ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
3-apr-2025
2023/2024
La stenosi valvolare aortica calcifica (CAVS) è una malattia lenta, progressiva e multifattoriale, caratterizzata dal rimodellamento patologico e dalla calcificazione della valvola aortica, che porta infine all'ostruzione emodinamica. La storia naturale della patologia consiste in una lunga fase silenziosa e asintomatica nota come sclerosi della valvola aortica (AVSc), caratterizzata da un lieve ispessimento e calcificazione dei lembi senza compromissione del flusso sanguigno. In particolare, in circa il 10% dei casi, l'AVSc progredisce verso la stenosi della valvola aortica (AS), dove la grave calcificazione compromette in modo significativo la funzione della valvola e influisce sull'emodinamica. Sebbene la CAVS sia principalmente una condizione legata all'età, che colpisce quasi il 3% delle persone di età superiore ai 65 anni, attualmente non esistono trattamenti farmacologici per prevenirne la progressione o per trattare la AS. Di conseguenza, la chirurgia o la sostituzione transcatetere della valvola aortica rimangono le uniche opzioni per i pazienti affetti da AS grave.
Data l'associazione della CAVS con la formazione di noduli fibro-calcifici, l'aumento della rigidità del lembo e l'attivazione delle cellule interstiziali valvolari (VICs), abbiamo innanzitutto indagato il ruolo della rigidità del substrato nel guidare l'attivazione fibro-calcifica delle VICs. I nostri risultati hanno mostrato che la rigidezza non solo promuove la calcificazione, come previsto, ma induce anche l'attivazione di processi fibrotici. Sulla base di queste osservazioni, abbiamo esaminato l'effetto della rigidezza sull'espressione della Pro-Proteina Convertasi Subtilisina/Kexina tipo 9 (PCSK9), una proteina recentemente trovata implicata nella progressione della AS. In particolare, i nostri risultati hanno evidenziato che, mentre la rigidezza del substrato da sola non aumenta significativamente i livelli intracellulari di PCSK9, la sua combinazione con il trattamento pro-calcifico ha portato a un marcato aumento della produzione di PCSK9. Basandoci sulla natura fibrotica della CAVS, abbiamo inoltre studiato il ruolo del Mesenchyme Homeobox-1 (MEOX1), un regolatore chiave dell'attivazione dei miofibroblasti e della fibrosi. I nostri risultati hanno mostrato l'espressione di MEOX1 nelle VICs e suggerito una potenziale interazione con PCSK9, come supportato da precedenti studi di interazione proteina-proteina. In particolare, a questo proposito, abbiamo osservato una significativa up-regolazione di MEOX1 nelle iVIC che sovra-esprimono PCSK9, stabilendo una relazione intrinseca tra PCSK9 e MEOX1 indipendente da stimoli esterni.
Tutti questi dati, insieme alle solide evidenze della letteratura, gettano luce sull'influenza della rigidezza del substrato nello sviluppo e nella progressione della patologia CAVS, insieme alla sovraespressione di MEOX1 e PCSK9. Il riconoscimento di questi fattori come potenziali responsabili della progressione della AS può aiutare a identificare nuovi bersagli terapeutici per la calcificazione e la fibrosi valvolare.
Calcific aortic valve stenosis (CAVS) is a slow, progressive, and multifactorial disease characterized by pathological remodeling and calcification of the aortic valve, ultimately leading to hemodynamic obstruction. The natural history of pathology consists in a long, silent, and asymptomatic phase known as aortic valve sclerosis (AVSc), marked by mild thickening and calcification of leaflets without impairment of blood flow. Notably, in approximately 10% of cases, AVSc progress to aortic valve stenosis (AS) where severe calcification significantly impairs valve function and affect hemodynamics. Although CAVS is primarily an age-related condition, affecting nearly 3% of people over the age of 65, there are currently no pharmacological treatments to prevent its progression or to treat AS. As a result, surgery or transcatheter aortic valve replacement remain the only options for severe AS patients.
Given the association of CAVS with fibro-calcific nodule formation, increased leaflet stiffness, and valve interstitial cells (VICs) activation, we first investigated the role of substrate stiffness in driving fibro-calcific activation of VICs. Our results showed that stiffness not only promoted calcification, as expected, but also induced the activation of fibrotic processes. Based on these observations, we examined the effect of stiffness on the expression of Pro-Protein Convertase Subtilisin/Kexin type 9 (PCSK9), a protein recently found implicated in AS progression. Particularly, our findings highlighted that, while stiffness alone did not significantly increase intracellular PCSK9 levels, its combination with pro-calcific treatment led to a marked increase in PCSK9 production.
Building on the fibrotic nature of CAVS, we further investigated the role of Mesenchyme Homeobox-1 (MEOX1), a key regulator of myofibroblast activation and fibrosis. Our results showed MEOX1 expression in VICs and suggested a potential interaction with PCSK9, as supported by previous protein- protein interaction studies. Notably, in this regard, we observed a significant up-regulation of MEOX1 in PCSK9-overexpressing iVICs, establishing an intrinsic relationship between PCSK9 and MEOX1 independent of external stimuli.
All these data, taken together with robust literature evidences, shed light on the influence of substrate stiffness in the development and progression of CAVS pathology, along with an overexpression of both MEOX1 and PCSK9. The recognition of these factors as potential contributors in AS progression may help to identify new therapeutic targets for valve calcification and fibrosis.