The identification of NOX4 as a major source of oxidative stress in stroke and demonstration of dramatic protection after stroke in mice by NOX4 deletion or NOX inhibition, opens up new avenues for treatment.

In diabetes mellitus, vascular complications such as atherosclerosis are a major cause of death. The key underlying pathomechanisms are unclear. However, hyperglycemic oxidative stress derived from NADPH oxidase (Nox), the only known dedicated enzyme to generate reactive oxygen species appears to play a role. Here we identify the Nox1 isoform as playing a key and pharmacologically targetable role in the accelerated development of diabetic atherosclerosis.Human aortic endothelial cells exposed to hyperglycemic conditions showed increased expression of Nox1, oxidative stress, and proinflammatory markers in a Nox1-siRNA reversible manner. Similarly, the specific Nox inhibitor, GKT137831, prevented oxidative stress in response to hyperglycemia in human aortic endothelial cells. To examine these observations in vivo, we investigated the role of Nox1 on plaque development in apolipoprotein E-deficient mice 10 weeks after induction of diabetes mellitus. Deletion of Nox1, but not Nox4, had a profound antiatherosclerotic effect correlating with reduced reactive oxygen species formation, attenuation of chemokine expression, vascular adhesion of leukocytes, macrophage infiltration, and reduced expression of proinflammatory and profibrotic markers. Similarly, treatment of diabetic apolipoprotein E-deficient mice with GKT137831 attenuated atherosclerosis development.These studies identify a major pathological role for Nox1 and suggest that Nox1-dependent oxidative stress is a promising target for diabetic vasculopathies, including atherosclerosis.

Diabetic nephropathy may occur, in part, as a result of intrarenal oxidative stress. NADPH oxidases comprise the only known dedicated reactive oxygen species (ROS)–forming enzyme family. In the rodent kidney, three isoforms of the catalytic subunit of NADPH oxidase are expressed (Nox1, Nox2, and Nox4). Here we show that Nox4 is the main source of renal ROS in a mouse model of diabetic nephropathy induced by streptozotocin administration in ApoE−/− mice. Deletion of Nox4, but not of Nox1, resulted in renal protection from glomerular injury as evidenced by attenuated albuminuria, preserved structure, reduced glomerular accumulation of extracellular matrix proteins, attenuated glomerular macrophage infiltration, and reduced renal expression of monocyte chemoattractant protein-1 and NF-κB in streptozotocin-induced diabetic ApoE−/− mice. Importantly, administration of the most specific Nox1/4 inhibitor, GKT137831, replicated these renoprotective effects of Nox4 deletion. In human podocytes, silencing of the Nox4 gene resulted in reduced production of ROS and downregulation of proinflammatory and profibrotic markers that are implicated in diabetic nephropathy. Collectively, these results identify Nox4 as a key source of ROS responsible for kidney injury in diabetes and provide proof of principle for an innovative small molecule approach to treat and/or prevent chronic kidney failure.