Inhibition or blockade of the angiotensin-aldosterone system consistently decreases ischemic cardiovascular events in clinical trials. The steroid hormone aldosterone acts by binding to the mineralocorticoid receptor (MR), a ligand activated transcription factor that is a member of the nuclear hormone receptor superfamily. MR binds and is activated by aldosterone and cortisol with equal affinity, but MR activation by cortisol is diminished in tissues that express the cortisol-inactivating enzyme 11-β-hydroxysteroid-dehydrogenase-2 (11βHSD2). Although previous studies support that the vasculature is a target tissue of aldosterone, MR-mediated gene expression in vascular cells has not been demonstrated or systematically explored. We investigated whether functional MR and 11βHSD2 are expressed in human blood vessels. Human coronary and aortic vascular smooth muscle cells (VSMCs) express mRNA and protein for both MR and 11βHSD2. The endogenous VSMC MR mediates aldosterone-dependent gene expression, which is blocked by the competitive MR antagonist spironolactone. Inhibition of 11βHSD2 in coronary artery VSMCs enhances gene transactivation by cortisol, supporting that the VSMC 11βHSD2 is functional. Angiotensin II also activates MR-mediated gene transcription in coronary artery VSMCs. Angiotensin II activation of MR-mediated gene expression is inhibited by both the AT1 receptor blocker losartan and by spironolactone, but not by aldosterone synthase inhibition. Microarray and quantitative RT-PCR experiments show that aldosterone activates expression of endogenous human coronary VSMC genes, including several involved in vascular fibrosis, inflammation, and calcification. These data support a new MR-dependent mechanism by which aldosterone and angiotensin II influence ischemic cardiovascular events, and suggest that ACE inhibitors and MR antagonists may decrease clinical ischemic events by inhibiting MR-dependent gene expression in vascular cells.

The mineralocorticoid receptor, targeted by drugs commonly used to treat hypertension, is generally thought to contribute to hypertension by altering kidney function. Using mice lacking the mineralocorticoid receptor specifically in smooth muscle cells, Iris Jaffe and her colleagues show that it also controls many aspects of vascular aging, including blood vessel tone, and that these vascular effects contribute to the mineralocorticoid receptor's prohypertensive actions. Hypertension is a cardiovascular risk factor present in over two-thirds of people over age 60 in North America; elevated blood pressure correlates with increased risk of heart attack, stroke and progression to heart and kidney failure. Current therapies are insufficient to control blood pressure in almost half of these patients1,2. The mineralocorticoid receptor (MR), acting in the kidney, is known to regulate blood pressure through aldosterone binding and stimulation of sodium retention3. However, recent studies support the concept that the MR also has extrarenal actions4,5,6,7 and that defects in sodium handling alone do not fully explain the development of hypertension and associated cardiovascular mortality8,9. We and others have identified functional MR in human vascular smooth muscle cells (SMCs)10,11, suggesting that vascular MR might directly regulate blood pressure. Here we show that mice with SMC-specific deficiency of the MR have decreased blood pressure as they age without defects in renal sodium handling or vascular structure. Aged mice lacking MR in SMCs (SMC-MR) have reduced vascular myogenic tone, agonist-dependent contraction and expression and activity of L-type calcium channels. Moreover, SMC-MR contributes to angiotensin II–induced vascular oxidative stress, vascular contraction and hypertension. This study identifies a new role for vascular MR in blood pressure control and in vascular aging and supports the emerging hypothesis that vascular tone contributes directly to systemic blood pressure.

Abstract Coronary microvascular dysfunction (CMD) is associated with cardiac dysfunction and predictive of cardiac mortality in obesity, especially in females. Emerging evidence suggests development of heart failure with preserved ejection fraction in females with CMD and that mineralocorticoid receptor (MR) antagonism may be more efficacious in obese female, versus male, HFpEF patients. Accordingly, we examined the hypothesis that smooth muscle cell (SMC)-specific MR deletion prevents obesity-associated coronary and cardiac diastolic dysfunction in females. Obesity was induced in female mice via western diet (WD) feeding alongside littermates fed standard diet. Initial studies revealed that global MR blockade with spironolactone prevented impaired coronary vasodilation and diastolic dysfunction in obese females. Importantly, specific deletion of SMC-MR similarly prevented obesity-associated coronary and cardiac dysfunction. Cardiac gene expression profiling suggested reduced cardiac inflammation in WD-fed mice with SMC-MR deletion independent of blood pressure, aortic stiffening, and cardiac hypertrophy. Further mechanistic studies utilizing single-cell RNA sequencing of non-cardiomyocyte cell populations revealed novel impacts of SMC-MR deletion on the cardiac cellulome in obese mice. Specifically, WD feeding induced inflammatory gene signatures in multiple non-myocyte populations (B/T cells, macrophages, and endothelium), independent of cardiac fibrosis, that was prevented by SMC-MR deletion. Further, SMC-MR deletion induced a basal reduction in cardiac mast cells and prevented WD-induced cardiac pro-inflammatory chemokine expression and leukocyte recruitment. These data reveal a central role for SMC-MR signaling in obesity-associated coronary and cardiac dysfunction thus supporting the emerging paradigm of a vascular origin of cardiac dysfunction in obesity.

Background: ABL tyrosine kinase inhibitors (TKI) have dramatically improved chronic myeloid leukemia (CML) survival. Due to resistance to the first ABL-TKI imatinib (Ima), most patients are treated with newer agents, including ponatinib (Pon). Although Pon improves cancer remission, the survival benefit is mitigated by a 4-fold increase in arterial thrombosis. The mechanism of Pon-induced arterial thrombosis and the safety of Asciminib (Asc), a newly approved alternative, are not known. CML patients are older and have notably elevated serum TNFa levels. Hypothesis: Since arterial thrombotic events occur when inflamed vascular plaques rupture, we tested the hypothesis that Pon enhances endothelial cell (EC) response to TNFa, promoting EC inflammation and leukocyte trafficking. Methods and Results: In vitro: Human umbilical vein ECs (HUVECs) were treated with Pon, Ima, or Asc at concentrations observed in humans. Adhesion molecules that mediate leukocyte rolling (E- and P-selectin) and adhesion (ICAM1, VCAM1), and TNF receptors (TNFR) 1 and 2 were quantified at 24 hours by qPCR, flow cytometry (FC), and immunoblot. Pon increased TNFR2, P-selectin, VCAM, and ICAM by FC, qPCR, and immunoblot while Ima and Asc had no impact. In primary human coronary artery ECs Pon, but not Asc nor Ima, similarly increased VCAM and P-selectin mRNA. Pretreatment of HUVECs with a nonspecific TNFR inhibitor prevented Pon induction of ICAM1 and P-selectin mRNA. In vivo: Mice were treated with ABL TKIs by oral gavage to achieve drug plasma levels consistent with those in CML patients. After three days, leukocyte trafficking was quantified by intravital microscopy (IVM) in mouse mesenteric vessels. Pon, but not Asc, increased the number of rolling and adherent leukocytes, and increased serum TNFa by ELISA. Treatment with a TNFR inhibitor blocked Pon induced leukocyte trafficking by IVM. Conclusion: Pon, but not Ima nor Asc, induces expression of TNF receptors and adhesion molecules in human ECs in vitro and promotes leukocyte trafficking in vivo. Since inflamed plaques lead to acute arterial thrombosis, this mechanism could contribute to the high risk of arterial thrombosis in Pon-treated cancer patients. If so, Asc may be a safer choice as it does not induce EC inflammation.

Background: Basic scientists have used preclinical animal models to explore mechanisms driving human diseases for decades, resulting in thousands of publications, each supporting causative inferences. Despite substantial advances in the mechanistic construct of disease, there has been limited translation from individual studies to advances in clinical care. An integrated approach to these individual studies has the potential to improve translational success. Methods: Using atherosclerosis as a test case, we extracted data from the two most common mouse models of atherosclerosis (ApoE and LDLR knockout). We restricted analyses to manuscripts published in two well-established journals, Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology and Circulation, as of query in 2021. Predefined variables including experimental conditions, intervention and outcomes were extracted from each publication to produce a preclinical atherosclerosis database. Results: Extracted data include animal sex, diet, intervention type and distinct plaque pathologies (size, inflammation, lipid content). Procedures are provided to standardize data extraction, attribute interventions to specific genes and transform the database for use with available transcriptomics software. The database integrates hundreds of genes, each directly tested in vivo for causation in a murine atherosclerosis model. The database is provided to allow the research community to perform integrated analyses that reflect the global impact of decades of atherosclerosis investigation. Conclusions: Future database uses include interrogation of sub-datasets associated with distinct plaque pathologies, cell-type or sex. We provide the methods and software needed to apply this approach to the extensive repository of peer-reviewed data utilizing preclinical models to interrogate mechanisms of diverse human diseases.

Introduction: Vascular endothelial growth factor receptor inhibitors (VEGFRis) are a class of tyrosine kinase inhibitors (TKIs) used to treat human and canine cancers, but these drugs also cause hypertension (HTN) and endothelial cell (EC) dysfunction. Purpose: We combined phosphoproteomic analysis in ECs with a cross-species in-vitro and in-vivo approach to identify mitigating therapies for VEGFRi-induced EC dysfunction and HTN. Methods and Results: We developed a sorafenib-induced HTN mouse model showing increased blood pressure, mesenteric resistance vessel EC dysfunction (decreased phosphorylation of Ser1177 on endothelial nitric oxide synthase [p-eNOS], increased endothelin-1 [ET-1]), and renal glomerular endotheliosis. Human umbilical vein ECs were treated with VEGFR TKIs, non-VEGFR TKIs, and cardiovascular drugs. Phosphoproteomic mass spectrometry and a marker selection algorithm identified a 14-phosphopeptide signature differentiating VEGFR TKIs from non-VEGFR TKIs. The signature peptide RBM17 pS222 increased with VEGFRi treatment in human, canine, and mouse aortic ECs, correlating with reduced p-eNOS. By screening for cardiovascular drugs that reverse the VEGFRi phosphoproteomic signature, we found alpha-adrenergic antagonists, particularly doxazosin, had the most anti-correlated signatures. Doxazosin prevented VEGFRi-induced EC dysfunction in primary aortic ECs across species. In mice, doxazosin reversed sorafenib-induced EC dysfunction in resistance vessels without affecting blood pressure or renal glomerular endotheliosis. Conversely, lisinopril reduced HTN and glomerular endotheliosis but not EC dysfunction. Preliminary results from our clinical trial in canine cancer patients confirmed that toceranib induced HTN and showed that both doxazosin and lisinopril significantly lowered blood pressure in dogs with cancer and VEGFRi-induced HTN. Conclusion: Our study demonstrates the utility of phosphoproteomics and cross-species analysis in identifying EC-protective effects of doxazosin in VEGFRi-induced HTN. Our mouse data suggest distinct mechanisms for VEGFRi-induced EC dysfunction and HTN, potentially involving renal glomerular damage.

Background: Atherosclerosis (athero) inflammation predicts plaque rupture, causing heart attack and stroke. Female protection from heart attack and stroke is lost with age, implicating estrogen, but by unclear mechanism. Our lab showed that the mineralocorticoid receptor (MR) is expressed in endothelial cells (ECs), where it drives plaque inflammation in male mice by inducing the NFkB-regulated adhesion molecule ICAM1. Females had less inflamed plaques, unchanged by EC-MR-knockout (KO). Hypothesis: We hypothesized that EC-estrogen receptor alpha (ER) protects females from plaque inflammation by inhibiting NFkB and EC-MR induction of ICAM1. Methods and Results: Mice with EC specific MR KO (EC-MR-KO), ER KO (EC-ER-KO), or EC KO of both receptors (DKO) were developed and crossed to the LDLR KO background. EC specific gene recombination of MR and/or ER was confirmed by genomic PCR of lung (rich in ECs) and compared to blood, revealing no recombination in leukocytes. Baseline athero risk factors were unchanged by genotype. Male and female mice of all KO lines and floxed Cre- littermate controls were fed high fat diet for 12 weeks resulting in increased body weight and cholesterol with no difference by genotype in athero risk factors. Aortic arches were digested for flow cytometry to quantify plaque inflammation, confirming less inflamed plaques in females versus males. EC-ER-KO increased plaque inflammation, while DKO prevented this increase in both sexes. Compared to controls, ICAM1 protein expression in the descending aorta was decreased by EC-MR-KO only in males. In both sexes, ICAM1 was increased by EC-ER-KO and unchanged by DKO. Females had increased aortic expression of IkB, the inhibitor of NFkB, compared to males and this was prevented by EC-ER-KO. In primary human aortic ECs (HAECs) in vitro , cells from females expressed significantly less ICAM1 protein compared to males. Conclusions: Female atherogenic mice have less inflamed plaques than males and female HAECs express less ICAM1. In vivo , EC-ER protects from plaque inflammation and suppresses ICAM1 in both sexes and IkB in females, and EC-MR is necessary for this atheroprotection. These data support the concept that EC-ER prevents inflammation by inhibiting NFkB and EC-MR-induced ICAM1 expression.

Peripheral artery disease (PAD) is the narrowing of the arteries that carry blood to the lower extremities. PAD has been traditionally associated with atherosclerosis. However, recent studies have found that medial arterial calcification (MAC) is the primary cause of chronic limb ischemia below the knee. MAC involves calcification of the elastin fibers surrounding smooth muscle cells (SMCs) in arteries. Matrix GLA Protein (MGP) binds circulating calcium and inhibits vascular calcification.

Introduction: Obesity is associated with increased vascular stiffness which predicts risk for heart attack, stroke and cardiovascular (CV) mortality. Obesity is more common and has a greater negative impact on CV health in women. Perivascular adipose tissue (PVAT), which contributes to maintenance of normal vascular tone, becomes dysfunctional in obesity, but its role in vascular stiffness is less well studied. Mineralocorticoid receptor (MR) is a hormone-activated transcription factor regulated by inflammation and oxidative stress in aging vascular smooth muscle cells (SMC) where it induces vascular stiffness. The role of SMC-MR in obesity-associated vascular stiffness and whether there are sex differences in the mechanism is unknown. Hypothesis: We hypothesized that sex differences in obesity-induced changes in PVAT alters aortic inflammation and oxidative stress (OS) to induce SMC MR and contribute to aortic stiffness by regulating sexually dimorphic gene programs. Methods and Results: Young male and female mice (3 months old) with MR intact or SMC-MR knocked out (SMC-MR-KO) were fed with high-fat diet (HFD) for 3 months. In both sexes, MR mRNA expression increased with obesity in MR intact mice, as did aortic stiffness (by pulse wave velocity (PWV)). SMC-MR-KO prevented the HFD-induced vascular stiffness in both sexes. In aortas from male mice only, NFkB protein were induced by obesity, independent of the MR. Obese males had increased vascular fibrosis histologically, vascular fibrosis gene (Col1, CTGF) expression and inflammation (TNFa, IL1B) in MR intact mice and is prevented in the SMC-MR-KO mice. In females, HIF1a protein and mRNA were induced by obesity, independent of SMC MR. In MR-intact females, OS gene expression (NADPH-oxidase 2-4 (Nox2, Nox4)) was increased by HFD. Human aortic SMC (HASMCs) from lean/obese male and female donors were cultured. NFkB, MR, and Col1 were increased with obesity in HASMCs from males while HIF1a, MR, Nox2 and Nox4 were increased in obese female donors compared with non-obese. Conclusions: These data support sexually dimorphic, SMC MR-dependent mechanisms for vascular stiffness associated with obesity and suggest that sex-specific therapies may be needed to prevent obesity-associated vascular stiffness.

Introduction: Tyrosine kinase inhibitors (TKIs) targeting ABL kinase have transformed the treatment of BCR-ABL positive leukemias. First generation imatinib is well tolerated while the newer TKIs, ponatinib and nilotinib, are more effective for leukemia but both substantially increase risk of acute arterial thrombosis, thereby limiting their clinical benefit over imatinib. Asciminib is a new BCR-ABL inhibitor with an unknown safety profile. We previously showed that BCR-ABL inhibitors that increase thrombosis in humans also cause toxicity in endothelial cells (ECs). Hypothesis: We hypothesize that BCR-ABL TKIs that cause EC dysfunction in vitro delay healing at sites of vascular injury in vivo as a potential mechanism of increased risk of thrombosis. Methods: We used the in vitro scratch wound assay and western blot for endothelial nitric oxide synthase (eNOS) phosphorylation in human umbilical vein (HUV)ECs and a mouse carotid artery wire injury model to assess the impact of BCR-ABL TKIs on EC wound healing capacity in vitro and in vivo . Results: ECs were treated with the Cmax concentration in cancer patients, as were mice, as confirmed by serum LC-MS. In vitro , ponatinib and nilotinib significantly decreased HUVEC wound healing compared to both imatinib and asciminib (p<0.001), with no difference between imatinib and asciminib. Ponatinib significantly decreased peNOS compared to both imatinib and nilotinib (<0.05), while asciminib was not significantly different from any of the other TKIs. In vivo , nilotinib significantly decreased carotid EC wound healing compared to imatinib and asciminib (p< 0.05), while ponatinib was not significantly different from any other TKIs. Carotid thrombosis after wire injury was observed in 3/26 mice treated with ponatinib, 5/23 with nilotinib, 1/21 with asciminib, and 0/26 treated with imatinib, with clot-free survival studies ongoing. Conclusions: Ponatinib and nilotinib cause EC toxicity by distinct mechanisms in vitro , which has implications for mitigating their cardiovascular risk. Asciminib causes little vascular toxicity in vitro or in vivo by these assays. Carotid thrombosis developed in some TKI treated mice, suggesting this model can be used to study the link between impaired EC healing and thrombosis.