La valvola aortica, composta da tre strati strutturalmente e funzionalmente distinti, è regolata da cellule interstiziali valvolari (AVICs) e da cellule endoteliali valvolari (VECs), che ne preservano l’omeostasi. Le VECs rispondono allo shear stress, principale stimolo biomeccanico cui sono sottoposte; alterazioni di tale stimolo inducono disfunzione endoteliale e favoriscono trombosi, accumulo lipidico e infiltrazione infiammatoria, eventi iniziali della malattia della valvola aortica calcifica (CAVD). La CAVD è la patologia valvolare più frequente, associata all’invecchiamento e responsabile di morbilità e mortalità cardiovascolare. Il processo patologico comporta rimodellamento della matrice extracellulare, ispessimento valvolare, formazione di noduli calcifici e infiltrazione immunitaria, insieme all’attivazione di vie di segnalazione chiave, come il pathway di Notch. Tuttavia, la composizione delle popolazioni immunitarie e il contributo delle alterazioni genetiche somatiche rimangono in larga parte da chiarire. In alcuni pazienti, inoltre, la calcificazione valvolare coesiste con amiloidosi cardiaca, caratterizzata dal deposito di fibrille amiloidi. Recenti evidenze indicano che mosaicismi somatici — come emopoiesi clonale di potenziale indeterminato (CHIP) e perdita del cromosoma Y (LoY) — incrementa il rischio cardiovascolare, sebbene la sua relazione con la CAVD sia ancora poco definita. Mutazioni in geni associati a CHIP, in particolare TET2, favoriscono l’espansione di macrofagi pro-infiammatori e contribuiscono alla disfunzione endoteliale. Ad oggi non esistono terapie farmacologiche efficaci nel rallentare la progressione della CAVD. Tuttavia, flavonoidi (come diosmina e troxerutina) e sulodexide mostrano effetti antinfiammatori e protettivi sull’endotelio, suggerendo un potenziale ruolo terapeutico. Questo progetto mira a chiarire i meccanismi molecolari e cellulari alla base della CAVD attraverso due obiettivi principali: (i) analizzare valvole aortiche calcifiche per caratterizzare infiltrati immunitari, valutare la presenza di LoY ed esplorare associazioni tra amiloidosi e CHIP; (ii) condurre studi in colture cellulari per investigare l’impatto dell’inibizione di TET2 su pathway di Notch e polarizzazione dei macrofagi, nonché il ruolo dell’interazione tra shear stress e Notch nella disfunzione endoteliale. Sono stati inoltre valutati gli effetti protettivi di flavonoidi e sulodexide sull’endotelio. Le analisi istologiche hanno mostrato depositi amiloidi in un sottoinsieme di valvole calcificate, senza correlazioni con CHIP. Il profilo immunitario ha evidenziato un aumento di linfociti B, suggerendo un contributo immuno-mediato nella patogenesi della CAVD. È stata osservata un’associazione tra CAVD e LoY, implicando il mosaico somatico nella progressione della malattia. Flavonoidi e sulodexide hanno attenuato la disfunzione endoteliale indotta da TNF-α, riducendo l’espressione di VCAM-1 e aumentando quella di eNOS. L’inibizione di TET2 ha incrementato la produzione di IL-6 e l’attività di Notch1, mentre lo shear stress laminare ha aumentato Jagged1 e ridotto Dll4. Il silenziamento di Jagged1 ha compromesso allineamento cellulare, integrità delle giunzioni, autofagia ed espressione di eNOS, identificandolo come mediatore essenziale dell’adattamento endoteliale allo shear stress. Complessivamente, questi risultati evidenziano la natura multifattoriale della CAVD, caratterizzata da infiltrazione immunitaria, alterazioni genetiche somatiche, disfunzione endoteliale e segnalazione meccanosensibile. L’identificazione di TET2 e Jagged1 come regolatori chiave, insieme agli effetti protettivi di flavonoidi e sulodexide, offre nuovi possibili target terapeutici, contribuendo ad ampliare la comprensione della fisiopatologia della CAVD e a delineare nuove prospettive di intervento.
The aortic valve, composed of three structurally and functionally distinct layers, is regulated by aortic valve interstitial cells (AVICs) and valvular endothelial cells (VECs), which preserve tissue homeostasis. VECs are highly sensitive to shear stress, the primary biomechanical stimulus acting upon them; alterations in shear stress trigger endothelial dysfunction and promote thrombosis, lipid accumulation, and inflammatory infiltration—key early events in calcific aortic valve disease (CAVD). CAVD is the most common valvular heart disease, strongly associated with aging and a major contributor to cardiovascular morbidity and mortality. Disease progression involves extracellular matrix remodeling, leaflet thickening, calcific nodule formation, immune cell infiltration, and activation of critical signaling pathways, including Notch. However, the immune landscape and the contribution of somatic genetic alterations remain incompletely understood. In some patients, valvular calcification occurs alongside cardiac amyloidosis, an infiltrative condition characterized by extracellular amyloid fibril deposition. Recent evidence links somatic mosaicism in hematopoietic precursors—including Clonal Hematopoiesis of Indeterminate Potential (CHIP) and Loss of the Y chromosome (LoY)—to increased cardiovascular risk, although their association with CAVD remains uncertain. CHIP-related mutations, particularly in TET2, drive the clonal expansion of proinflammatory macrophages and contribute to endothelial dysfunction. To date, no pharmacological therapy effectively halts CAVD progression, and valve replacement remains the only definitive treatment. Nevertheless, compounds such as flavonoids (e.g., diosmin, troxerutin) and sulodexide have demonstrated anti-inflammatory and endothelial-protective properties, suggesting therapeutic potential. This doctoral project aimed to elucidate the molecular and cellular mechanisms underlying CAVD through two main objectives: (i) analysis of calcified aortic valves to characterize immune infiltrates, assess the presence of LoY, and explore potential associations between amyloidosis and CHIP; (ii) molecular studies in cellular models to investigate the effects of TET2 inhibition on Notch signaling and macrophage polarization, as well as the interplay between shear stress and Notch in driving endothelial dysfunction. The protective effects of flavonoids and sulodexide on endothelial cells were also evaluated. Histological analyses revealed amyloid deposits in a subset of calcified valves, without correlation to CHIP. Immune profiling indicated increased B-cell infiltration, supporting an immune-mediated contribution to CAVD pathogenesis. A positive association between CAVD and LoY was observed, implicating somatic mosaicism in disease progression. Flavonoids and sulodexide attenuated TNF-α–induced endothelial dysfunction by reducing VCAM-1 expression and enhancing eNOS levels. TET2 inhibition increased IL-6 production and Notch1 activity, while laminar shear stress upregulated Jagged1 and downregulated Dll4. Silencing Jagged1 impaired endothelial alignment, junctional integrity, autophagy, and eNOS expression, identifying Jagged1 as a key mediator of endothelial adaptation to shear stress, partially independent of canonical Notch1 signaling. Overall, these findings underscore the multifactorial nature of CAVD, involving immune infiltration, somatic genetic alterations, endothelial dysfunction, and mechanosensitive signaling. The identification of TET2 and Jagged1 as critical regulators, together with the protective actions of flavonoids and sulodexide, provides novel mechanistic insights and potential therapeutic targets, advancing the understanding of CAVD pathophysiology and informing future strategies for intervention.
Analysis of Cellular and Molecular Mechanisms of Calcific Aortic Valve Disease
ASCIERTO, ALESSIA
2026
Abstract
La valvola aortica, composta da tre strati strutturalmente e funzionalmente distinti, è regolata da cellule interstiziali valvolari (AVICs) e da cellule endoteliali valvolari (VECs), che ne preservano l’omeostasi. Le VECs rispondono allo shear stress, principale stimolo biomeccanico cui sono sottoposte; alterazioni di tale stimolo inducono disfunzione endoteliale e favoriscono trombosi, accumulo lipidico e infiltrazione infiammatoria, eventi iniziali della malattia della valvola aortica calcifica (CAVD). La CAVD è la patologia valvolare più frequente, associata all’invecchiamento e responsabile di morbilità e mortalità cardiovascolare. Il processo patologico comporta rimodellamento della matrice extracellulare, ispessimento valvolare, formazione di noduli calcifici e infiltrazione immunitaria, insieme all’attivazione di vie di segnalazione chiave, come il pathway di Notch. Tuttavia, la composizione delle popolazioni immunitarie e il contributo delle alterazioni genetiche somatiche rimangono in larga parte da chiarire. In alcuni pazienti, inoltre, la calcificazione valvolare coesiste con amiloidosi cardiaca, caratterizzata dal deposito di fibrille amiloidi. Recenti evidenze indicano che mosaicismi somatici — come emopoiesi clonale di potenziale indeterminato (CHIP) e perdita del cromosoma Y (LoY) — incrementa il rischio cardiovascolare, sebbene la sua relazione con la CAVD sia ancora poco definita. Mutazioni in geni associati a CHIP, in particolare TET2, favoriscono l’espansione di macrofagi pro-infiammatori e contribuiscono alla disfunzione endoteliale. Ad oggi non esistono terapie farmacologiche efficaci nel rallentare la progressione della CAVD. Tuttavia, flavonoidi (come diosmina e troxerutina) e sulodexide mostrano effetti antinfiammatori e protettivi sull’endotelio, suggerendo un potenziale ruolo terapeutico. Questo progetto mira a chiarire i meccanismi molecolari e cellulari alla base della CAVD attraverso due obiettivi principali: (i) analizzare valvole aortiche calcifiche per caratterizzare infiltrati immunitari, valutare la presenza di LoY ed esplorare associazioni tra amiloidosi e CHIP; (ii) condurre studi in colture cellulari per investigare l’impatto dell’inibizione di TET2 su pathway di Notch e polarizzazione dei macrofagi, nonché il ruolo dell’interazione tra shear stress e Notch nella disfunzione endoteliale. Sono stati inoltre valutati gli effetti protettivi di flavonoidi e sulodexide sull’endotelio. Le analisi istologiche hanno mostrato depositi amiloidi in un sottoinsieme di valvole calcificate, senza correlazioni con CHIP. Il profilo immunitario ha evidenziato un aumento di linfociti B, suggerendo un contributo immuno-mediato nella patogenesi della CAVD. È stata osservata un’associazione tra CAVD e LoY, implicando il mosaico somatico nella progressione della malattia. Flavonoidi e sulodexide hanno attenuato la disfunzione endoteliale indotta da TNF-α, riducendo l’espressione di VCAM-1 e aumentando quella di eNOS. L’inibizione di TET2 ha incrementato la produzione di IL-6 e l’attività di Notch1, mentre lo shear stress laminare ha aumentato Jagged1 e ridotto Dll4. Il silenziamento di Jagged1 ha compromesso allineamento cellulare, integrità delle giunzioni, autofagia ed espressione di eNOS, identificandolo come mediatore essenziale dell’adattamento endoteliale allo shear stress. Complessivamente, questi risultati evidenziano la natura multifattoriale della CAVD, caratterizzata da infiltrazione immunitaria, alterazioni genetiche somatiche, disfunzione endoteliale e segnalazione meccanosensibile. L’identificazione di TET2 e Jagged1 come regolatori chiave, insieme agli effetti protettivi di flavonoidi e sulodexide, offre nuovi possibili target terapeutici, contribuendo ad ampliare la comprensione della fisiopatologia della CAVD e a delineare nuove prospettive di intervento.I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
