Dysfunctional bone morphogenetic protein receptor-2 (BMPR2) signaling is implicated in the pathogenesis of pulmonary arterial hypertension (PAH). We used a transcriptional high-throughput luciferase reporter assay to screen 3,756 FDA-approved drugs and bioactive compounds for induction of BMPR2 signaling. The best response was achieved with FK506 (tacrolimus), via a dual mechanism of action as a calcineurin inhibitor that also binds FK-binding protein-12 (FKBP12), a repressor of BMP signaling. FK506 released FKBP12 from type I receptors activin receptor-like kinase 1 (ALK1), ALK2, and ALK3 and activated downstream SMAD1/5 and MAPK signaling and ID1 gene regulation in a manner superior to the calcineurin inhibitor cyclosporine and the FKBP12 ligand rapamycin. In pulmonary artery endothelial cells (ECs) from patients with idiopathic PAH, low-dose FK506 reversed dysfunctional BMPR2 signaling. In mice with conditional Bmpr2 deletion in ECs, low-dose FK506 prevented exaggerated chronic hypoxic PAH associated with induction of EC targets of BMP signaling, such as apelin. Low-dose FK506 also reversed severe PAH in rats with medial hypertrophy following monocrotaline and in rats with neointima formation following VEGF receptor blockade and chronic hypoxia. Our studies indicate that low-dose FK506 could be useful in the treatment of PAH.

Abstract This study shows that the long non-coding RNA RGMB-AS1 is upregulated in the blood and pulmonary vascular cells of PAH patient and that it regulates BMPR2 signaling. Inhibiting RGMB-AS1 increases BMPR2 signaling and improves pulmonary vascular cell function.

Summary Pulmonary vascular remodeling is a progressive pathological process characterized by functional alterations within pulmonary artery smooth muscle cells (PASMC) and adventitial fibroblasts (PAAF). Mechanisms driving the transition to a diseased phenotype remain elusive. Utilizing a combination of transcriptomic and proteomic profiling, along with phenotyping of source-matched cells from healthy controls and individuals with idiopathic pulmonary arterial hypertension (IPAH), our investigation uncovered that while PASMC and PAAF retained their original cellular identities, they acquired distinct disease-associated states. Though both cell types exhibited reduced mitochondrial content and hyperpolarization, IPAH-PASMC displayed heightened glycosaminoglycan production and downregulation of contractile machinery, contrasting a hyperproliferative phenotype of IPAH-PAAF. We elucidated the involvement of cellular crosstalk in regulating cell state dynamics and identified pentraxin-3 and hepatocyte growth factor as modulators of PASMC phenotypic transition orchestrated by PAAF. Our findings contribute to a deeper understanding of pulmonary vascular mesenchyme dynamics in disease pathogenesis.

Ulcerative colitis (UC) is associated with epithelial metabolic derangements which exacerbate gut inflammation. Patient-derived organoids recapitulate complexities of the parent tissue in health and disease; however, whether colon organoids (colonoids) model the metabolic impairments in the pediatric UC epithelium is unclear. Here, we developed colonoid lines from pediatric patients with endoscopically active UC, inactive UC, and those without endoscopic or histologic evidence of colon inflammation (non-IBD controls) to interrogate functional metabolic differences in the colon epithelia. We demonstrate that colonoids from active UC patients exhibit hypermetabolic features and cellular stress, specifically during differentiation. Hypermetabolism in differentiating active UC colonoids was driven, in part, by increased proton leak, and supported by enhanced glycolytic capacity and dysregulated neutral lipid accumulation. Transcriptomic and pathway analyses indicated a role for PPAR-α in lipid-induced hypermetabolism in aUC colonoids, which was validated by PPAR-α activation in non-IBD colonoids. Accordingly, limiting neutral lipid accumulation in active UC colonoids through pharmacological inhibition of PPAR-α induced a metabolic shift towards glucose utilization, suppressed hypermetabolism and chemokine secretion, and improved markers of cellular stress and epithelial differentiation. Taken together, we reveal a role for lipid-related metabolic dysfunction in the pediatric UC epithelium and support the advancement of colonoids as a preclinical human model for testing epithelial-directed therapies against such metabolic dysfunction.

ELK3 is upregulated in blood and pulmonary vascular cells of PAH patients and may play a significant role in PAH potentially through modulating BMPR2 signaling.

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a devastating disease characterized by obliterative vascular remodeling and persistent increase of vascular resistance, leading to right heart failure and premature death. Understanding the cellular and molecular mechanisms will help develop novel therapeutic approaches for PAH patients. Recent studies showed that FABP4 and FABP5 were expressed in ECs across multiple tissues and circulating FABP4 level was elevated in the PAH patients. However, the role of endothelial FABP4/5 in the pathogenesis of PAH remains undetermined.FABP4/5 expression was examined in pulmonary arterial endothelial cells (PAECs) and lung tissues from patients with idiopathic PAH (IPAH) and pulmonary hypertension (PH) rat models. Plasma proteome analysis was performed in human PAH samples. Echocardiography, hemodynamics, histology, and immunostaining were performed to evaluate the lung and heart PH phenotypes in Egln1Tie2Cre (CKO) mice and Egln1Tie2Cre/Fabp4-5-/- (TKO) mice. Bulk RNA sequencing (RNA-seq) and single-cell RNA-seq (scRNA-seq) analysis were performed to understand the cellular and molecular mechanisms of endothelial FABP4/5 mediated PAH pathogenesis.Both FABP4 and FABP5 were highly induced in ECs of CKO mice and PAECs from IPAH patients, and in whole lungs of PH rats. Plasma levels of FABP4/5 were upregulated in IPAH patients and directly correlated with severity of hemodynamics and biochemical parameters. Genetic deletion of both Fabp4 and 5 in CKO mice caused a reduction of right ventricular systolic pressure (RVSP) and RV hypertrophy, attenuated pulmonary vascular remodeling and prevented the right heart failure. Fabp4/5 deletion also normalized EC glycolysis, reduced ROS and HIF-2α expression, and decreased aberrant EC proliferation in CKO lungs.PH causes aberrant expression of FABP4/5 in pulmonary ECs which leads to enhanced ECs glycolysis and hyperproliferation, contributing to the accumulation of arterial ECs and vascular remodeling and exacerbating the disease.

Abstract Pericyte dysfunction, with excessive migration, hyperproliferation, and differentiation into smooth muscle-like cells contributes to vascular remodeling in Pulmonary Arterial Hypertension (PAH). Augmented expression and action of growth factors trigger these pathological changes. Endogenous factors opposing such alterations are barely known. Here, we examine whether and how the endothelial hormone C-type natriuretic peptide (CNP), signaling through the cyclic guanosine monophosphate (cGMP) -producing guanylyl cyclase B (GC-B) receptor, attenuates the pericyte dysfunction observed in PAH. The results demonstrate that CNP/GC-B/cGMP signaling is preserved in lung pericytes from patients with PAH and prevents their growth factor-induced proliferation, migration, and transdifferentiation. The anti-proliferative effect of CNP is mediated by cGMP-dependent protein kinase I and inhibition of the Phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/AKT pathway, ultimately leading to the nuclear stabilization and activation of the Forkhead Box O 3 (FoxO3) transcription factor. Augmentation of the CNP/GC-B/cGMP/FoxO3 signaling pathway might be a target for novel therapeutics in the field of PAH.

Expanding upon the critical advancements brought forth by single-cell omics in pulmonary hypertension (PH) research, this review delves deep into how these technologies have been piloted in a new era of understanding this complex disease. By leveraging the power of single cell transcriptomics (scRNA-seq), researchers can now dissect the complicated cellular ecosystem of the lungs, examining the key players such as endothelial cells, smooth muscle cells, pericytes, and immune cells, and their unique roles in the pathogenesis of PH. This more granular view is beyond the limitations of traditional bulk analysis, allowing for the identification of novel therapeutic targets previously obscured in the aggregated data. Connectome analysis based on single-cell omics of the cells involved in pathological changes can reveal a clearer picture of the cellular interactions and transitions in the cellular subtypes. Furthermore, the review acknowledges the challenges that lie ahead, including the need for enhancing the resolution of scRNA-seq to capture even finer details of cellular changes, overcoming logistical barriers in processing human tissue samples, and the necessity of integrating diverse omics approaches to fully comprehend the molecular underpinnings of PH. The promise of these single-cell technologies is immense, offering the potential for targeted drug development and the discovery of biomarkers for early diagnosis and disease monitoring. Through these advancements, the field moves closer to realizing the goal of precision medicine for patients with PH.

Abstract Pericytes (PCs) play crucial roles in capillary maturation, stability, and homeostasis. Impaired PC coverage and function are implicated in various diseases, including pulmonary arterial hypertension (PAH). Challenges investigating PC biology are largely due to the lack of a concise marker, resulting in difficulty distinguishing PCs from other mural cell populations, including smooth muscle cells (SMCs) and fibroblasts (FBs). Utilizing bioinformatic analysis and RNAscope, we identified HIG hypoxia-inducible domain family member 1B ( Higd1b ) as a unique and conserved gene marker for PCs and generated a novel knockin mouse line, Higd1b-CreERT2 , which precisely labels PCs in the lung and heart. Human lung single-cell RNAseq suggested the presence of two HIGD1B + PC subtypes with different functions. By lineage tracing pulmonary Higd1b+ cells exposed to hypoxia in vivo , we identified Type 1 PCs remained in the capillary network, while Type 2 PCs accumulated in the arterioles and coexpressed SMC markers and increased levels of Vimentin, associated with focal adhesion pathways. These results suggest that Type 1 PCs are specialized for supporting capillary EC homeostasis and quiescent, while Type 2 PCs are lineage active and located close to the border zone of the arterioles and capillaries, which may be motile and transition to SMC-like cells in hypoxia-induced pulmonary hypertension. The discovery of PC-type specialization in capillaries transforms our understanding of the structure, function and regulation of pulmonary capillary circulation and their contribution to vascular remodeling.