Experiments were designed to investigate the importance of vascular endothelium in the vasomotor response to increases in flow as observed in conduit arteries (flow-dependent dilation). The diameter changes of femoral arteries (sonomicrometry) in response to increases in flow before and after endothelial damage procedures were studied in 23 dogs anesthetized with sodium pentobarbital. The functional integrity of the endothelial cells underneath the diameter sensors was tested by intra-arterial acetylcholine (local acetylcholine dilation) applied proximally to the sensors while a constant flow was maintained. Unilateral augmentation of femoral arterial flow (4.6 +/- 1.9-fold) induced by peripheral vasodilation or by arteriovenous shunt, elicited dilation (increase in diameter, 116 +/- 91 microns) in 18 of 23 dogs, whereas the diameter of the contralateral control artery was not affected. Mechanical removal of the endothelial cells by means of a balloon catheter abolished both the flow-dependent dilation and the local acetylcholine dilation, whereas the vasomotor responses to norepinephrine and nitroglycerin were not affected. Brief perfusions (1 minute) of the arteries with cell-free hydrogen peroxide solution (90 mM) also abolished the flow-dependent dilation and attenuated the local acetylcholine dilation (by 27 +/- 19%; p less than 0.02), while the responses to norepinephrine and nitroglycerin were not altered. These results suggest that endothelial cells act as mediators of flow-dependent dilation.

Background— Several studies have suggested that stem cells are present in the stroma-vascular fraction (SVF) of adipose tissue (AT). Methods and Results— To characterize the cell populations that compose the SVF of human AT originating from subcutaneous and visceral depots, fluorescence-activated cell sorter analysis was performed by use of fluorescent antibodies directed against the endothelial and stem cell markers CD31, CD34, CD133, and ABCG2. The freshly harvested SVF contained large numbers of CD34 + cells as well as cells expressing CD133 and ABCG2. Further analysis of the CD34 + cells revealed 2 CD34 + cell populations with differential expression of the endothelial cell marker CD31. Selection of the CD34 + /CD31 − cells by use of magnetic microbeads, followed by cell culture, demonstrated that this cell population could differentiate under appropriate conditions into endothelial cells. Moreover, in mouse ischemic hindlimb, intravenous injection of CD34 + /CD31 − cells was associated with an increase in the blood flow and the capillary density and an incorporation of the cells in the leg vasculature. Conclusions— Our data indicate the presence of a cell population within the SVF of human AT characterized as CD34 + /CD31 − exhibiting characteristics of endothelial progenitor cells. Therefore, human AT might represent a source of stem/progenitor cells useful for cell therapy to improve vasculogenesis in adults.

Abstract —The activity of the endothelial nitric oxide synthase (eNOS) can be regulated independently of an increase in Ca 2+ by the phosphorylation of Ser 1177 but results only in a low nitric oxide (NO) output. In the present study, we assessed whether the agonist-induced (Ca 2+ -dependent, high-output) activation of eNOS is associated with changes in the phosphorylation of Thr 495 in the calmodulin (CaM)-binding domain. eNOS Thr 495 was constitutively phosphorylated in porcine aortic endothelial cells and was rapidly dephosphorylated after bradykinin stimulation. In the same cells, bradykinin enhanced the phosphorylation of Ser 1177 , which was maximal after 5 minutes, and abolished by the CaM-dependent kinase II (CaMKII) inhibitor KN-93. Bradykinin also enhanced the association of CaMKII with eNOS. Phosphorylation of Thr 495 was attenuated by the protein kinase C (PKC) inhibitor Ro 31-8220 and after PKC downregulation using phorbol 12-myristate 13-acetate. The agonist-induced dephosphorylation of Thr 495 was completely Ca 2+ -dependent and inhibited by the PP1 inhibitor calyculin A. Little CaM was bound to eNOS immunoprecipitated from unstimulated cells, but the agonist-induced dephosphorylation of Thr 495 enhanced the association of CaM. Mutation of Thr 495 to alanine increased CaM binding to eNOS in the absence of cell stimulation, whereas the corresponding Asp 495 mutant bound almost no CaM. Accordingly, NO production by the Ala 495 mutant was more sensitive to Ca 2+ /CaM than the aspartate mutant. These results suggest that the dual phosphorylation of Ser 1177 and Thr 495 determines the activity of eNOS in agonist-stimulated endothelial cells. Moreover, the dephosphorylation of Thr 495 by PP1 precedes the phosphorylation of Ser 1177 by CaMKII. The full text of this article is available at http://www.circresaha.org.

A large body of literature suggest that vascular reduced nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidases are important sources of reactive oxygen species. Many studies, however, relied on data obtained with the inhibitor apocynin (4′-hydroxy-3′methoxyacetophenone). Because the mode of action of apocynin, however, is elusive, we determined its mechanism of inhibition on vascular NADPH oxidases. In HEK293 cells overexpressing NADPH oxidase isoforms (Nox1, Nox2, or Nox4), apocynin failed to inhibit superoxide anion generation detected by lucigenin chemiluminescence. In contrast, apocynin interfered with the detection of reactive oxygen species in assay systems selective for hydrogen peroxide or hydroxyl radicals. Importantly, apocynin interfered directly with the detection of peroxides but not superoxide, if generated by xanthine/xanthine oxidase or nonenzymatic systems. In leukocytes, apocynin is a prodrug that is activated by myeloperoxidase, a process that results in the formation of apocynin dimers. Endothelial cells and smooth muscle cells failed to form these dimers and, therefore, are not able to activate apocynin. Dimer formation was, however, observed in Nox-overexpressing HEK293 cells when myeloperoxidase was supplemented. As a consequence, apocynin should only inhibit NADPH oxidase in leukocytes, whereas in vascular cells, the compound could act as an antioxidant. Indeed, in vascular smooth muscle cells, the activation of the redox-sensitive kinases p38-mitogen-activate protein kinase, Akt, and extracellular signal–regulated kinase 1/2 by hydrogen peroxide and by the intracellular radical generator menadione was prevented in the presence of apocynin. These observations indicate that apocynin predominantly acts as an antioxidant in endothelial cells and vascular smooth muscle cells and should not be used as an NADPH oxidase inhibitor in vascular systems.

The adipocyte-derived cytokine leptin is thought to play a key role in the control of satiety and energy expenditure. Because adipogenesis and angiogenesis are tightly correlated during the fat mass development, we tested the hypothesis that leptin is able to modulate the growth of the vasculature. Experiments were performed using cultured human umbilical venous endothelial cells (HUVECs) and porcine aortic endothelial cells. The presence of 170-kDa endothelial leptin receptor (Ob-R) was assessed in HUVECs by Western blot analysis. Reverse transcriptase-polymerase chain reaction analysis using specific oligonucleotides for the short and long Ob-R forms further revealed the expression of both Ob-R transcripts in endothelial cells. Moreover, leptin evoked a time-dependent tyrosine phosphorylation of a number of endothelial proteins, the most prominent of which were the mitogen-activated protein kinases Erk1/2. Treatment of HUVECs with leptin led to a concentration-dependent increase in cell number that was maximal at 10 ng/mL leptin and equivalent to that elicited by vascular endothelial growth factor. This effect was associated with an enhanced formation of capillary-like tubes in an in vitro angiogenesis assay and neovascularization in an in vivo model of angiogenesis. These results indicate that leptin, via activation of the endothelial Ob-R, generates a growth signal involving a tyrosine kinase-dependent intracellular pathway and promotes angiogenic processes. We speculate that this leptin-mediated stimulation of angiogenesis might represent not only a key event in the settlement of obesity but also may contribute to the modulation of growth under physiological and pathophysiological conditions in other tissues.

We investigated the mechanisms by which cytokines lead to a diminished responsiveness of vascular smooth muscle to vasoconstrictors. The attenuation of noradrenaline-induced contraction by 6 to 24 h incubations with the cytokines, tumor necrosis factor and interleukin-1, in endothelium-denuded rabbit aorta was associated with an increase in intracellular cyclic GMP level. This increase was abolished by the stereoselective inhibitor of nitric oxide-synthase, NG-nitro-L-arginine and by cycloheximide. Formation of nitric oxide was detected in the cytosol of cytokine-treated native and cultured smooth muscle cells by activation of purified soluble guanylate cyclase, and depended on tetrahydrobiopterin, but not on Ca2(+)-calmodulin. The results indicate that cytokines induce a nitric oxide-synthase of the macrophage-type in vascular smooth muscle.

Human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) express functional receptors to leptin, the product of the ob gene. As human obesity is associated with atherosclerosis and hyperleptinemia, we investigated whether leptin, in addition to its angiogenic properties, exerts atherogenic effects through the generation of oxidative stress in endothelial cells. In HUVEC leptin increased the accumulation of reactive oxygen species (ROS), as assessed by the oxidation of 2′,7′- dichlorodihydrofluorescein, in a time- and concentration-dependent manner. In addition, leptin activated the NH2-terminal c-Jun kinase/stress-activated protein kinase pathway as demonstrated by enhanced JNK activity and AP-1 DNA binding. Both effects were sensitive to antioxidant treatment with N-acetylcysteine. NF-κB, another redox-sensitive transcription factor, was also activated by leptin stimulation in an oxidant-dependent manner. Finally, activation of both AP-1 and NF-κB was associated with an enhanced expression of the monocyte chemoattractant protein-1 in HUVEC. These findings demonstrate that ROS are second messengers involved in leptin-induced signaling in endothelial cells. Thus, chronic oxidative stress in endothelial cells under hyperleptinemia may activate atherogenic processes and contribute to the development of vascular pathology.—Bouloumié, A., Marumo, T., Lafontan, M., Busse, R. Leptin induces oxidative stress in human endothelial cells. FASEB J. 13, 1231–1238 (1999)

Increased visceral white adipose tissue (WAT) is linked to the risk of developing diabetes. We showed by fluorescence activated cell sorting analysis that human visceral WAT contains macrophages, the proportion of which increased with obesity. Selective isolation of mature adipocytes and macrophages from human visceral WAT by CD14 immunoselection revealed that macrophages expressed higher levels of chemokines (monocyte chemotactic protein 1, macrophage inflammatory protein 1α, IL-8) and the adipokines resistin and visfatin than did mature adipocytes, as assessed by real-time PCR analysis. Moreover, resistin and visfatin proteins were found to be released predominantly by visceral WAT macrophages. Macrophage-derived secretory products stimulated phosphorylation of protein kinase B in human hepatocytes. Resistin and visfatin might be considered to be proinflammatory markers. The increased macrophage population in obese human visceral WAT might be responsible for the enhanced production of chemokines as well as resistin and visfatin.