大動脈弁狭窄症における血管新生と線維化

インテグリン

インテグリンは、細胞間の接着とシグナル伝達を担う分子のグループです。 それらは、18 の異なる α および β サブユニットから構成されるヘテロ二量体受容体のスーパーファミリーを構成します。 組み合わせて、さまざまな生理学的および病態生理学的な機能を持つ 24 の異なる受容体サブタイプを生成できます。 αvβ3 受容体は、成熟内皮細胞では低レベルで見られるインテグリンですが、活発に成長している血管の内皮細胞では顕著に上方制御されています。 以前はビトロネクチン受容体として知られていましたが、その後、フィブリノーゲン、フィブロネクチン、ラミニン、トロンボスポンジン、フォンヴィレブランド因子、および特定のコラーゲンサブタイプを含む他の多くのリガンドに結合することが判明しました。 これらの特徴はαvβ5 インテグリン受容体でも見られ、どちらの受容体もこれらのリガンドに存在するアルギニン-グリシン-アスパラギン酸（RGD）モチーフを認識します。

1.1.2 心血管疾患におけるαvβ3およびαvβ5インテグリンの役割

αvβ3 および αvβ5 受容体の発現は、多くの病状で上方制御されており、これは腫瘍の増殖および転移に関連する血管新生において特によく特徴付けられています。 しかし、比較的解明されていない心筋梗塞、アテローム性動脈硬化、再狭窄、大動脈狭窄、動脈瘤疾患などの心血管疾患におけるこのインテグリン経路の潜在的な役割が数多くあります。

1.1.2.1 大動脈弁狭窄症

大動脈弁狭窄症は、線維組織の蓄積と細胞外マトリックスのリモデリングによる広範な弁膜肥厚を特徴としています。 弁の 3 つの層すべてに線維芽細胞様細胞が豊富に見られ、一般に弁間質細胞と呼ばれます。 これらの細胞の部分集団は弁内の炎症活動によって活性化され、筋線維芽細胞に分化します。 線維芽細胞は正常な弁におけるコラーゲンの合成を制御しますが、筋線維芽細胞は狭窄弁内で観察される線維化の加速に関与しています。 さらに、マトリックスメタロプロテイナーゼは筋線維芽細胞および炎症細胞によって分泌され、弁尖マトリックスの再構築において重要かつ複雑な役割を果たします。 すでに示したように、線維芽細胞の活性化と筋線維芽細胞への分化は、αvβ3 および αvβ5 受容体の発現に依存します。 さらに、頸動脈アテローム性動脈硬化症の状況を反映して、重度の大動脈狭窄症の患者は葉状内出血の発生率が高く (78%)、これは血管新生とより急速な病気の進行に関連しています。

組織病理学的研究により、線維症が大動脈弁狭窄症における左心室肥大プロセスの不可欠な部分であることが確認されています。 筋線維芽細胞は心筋に浸潤し、I型およびIII型コラーゲンを含む細胞外マトリックスタンパク質を分泌します。 線維症の領域は、筋細胞のアポトーシスの領域と共局在することが観察されており、線維症は、筋細胞の死および傷害後の瘢痕の一形態として発生することが示唆されている。 弁の線維症と同様に、レニン - アンジオテンシン系、トランスフォーミング成長因子 - ベータ、マトリックスメタロプロテイナーゼとその組織阻害活性の不均衡がすべてこのプロセスに関与しています。 中壁の線維化パターンは、中等度または重度の大動脈弁狭窄症患者の最大 38% の心筋で観察されており、より進行した肥大反応と関連しています。 重要なことに、中壁線維症に関連する死亡率も 8 倍増加します。

1.1.2.2 アテローム性動脈硬化と再狭窄

アテローム性動脈硬化症の発症は、動脈壁における酸化脂質、炎症細胞浸潤、平滑筋細胞遊走の複雑な相互作用によるものです。 アテローム性動脈硬化性プラークが確立されると、進行して破裂し、急性心筋梗塞や脳卒中の臨床症状を引き起こす可能性があります。 プラークの破裂に関連する特徴には、薄い線維性キャップ、脂質の豊富なプール、およびプラーク内出血が含まれます。 実際、プラークの破裂は特にプラークの血管新生および血管内皮増殖因子の発現と関連しており、不安定性が血管新生によって誘発される可能性があることを示唆している。 したがって、αvβ3およびαvβ5受容体のアップレギュレーションは、プラーク脆弱性の新規マーカーおよび潜在的な治療標的となる可能性がある。

1.1.3 フルシクラチド

フルシクラチドは、陽電子放射断層撮影法により腫瘍血管新生を検出するための 18F 放射性トレーサーとして最近開発された RGD 含有環状ペプチドです。 αvβ3 および αvβ5 受容体に対して選択性が高く、親和性 (EC50) はそれぞれ 11.1 および 0.1 nM であり、αIIbβ3 受容体との交差反応性は最小限です (EC50 281 nM)。 前臨床腫瘍研究では、18F-フルシクラチドが神経膠芽腫に取り込まれ、これが抗血管新生チロシンキナーゼ阻害剤であるスニチニブによって抑制されることが実証されており、血管新生領域に対するフルシクラチドの特異性が確認されています。 第I相臨床試験で評価され、安全で忍容性が高いことが判明しました。

1.1.4 目的

現在までに、αvβ3 および αvβ5 インテグリン受容体を標的とした放射性トレーサーの適用を検討する多くの前臨床研究が行われてきました。 これらのトレーサーの臨床応用は、腫瘍内の血管新生を評価する方法として腫瘍学に主に限定されてきました。 ここでは、弁膜症と心筋線維症の両方の尺度として、大動脈弁狭窄症患者の血管新生と線維症を評価するための、αvβ3 および αvβ5 受容体放射性トレーサーである 18F-フルシクラチドの役割を調査したいと考えています。 この患者グループには大動脈アテロームが併存しているため、アテローム性動脈硬化におけるトレーサーの取り込みを日和見的に評価することができます。 αvβ3 および αvβ5 インテグリン受容体の発現が特定の疾患プロセスに特有であるかどうかを判断するには、さまざまな心血管状態を評価することが重要であると考えています。 成功すれば、これらの予備データにより、特定の疾患領域のより詳細な調査や新しい治療介入が可能になります。 現在、フルシクラチドは臨床使用が認可または承認されておらず、ここでは大動脈弁狭窄症の病態生理学を調査するための治験薬として使用されています。

1.2 元の仮説

我々は、18F-フルシクラチドが、大動脈アテローム性動脈硬化症と大動脈狭窄という2つの主要な心血管疾患領域におけるヒトの生体内でのαvβ3およびαvβ5インテグリン受容体の発現を同定できると仮説を立てる。 具体的には、18F-フルシクラチドが次のことを行うと仮説を立てています。

1. 大動脈のアテローム性動脈硬化症プラークに取り込まれます。
2. 大動脈弁狭窄症患者の大動脈弁および心筋における明らかな取り込みを示し、これは活動的な血管新生および線維症の程度と相関します。

6.1 大動脈弁狭窄症における血管新生と線維症

大動脈弁狭窄症は、実質的な左心室肥大とそれに伴う心筋線維症と関連しており、後者は予後を予測します。 左心室肥大およびそれに伴う線維症は、本態性高血圧症を含む他の多くの症状における有害な心血管イベントの主要な危険因子でもあります。 心臓磁気共鳴画像法は、心筋線維症の存在を評価するための代表的な方法ですが、必ずしも線維化過程の進行中の活動を示すわけではありません。 この研究では、圧力過負荷左心室肥大のモデルとして、大動脈弁狭窄症患者における 18F-フルシクラチドの摂取を評価します。 また、大動脈弁には線維化および血管新生の領域があることが示されているため、大動脈弁に 18F-フルシクラチドの取り込みがあるかどうかを判断する機会を利用します。

すべての研究患者と健康なボランティアは、採血、心エコー図、陽電子放射、18F-フルシクラチドによるコンピュータ断層撮影スキャン、およびガドリニウム遅発増強の評価を伴う心臓磁気共鳴画像検査を受けます。 18F-フルシクラチドの注射後、患者は血行動態パラメータの観察を含む当社の標準的な臨床アプローチを使用してモニタリングされ、これは治験訪問中から出発まで継続されます。 大動脈弁置換手術を受ける患者では、大動脈弁組織が保存され、スキャンの所見と比較するために左心室心筋の 3 mm のトゥルーカット生検が採取されます。

健康なボランティア患者は再評価を受けません。 最初のスキャンから 1 ～ 2 年の期間後、大動脈弁狭窄症の患者は、再採血、後期ガドリニウム増強の評価を伴う心臓磁気共鳴画像診断および心エコー検査のために再来院します。 大動脈弁置換術を受けた患者は、手術の6か月後、2回目の心臓MRIスキャンの前に、陽電子放出と18F-フルシクラチドによるコンピュータ断層撮影スキャンを繰り返し受ける。

血液サンプルは、全血球数、尿素、電解質などの標準的な臨床生化学的および血液学的プロファイルを使用して評価されます。 さらに、心虚血、線維症、血管新生のマーカーも評価されます。 追加の血清、血漿、および DNA は、将来の分析に備えて摂氏 -80 度で保管されます。

6.1.2 研究の解釈

我々は、大動脈弁狭窄症および左心室肥大の患者において、18F-フルシクラチドの心筋への取り込みが増加すると予想しています。 我々は、心筋への取り込みの程度が、線維症の心臓磁気共鳴画像評価、ならびに線維症の組織学的測定、αvβ3およびαvβ5インテグリン受容体の発現と相関すると予想している。 我々は、心筋への取り込みの程度によって、1 ～ 2 年の期間後の線維症の心臓磁気共鳴画像評価を予測できると期待しています。 探索的分析では、大動脈弁自体内での 18F-フルシクラチドの取り込みの程度を評価する機会も利用し、成功した場合は、これを血管新生および線維症の組織学的測定と関連付けます。

6.2 大動脈アテローム性動脈硬化症における血管新生

大動脈弁狭窄症の患者は、大動脈アテローム性動脈硬化症を併発している可能性が高くなります。 ドゥエック博士のフェローシップでは、この関連性を利用して、大動脈および冠動脈アテローム性動脈硬化症における 18F-フッ化ナトリウムの取り込みの二次分析を行うことができました。 これにより、アテローム性動脈硬化と石灰化の役割についての私たちの理解に情報を与える、いくつかの非常に革新的な発見が得られました。

6.2.1 学習スケジュール

上記の患者から得たデータセットを使用して、胸部大動脈内の 18F-フルシクラチドの取り込みを調査します。 アテローム性動脈硬化症は、研究スキャン時に胸部から取得されたコンピュータ断層撮影法および磁気共鳴画像を使用して特定されます。 追加の画像取得は必要ありません。 これにより、最近の一過性脳虚血発作や頸動脈疾患による脳卒中患者など、急性炎症を起こしたアテローム性動脈硬化プラークに焦点を当てたその後の専用研究に情報を提供するためのパイロットデータが提供されます。