Angiogenese og fibrose i aortastenose

Integriner

Integriner er en gruppe af molekyler, der er ansvarlige for intercellulær adhæsion og signalering. De omfatter en superfamilie af heterodimere receptorer, der er sammensat af 18 forskellige α- og β-underenheder. I kombination kan de generere 24 forskellige receptorundertyper med en række fysiologiske og patofysiologiske funktioner. αvβ3-receptoren er et integrin, der findes i lave niveauer på modne endotelceller, men er markant opreguleret på endotelceller i aktivt voksende blodkar. Det var tidligere kendt som vitronectin-receptoren, selvom det efterfølgende viste sig at binde mange andre ligander, herunder fibrinogen, fibronectin, laminin, thrombospondin, von Willebrand-faktor og visse kollagenundertyper. Disse træk ses også med αvβ5-integrinreceptoren, hvor begge receptorer genkender arginin-glycin-aspartat (RGD)-motivet til stede på disse ligander.

1.1.2 Rolle af αvβ3 og αvβ5 integriner i kardiovaskulær sygdom

Ekspressionen af ​​αvβ3- og αvβ5-receptorer er opreguleret i en række sygdomstilstande, og dette er blevet særligt velkarakteriseret i angiogenesen forbundet med tumorvækst og metastaser. Imidlertid er der mange potentielle roller for denne integrinvej i kardiovaskulær sygdom, herunder myokardieinfarkt, aterosklerose, restenose, aortastenose og aneurismesygdom, som har været relativt uudforskede.

1.1.2.1 Aortastenose

Aortastenose er karakteriseret ved omfattende valvulær fortykkelse på grund af akkumulering af fibrøst væv og remodellering af den ekstracellulære matrix. I alle tre lag af klappen findes der rigelige fibroblastlignende celler, som almindeligvis omtales som valvulære interstitielle celler. En underpopulation af disse celler bliver aktiveret af den inflammatoriske aktivitet i ventilen og differentieres til myofibroblaster. Mens fibroblaster styrer syntesen af ​​kollagen i den normale klap, er myofibroblaster ansvarlige for den accelererede fibrose, der observeres i stenotiske ventiler. Derudover udskilles matrixmetalloproteinaser af myofibroblaster og inflammatoriske celler og har en vigtig og kompleks rolle i omstruktureringen af ​​klapbladsmatrixen. Som allerede angivet er aktivering og differentiering af fibroblaster til myofibroblaster afhængig af αvβ3- og αvβ5-receptorekspression. Hertil kommer, som afspejler situationen i carotis aterosklerose, at patienter med svær aortastenose har en høj forekomst (78%) af intraleaflet-blødninger, og dette er forbundet med angiogenese og hurtigere sygdomsprogression.

Histopatologiske undersøgelser har bekræftet, at fibrose er en integreret del af den venstre ventrikulære hypertrofiske proces ved aortastenose. Myofibroblaster infiltrerer myokardiet og udskiller ekstracellulære matrixproteiner, herunder kollagen type I og III. Områder med fibrose observeres at co-lokalisere med områder med myocytapoptose, og det er blevet foreslået, at fibrose opstår som en form for ardannelse efter myocytdød og -skade. Som med fibrose i klappen er renin-angiotensin-systemet, transformerende vækstfaktor-beta og en ubalance i matrixmetalloproteinase og deres vævsinhibitoraktivitet alle blevet impliceret i denne proces. Et mellemvægsmønster af fibrose er blevet observeret i myokardiet hos op til 38 % af patienter med moderat eller svær aortastenose og er blevet forbundet med et mere fremskredent hypertrofisk respons. Det er vigtigt, at der også er en 8-fold stigning i dødeligheden forbundet med mid-wall fibrose.

1.1.2.2 Aterosklerose og restenose

Udviklingen af ​​åreforkalkning skyldes et komplekst samspil mellem oxideret lipid, inflammatorisk celleinfiltration og glatmuskelcellemigration i arterievæggen. Når først er etableret, kan aterosklerotiske plaques udvikle sig og briste, hvilket fører til de kliniske præsentationer af akut myokardieinfarkt og slagtilfælde. Funktioner forbundet med plaksprængning omfatter en tynd fibrøs hætte, lipidrig pool og intraplaque-blødning. Plaqueruptur er faktisk især forbundet med plak-neovaskularisering og vaskulær-endotelvækstfaktorekspression, hvilket tyder på, at ustabilitet kan induceres af angiogenese. Opregulering af αvβ3- og αvβ5-receptorer kan således repræsentere en ny markør for og potentielt terapeutisk mål for plaksårbarhed.

1.1.3 Fluciclatid

Fluciclatid er et RGD-holdigt cyklisk peptid, der for nylig er blevet udviklet som et 18F-radiosporstof til at påvise tumorangiogenese ved positronemissionstomografi. Det er meget selektivt for αvβ3- og αvβ5-receptorerne med affiniteter (EC50) på henholdsvis 11,1 og 0,1 nM med minimal krydsreaktivitet med αIIbβ3-receptoren (EC50 281 nM). Præklinisk tumorarbejde har vist, at 18F-fluciclatid optages af glioblastomer, og at dette undertrykkes af den anti-angiogene tyrosinkinaseinhibitor, sunitinib, hvilket bekræfter specificiteten af ​​fluciclatid for områder med angiogenese. Det er blevet vurderet i fase I kliniske forsøg og fundet at være sikkert og veltolereret.

1.1.4 Mål

Til dato har der været mange prækliniske undersøgelser, der har undersøgt anvendelsen af ​​radiotracere rettet mod αvβ3- og αvβ5-integrinreceptorerne. Den kliniske anvendelse af disse sporstoffer har stort set været begrænset til onkologi som en metode til vurdering af angiogenese i tumorer. Her ønsker vi at udforske rollen af ​​αvβ3 og αvβ5 receptor radiotracer, 18F-fluciclatid, til at vurdere angiogenese og fibrose hos patienter med aortastenose som et mål for både valvulær og myokardiefibrose. Denne patientgruppe vil have co-eksisterende aorta atherom, og dette vil give os en opportunistisk vurdering af sporstofoptagelse ved åreforkalkning. Vi føler, at det er vigtigt at vurdere en række kardiovaskulære tilstande for at bestemme, om αvβ3- og αvβ5-integrinreceptorekspression er specifik for visse sygdomsprocesser. Hvis det lykkes, vil disse foreløbige data tillade en mere detaljeret udforskning af specifikke sygdomsområder og nye terapeutiske indgreb. På nuværende tidspunkt er fluciclatid ikke licenseret eller godkendt til klinisk brug og bliver brugt her som et undersøgelsesmiddel til at udforske patofysiologien af ​​aortastenose.

1.2 ORIGINALE HYPOTESER

Vi antager, at 18F-fluciclatid kan identificere ekspressionen af ​​αvβ3- og αvβ5-integrinreceptorerne in vivo hos mennesker i to store hjerte-kar-sygdomsområder: aortasterosklerose og aortastenose. Specifikt antager vi, at 18F-fluciclatid vil:

1. Optages i aorta aterosklerotisk plak.
2. Vis påviselig optagelse i aortaklappen og myokardiet hos patienter med aortastenose, der vil korrelere med graden af ​​aktiv angiogenese og fibrose.

6.1 ANGIOGENESE OG FIBROSIS VED AORTASTENOSE

Aortastenose er forbundet med betydelig venstre ventrikulær hypertrofi og deraf følgende myokardiefibrose, hvor sidstnævnte forudsiger prognose. Venstre ventrikelhypertrofi og associeret fibrose er også en væsentlig risikofaktor for uønskede kardiovaskulære hændelser ved en række andre tilstande, herunder essentiel hypertension. Hjertemagnetisk resonansbilleddannelse er guldstandardmetoden til at vurdere forekomsten af ​​myokardiefibrose, men den indikerer ikke nødvendigvis den igangværende aktivitet af den fibrotiske proces. I denne undersøgelse vil vi vurdere optagelsen af ​​18F-fluciclatid hos patienter med aortastenose som en model for trykoverbelastning venstre ventrikelhypertrofi. Vi vil også benytte lejligheden til at afgøre, om der er nogen optagelse af 18F-fluciclatid i aortaklappen, da denne har vist sig at have områder med fibrose og angiogenese.

Alle undersøgelsespatienter og raske frivillige vil gennemgå blodprøvetagning, ekkokardiogram, positron-emission og computertomografiscanninger med 18F-fluciclatid samt hjertemagnetisk resonansbilleddannelse med vurdering af gadolinium sen forstærkning. Efter injektion af 18F-fluciclatid vil patienterne blive overvåget ved hjælp af vores standard kliniske tilgang, herunder observation af hæmodynamiske parametre, og dette vil fortsætte under hele deres studiebesøg indtil afrejse. Hos patienter, der gennemgår en aortaklap-udskiftningsoperation, vil aortaklapvæv blive tilbageholdt, og en 3-mm tru-cut biopsi af venstre ventrikulær myokardium opnået, med hvilken resultaterne fra scanningerne kan sammenlignes.

Raske frivillige patienter vil ikke gennemgå gentagen vurdering. Efter en periode på et til to år fra deres indledende scanning vil patienter med aortastenose vende tilbage til gentagne blodprøver, hjertemagnetisk resonansbilleddannelse med vurdering af sen gadoliniumforstærkning og ekkokardiogram. De patienter, der har gennemgået en udskiftning af aortaklap, vil gennemgå gentagne positronemissioner og computertomografi-scanninger med 18F-fluciclatid seks måneder efter deres operation forud for deres anden hjerte-MR-scanning.

Blodprøver vil blive vurderet ved hjælp af standard kliniske biokemiske og hæmatologiske profiler såsom fuld blodtælling og urinstof og elektrolytter. Derudover vil markører for hjerteiskæmi, fibrose og angiogenese blive vurderet. Yderligere serum, plasma og DNA vil blive opbevaret ved -80 grader Celsius til fremtidige potentielle analyser.

6.1.2 Undersøgelsesfortolkning

Vi forventer, at myokardieoptagelsen af ​​18F-fluciclatid vil blive øget hos patienter med aortastenose og venstre ventrikelhypertrofi. Vi forventer, at graden af ​​myokardieoptagelse korrelerer med kardiel magnetisk resonansbilleddannelsesvurdering af fibrose såvel som de histologiske mål for fibrose og αvβ3- og αvβ5-integrinreceptorekspression. Vi forventer, at graden af ​​myokardieoptagelse vil forudsige kardiel magnetisk resonansbilleddannelse vurdering af fibrose efter en periode på et til to år. I eksplorative analyser vil vi også benytte lejligheden til at vurdere omfanget af 18F-fluciclatid optagelse i selve aortaklappen, og hvis det lykkes, korrelere dette med histologiske mål for angiogenese og fibrose.

6.2 ANGIOGENESE VED AORTA ATHEROSCLEROSE

Patienter med aortastenose vil have en høj forekomst af samtidig aorta aterosklerose. I Dr. Dwecks Fellowship var vi i stand til at udnytte denne sammenhæng og foretage sekundære analyser af 18F-natriumfluorid optagelse i aorta og koronar åreforkalkning. Dette genererede nogle meget innovative resultater, der informerede vores forståelse af åreforkalkning og forkalkningens rolle.

6.2.1 Studieskema

Vi vil bruge datasæt opnået fra patienterne ovenfor til at udforske optagelsen af ​​18F-fluciclatid i thoraxaorta. Aterosklerose vil blive identificeret ved hjælp af computertomografi og magnetiske resonansbilleder opnået af thorax på tidspunktet for undersøgelsesscanningerne. Der kræves ingen yderligere billedopsamling. Dette vil give pilotdata til at informere efterfølgende dedikerede undersøgelser fokuseret på akut betændte aterosklerotiske plaques, såsom patienter med nylige forbigående iskæmiske anfald eller slagtilfælde, der kan tilskrives carotissygdom.