We tested the hypothesis that angiotensin II-induced hypertension is associated with an increase in vascular .O2- production, and characterized the oxidase involved in this process. Infusion of angiotensin II (0.7 mg/kg per d) increased systolic blood pressure and doubled vascular .O2- production (assessed by lucigenin chemiluminescence), predominantly from the vascular media. NE infusion (2.75 mg/kg per d) produced a similar degree of hypertension, but did not increase vascular .O2- production. Studies using various enzyme inhibitors and vascular homogenates suggested that the predominant source of .O2- activated by angiotensin II infusion is an NADH/NADPH-dependent, membrane-bound oxidase. Angiotensin II-, but not NE-, induced hypertension was associated with impaired relaxations to acetylcholine, the calcium ionophore A23187, and nitroglycerin. These relaxations were variably corrected by treatment of vessels with liposome-encapsulated superoxide dismutase. When Losartan was administered concomitantly with angiotensin II, vascular .O2- production and relaxations were normalized, demonstrating a role for the angiotensin type-1 receptor in these processes. We conclude that forms of hypertension associated with elevated circulating levels of angiotensin II may have unique vascular effects not shared by other forms of hypertension because they increase vascular smooth muscle .O2- production via NADH/NADPH oxidase activation.

Indirect evidence suggests accelerated degradation of endothelium-derived nitric oxide (ENDO) by superoxide anion (O2-) in hypercholesterolemic vessels (HV). To directly measure O2- production by normal vessels (NV) and HV, we used an assay for O2- based on the chemiluminescence (CL) of lucigenin (L). HV (1 mo cholesterol-fed rabbits) produced threefold more O2- than NV (1.47 +/- 0.20 nM/mg tissue/min, n = 7 vs. 0.52 +/- 0.05 nmol/mg tissue/min, n = 8, P < 0.001). Endothelial removal increased O2- production in NV (0.73 +/- 0.08, n = 6, P < 0.05), while decreasing it in HV (0.76 +/- 0.15, n = 5, P < 0.05). There was no difference between denuded HV and denuded NV. Oxypurinol, a noncompetitive inhibitor of xanthine oxidase, normalized O2- production in HV, but had no effect in NV. In separate isometric tension studies treatment with oxypurinol improved acetylcholine induced relaxations in HV, while having no effect on responses in normal vessels. Oxypurinol did not alter relaxations to nitroprusside. Thus, the endothelium is a source of O2- in hypercholesterolemia probably via xanthine oxidase activation. Increased endothelial O2- production in HV may inactivate endothelium-derived nitric oxide and provide a source for other oxygen radicals, contributing to the early atherosclerotic process.

Hypertension promotes atherosclerosis and is a major source of morbidity and mortality. We show that mice lacking T and B cells (RAG-1−/− mice) have blunted hypertension and do not develop abnormalities of vascular function during angiotensin II infusion or desoxycorticosterone acetate (DOCA)–salt. Adoptive transfer of T, but not B, cells restored these abnormalities. Angiotensin II is known to stimulate reactive oxygen species production via the nicotinamide adenosine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase in several cells, including some immune cells. Accordingly, adoptive transfer of T cells lacking the angiotensin type I receptor or a functional NADPH oxidase resulted in blunted angiotensin II–dependent hypertension and decreased aortic superoxide production. Angiotensin II increased T cell markers of activation and tissue homing in wild-type, but not NADPH oxidase–deficient, mice. Angiotensin II markedly increased T cells in the perivascular adipose tissue (periadventitial fat) and, to a lesser extent the adventitia. These cells expressed high levels of CC chemokine receptor 5 and were commonly double negative (CD3+CD4−CD8−). This infiltration was associated with an increase in intercellular adhesion molecule-1 and RANTES in the aorta. Hypertension also increased T lymphocyte production of tumor necrosis factor (TNF) α, and treatment with the TNFα antagonist etanercept prevented the hypertension and increase in vascular superoxide caused by angiotensin II. These studies identify a previously undefined role for T cells in the genesis of hypertension and support a role of inflammation in the basis of this prevalent disease. T cells might represent a novel therapeutic target for the treatment of high blood pressure.

Tetrahydrobiopterin is a critical cofactor for the NO synthases, and in its absence these enzymes become “uncoupled,” producing reactive oxygen species (ROSs) rather than NO. In aortas of mice with deoxycorticosterone acetate–salt (DOCA-salt) hypertension, ROS production from NO synthase is markedly increased, and tetrahydrobiopterin oxidation is evident. Using mice deficient in the NADPH oxidase subunit p47phox and mice lacking either the endothelial or neuronal NO synthase, we obtained evidence that hypertension produces a cascade involving production of ROSs from the NADPH oxidase leading to oxidation of tetrahydrobiopterin and uncoupling of endothelial NO synthase (eNOS). This decreases NO production and increases ROS production from eNOS. Treatment of mice with oral tetrahydrobiopterin reduces vascular ROS production, increases NO production as determined by electron spin resonance measurements of nitrosyl hemoglobin, and blunts the increase in blood pressure due to DOCA-salt hypertension. Endothelium-dependent vasodilation is only minimally altered in vessels of mice with DOCA-salt hypertension but seems to be mediated by hydrogen peroxide released from uncoupled eNOS, since it is inhibited by catalase. Tetrahydrobiopterin oxidation may represent an important abnormality in hypertension. Treatment strategies that increase tetrahydrobiopterin or prevent its oxidation may prove useful in preventing vascular complications of this common disease.

Tetrahydrobiopterin is a critical cofactor for the NO synthases, and in its absence these enzymes become “uncoupled,” producing reactive oxygen species (ROSs) rather than NO. In aortas of mice with deoxycorticosterone acetate–salt (DOCA-salt) hypertension, ROS production from NO synthase is markedly increased, and tetrahydrobiopterin oxidation is evident. Using mice deficient in the NADPH oxidase subunit p47phox and mice lacking either the endothelial or neuronal NO synthase, we obtained evidence that hypertension produces a cascade involving production of ROSs from the NADPH oxidase leading to oxidation of tetrahydrobiopterin and uncoupling of endothelial NO synthase (eNOS). This decreases NO production and increases ROS production from eNOS. Treatment of mice with oral tetrahydrobiopterin reduces vascular ROS production, increases NO production as determined by electron spin resonance measurements of nitrosyl hemoglobin, and blunts the increase in blood pressure due to DOCA-salt hypertension. Endothelium-dependent vasodilation is only minimally altered in vessels of mice with DOCA-salt hypertension but seems to be mediated by hydrogen peroxide released from uncoupled eNOS, since it is inhibited by catalase. Tetrahydrobiopterin oxidation may represent an important abnormality in hypertension. Treatment strategies that increase tetrahydrobiopterin or prevent its oxidation may prove useful in preventing vascular complications of this common disease.

Host-mediated lung inflammation is present1, and drives mortality2, in the critical illness caused by coronavirus disease 2019 (COVID-19). Host genetic variants associated with critical illness may identify mechanistic targets for therapeutic development3. Here we report the results of the GenOMICC (Genetics Of Mortality In Critical Care) genome-wide association study in 2,244 critically ill patients with COVID-19 from 208 UK intensive care units. We have identified and replicated the following new genome-wide significant associations: on chromosome 12q24.13 (rs10735079, P = 1.65 × 10-8) in a gene cluster that encodes antiviral restriction enzyme activators (OAS1, OAS2 and OAS3); on chromosome 19p13.2 (rs74956615, P = 2.3 × 10-8) near the gene that encodes tyrosine kinase 2 (TYK2); on chromosome 19p13.3 (rs2109069, P = 3.98 × 10-12) within the gene that encodes dipeptidyl peptidase 9 (DPP9); and on chromosome 21q22.1 (rs2236757, P = 4.99 × 10-8) in the interferon receptor gene IFNAR2. We identified potential targets for repurposing of licensed medications: using Mendelian randomization, we found evidence that low expression of IFNAR2, or high expression of TYK2, are associated with life-threatening disease; and transcriptome-wide association in lung tissue revealed that high expression of the monocyte-macrophage chemotactic receptor CCR2 is associated with severe COVID-19. Our results identify robust genetic signals relating to key host antiviral defence mechanisms and mediators of inflammatory organ damage in COVID-19. Both mechanisms may be amenable to targeted treatment with existing drugs. However, large-scale randomized clinical trials will be essential before any change to clinical practice.

To assess visual interpretation of the coronary arteriogram as a means of predicting the physiologic effects of coronary obstructions in human beings, we compared caliper measurements of the degree of coronary stenosis with the reactive hyperemic response of coronary flow velocity studied with a Doppler technique at operation, after 20 seconds of coronary arterial occlusion. In 39 patients (44 vessels) with isolated, discrete coronary lesions varying in severity from 10 to 95 per cent stenosis, measurement of the percentage of stenosis from coronary angiograms was not significantly correlated (r = -0.25) with the reactive hyperemic response. Results were the same for obstructions in the left anterior descending, diagonal, and right coronary arteries. Underestimation of lesion severity occurred in 95 per cent of vessels with greater than 60 per cent stenosis of the diameter by arteriography. Both overestimation and underestimation of lesions with less than 60 per cent stenosis were common. These results, together with the high interobserver and intraobserver variability of standard visual analysis of angiograms, suggest that the physiologic effects of the majority of coronary obstructions cannot be determined accurately by conventional angiographic approaches. The need for improved analytical methods for the physiologic assessment of angiographically detected coronary obstructions is apparent.

Abstract —Incubation of endothelial cells in vitro with high concentrations of glucose activates protein kinase C (PKC) and increases nitric oxide synthase (NOS III) gene expression as well as superoxide production. The underlying mechanisms remain unknown. To address this issue in an in vivo model, diabetes was induced with streptozotocin in rats. Streptozotocin treatment led to endothelial dysfunction and increased vascular superoxide production, as assessed by lucigenin- and coelenterazine-derived chemiluminescence. The bioavailability of vascular nitric oxide (as measured by electron spin resonance) was reduced in diabetic aortas, although expression of endothelial NOS III (mRNA and protein) was markedly increased. NOS inhibition with N G -nitro-L-arginine increased superoxide levels in control vessels but reduced them in diabetic vessels, identifying NOS as a superoxide source. Similarly, we found an activation of the NADPH oxidase and a 7-fold increase in gp91 phox mRNA in diabetic vessels. In vitro PKC inhibition with chelerythrine reduced vascular superoxide in diabetic vessels, whereas it had no effect on superoxide levels in normal vessels. In vivo PKC inhibition with N -benzoyl-staurosporine did not affect glucose levels in diabetic rats but prevented NOS III gene upregulation and NOS-mediated superoxide production, thereby restoring vascular nitric oxide bioavailability and endothelial function. The reduction of superoxide in vitro by chelerythrine and the normalization of NOS III gene expression and reduction of superoxide in vivo by N -benzoyl-staurosporine point to a decisive role of PKC in mediating these phenomena and suggest a therapeutic potential of PKC inhibitors in the prevention or treatment of vascular complications of diabetes mellitus. The full text of this article is available at http://www.circresaha.org.

Vulnerable areas of atherosclerotic plaques often contain lipid-laden macrophages and display matrix metalloproteinase activity. We hypothesized that reactive oxygen species released by macrophage-derived foam cells could trigger activation of latent proforms of metalloproteinases in the vascular interstitium. We showed that in vivo generated macrophage foam cells produce superoxide, nitric oxide, and hydrogen peroxide after isolation from hypercholesterolemic rabbits. Effects of these reactive oxygens and that of peroxynitrite, likely to result from simultaneous production of nitric oxide and superoxide, were tested in vitro using metalloproteinases secreted by cultured human vascular smooth muscle cells. Enzymes in culture media or affinity-purified (pro-MMP-2 and MMP-9) were examined by SDS-PAGE zymography, Western blotting, and enzymatic assays. Under the conditions used, incubation with xanthine/xanthine oxidase increased the amount of active gelatinases, while nitric oxide donors had no noticeable effect. Incubation with peroxynitrite resulted in nitration of MMP-2 and endowed it with collagenolytic activity. Hydrogen peroxide treatment showed a catalase-reversible biphasic effect (gelatinase activation at concentrations of 4 microM, inhibition at > or = 10-50 microM). Thus, reactive oxygen species can modulate matrix degradation in areas of high oxidant stress and could therefore contribute to instability of atherosclerotic plaques.