Suberoylanilide hydroxamic acid exerts both brain and peripheral protective effects in transient hypertensive stroke

Abstract

L'accident cerebrovascular (ACV) és una greu condició mèdica que es produeix quan el flux sanguini cerebral s’interromp, privant els teixits d’oxigen i glucosa. L’ACV isquèmic representa la majoria dels casos i està impulsat principalment per l’envelliment de la població i per factors de risc modificables, especialment la hipertensió. Tot i la seva gravetat, els tractaments disponibles es limiten a la trombòlisi i la trombectomia mecànica, que presenten restriccions importants com una finestra terapèutica estreta i riscos com l’hemorràgia intracerebral. Aquestes limitacions subratllen la necessitat urgent de desenvolupar noves estratègies terapèutiques. Malgrat els avenços en la comprensió dels efectes de la isquèmia cerebral, l’impacte sistèmic, especialment en teixits perifèrics com el sistema vascular, continua sent un àmbit que requereix més investigació. L’àcid suberoylanilida hidroxàmic (SAHA), un inhibidor de les desacetilases d’histones ja aprovat per a altres usos clínics, ha demostrat un potencial efecte neuroprotector en l’ACV. Tanmateix, la seva eficàcia a temps rellevants des del punt de vista clínic i el seu impacte en condicions com la hipertensió han estat poc estudiats. Aquesta tesi explora els efectes de SAHA en rates hipertenses sotmeses a isquèmia transitòria, analitzant els resultats tant a nivell central com perifèric, en la fase aguda i a més llarg termini. A la primera part de l’estudi, es va induir l’oclusió de l’artèria cerebral mitja en rates hipertenses, administrant SAHA en diferents moments després de la reperfusió. Els efectes aguts es van avaluar 24 h després, mentre que els resultats a més llarg termini es van analitzar al cap de 8 dies. Durant la fase aguda, SAHA va incrementar significativament l’acetilació de la histona H3 i va aconseguir penetrar al cervell isquèmic. També va millorar la discapacitat neurològica, reduint el volum d’infart i l’edema cerebral, i va mitigar l’activació microglial. A més, SAHA va disminuir la permeabilitat de la barrera hematoencefàlica i l’angiogènesi maligne, va normalitzar l’estrès oxidatiu i el remodelat vascular, i va modular les respostes inflamatòries tant al cervell com a les artèries cerebrals. Aquests efectes cerebroprotectors es van mantenir a més llarg termini. La segona part de l’estudi va examinar l’impacte de SAHA a les artèries de resistència mesentèriques (ARM) de rates hipertenses, analitzades a 1 i 8 dies després de la reperfusió. La isquèmia va provocar alteracions irreversibles en les respostes contràctils de les ARM a l’agonista del receptor de tromboxà A2, U46619. A més, l’ACV va agreujar els canvis estructurals associats amb la hipertensió, com l’augment de l’àrea de la secció transversal, el gruix de la paret i la relació paret/lumen, atribuïbles principalment a la deposició de col·lagen. Aquests canvis van ser evidents al cap de 24 h i, en part, van persistir fins al dia 8. L’administració de SAHA va reduir l’estrès oxidatiu i la deposició de col·lagen, mitigant parcialment el remodelat vascular durant la fase aguda. Tanmateix, no va aconseguir restaurar les respostes contràctils alterades, i als 8 dies no es van observar efectes significatius sobre l’estructura o funció de les ARM, indicant que els beneficis de SAHA a les artèries perifèriques són limitats. Els resultats d’aquesta tesis posen en relleu el potencial de SAHA com a teràpia per a l’ACV, demostrant efectes cerebroprotectors significatius tant en la fase aguda com a més llarg termini. La seva aprovació prèvia per a altres condicions clíniques facilita la seva possible aplicació en el tractament de l’ACV. Tanmateix, les limitacions observades en els seus efectes sobre els canvis estructurals i funcionals de les artèries perifèriques destaquen la necessitat de desenvolupar tractaments que abordin tant les complicacions centrals com les sistèmiques, per tal de millorar els resultats globals en pacients amb ACV.

El accidente cerebrovascular (ACV) es una grave condición médica que ocurre cuando el flujo sanguíneo cerebral se interrumpe, privando a los tejidos cerebrales de oxígeno y glucosa. El ACV isquémico constituye la mayoría de los casos y está impulsado principalmente por el envejecimiento poblacional y factores de riesgo modificables, entre los que destaca la hipertensión. A pesar de su gravedad, los tratamientos disponibles se limitan a la trombólisis y la trombectomía mecánica, ambos con restricciones significativas, como una ventana terapéutica estrecha y el riesgo de hemorragias intracerebrales. Estas limitaciones subrayan la necesidad urgente de desarrollar nuevas estrategias terapéuticas. Aunque los efectos de la isquemia sobre el cerebro han sido ampliamente estudiados, el impacto sistémico, especialmente en tejidos periféricos como el sistema vascular, sigue siendo un campo que requiere mayor investigación. El ácido suberoylanilida hidroxámico (SAHA), un inhibidor de las desacetilasas de histonas aprobado para otros usos clínicos, ha mostrado un potencial efecto neuroprotector en el ACV. Sin embargo, su eficacia en estadios clínicamente relevantes y su impacto en el contexto de comorbilidades como la hipertensión han sido poco explorados. Esta tesis investiga los efectos de SAHA en ratas hipertensas sometidas a isquemia transitoria, evaluando sus resultados a nivel central y periférico tanto en la fase aguda como a más largo plazo. En la primera parte del estudio, se ocluyó la arteria cerebral media en ratas hipertensas, administrando SAHA en diferentes momentos tras la reperfusión. Los efectos agudos se evaluaron a las 24 h después de la reperfusión, mientras que los resultados más a largo plazo se evaluaron a los 8 días. Durante la fase aguda, SAHA incrementó significativamente la acetilación de la histona H3 y logró penetrar en el cerebro isquémico. También mejoró la discapacidad neurológica, redujo el volumen de infarto y el edema cerebral, y mitigó la activación microglial. Además, disminuyó la permeabilidad de la barrera hematoencefálica y la angiogénesis maligna, normalizó el estrés oxidativo y el remodelado vascular, y moduló las respuestas inflamatorias en el cerebro y las arterias cerebrales. Estos efectos cerebroprotectores se mantuvieron a lo largo del tiempo. La segunda parte del estudio exploró los efectos de SAHA en las arterias de resistencia mesentéricas (ARM) de ratas hipertensas a 1 y 8 días tras la reperfusión. La isquemia provocó alteraciones irreversibles en las respuestas contráctiles de las ARM al agonista del receptor de tromboxano A2, U46619. Además, el ACV exacerbó los cambios estructurales previamente asociados con la hipertensión, como el aumento del área de la sección transversal, el grosor de la pared y la relación pared/lumen, atribuibles principalmente a la deposición de colágeno. Estos cambios fueron evidentes 24 h después de la reperfusión y, en cierta medida, persistieron hasta el día 8. La administración de SAHA redujo el estrés oxidativo y la deposición de colágeno en las ARM, mitigando parcialmente el remodelado vascular durante la fase aguda. Sin embargo, no logró restaurar las respuestas contráctiles alteradas y, a los 8 días, no se observaron efectos significativos sobre la estructura o función de las ARM, lo que sugiere un impacto limitado en las arterias periféricas. Los resultados de esta tesis resaltan el potencial de SAHA como terapia para el ACV, evidenciando efectos cerebroprotectores relevantes tanto en fase aguda como a más largo plazo. Su aprobación previa para otras condiciones clínicas facilita su posible traslación clínica al tratamiento del ACV. No obstante, la limitada eficacia de SAHA sobre los cambios estructurales y funcionales en las arterias periféricas resalta la necesidad de desarrollar tratamientos que aborden tanto las complicaciones centrales como las sistémicas. Este enfoque integral será clave para mejorar los resultados en pacientes con ACV.

Stroke is a critical medical condition caused by the interruption of blood flow to the brain, depriving brain tissue of oxygen and glucose. Ischaemic stroke, accounts for most cases and is largely driven by factors such as aging population and modifiable risks, particularly hypertension. Despite its significant burden, current treatment options are limited to thrombolysis and mechanical thrombectomy. These treatments have limitations, including a narrow therapeutic window and significant risks, including intracerebral haemorrhage. These limitations highlight the urgent need for new therapeutic approaches. While research has advanced our understanding of the brain-specific effects of ischaemia, the systemic impacts, especially on peripheral tissues like the vascular system, remain poorly understood and warrant further investigation. Suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA), a histone deacetylase inhibitor approved for other clinical uses, has shown promise for neuroprotection in stroke. However, its efficacy at clinically relevant time points and in the presence of comorbid conditions such as hypertension remains inadequately explored. This thesis investigates the effects of SAHA in hypertensive rats subjected to transient ischaemia, examining both central and peripheral outcomes during the acute and longer-term stages. Firstly, hypertensive rats underwent transient middle cerebral artery occlusion, and SAHA was administered at different reperfusion time points. The acute effects were assessed at 24 h after reperfusion, while longer-term outcomes were evaluated at 8 days post-reperfusion. In the acute phase, SAHA increased histone H3 acetylation and successfully reached the ischaemic brain. It improved neurological outcomes, reduced infarct volume and brain oedema, and mitigated microglial activation. Furthermore, SAHA enhanced blood-brain barrier integrity, decreased malignant angiogenesis, normalised oxidative stress and vascular remodelling, and modulated inflammatory responses in both the brain and cerebral arteries. These cerebroprotective effects were sustained into the longer-term phase, suggesting that SAHA provides enduring benefits following ischaemia. The study also explored the effects of SAHA on mesenteric resistance arteries (MRAs) from hypertensive rats at 1- and 8-days post-stroke. Ischaemia caused significant and irreversible impairments in the contractile responses of MRAs to the thromboxane A2 receptor agonist U46619. Structural changes associated with hypertension, such as increased cross-sectional area, wall thickness, and wall/lumen ratio, primarily due to collagen deposition, were exacerbated by stroke. These alterations were evident 1 day after reperfusion and persisted, in part, at 8 days. SAHA administration reduced oxidative stress and collagen deposition in MRAs, partially mitigating vascular remodelling at 24 h post-reperfusion. However, it did not restore impaired contractile responses, and by 8 days post-reperfusion, SAHA had no significant impact on the structure or function of MRAs. These findings indicate that while SAHA exerts potent cerebroprotective effects, its benefits for peripheral vascular complications are limited. The results of this thesis underscores the potential of SAHA as a stroke therapy, demonstrating significant cerebroprotective effects during both acute and longer-term stages. Its ability to improve neurological outcomes and mitigate brain damage, combined with its existing clinical approval for other conditions, makes it a promising candidate for clinical translation. However, the limited effects of SAHA on peripheral vascular changes emphasize the need for therapies that address both central and systemic complications of stroke. Future studies should focus on developing comprehensive treatment strategies and exploring the potential of SAHA in combination with other therapies to improve overall outcomes in stroke patients.