肺内皮細胞における性特異的ストレス応答とHMGB1放出

Sex-specific stress response and HMGB1 release in pulmonary endothelial cells.

• Marina Zemskova
• Sergey Kurdyukov
• Joel James
• Nolan McClain
• Ruslan Rafikov
• Olga Rafikova

抄録

女性は肺動脈性肺高血圧症（PAH）になりやすいことが知られています。一方、男性のPAH患者は生存予後が悪いことが知られている。本研究では、単離された男性と女性の肺内皮細胞の呼吸、増殖、ストレス耐性の能力を比較することで、性の寄与が性ホルモンの影響を超えているかどうかを調べた。マウス肺内皮細胞（MLEC）を3週齢の雄雌マウスの肺から分離した。雄のMLECは、基底ミトコンドリア呼吸数の増加、最大呼吸数の上昇、ミトコンドリア分極の有意に大きいレベル、および高い増殖率を示した。細胞を低酸素（2％の酸素濃度で24時間）に曝露すると、雌のMLECでは強いアポトーシス反応が誘導されたが、雄のMLECでは誘導されなかった。対照的に、ミトコンドリア呼吸器複合体III阻害剤アンチマイシンA（AA, 50μM）で処理すると、雄のMLECに特異的に重度の壊死が誘導されたが、雌の細胞は再び主にアポトーシスによって反応した。雌細胞はアポトーシスによってストレスに応答し、雄細胞は壊死によって応答するという同様の効果が、ヒトドナーから分離された飢餓状態の肺内皮細胞で確認された。雄細胞で見られる壊死の亢進は、ダメージに関連したアラーミンであるHMGB1の有意な放出と関連していた。雌ではHMGB1分泌の有意な上昇を誘導する刺激はなかった。我々は、男性細胞は低酸素などの軽度のストレス状態から保護されているように見えるが、これはおそらくミトコンドリア呼吸の増加によるものであると結論付けた。対照的に、男性細胞はミトコンドリア機能の低下に対してより敏感であり、壊死によって反応する。男性の血管細胞における壊死は、男性の性別に関連していることが知られているプロ炎症性表現型に寄与する可能性があるHMGB1のかなりの量を放出する。

Women are known to be associated with a higher susceptibility to pulmonary arterial hypertension (PAH). In contrast, male PAH patients have a worse survival prognosis. In this study, we investigated whether the contribution of sex goes beyond the effects of sex hormones by comparing the ability of isolated male and female pulmonary endothelial cells to respire, proliferate and tolerate the stress. Mouse lung endothelial cells (MLEC) were isolated from the lungs of male and female 3-week old mice. Male MLEC showed an increased basal mitochondrial respiration rate, elevated maximal respiration, a significantly greater level of mitochondrial polarization, and a higher rate of proliferation. Exposure of cells to hypoxia (2% of O2 for 24 hours) induced a strong apoptotic response in female but not male MLEC. In contrast, treatment with mitochondrial respiratory Complex III inhibitor Antimycin A (AA, 50μM) mediated severe necrosis specifically in male MLEC, while female cells again responded primarily by apoptosis. The same effect with female cells responding to the stress by apoptosis and male cells responding by necrosis was confirmed in starved pulmonary endothelial cells isolated from human donors. Elevated necrosis seen in male cells was associated with a significant release of damage-associated alarmin, HMGB1. No stimuli induced a significant elevation of HMGB1 secretion in females. We conclude that male cells appear to be protected against mild stress conditions, such as hypoxia, possibly due to increased mitochondrial respiration. In contrast, they are more sensitive to impaired mitochondrial function, to which they respond by necrotic death. Necrosis in male vascular cells releases a significant amount of HMGB1 that could contribute to the pro-inflammatory phenotype known to be associated with the male gender.