempio, le quali- e quantitative delle EPCs in quasi tutte le complicanzeEPCs isolate da pazienti diabetici con vasculopatia mostra- del diabete. Oltre alle già menzionate relazioni tra EPCs evano una ridotta adesione all’endotelio maturo e una ridotta vasculopatia diabetica, è stato dimostrato che lo sviluppoproliferazione in vitro rispetto alle EPCs isolate da pazienti della retinopatia diabetica si caratterizza per la comparsa didiabetici privi di complicanze vascolari18. Pertanto, appare alcune alterazioni peculiari delle cellule progenitrici circolanti.come le alterazioni delle EPCs rispecchino in un certo senso Se, da un lato, le anomalie precoci della retinopatia diabeti-la gravità e la progressione delle complicanze vascolari della ca sono simili alle alterazioni microcircolatorie periferichemalattia diabetica. È stato anche possibile evidenziare che il (danno endoteliale e sviluppo di ghost capillaries), nelle fasilivello delle cellule progenitrici circolanti CD34+ (precursori avanzate di questa complicanza può prevalere la formazioneindifferenziati delle EPCs) è ridotto molto precocemente nella di neovasi e quindi una condizione proliferativa. È interessan-storia naturale del diabete di tipo 2, in quanto può essere evi- te come queste fasi si rispecchino in diverse alterazioni delledenziato anche in soggetti prediabetici, con IGT (impaired EPCs: nelle fasi iniziali il livello circolante delle EPCs puòglucose tolerance) e/o IFG (impaired fasting glycaemia)19. essere normale o ridotto26, mentre nelle fasi avanzate conRecentemente, il nostro gruppo di ricerca ha eseguito una proliferazione vascolare si osserva un patologico incrementorivalutazione sistematica di tutti i casi in cui era stato possi- delle EPCs27, soprattutto quando valutate mediante un sag-bile determinare contemporaneamente il livello delle cellule gio clonogenico in vitro28.progenitrici circolanti CD34+ e il grado di tolleranza ai carboi- Tra le complicanze microangiopatiche, anche la nefropatiadrati. In tale studio trasversale 425 pazienti erano stati sud- diabetica è stata associata ad alterazioni significative delledivisi in 7 categorie (NGT [normal glucose tolerance], IFG, EPCs. In generale, l’insufficienza renale cronica crea uno sbi-IGT, DM di nuova diagnosi, DM di 0-9 anni di durata, DM di lanciamento tra fattori che promuovono il danno endoteliale10-19 anni di durata e DM di > 20 anni di durata) a mimare e fattori di riparazione, con aumento dei frammenti di cellulela storia naturale del diabete di tipo 2. È stato interessante endoteliali in circolo e riduzione del livello delle EPCs29. Talenotare come il più basso livello delle cellule progenitrici circo- scenario rappresenta probabilmente uno dei meccanismilanti si osservasse al momento della diagnosi di diabete di con cui l’uremia aumenta marcatamente il rischio di eventitipo 2, mentre un certo grado di recupero si osservava nei 10 cardiovascolari30. Più specificamente, nel contesto dellaanni successivi, un altro tardivo nadir era presente in pazien- nefropatia diabetica, è stato riportato come il livello di celluleti con diabete da almeno 20 anni. Anche se con i limiti dello progenitrici circolanti CD34+ sia significativamente ridotto instudio trasversale, questo studio suggerisce un precoce e pazienti con diabete mellito di tipo 2 e microalbuminuria,grave, ma reversibile, difetto di cellule progenitrici circolanti, rispetto ai pazienti non microalbuminurici. Inoltre, gli stessiindicando la necessità di un intervento quanto più possibile autori hanno evidenziato che il livello basale delle celluletempestivo per ripristinare la capacità rigenerativa endogena. CD34+ predice il peggioramento della microalbuminuria nelTuttavia, è opportuno sottolineare che le alterazioni delle corso del tempo31. Tuttavia, la presenza di microalbuminuriaEPCs non sono specifiche per la malattia diabetica, in quan- nel diabete di tipo 2 non è necessariamente da considerareto possono essere rilevate anche in presenza di altri classici espressione di nefropatia incipiente e non ha sempre unfattori di rischio per malattia cardiovascolare (quali iperten- andamento progressivo. In ogni caso, dati ottenuti in pazien-sione arteriosa, obesità, dislipidemia, fumo di sigaretta), così ti con diabete di tipo 1 confermano che la presenza di View slide
  • Le cellule progenitrici endoteliali nel diabete mellito e sue complicanze 19microalbuminuria si associa a una riduzione e disfunzione morte cardiaca, infarto miocardico, angina instabile e neces-delle EPCs in vitro32. Il nesso fisiopatologico tra alterazioni sità di rivascolarizzazione. In un gruppo di 216 pazienti affet-delle EPCs e segni di iniziale glomerulopatia è confermato ti da insufficienza renale cronica o in trattamento dialiticoanche da studi nell’animale che mostrano come cellule pro- (49% diabetici), Maruyama e coll. hanno dimostrato come ungenitrici di origine midollare contribuiscano al ripopolamento basso livello di cellule progenitrici circolanti CD34+ si asso-dell’endotelio glomerulare e come le lesioni glomerulari tipi- ciasse a un elevato tasso di eventi cardiovascolari incidentiche del diabete siano, in certa misura e nelle fasi iniziali, ana- (fatali e non fatali, inclusi eventi di rivascolarizzazione e dia-tomicamente reversibili33. gnosi di vasculopatia periferica) e anche a un aumento signi-Molti meno dati esistono a supporto di una relazione clinica ficativo della mortalità per tutte le cause (che oltre alle causetra EPCs e neuropatia diabetica, sia essa autonomica o cardiovascolari comprendeva soprattutto eventi infettivi) neisomatica. Queste complicanze riconoscono una patogenesi 23 mesi successivi38. In questo contesto è interessante nota-in parte microangiopatica e pertanto è possibile che la ridu- re come non il fenotipo specifico delle EPCs (CD34+KDR+),zione delle EPCs predisponga allo sviluppo della neuropatia ma quello più generico delle cellule progenitrici circolantidiabetica. Gli studi clinici sono tuttavia complicati dal fatto (CD34+) acquisti un significato prognostico. Ciò è concordeche, nella maggior parte dei casi, i pazienti diabetici di tipo 1 con l’osservazione, da parte del nostro gruppo di ricerca,o di tipo 2 presentano pattern di complicanze piuttosto com- che in una coorte di 214 pazienti (un terzo dei quali diabeti-plessi, confondendo le possibili associazioni statistiche. Dati ci) il livello delle cellule CD34+ risulta più strettamente asso-sperimentali ottenuti negli animali da esperimento suggeri- ciato alla malattia cardiovascolare prevalente rispetto allescono che le EPCs possano essere coinvolte nella riparazio- EPCs (CD34+KDR+) e ad altri fenotipi di cellule progenitrici.ne/rigenerazione dei vasa nervorum e quindi confermano il In uno studio di follow-up di 34 mesi, un basso livello di cel-possibile link tra riduzione delle EPCs e sviluppo di neuropa- lule CD34+ risultava significativamente associato a un’eleva-tia diabetica34,35. ta incidenza di eventi cardiovascolari, ospedalizzazione per tutte le cause e morte per tutte le cause. In questo studio appariva di particolare interesse il fatto che il basso livello diRuolo predittivo delle EPCs nei confronti cellule CD34+ amplificava in maniera sinergica il rischio associato alla presenza di sindrome metabolica. L’interessedella malattia cardiovascolare nell’utilizzo del fenotipo semplificato CD34+ come marker prognostico consta nel minore costo dell’analisi e nelle pos-È stato dimostrato che la riduzione delle EPCs assume un sibilità di eseguire il test nella maggior parte dei laboratorisignificato prognostico in relazione allo sviluppo di futuri attrezzati per citofluorimetria di routine. In un’estensiva rea-eventi cardiovascolari. Tale dato longitudinale è stato eviden- nalisi di questi 4 studi longitudinali è stato possibile confer-ziato per pazienti con malattia cardiovascolare36, sindrome mare il significato prognostico sfavorevole delle basse cellu-metabolica37 o nefropatia38 e si conferma in una recente le progenitrici circolanti, indipendentemente dal fenotipo uti-metanalisi di questi studi di coorte39. Nel lavoro di Werner e lizzato (CD34+ o CD34+KDR+), così come la possibilità dicoll., publicato su New England Journal of Medicine nel confrontare dati ottenuti in diversi contesti clinici e laborato-2005, sono stati arruolati 519 pazienti al momento dell’ese- ristici. Al momento non esistono studi longitudinali condotticuzione di una coronarografia diagnostica, i quali sono stati specificamente nella popolazione diabetica. Tuttavia, laseguiti per 12 mesi per raccogliere gli eventi cardiovascolari determinazione delle EPCs circolanti assume un significato,incidenti36. Circa il 30% dei pazienti risultava affetto da dia- oltre che fisiopatologico, anche clinico. Infatti, l’aggiuntabete mellito. La presenza di un livello di EPCs (CD34+KDR+) della conta delle cellule progenitrici circolanti a un algoritmonel terzile inferiore della distribuzione standardizzata risultavaassociata a un aumento del 52% dell’incidenza di un primo per la determinazione del rischio cardiovascolare, potrebbeevento cardiovascolare maggiore rispetto alla presenza di un essere in grado di migliorare la stratificazione del rischio elivello di EPCs nel terzile superiore. Questo primo studio, identificare un maggior numero di pazienti da sottoporre acondotto su una popolazione “cardiologica” altamente sele- prevenzione primaria o secondaria39.zionata, dimostrava per la prima volta il significato prognosti-co negativo del basso livello di EPCs circolanti. In un sotto-gruppo di pazienti, anche il numero delle colonie di EPCs in Meccanismi fisiopatologicicoltura (CFU-EC) risultava predittivo di futuri eventi cardiova-scolari. Nel quasi contemporaneo studio di Schmidt-Lucke e I meccanismi che possono teoricamente determinare unacoll., di numerosità campionaria inferiore (n = 120), sono stati riduzione delle EPCs circolanti nei pazienti con diabete inclu-inclusi 43 controlli, 44 pazienti con malattia coronarica stabi- dono:le e 33 pazienti con eventi coronarici acuti40. Il 14% di que- 1) riduzione della mobilizzazione dal midollo alla periferia;sta coorte di pazienti risultava affetto da diabete mellito. 2) aumento dell’apoptosi delle cellule in circolo;Anche in questo contesto si rilevava come un livello di EPCs 3) consumo delle cellule presso tessuti sede di dannoinferiore a un valore soglia determinato mediante la curva vascolare.ROC era significativamente associato a eventi avversi sug- Discutendo brevemente questi meccanismi in ordine inverso,gestivi di progressione della malattia aterosclerotica, tra cui il fenomeno del consumo, come causa di un basso livello di View slide
  • 20 G.P. Fadini e A. AvogaroEPC circolanti, non è supportato dai dati sperimentali. umano, hanno dimostrato che esiste, a livello midollare, unaUtilizzando un modello di topo chimerico con midollo marca- specifica forma di neuropatia autonomica, caratterizzata dato GFP (green fluorescent protein), abbiamo dimostrato che depauperamento delle fibre nervose ortosimpatiche. Dalil reclutamento delle EPCs a livello delle ulcere cutanee è momento che l’innervazione simpatica del midollo osseo èridotto nei topi diabetici rispetto ai controlli41. Pertanto, pur in di fondamentale importanza per la regolazione dell’immis-presenza di un alterato sviluppo del tessuto di granulazione sione in circolo di cellule ematiche, anche questa alterazio-e di un danno vascolare maggiore, i topi diabetici non ne potrebbe contribuire al difetto di EPCs nel diabete.mostrano un eccessivo consumo di EPCs. Una ridotta Nell’uomo, la scarsa disponibilità di materiale per lo studiosopravvivenza di EPCs ottenute dal sangue di pazienti dia- del midollo osseo rende difficile confermare i dati ottenutibetici è stata precedentemente dimostrata in vitro. Sono stati nell’animale da esperimento. Il nostro gruppo di ricerca haproposti diversi meccanismi molecolari, tra cui un aumento comunque dimostrato che il diabete di tipo 2 si associa adello stress ossidativo42 e una iperattività della proteina MAP una deplezione di cellule progenitrici CD34+ tanto nel midol-chinasi p3843. Tuttavia, è opportuno sottolineare che queste lo quanto nel circolo periferico e che i livelli di queste cellu-osservazioni non sono state confermate in vivo, cioè non esi- le nei due compartimenti sono linearmente correlati44.ste a oggi evidenza che le EPCs diabetiche abbiano una Questi dati preliminari nell’uomo confermano la possibileridotta sopravvivenza in circolo. Nostri dati indicano che l’a- esistenza di un primitivo difetto midollare nel diabete mellitopoptosi delle cellule progenitrici CD34+ circolanti non è signi- e pongono quindi il midollo osseo al centro di un modelloficativamente aumentata nel diabete, a dispetto di un basso fisiopatologico per lo sviluppo di altre complicanze dellalivello totale di cellule progenitrici circolanti44. Pertanto appa- malattia.re improbabile che un aumento della morte per apoptosispieghi il basso livello di EPCs nel diabete.Appare molto più consistente l’ipotesi che la riduzione delleEPCs circolanti nel diabete sia attribuibile a un difetto di Target terapeuticimobilizzazione dal midollo osseo. In ratti diabetici sottoposti Le alterazioni qualitative e quantitative delle EPCs sonoa ischemia/riperfusione del muscolo scheletrico abbiamo in suscettibili di interventi farmacologici. È stato dimostrato dapassato dimostrato che la mobilizzazione postischemica diversi gruppi di ricerca che molti farmaci comunemente uti-delle EPCs è inibita rispetto ai ratti non diabetici di control-lo45. Tale blocco della mobilizzazione si associa a un’incapa- lizzati nei pazienti diabetici, e dotati di cosiddetti effetti pleio-cità del tessuto ischemico di attivare i sistemi sensibili all’i- tropici cardiovascolari, sono in grado di modulare favorevol-possia/ischemia (quali HIF-1) e rilasciare fattori di crescita mente livello e/o funzione delle EPCs. Tra questi si annove-(VEGF) e chemochine (SDF-1) che inducono il rilascio delle rano le statine49, gli ACE-inibitori50 e i bloccanti recettorialiEPCs a livello midollare. Come risultato del blocco della At-II51. Per quanto riguarda i farmaci antidiabetici, è stato evi-mobilizzazione, l’angiogenesi postischemica nei muscoli denziato che, in vitro e in vivo, i glitazonici stimolano le EPCsdegli animali diabetici risultava compromessa rispetto ai non attraverso effetti trascrizionali PPAR-γ dipendenti52.diabetici. Successivamente è stato dimostrato che l’alterata Dal momento che alterazioni significative delle EPCs sonoregolazione di HIF-1 nel diabete dipende dalla glicazione state individuate nel diabete sia di tipo 1 sia di tipo 2 è vero-non enzimatica del cofattore di HIF-1, chiamato ARNT-1 simile che l’iperglicemia, come minimo comune denominato-(aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator)46. Pertanto, re delle due condizioni, rappresenti il target più logico perappare come il difetto mobilizzativo dipenda, almeno in terapie volte al ripristino delle EPCs. È stato dimostrato cheparte, da un’alterazione dei sistemi di risposta all’ischemia il ricompenso metabolico mediante terapia insulinica è innei tessuti bersaglio. Tuttavia, il difetto non sembra essere grado di riportare il valore delle EPCs verso la norma53 e chelimitato ai tessuti periferici, in quanto, quando il midollo veni- l’insulina stimola la proliferazione e la funzione delle EPCs inva stimolato mediante fattori di crescita esogeni, il rilascio di vitro a concentrazioni soprafisiologiche54. Tuttavia, non èEPCs risultava significativamente ridotto negli animali diabe- chiaro da questi studi se l’effetto dell’insulina sia mediatotici rispetto ai non diabetici45. Questa prima evidenza a favo- dalla riduzione della glicemia o dall’effetto diretto dell’ormo-re di un possibile difetto primitivo del midollo osseo nel dia- ne sulle cellule progenitrici.bete è stata recentemente confermata da alcuni studi isto- Un approccio farmacologico più mirato per la stimolazionepatologici in modelli murini di diabete mellito di tipo 1 e tipo 2. delle EPCs nel diabete mellito può derivare dall’utilizzo deiOikawa e coll.47, utilizzando topi resi diabetici mediante inie- DPP-4 inibitori. Tra i substrati fisiologici dell’enzima DPP-4 sizione di streptozotocina, hanno dimostrato che, a lungo ter- annovera anche la chemochina SDF-1 che, come giàmine, il diabete induce lo sviluppo, a livello midollare, di una descritto, è una delle molecole segnale più importante per laforma di microangiopatia molto simile a quella osservata in regolazione delle EPCs. Abbiamo recentemente dimostratoaltri organi nel contesto del diabete, con rarefazione capilla- che, in pazienti con diabete di tipo 2, una terapia di 4 setti-re e disfunzione endoteliale. L’interessamento istopatologi- mane con l’inibitore di DPP-4 sitagliptin è in grado di aumen-co delle nicchie di cellule staminali all’interno del microam- tare le concentrazioni circolanti di SDF-1 e di aumentarebiente midollare spiegherebbe quindi il difetto di mobilizza- contemporaneamente i livelli di EPCs55. Sarà interessantezione delle EPCs associato al diabete. Busik e coll.48, utiliz- comprendere se questo effetto ancillare dei DPP-4 inibitori sizando ratti con una forma di diabete simile al diabete di tipo 2 traduca effettivamente in una protezione cardiovascolare.
  • Le cellule progenitrici endoteliali nel diabete mellito e sue complicanze 21Figura 1 Fisiologia, fisiopatolo-gia e bersagli terapeutici delleEPCs nel diabete mellito: linkalle complicanze croniche dellamalattia. CXCR4, C-X-C che-mokine receptor type 4; EPC,endothelial progenitor cells; HIF,hypoxia inducible factor; NO,nitric oxide; SDF, stromal cell-derived factor (modificata da:Avogaro et al. Diabetes Care2010 suppl., in stampa).Conclusioni 6. Fadini GP, Agostini C, Sartore S, Avogaro A. Endothelial progen- itor cells in the natural history of atherosclerosis. Atherosclerosis 2007;194:46-54.Una riduzione delle EPCs nel diabete mellito probabilmente 7. Erbs S, Linke A, Schachinger V, Assmus B, Thiele H, Diederichcontribuisce allo sviluppo e alla progressione delle compli- KW et al. Restoration of microvascular function in the infarct-canze della malattia. Infatti, un basso livello di EPCs predice related artery by intracoronary transplantation of bone marrowlo sviluppo di futuri eventi cardiovascolari. Mediante terapia progenitor cells in patients with acute myocardial infarction: thefarmacologica è possibile ottenere un ripristino delle EPCs a Doppler Substudy of the Reinfusion of Enriched Progenitor Cells and Infarct Remodeling in Acute Myocardial Infarction (REPAIR-livelli normali, ma rimane da chiarire se questo effetto si tra- AMI) trial. Circulation 2007;116:366-74.duca in una effettiva protezione dal danno d’organo (Fig. 1). 8. Takahashi T, Kalka C, Masuda H, Chen D, Silver M, Kearney M et al. Ischemia- and cytokine-induced mobilization of bone mar- row-derived endothelial progenitor cells for neovascularization. Nat Med 1999;5:434-8.Conflitto di interessi 9. Ceradini DJ, Gurtner GC. Homing to hypoxia: HIF-1 as a medi-Nessuno. ator of progenitor cell recruitment to injured tissue. Trends Cardiovasc Med 2005;15:57-63. 10. Heissig B, Hattori K, Dias S, Friedrich M, Ferris B, Hackett NR et al. Recruitment of stem and progenitor cells from the boneBibliografia marrow niche requires MMP-9 mediated release of kit-ligand. Cell 2002;109:625-37.1. Asahara T, Murohara T, Sullivan A, Silver M, van der Zee R, Li T 11. Tepper OM, Capla JM, Galiano RD, Ceradini DJ, Callaghan MJ, et al. Isolation of putative progenitor endothelial cells for angio- Kleinman ME et al. Adult vasculogenesis occurs through in situ genesis. Science 1997;275:964-7. recruitment, proliferation, and tubulization of circulating bone marrow-derived cells. Blood 2005;105:1068-77.2. Fadini GP, Miotto D, Baesso I, Facco M, Miorin M, Tiengo A et al. Arterio-venous gradient of endothelial progenitor cells across 12. Ingram DA, Caplice NM, Yoder MC. Unresolved questions, renal artery stenosis. Atherosclerosis 2005;182:189-91. changing definitions, and novel paradigms for defining endothe- lial progenitor cells. Blood 2005;106:1525-31.3. Pasquinelli G, Tazzari PL, Vaselli C, Foroni L, Buzzi M, Storci G et al. Thoracic aortas from multiorgan donors are suitable for 13. Fadini GP, Albiero M, Boscaro E, Agostini C, Avogaro A. obtaining resident angiogenic mesenchymal stromal cells. Stem Endothelial progenitor cells as resident accessory cells for post- Cells 2007;25:1627-34. ischemic angiogenesis. Atherosclerosis 2009;204:20-2.4. Campagnolo P, Cesselli D, Al Haj Zen A, Beltrami AP, Krankel N, 14. Fadini GP, Baesso I, Albiero M, Sartore S, Agostini C, Avogaro A. Katare R et al. Human adult vena saphena contains perivascu- Technical notes on endothelial progenitor cells: ways to lar progenitor cells endowed with clonogenic and proangiogenic escape from the knowledge plateau. Atherosclerosis 2008; potential. Circulation 2010;121:1735-45. 197:496-503.5. Avogaro A, Fadini GP, Gallo A, Pagnin E, de Kreutzenberg S. 15. Leor J, Marber M. Endothelial progenitors. A new tower of Babel? J Am Coll Cardiol 2006;48:1588-90. Endothelial dysfunction in type 2 diabetes mellitus. Nutr Metab Cardiovasc Dis 2006;16(suppl. 1):S39-45. 16. Avogaro A, de Kreutzenberg SV, Fadini G. Endothelial dysfunc-
  • 22 G.P. Fadini e A. Avogaro tion: causes and consequences in patients with diabetes melli- in patients with type 1 diabetes and microalbuminuria. Diabetes tus. Diabetes Res Clin Pract 2008;82(suppl. 2):S94-101. Care 2010;33:875-7.17. Fadini GP, Miorin M, Facco M, Bonamico S, Baesso I, Grego F 33. Ikarashi K, Li B, Suwa M, Kawamura K, Morioka T, Yao J et al. et al. Circulating endothelial progenitor cells are reduced in Bone marrow cells contribute to regeneration of damaged peripheral vascular complications of type 2 diabetes mellitus. glomerular endothelial cells. Kidney Int 2005;67:1925-33. J Am Coll Cardiol 2005;45:1449-57. 34. Jeong JO, Kim MO, Kim H, Lee MY, Kim SW, Ii M et al. Dual18. Fadini GP, Sartore S, Albiero M, Baesso I, Murphy E, Menegolo angiogenic and neurotrophic effects of bone marrow-derived M et al. Number and function of endothelial progenitor cells as endothelial progenitor cells on diabetic neuropathy. Circulation a marker of severity for diabetic vasculopathy. Arterioscler 2009;119:699-708. Thromb Vasc Biol 2006;26:2140-6. 35. Naruse K, Hamada Y, Nakashima E, Kato K, Mizubayashi R,19. Fadini GP, Pucci L, Vanacore R, Baesso I, Penno G, Balbarini A Kamiya H et al. Therapeutic neovascularization using cord et al. Glucose tolerance is negatively associated with circulating blood-derived endothelial progenitor cells for diabetic neuropa- progenitor cell levels. Diabetologia 2007;50:2156-63. thy. Diabetes 2005;54:1823-8.20. Alam MM, Mohammad AA, Shuaib U, Wang C, Ghani U, 36. Werner N, Kosiol S, Schiegl T, Ahlers P, Walenta K, Link A et al. Schwindt B et al. Homocysteine reduces endothelial progenitor Circulating endothelial progenitor cells and cardiovascular out- cells in stroke patients through apoptosis. J Cereb Blood Flow comes. N Engl J Med 2005;353:999-1007. Metab 2009;29:157-65. 37. Fadini GP, de Kreutzenberg S, Agostini C, Boscaro E, Tiengo A,21. Dei Cas A, Spigoni V, Ardigo D, Pedrazzi G, Franzini L, Derlindati Dimmeler S et al. Low CD34+ cell count and metabolic syn- E et al. Reduced circulating endothelial progenitor cell number drome synergistically increase the risk of adverse outcomes. in healthy young adult hyperinsulinemic men. Nutr Metab Atherosclerosis 2009;207:213-9. Cardiovasc Dis 2010; in stampa. 38. Maruyama S, Taguchi A, Iwashima S, Ozaki T, Yasuda K,22. Fadini GP, de Kreutzenberg SV, Coracina A, Baesso I, Agostini Kikuchi-Taura A et al. Low circulating CD34+ cell count is asso- C, Tiengo A et al. Circulating CD34+ cells, metabolic syndrome, ciated with poor prognosis in chronic hemodialysis patients. and cardiovascular risk. Eur Heart J 2006;27:2247-55. Kidney Int 2008;74:1603-9.23. Fadini GP, Coracina A, Baesso I, Agostini C, Tiengo A, Avogaro 39. Fadini GP, Maruyama S, Ozaki T, Taguchi A, Meigs J, Dimmeler A et al. Peripheral blood CD34+KDR+ endothelial progenitor S et al. Circulating progenitor cell count for cardiovascular risk cells are determinants of subclinical atherosclerosis in a middle- stratification. A pooled analysis. PLoS ONE 2010;5:e11488. aged general population. Stroke 2006;37:2277-82. 40. Schmidt-Lucke C, Rossig L, Fichtlscherer S, Vasa M, Britten M,24. Loomans CJ, de Koning EJ, Staal FJ, Rookmaaker MB, Kamper U et al. Reduced number of circulating endothelial pro- Verseyden C, de Boer HC et al. Endothelial progenitor cell dys- genitor cells predicts future cardiovascular events: proof of con- function: a novel concept in the pathogenesis of vascular com- cept for the clinical importance of endogenous vascular repair. plications of type 1 diabetes. Diabetes 2004;53:195-9. Circulation 2005;111:2981-7.25. Sibal L, Aldibbiat A, Agarwal SC, Mitchell G, Oates C, Razvi S et 41. Albiero M, Menegazzo L, Boscaro E, Agostini C, Avogaro A, al. Circulating endothelial progenitor cells, endothelial function, Fadini GP. Defective recruitment, survival and proliferation of carotid intima-media thickness and circulating markers of bone marrow-derived progenitor cells at sites of delayed diabet- endothelial dysfunction in people with type 1 diabetes without macrovascular disease or microalbuminuria. Diabetologia ic wound healing in mice. Diabetologia 2010; in stampa. 2009;52:1464-73. 42. Marchetti V, Menghini R, Rizza S, Vivanti A, Feccia T, Lauro D et26. Brunner S, Schernthaner GH, Satler M, Elhenicky M, Hoellerl F, al. Benfotiamine counteracts glucose toxicity effects on Schmid-Kubista KE et al. Correlation of different circulating endothelial progenitor cell differentiation via Akt/FoxO signaling. endothelial progenitor cells to stages of diabetic retinopathy: Diabetes 2006;55:2231-7. first in vivo data. Invest Ophthalmol Vis Sci 2009;50:392-8. 43. Seeger FH, Haendeler J, Walter DH, Rochwalsky U, Reinhold J,27. Fadini GP, Sartore S, Baesso I, Lenzi M, Agostini C, Tiengo A et Urbich C et al. p38 mitogen-activated protein kinase downregu- al. Endothelial progenitor cells and the diabetic paradox. lates endothelial progenitor cells. Circulation 2005;111:1184-91. Diabetes Care 2006;29:714-6. 44. Fadini GP, Boscaro E, de Kreutzenberg S, Agostini C, Seeger F,28. Asnaghi V, Lattanzio R, Mazzolari G, Pastore MR, Ramoni A, Dimmeler S et al. Time course and mechanisms of circulating Maestroni A et al. Increased clonogenic potential of circulating progenitor cell reduction in the natural history of type 2 diabetes. endothelial progenitor cells in patients with type 1 diabetes and Diabetes Care 2010;33:1097-102. proliferative retinopathy. Diabetologia 2006;49:1109-11. 45. Fadini GP, Sartore S, Schiavon M, Albiero M, Baesso I, Cabrelle29. Rodriguez-Ayala E, Yao Q, Holmen C, Lindholm B, Sumitran- A et al. Diabetes impairs progenitor cell mobilisation after Holgersson S, Stenvinkel P. Imbalance between detached circu- hindlimb ischaemia-reperfusion injury in rats. Diabetologia lating endothelial cells and endothelial progenitor cells in chron- 2006;49:3075-84. ic kidney disease. Blood Purif 2005;24:196-202. 46. Gallagher KA, Liu ZJ, Xiao M, Chen H, Goldstein LJ, Buerk DG30. Choi JH, Kim KL, Huh W, Kim B, Byun J, Suh W et al. De- et al. Diabetic impairments in NO-mediated endothelial progen- creased number and impaired angiogenic function of endothe- itor cell mobilization and homing are reversed by hyperoxia and lial progenitor cells in patients with chronic renal failure. SDF-1alpha. J Clin Invest 2007;117:1249-59. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2004;24:1246-52. 47. Oikawa A, Siragusa M, Quaini F, Mangialardi G, Katare RG,31. Makino H, Okada S, Nagumo A, Sugisawa T, Miyamoto Y, Caporali A et al. Diabetes mellitus induces bone marrow microan- Kishimoto I et al. Decreased circulating CD34+ cells are associ- giopathy. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2010;30:498-508. ated with progression of diabetic nephropathy. Diabet Med 48. Busik JV, Tikhonenko M, Bhatwadekar A, Opreanu M, Yakubova 2009;26:171-3. N, Caballero S et al. Diabetic retinopathy is associated with32. Dessapt C, Karalliedde J, Hernandez-Fuentes M, Martin PP, bone marrow neuropathy and a depressed peripheral clock. Maltese G, Dattani N et al. Circulating vascular progenitor cells J Exp Med 2009;206:2897-906.
  • Le cellule progenitrici endoteliali nel diabete mellito e sue complicanze 2349. Dimmeler S, Aicher A, Vasa M, Mildner-Rihm C, Adler K, ator-activated receptor-gamma agonist rosiglitazone. Circulation Tiemann M et al. HMG-CoA reductase inhibitors (statins) 2007;116:163-73. increase endothelial progenitor cells via the PI 3-kinase/Akt 53. Humpert PM, Neuwirth R, Battista MJ, Voronko O, von Eynatten pathway. J Clin Invest 2001;108:391-7. M, Konrade I et al. SDF-1 genotype influences insulin-depend-50. Wang CH, Verma S, Hsieh IC, Chen YJ, Kuo LT, Yang NI et al. ent mobilization of adult progenitor cells in type 2 diabetes. Enalapril increases ischemia-induced endothelial progenitor cell Diabetes Care 2005;28:934-6. mobilization through manipulation of the CD26 system. J Mol 54. Humpert PM, Djuric Z, Zeuge U, Oikonomou D, Seregin Y, Laine Cell Cardiol 2006;41:34-43. K et al. Insulin stimulates the clonogenic potential of angiogenic51. Bahlmann FH, de Groot K, Mueller O, Hertel B, Haller H, Fliser D. endothelial progenitor cells by IGF-1 receptor-dependent signal- Stimulation of endothelial progenitor cells: a new putative thera- ing. Mol Med 2008;14:301-8. peutic effect of angiotensin II receptor antagonists. Hyper- 55. Fadini GP, Boscaro E, Albiero M, Menegazzo L, Frison V, Vigili tension 2005;45:526-9. de Kreutzenberg S et al. The oral dipeptidyl peptidase-452. Sorrentino SA, Bahlmann FH, Besler C, Muller M, Schulz S, inhibitor sitagliptin increases circulating endothelial progenitor Kirchhoff N et al. Oxidant stress impairs in vivo reendothelializa- cells in patients with type 2 diabetes mellitus. Possible role tion capacity of endothelial progenitor cells from patients with of stromal derived factor-1alpha. Diabetes Care 2010;33: type 2 diabetes mellitus. Restoration by the peroxisome prolifer- 1607-9.