Background— Angiotensin II (ATII), a potent vasoconstrictor, causes hypertension, promotes infiltration of myelomonocytic cells into the vessel wall, and stimulates both vascular and inflammatory cell NADPH oxidases. The predominant source of reactive oxygen species, eg, vascular (endothelial, smooth muscle, adventitial) versus phagocytic NADPH oxidase, and the role of myelomonocytic cells in mediating arterial hypertension have not been defined yet. Methods and Results— Angiotensin II (1 mg · kg −1 · d −1 for 7 days) increased the number of both CD11b + Gr-1 low F4/80 + macrophages and CD11b + Gr-1 high F4/80 − neutrophils in mouse aorta (verified by flow cytometry). Selective ablation of lysozyme M-positive (LysM + ) myelomonocytic cells by low-dose diphtheria toxin in mice with inducible expression of the diphtheria toxin receptor (LysM iDTR mice) reduced the number of monocytes in the circulation and limited ATII-induced infiltration of these cells into the vascular wall, whereas the number of neutrophils was not reduced. Depletion of LysM + cells attenuated ATII-induced blood pressure increase (measured by radiotelemetry) and vascular endothelial and smooth muscle dysfunction (assessed by aortic ring relaxation studies) and reduced vascular superoxide formation (measured by chemiluminescence, cytochrome c assay, and oxidative fluorescence microtopography) and the expression of NADPH oxidase subunits gp91 phox and p67 phox (assessed by Western blot and mRNA reverse-transcription polymerase chain reaction). Adoptive transfer of wild-type CD11b + Gr-1 + monocytes into depleted LysM iDTR mice reestablished ATII-induced vascular dysfunction, oxidative stress, and arterial hypertension, whereas transfer of CD11b + Gr-1 + neutrophils or monocytes from gp91 phox or ATII receptor type 1 knockout mice did not. Conclusions— Infiltrating monocytes with a proinflammatory phenotype and macrophages rather than neutrophils appear to be essential for ATII-induced vascular dysfunction and arterial hypertension.

In diabetes, vascular dysfunction is characterized by impaired endothelial function due to increased oxidative stress. Empagliflozin, as a selective sodium-glucose co-transporter 2 inhibitor (SGLT2i), offers a novel approach for the treatment of type 2 diabetes by enhancing urinary glucose excretion. The aim of the present study was to test whether treatment with empagliflozin improves endothelial dysfunction in type I diabetic rats via reduction of glucotoxicity and associated vascular oxidative stress.Type I diabetes in Wistar rats was induced by an intravenous injection of streptozotocin (60 mg/kg). One week after injection empagliflozin (10 and 30 mg/kg/d) was administered via drinking water for 7 weeks. Vascular function was assessed by isometric tension recording, oxidative stress parameters by chemiluminescence and fluorescence techniques, protein expression by Western blot, mRNA expression by RT-PCR, and islet function by insulin ELISA in serum and immunohistochemical staining of pancreatic tissue. Advanced glycation end products (AGE) signaling was assessed by dot blot analysis and mRNA expression of the AGE-receptor (RAGE).Treatment with empagliflozin reduced blood glucose levels, normalized endothelial function (aortic rings) and reduced oxidative stress in aortic vessels (dihydroethidium staining) and in blood (phorbol ester/zymosan A-stimulated chemiluminescence) of diabetic rats. Additionally, the pro-inflammatory phenotype and glucotoxicity (AGE/RAGE signaling) in diabetic animals was reversed by SGLT2i therapy.Empagliflozin improves hyperglycemia and prevents the development of endothelial dysfunction, reduces oxidative stress and improves the metabolic situation in type 1 diabetic rats. These preclinical observations illustrate the therapeutic potential of this new class of antidiabetic drugs.

Hyperglycemia associated with inflammation and oxidative stress is a major cause of vascular dysfunction and cardiovascular disease in diabetes. Recent data reports that a selective sodium-glucose co-transporter 2 inhibitor (SGLT2i), empagliflozin (Jardiance®), ameliorates glucotoxicity via excretion of excess glucose in urine (glucosuria) and significantly improves cardiovascular mortality in type 2 diabetes mellitus (T2DM). The overarching hypothesis is that hyperglycemia and glucotoxicity are upstream of all other complications seen in diabetes. The aim of this study was to investigate effects of empagliflozin on glucotoxicity, β-cell function, inflammation, oxidative stress and endothelial dysfunction in Zucker diabetic fatty (ZDF) rats. Male ZDF rats were used as a model of T2DM (35 diabetic ZDF‐Leprfa/fa and 16 ZDF-Lepr+/+ controls). Empagliflozin (10 and 30 mg/kg/d) was administered via drinking water for 6 weeks. Treatment with empagliflozin restored glycemic control. Empagliflozin improved endothelial function (thoracic aorta) and reduced oxidative stress in the aorta and in blood of diabetic rats. Inflammation and glucotoxicity (AGE/RAGE signaling) were epigenetically prevented by SGLT2i treatment (ChIP). Linear regression analysis revealed a significant inverse correlation of endothelial function with HbA1c, whereas leukocyte-dependent oxidative burst and C-reactive protein (CRP) were positively correlated with HbA1c. Viability of hyperglycemic endothelial cells was pleiotropically improved by SGLT2i. Empagliflozin reduces glucotoxicity and thereby prevents the development of endothelial dysfunction, reduces oxidative stress and exhibits anti-inflammatory effects in ZDF rats, despite persisting hyperlipidemia and hyperinsulinemia. Our preclinical observations provide insights into the mechanisms by which empagliflozin reduces cardiovascular mortality in humans (EMPA-REG trial).

Aims: Oxidative stress is involved in the development of cardiovascular disease. There is a growing body of evidence for a crosstalk between different enzymatic sources of oxidative stress. With the present study, we sought to determine the underlying crosstalk mechanisms, the role of the mitochondrial permeability transition pore (mPTP), and its link to endothelial dysfunction. Results: NADPH oxidase (Nox) activation (oxidative burst and translocation of cytosolic Nox subunits) was observed in response to mitochondrial reactive oxygen species (mtROS) formation in human leukocytes. In vitro, mtROS-induced Nox activation was prevented by inhibitors of the mPTP, protein kinase C, tyrosine kinase cSrc, Nox itself, or an intracellular calcium chelator and was absent in leukocytes with p47phox deficiency (regulates Nox2) or with cyclophilin D deficiency (regulates mPTP). In contrast, the crosstalk in leukocytes was amplified by mitochondrial superoxide dismutase (type 2) (MnSOD+/−) deficiency. In vivo, increases in blood pressure, degree of endothelial dysfunction, endothelial nitric oxide synthase (eNOS) dysregulation/uncoupling (e.g., eNOS S-glutathionylation) or Nox activity, p47phox phosphorylation in response to angiotensin-II (AT-II) in vivo treatment, or the aging process were more pronounced in MnSOD+/− mice as compared with untreated controls and improved by mPTP inhibition by cyclophilin D deficiency or sanglifehrin A therapy. Innovation: These results provide new mechanistic insights into what extent mtROS trigger Nox activation in phagocytes and cardiovascular tissue, leading to endothelial dysfunction. Conclusions: Our data show that mtROS trigger the activation of phagocytic and cardiovascular NADPH oxidases, which may have fundamental implications for immune cell activation and development of AT-II-induced hypertension. Antioxid. Redox Signal. 20, 247–266.

Interleukin (IL)-17A is regarded as an important cytokine to drive psoriasis, an inflammatory skin disease marked by increased cardiovascular mortality. We aimed to test the hypothesis that overproduction of IL-17A in the skin leading to dermal inflammation may systemically cause vascular dysfunction in psoriasis-like skin disease.Conditional overexpression of IL-17A in keratinocytes caused severe psoriasis-like skin inflammation in mice (K14-IL-17A(ind/+) mice), associated with increased reactive oxygen species formation and circulating CD11b(+) inflammatory leukocytes in blood, with endothelial dysfunction, increased systolic blood pressure, left ventricular hypertrophy, and reduced survival compared with controls. In K14-IL-17A(ind/+) mice, immunohistochemistry and flow cytometry revealed increased vascular production of the nitric oxide/superoxide reaction product peroxynitrite and infiltration of the vasculature with myeloperoxidase(+)CD11b(+)GR1(+)F4/80(-) cells accompanied by increased expression of the inducible nitric oxide synthase and the nicotinamide dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase, nox2. Neutrophil depletion by anti-GR-1 antibody injections reduced oxidative stress in blood and vessels. Neutralization of tumor necrosis factor-α and IL-6 (both downstream of IL-17A) reduced skin lesions, attenuated oxidative stress in heart and blood, and partially improved endothelial dysfunction in K14-IL-17A(ind/+) mice.Dermal overexpression of IL-17A induces systemic endothelial dysfunction, vascular oxidative stress, arterial hypertension, and increases mortality mainly driven by myeloperoxidase(+)CD11b(+)GR1(+)F4/80(-) inflammatory cells. Depletion of the GR-1(+) immune cells or neutralization of IL-17A downstream cytokines by biologicals attenuates the vascular phenotype in K14-IL-17A(ind/+) mice.

Epidemiological studies indicate that traffic noise increases the incidence of coronary artery disease, hypertension and stroke. The underlying mechanisms remain largely unknown. Field studies with nighttime noise exposure demonstrate that aircraft noise leads to vascular dysfunction, which is markedly improved by vitamin C, suggesting a key role of oxidative stress in causing this phenomenon.We developed a novel animal model to study the vascular consequences of aircraft noise exposure. Peak sound levels of 85 and mean sound level of 72 dBA applied by loudspeakers for 4 days caused an increase in systolic blood pressure, plasma noradrenaline and angiotensin II levels and induced endothelial dysfunction. Noise increased eNOS expression but reduced vascular NO levels because of eNOS uncoupling. Noise increased circulating levels of nitrotyrosine, interleukine-6 and vascular expression of the NADPH oxidase subunit Nox2, nitrotyrosine-positive proteins and of endothelin-1. FACS analysis demonstrated an increase in infiltrated natural killer-cells and neutrophils into the vasculature. Equal mean sound pressure levels of white noise for 4 days did not induce these changes. Comparative Illumina sequencing of transcriptomes of aortic tissues from aircraft noise-treated animals displayed significant changes of genes in part responsible for the regulation of vascular function, vascular remodelling, and cell death.We established a novel and unique aircraft noise stress model with increased blood pressure and vascular dysfunction associated with oxidative stress. This animal model enables future studies of molecular mechanisms, mitigation strategies, and pharmacological interventions to protect from noise-induced vascular damage.

The cytokine interleukin-6 (IL-6) plays a central role in the inflammation cascade as well as cardiovascular disease progression. Since myeloid cells are a primary source of IL-6 formation, we aimed to generate a mouse model to study the role of myeloid cell-derived IL-6 in vascular disease.