Barley-ß-glucans reduce systemic inflammation, renal injury and aortic calcification through ADAM17 and neutral-sphingomyelinase2 inhibition

In chronic kidney disease (CKD), hyperphosphatemia-induced inflammation aggravates vascular calcification (VC) by increasing vascular smooth muscle cell (VSMC) osteogenic differentiation, ADAM17-induced renal and vascular injury, and TNFα-induction of neutral-sphingomyelinase2 (nSMase2) to release pro-calcifying exosomes. This study examined anti-inflammatory β-glucans efficacy at attenuating systemic inflammation in health, and renal and vascular injury favoring VC in hyperphosphatemic CKD. In healthy adults, dietary barley β-glucans (Bβglucans) reduced leukocyte superoxide production, inflammatory ADAM17, TNFα, nSMase2, and pro-aging/pro-inflammatory STING (Stimulator of interferon genes) gene expression without decreasing circulating inflammatory cytokines, except for γ-interferon. In hyperphosphatemic rat CKD, dietary Bβglucans reduced renal and aortic ADAM17-driven inflammation attenuating CKD-progression (higher GFR and lower serum creatinine, proteinuria, kidney inflammatory infiltration and nSMase2), and TNFα-driven increases in aortic nSMase2 and calcium deposition without improving mineral homeostasis. In VSMC, Bβglucans prevented LPS- or uremic serum-induced rapid increases in ADAM17, TNFα and nSMase2, and reduced the 13-fold higher calcium deposition induced by prolonged calcifying conditions by inhibiting osteogenic differentiation and increases in nSMase2 through Dectin1-independent actions involving Bβglucans internalization. Thus, dietary Bβglucans inhibit leukocyte superoxide production and leukocyte, renal and aortic ADAM17- and nSMase2 gene expression attenuating systemic inflammation in health, and renal injury and aortic calcification despite hyperphosphatemia in CKD.A grant to A.S.D. and M.J.M. from IRBLleida and Agrotecnio Research collaborative projects from the Consell Social at Lleida University supported initial work, Instituto de Salud Carlos III and co-funded by European Union (ERDF/FEDER) (FIS PI11/00259, PI14/01452, PI17/02181), Plan de Ciencia, Tecnología e Innovación 2013–2017 y 2018–2022 del Principado de Asturias (GRUPIN14-028, IDI-2018-000152), RedInRen from ISCIII (ISCIII-RETIC REDINREN RD16/0009). Investigator support included: NC-L by GRUPIN14-028 and IDI-2018-000152, LM-A by GRUPIN14-028, SP by FICYT; MVA and PV by Educational Grant 2 A/2015 from ERA-EDTA CKD-MBD Working Group; PV and AC by ERA-EDTA fellowships 2011 and 2012; JR-C by MINECO (“Juan de la Cierva” program, FJCI-2015-23849); A.S.D. by Asociación Investigación de Fisiología Aplicada. A.S.D. and M.J.M. are members of the Campus Iberus (Ebro Valley Campus of International Excellence)

Paper de la 1,25 dihidroxivitamina D3 extrarenal en l’arteriopatia urèmica. Efecte diferencial de l’analeg 19-nor-dihidroxivitamina D2

L'arteriosclerosis és un procés caracteritzat per l'engruximent i enduriment dela paret arterial, aquest procés es troba accelerat en pacients amb insuficiència renalcrònica (IRC). A més a més, aquests pacients pateixen una disminució de la síntesisde 1,25-dihidroxivitamina D3 (1,25(OH)2D3) que comporta altres complicacions comel hiperparatïroidisme secundari (HPT2). Per aquesta raó es comú l'ús de 1,25(OH)2D3en el tractament del HPT2. L'efecte de la 1,25(OH)2D3 en la calcificació de les cèl·lulesde múscul llis (CMLV) està força estudiat, però el seu efecte en la proliferació noés molt clar.Vàrem analitzar l'efecte de la 1,25(OH)2D3 en la proliferació de les CMLV perincorporació de BrdU i citometria de flux. Els nostres resultats mostren que la1,25(OH)2D3 indueix la proliferació de manera dosis depenent tant en estat quiescentcom proliferatiu. L'efecte de la 1,25(OH)2D3 en la proliferació es correlaciona ambun increment de l'expressió del factor de creixement de l'endoteli vascular (vascularendothelial growth factor, VEGF). A més a més, inhibint l'activitat d'aquest factors'observa que la proliferació induïda per 1,25(OH)2D3 es troba totalment bloquejada.A partir d'aquests resultats vàrem analitzar la zona promotora del VEGF i vàremdetectar la presència de tres zones amb una seqüència molt semblant als elementsde resposta de la vitamina D (VDRE) presents en els gens diana de la 1,25(OH)2D3.A partir de l'anàlisis per Immunoprecipitació de Cromatina (ChIP) detectem un VDREen el promotor del VEGF on el receptor de la vitamina D (VDR) s'uneix desprésde tractar les CMLV amb 1,25(OH)2D3.Després vàrem plantejar un model diferent per comparar l'efecte de la 1,25(OH)2D3i el 19-nor-1,25(OH)2D2 en el procés de proliferació i de calcificació in vitro, ex vivoi in vivo. Vàrem observar un increment de la proliferació en les CMLV, els anellsd'artèria aorta i en rates amb IRC tractades amb 1,25(OH)2D3, però no en els tractamentsamb 19-nor-1,25(OH)2D2. També vàrem determinar l'efecte que poden tenir aqueststractaments en la pressió arterial i ambdòs tractaments incrementen la tensió arterialsistòlica (TAS) de manera significativa, en canvi la 1,25(OH)2D3 no incrementa ladiastòlica (TAD) de la mateixa manera que el 19-nor-1,25(OH)2D2. La pressió del pols(PP) incrementa significativament en els animals tractats amb 1,25(OH)2D3.vL'arteriosclerosis és un procés caracteritzat per l'engruximent i enduriment dela paret arterial, aquest procés es troba accelerat en pacients amb insuficiència renalcrònica (IRC). A més a més, aquests pacients pateixen una disminució de la síntesisde 1,25-dihidroxivitamina D3 (1,25(OH)2D3) que comporta altres complicacions comel hiperparatïroidisme secundari (HPT2). Per aquesta raó es comú l'ús de 1,25(OH)2D3en el tractament del HPT2. L'efecte de la 1,25(OH)2D3 en la calcificació de les cèl·lulesde múscul llis (CMLV) està força estudiat, però el seu efecte en la proliferació noés molt clar.Vàrem analitzar l'efecte de la 1,25(OH)2D3 en la proliferació de les CMLV perincorporació de BrdU i citometria de flux. Els nostres resultats mostren que la1,25(OH)2D3 indueix la proliferació de manera dosis depenent tant en estat quiescentcom proliferatiu. L'efecte de la 1,25(OH)2D3 en la proliferació es correlaciona ambun increment de l'expressió del factor de creixement de l'endoteli vascular (vascularendothelial growth factor, VEGF). A més a més, inhibint l'activitat d'aquest factors'observa que la proliferació induïda per 1,25(OH)2D3 es troba totalment bloquejada.A partir d'aquests resultats vàrem analitzar la zona promotora del VEGF i vàremdetectar la presència de tres zones amb una seqüència molt semblant als elementsde resposta de la vitamina D (VDRE) presents en els gens diana de la 1,25(OH)2D3.A partir de l'anàlisis per Immunoprecipitació de Cromatina (ChIP) detectem un VDREen el promotor del VEGF on el receptor de la vitamina D (VDR) s'uneix desprésde tractar les CMLV amb 1,25(OH)2D3.Després vàrem plantejar un model diferent per comparar l'efecte de la 1,25(OH)2D3i el 19-nor-1,25(OH)2D2 en el procés de proliferació i de calcificació in vitro, ex vivoi in vivo. Vàrem observar un increment de la proliferació en les CMLV, els anellsd'artèria aorta i en rates amb IRC tractades amb 1,25(OH)2D3, però no en els tractamentsamb 19-nor-1,25(OH)2D2. També vàrem determinar l'efecte que poden tenir aqueststractaments en la pressió arterial i ambdòs tractaments incrementen la tensió arterialsistòlica (TAS) de manera significativa, en canvi la 1,25(OH)2D3 no incrementa ladiastòlica (TAD) de la mateixa manera que el 19-nor-1,25(OH)2D2. La pressió del pols(PP) incrementa significativament en els animals tractats amb 1,25(OH)2D3.Posteriorment, vàrem analitzar les diferències en la calcificació en les ratestractades amb els dos compostos i a l'analitzar el calci i el fosfat del sèrum, observemun increment significatiu de calci en els dos tractaments. Després vàrem estudiarlas àrees calcificades de l'artèria aorta on observem un increment clar en les ratestractades amb 1,25(OH)2D3 que no va ser observat en les rates tractades amb 19-nor-1,25(OH)2D2. També mostrem la ratio de la túnica mitja respecte el lumen ipodem observar un increment significatiu en les rates tractades amb 1,25(OH)2D3.Finalment vàrem analitzar el procés de calcificació in vitro en les CMLV onvàrem observar un clar increment del contingut de calci en aquestes cèl·lules desprésdel tractament amb 1,25(OH)2D3, cosa que no vàrem observar en les cèl·lules tractadesamb 19-nor-1,25(OH)2D2. També vàrem observar un major increment en les cèl·lulestractades amb 1,25(OH)2D3 de l'expressió de RANKL, una citoquina essencial en elprocés d'osteoclastogènesis secretada pels osteoblasts (en el nostre cas probablementper cèl·lules semblants a osteoblasts).Per tant, els nostres resultats suggereixen que la 1,25(OH)2D3 estimula laproliferació mitjançant el factor de creixement VEGF y la calcificació de les CMLV.En canvi, el 19-nor-1,25(OH)2D2 solament presenta un lleu efecte en la proliferació.La arteriosclerosis es un proceso caracterizado por el engrosamiento yendurecimiento de la pared de las arterias. Este proceso se encuentra acelerado enpacientes con insuficiencia renal crónica (IRC). Además, estos pacientes sufren unadisminución de la síntesis de 1,25-dihidroxivitamina D3 (1,25(OH)2D3) que les conducea otras complicaciones como el hiperparatiroidismo secundario (HPT2). Por estarazón el uso de 1,25(OH)2D3 es común en el tratamiento del HPT2. El efecto de la1,25(OH)2D3 en la calcificación de las células de músculo liso (CMLV) está bastanteestudiado, pero su efecto en la proliferación no está muy claro.Analizamos el efecto de la 1,25(OH)2D3 en la proliferación de las CMLV porincorporación de BrdU y citometría de flujo. Nuestros resultados muestran que la1,25(OH)2D3 induce la proliferación de las CMLV de una manera dosis dependientetanto en estado quiescente como proliferativo. El efecto de la 1,25(OH)2D3 en laproliferación se correlaciona con un incremento de expresión del factor de crecimientodel endotelio vascular (vascular endothelial growth factor, VEGF). Además, al inhibirla actividad de este VEGF observamos que la proliferación inducida por la 1,25(OH)2D3se encuentra totalmente bloqueada.A partir de estos resultados analizamos la zona promotora de VEGF y observamosla presencia de 3 zonas con secuencias muy parecidas a los elementos de respuestade la vitamina D (VDRE) presentes en los genes diana de la 1,25(OH)2D3. A partirdel análisis por Inmunoprecipitación de Cromatina (ChIP) detectamos un VDRE enel promotor del VEGF donde el receptor de la vitamina D (VDR) se une tras eltratamiento con 1,25(OH)2D3.Luego planteamos un modelo distinto para comparar el efecto de la 1,25(OH)2D3y el 19-nor-1,25(OH)2D2 en el proceso de proliferación y de calcificación in vitro,ex vivo e in vivo en un modelo de ratas IRC. Observamos un incremento de laproliferación en las CMLV, los anillos de arteria aorta y en los animales tratados con1,25(OH)2D3 pero no en los tratamientos con 19-nor-1,25(OH)2D2. Tambiéndeterminamos el efecto de ambos tratamientos en la presión arterial y ambostratamientos incrementan la TAS de manera significativa, en cambio la 1,25(OH)2D3no aumenta la TAD de la misma manera que el 19-nor-1,25(OH)2D2. La presión delpulso incrementa significativamente en los animales tratados con 1,25(OH)2D3.Posteriormente, analizamos las diferencias en la calcificación en ratas tratadascon los dos compuestos y al analizar el calcio y fosfato del suero observamos unincremento significativo del calcio en los dos tratamientos. También determinamosla ratio media/lumen donde podemos observar un incremento significativo en lasratas tratadas con 1,25(OH)2D3. A continuación, estudiamos las áreas calcificadasde la arteria aorta y determinamos un claro incremento en las ratas tratadas con1,25(OH)2D3 que no es observado en las tratadas con 19-nor-1,25(OH)2D2.Finalmente, analizamos el proceso de calcificación in vitro en las CMLV yobservamos un incremento claro del contenido de calcio en estas células despuésdel tratamiento con 1,25(OH)2D3 que no fue observado en el tratamiento con 19-nor-1,25(OH)2D2. También observamos un incremento mayor en las células tratadascon 1,25(OH)2D3 de la expresión de RANKL, una citoquina esencial en el procesode osteoclastogénesis, secretada por los osteoblastos (en nuestro caso probablementepor células parecidas a osteoblatos).Por lo tanto, nuestros resultados sugieren que la 1,25(OH)2D3 estimula laproliferación mediante el factor de crecimiento VEGF y la calcificación de las CMLV.En cambio el 19-nor-1,25(OH)2D2v solamente presenta un leve efecto en la calcificación.Atherosclerosis is a complex process characterized by an increase in the wallthickness due to accumulation of cells and extracellular matrix between theendothelium and the smooth muscle cell wall. This process is accelerated in patientswith chronic renal failure. In these patients, decreased sinthesis of 1,25-DihydroxyvitaminD3 (1,25(OH)2D3) leads to secondary complications, like hyperparathyroidism, beingtreatment with 1,25(OH)2D3 a common practice. The effect of 1,25(OH)2D3 on vascularsmooth muscle cells (VSMC) calcification has been widely studied, but the role of1,25(OH)2D3 on VSMC proliferation remains obscure.We have analyzed the effects of 1,25(OH)2D3 in the proliferation of VSMC. Wefound that 1,25(OH)2D3 induces a dose-dependent increase in VSMC proliferationin quiescent cells and in cells stimulated to grow. The effect of 1,25(OH)2D3 onVSMC proliferation is mediated by an increase of the expression of vascular endothelialgrowth factor (VEGF), since the inhibition of VEGF activity totally blunted the1,25(OH)2D3-induced VSMC proliferation. These results led us to study the promoterzone of VEGF gene. In this sequence we detected three putative sequences resemblingvitamin D response elements (VDRE). Using chromatin immunoprecipitation (ChIP)analysis we determined one VDRE in VEGF promoter that binds to the vitamin Dreceptor (VDR) after treatment with 1,25(OH)2D3.Then, we aimed to study the effect of 1,25(OH)2D3 and 19-nor-1,25-(OH)2D2in VSMC proliferation and calcification in vitro, ex vivo and in vivo in a model ofchronic renal failure (5/6 nephrectomy). We found an increase in proliferation invitro, ex vivo in aortic rings incubated with 1,25(OH)2D3 and in animals treated with1,25(OH)2D3 for 8 weeks. Furthermore, 19-nor-1,25-(OH)2D2 treatment did notincrease VSMC proliferation. We determined the effect of 1,25(OH)2D3 and 19-nor-1,25-(OH)2D2 in blood pressure. Both treatment increased SBP significantly. However19-nor-1,25-(OH)2D2 induced a significant increase in DBP which was not seen inthe 1,25(OH)2D3 treated animals. The pulse pressure increased significantly with1,25(OH)2D3 treatment. Then, we analized calcium and phosphate serum levels inrats and we observed a significant elevation of serum calcium in both treatments.This elevation was not different between 1,25(OH)2D3 and 19-nor-1,25-(OH)2D2. Theratio media/lumen area increased significantly in the 1,25(OH)2D3-treated group.Finally, we studied the calcified areas and we noticed a clear increase of calcificationin rats treated with 1,25(OH)2D3 compared with control and 19-nor-1,25-(OH)2D21,25(OH)2D3 stimulated VSMC proliferation and calcification in vivo. In contrast, 19-nor-1,25-(OH)2D2 had a slight effect in proliferation process with no effect oncalcification, despite the increases in plasma calcium observed in both groups.Finally, we evaluated the calcification proces in VSMC in vitro. Firstly, wedetermined calcium content in VSMC treated with 1,25(OH)2D3 or 19-nor-1,25-(OH)2D2 and we observed an increase of VSMC calcification only in cells treatedwit 1,25(OH)2D3. Moreover, we analized different osteoblastic markers and wedetected that RANKL expression incresased 5 fold in 1,25(OH)2D3 treatment.Therefore, this results suggest that 1,25(OH)2D3 stimulate vascular smooth musclecells through VEGF mediated pathway. 1,25(OH)2D3 stimulate calcification processtoo. Analog of vitamin D, 19-nor-1,25-(OH)2D2 only present slight efect in VSMCcalcification

Influencia del polimorfismo del gen receptor de la vitamina D y de la 25-hidroxivitamina D en la tensión arterial de individuos sanos

El efecto de la vitamina D sobre la tensión arterial (TA) no está bien establecido. No existen estudios que relacionen el polimorfismo del gen del VDR con la TA. Objetivo: Analizar la posible influencia del genotipo Bsm I y de la 25 hidroxivitamina D3 (25OHD3) en la TA en individuos sanos y normotensos. Métodos: Analizamos en 590 individuos sanos (260 varones y 330 mujeres) la posible asociación de la edad, sexo, IMC, creatinina, calcio, fósforo, PTHi, 25OHD3 y genotipo Bsm I con la tensión arterial sistólica (TAS) y diastólica (TAD) mediante un análisis de regresión lineal múltiple. Resultados: El sexo se asoció fuertemente a la TAS (β: –12,01, p: 0,000) y a la TAD (β: –4,78, p: 0,000), por lo que se realizó un análisis multivariante en función del mismo. En varones, la TAS se asoció a: 25OHD3 (β: 0,36, p: 0,000), genotipo (β: –3,90, p: 0,002) e IMC (β: 0,83, p: 0,001); y la TAD a: 25OHD3 (β: 0,16, p: 0,018) y edad (β: 0,28, p: 0,000). El análisis de la varianza mostró que los varones con genotipo bb presentaron una TAS superior al resto de genotipos (p: 0,007). En las mujeres, no encontramos asociación de la 25OHD3 ni del genotipo con la TA. Conclusiones: Los varones con mayores niveles de vitamina D presentan una mayor TAS y TAD. Los varones con genotipo bb tienen una mayor TAS. No existe dicha relación en el sexo femenino. Ello sugiere un posible nexo fisiopatológico entre las hormonas sexuales y la vitamina D en el control de la tensión arterial

Vitamin D receptor levels in colorectal cancer. Possible role of BsmI polymorphism

A high expression of vitamin D receptor (VDR) in colorectal cancer (CRC) tumoral tissue has been related to a good prognosis and it has been proposed that it could be a good biological marker of CRC progression. Nevertheless, there are no previous studies that compare the VDR expression in tumoral towards normal tissue of the same CRC patient in relation to VDR BsmI genotype. We collected normal and tumoral tissue samples, as well as blood samples, from CRC patients (n = 170) and controls (n = 122). VDR genotyping was performed and BsmI homozygous patients were selected (CRC = 50, Cont = 32). VDR mRNA and protein levels were analyzed. We also measured 25-Hydroxyvitamin D serum levels. We found no differences in the polymorphism distribution in tumoral versus normal tissue (control: BB = 15.7%, bb = 41.3%, Bb = 43%; CRC: BB = 14.2%, bb = 41.9%, Bb = 43.9%). Furthermore, VDR levels decreased in colonic cancer tissue (mean: 3.03) versus normal mucosa (11.62) from the same patient (p < 0.001), but this decrease was similar in both genotypes. There were differences in 25-Hydroxyvitamin D3 levels between the CRC and the control group (CRC = 8.65 ng/ml, Cont = 18.15 ng/ml). In conclusion, we found a decrease in VDR levels in tumoral compared with normal mucosa from the same patient. This difference is independent of the BsmI polymorphism

1,25-Dihydroxyvitamin D3 regulates VEGF production through a vitamin D response element in the VEGF promoter

In previous studies we have demonstrated that the active form of vitamin D (1,25(OH)2D3) increases vascular endothelial growth factor (VEGF) expression and release in vascular smooth muscle cells (VSMC) in vitro. However, the mechanism by which 1,25(OH)2D3 increases VEGF production is currently unknown. In this work, we demonstrated binding of vitamin D receptor to two response elements in the VEGF promoter. We performed promoter transactivation analysis and we observed that, in 293T cells, VEGF promoter was activated after vitamin D treatment. Using site-directed mutagenesis we have shown that both response elements are important for VEGF promoter activity. Therefore, the increase in VEGF expression and secretion induced by 1,25(OH)2D3 in VSMC in vitro could be explained by direct binding of the vitamin D receptor, as a transcription factor, to VEGF promoter. These results could explain part of the beneficial effects of vitamin D treatment in renal patients by a possible VEGF-mediated improvement of the endothelial dysfunction