The impact of modern treatments of pulmonary arterial hypertension (PAH) on pulmonary vascular pathology remains unknown.To assess the spectrum of pulmonary vascular remodeling in the modern era of PAH medication.Assessment of pulmonary vascular remodeling and inflammation in 62 PAH and 28 control explanted lungs systematically sampled.Intima and intima plus media fractional thicknesses of pulmonary arteries were increased in the PAH group versus the control lungs and correlated with pulmonary hemodynamic measurements. Despite a high variability of morphological measurements within a given PAH lung and among all PAH lungs, distinct pathological subphenotypes were detected in cohorts of PAH lungs. These included a subset of lungs lacking intima or, most prominently, media remodeling, which had similar numbers of profiles of plexiform lesions as those in lungs with more pronounced remodeling. Marked perivascular inflammation was present in a high number of PAH lungs and correlated with intima plus media remodeling. The number of profiles of plexiform lesions was significantly lower in lungs of male patients and those never treated with prostacyclin or its analogs.Our results indicate that multiple features of pulmonary vascular remodeling are present in patients treated with modern PAH therapies. Perivascular inflammation may have an important role in the processes of vascular remodeling, all of which may ultimately lead to increased pulmonary artery pressure. Moreover, our study provides a framework to interpret and design translational studies in PAH.

Germline mutations involving small mothers against decapentaplegic-transforming growth factor-β (SMAD-TGF-β) signaling are an important but rare cause of pulmonary arterial hypertension (PAH), which is a disease characterized, in part, by vascular fibrosis and hyperaldosteronism (ALDO). We developed and analyzed a fibrosis protein-protein network (fibrosome) in silico, which predicted that the SMAD3 target neural precursor cell expressed developmentally down-regulated 9 (NEDD9) is a critical ALDO-regulated node underpinning pathogenic vascular fibrosis. Bioinformatics and microscale thermophoresis demonstrated that oxidation of Cys18 in the SMAD3 docking region of NEDD9 impairs SMAD3-NEDD9 protein-protein interactions in vitro. This effect was reproduced by ALDO-induced oxidant stress in cultured human pulmonary artery endothelial cells (HPAECs), resulting in impaired NEDD9 proteolytic degradation, increased NEDD9 complex formation with Nk2 homeobox 5 (NKX2-5), and increased NKX2-5 binding to COL3A1 Up-regulation of NEDD9-dependent collagen III expression corresponded to changes in cell stiffness measured by atomic force microscopy. HPAEC-derived exosomal signaling targeted NEDD9 to increase collagen I/III expression in human pulmonary artery smooth muscle cells, identifying a second endothelial mechanism regulating vascular fibrosis. ALDO-NEDD9 signaling was not affected by treatment with a TGF-β ligand trap and, thus, was not contingent on TGF-β signaling. Colocalization of NEDD9 with collagen III in HPAECs was observed in fibrotic pulmonary arterioles from PAH patients. Furthermore, NEDD9 ablation or inhibition prevented fibrotic vascular remodeling and pulmonary hypertension in animal models of PAH in vivo. These data identify a critical TGF-β-independent posttranslational modification that impairs SMAD3-NEDD9 binding in HPAECs to modulate vascular fibrosis and promote PAH.

Abstract Pulmonary veno-occlusive disease (PVOD) is a form of pulmonary hypertension that affects individuals across the age spectrum. PVOD is characterized by the obstruction of small pulmonary vessels, causing increased pulmonary artery (PA) pressure and leading to right ventricular heart (RV) failure. Previous research showed that the administration of Mitomycin-C (MMC) in rats mediates PVOD through the activation of the eukaryotic initiation factor 2 (eIF2) kinase PKR and the integrated stress response (ISR), resulting in the impairment of vascular endothelial junctional structure and barrier function. In this study, we reveal that older rats experience more severe pulmonary vascular remodeling and RV hypertrophy than younger rats after MMC treatment due to lower levels of protein phosphatase 1, leading to prolonged eIF2 phosphorylation and ISR activation. We demonstrate that pharmacological blocking of the PKR-ISR pathway mitigates PVOD symptoms in both age groups, suggesting targeting the PKR-ISR axis as a potential PVOD therapeutic strategy.

Abstract Objective Pulmonary hypertension (PH) is a cardiopulmonary disease manifesting in increased pulmonary arterial pressure and right ventricular dysfunction. PH pathogenesis involves extensive pulmonary vascular remodeling precipitated, at least in part, by endothelial reprogramming. Mounting evidence points to endothelial-to-mesenchymal transition (EndMT) as an important potentiator of endothelial reprogramming in PH, yet progress in dissecting these processes remains limited. Approach and Results Lung samples from pulmonary arterial hypertension (PAH) patients and two rodent models of PH were used. Expression of the scaffolding protein ezrin-radixin-moesin-binding phosphoprotein 50 (EBP50, or NHERF1) was downregulated in PAH patient pulmonary arteries and isolated pulmonary arterial endothelial cells (PAECs), and in PH animal lung tissue and mouse isolated PAECs. In human PAECs in vitro, EBP50 was downregulated by PH-relevant stimuli, hypoxia and proinflammatory cytokine interleukin-1 beta (IL-1β). Phenocopy of EBP50 reduction in PAECs time-dependently increased expression and nuclear abundance of EndMT transcription factors Snail and Zeb1, and potentiated hypoxia-driven upregulation of Slug. Loss of EBP50 also drove expression of mesenchymal markers S100A4, fibronectin, N-cadherin, and transgelin (SM22), and inhibited cell proliferation and barrier function. In vivo studies on female EBP50 +/- mice demonstrated that downregulation of EBP50 exacerbated the chronic hypoxia-induced rise in RV maximum pressure. Conclusions These data identify EBP50 as a key regulator of EndMT in PH whose expression is downregulated in PH patient pulmonary endothelium and whose partial deletion exacerbates PH disease manifestations in rodents, opening doors for future therapeutic strategies to target EBP50 restoration to reverse PH.

Abstract Pulmonary veno-occlusive disease (PVOD) is a rare form of pulmonary hypertension arising from EIF2AK4 gene mutations or mitomycin C (MMC) administration. The lack of effective PVOD therapies is compounded by a limited understanding of the mechanisms driving the vascular remodeling in PVOD. We show that the administration of MMC in rats mediates the activation of protein kinase R (PKR) and the integrated stress response (ISR), which lead to the release of the endothelial adhesion molecule VE-Cadherin in the complex with Rad51 to the circulation, disruption of endothelial barrier, and vascular remodeling. Pharmacological inhibition of PKR or ISR attenuates the depletion of VE-Cadherin, elevation of vascular permeability, and vascular remodeling instigated by MMC, suggesting potential clinical intervention for PVOD. Finally, the severity of PVOD phenotypes was increased by a heterozygous BMPR2 mutation that truncates the carboxyl tail of BMPR2, underscoring the role of deregulated BMP signal in the development of PVOD.