Angiogenese og fibrose ved aortastenose

Integriner

Integriner er en gruppe molekyler som er ansvarlige for intercellulær adhesjon og signalering. De omfatter en superfamilie av heterodimere reseptorer som er sammensatt av 18 forskjellige α- og β-underenheter. I kombinasjon kan de generere 24 forskjellige reseptorsubtyper med en rekke fysiologiske og patofysiologiske funksjoner. αvβ3-reseptoren er et integrin som finnes i lave nivåer på modne endotelceller, men som er markert oppregulert på endotelceller i aktivt voksende blodkar. Det var tidligere kjent som vitronektinreseptoren, selv om det senere ble funnet å binde mange andre ligander inkludert fibrinogen, fibronektin, laminin, trombospondin, von Willebrand-faktor og visse kollagenundertyper. Disse funksjonene sees også med αvβ5-integrinreseptoren, med begge reseptorene som gjenkjenner arginin-glycin-aspartat (RGD)-motivet til stede på disse liganden.

1.1.2 Rollen til αvβ3- og αvβ5-integriner i kardiovaskulær sykdom

Ekspresjonen av αvβ3- og αvβ5-reseptorer er oppregulert i en rekke syke tilstander, og dette har vært spesielt godt karakterisert i angiogenesen assosiert med tumorvekst og metastaser. Imidlertid er det mange potensielle roller for denne integrinveien i kardiovaskulær sykdom, inkludert hjerteinfarkt, aterosklerose, restenose, aortastenose og aneurismesykdom som har vært relativt uutforsket.

1.1.2.1 Aortastenose

Aortastenose er preget av omfattende klaffefortykkelse på grunn av akkumulering av fibrøst vev og remodellering av den ekstracellulære matrisen. I alle tre lagene av klaffen finnes rikelig med fibroblastlignende celler og omtales ofte som valvulære interstitielle celler. En underpopulasjon av disse cellene blir aktivert av den inflammatoriske aktiviteten i klaffen og differensierer til myofibroblaster. Mens fibroblaster kontrollerer syntesen av kollagen i normalklaffen, er myofibroblaster ansvarlige for den akselererte fibrosen som observeres i stenotiske klaffer. I tillegg skilles matrisemetalloproteinaser ut av myofibroblaster og inflammatoriske celler, og har en viktig og kompleks rolle i restruktureringen av klaffebladmatrisen. Som allerede angitt, er aktivering og differensiering av fibroblaster til myofibroblaster avhengig av αvβ3- og αvβ5-reseptorekspresjon. I tillegg har pasienter med alvorlig aortastenose en høy forekomst (78 %) av intrabladblødninger, og dette er assosiert med angiogenese og raskere sykdomsprogresjon.

Histopatologiske studier har bekreftet at fibrose er en integrert del av venstre ventrikkels hypertrofiske prosess ved aortastenose. Myofibroblaster infiltrerer myokardiet og skiller ut ekstracellulære matriseproteiner inkludert kollagen type I og III. Områder med fibrose er observert å samlokalisere med områder med myocyttapoptose, og det har blitt antydet at fibrose oppstår som en form for arrdannelse etter myocyttdød og -skade. Som med fibrose i klaffen, har renin-angiotensin-systemet, transformerende vekstfaktor-beta og en ubalanse i matrisemetalloproteinase og deres vevsinhibitoraktivitet vært involvert i denne prosessen. Et midtveggmønster av fibrose har blitt observert i myokard hos opptil 38 % av pasientene med moderat eller alvorlig aortastenose og har vært assosiert med en mer avansert hypertrofisk respons. Viktigere er det også en åtte ganger økning i dødelighet assosiert med mid-vegg fibrose.

1.1.2.2 Aterosklerose og restenose

Utviklingen av aterosklerose skyldes et komplekst samspill av oksidert lipid, inflammatorisk celleinfiltrasjon og glattmuskelcellemigrasjon i arterieveggen. Når det er etablert, kan aterosklerotisk plakk utvikle seg og sprekke, noe som fører til kliniske presentasjoner av akutt hjerteinfarkt og hjerneslag. Funksjoner knyttet til plakkruptur inkluderer en tynn fibrøs hette, lipidrikt basseng og intraplakkblødning. Plakkruptur er faktisk spesielt assosiert med plakk neovaskularisering og vaskulær-endotelial vekstfaktoruttrykk, noe som antyder at ustabilitet kan induseres av angiogenese. Dermed kan oppregulering av αvβ3- og αvβ5-reseptorer representere en ny markør for, og potensielt terapeutisk mål for, plakksårbarhet.

1.1.3 Fluciklatid

Fluciclatid er et RGD-holdig syklisk peptid som nylig har blitt utviklet som en 18F-radiotracer for å oppdage tumorangiogenese ved positronemisjonstomografi. Den er svært selektiv for αvβ3- og αvβ5-reseptorene med affiniteter (EC50) på henholdsvis 11,1 og 0,1 nM med minimal kryssreaktivitet med αIIbβ3-reseptoren (EC50 281 nM). Preklinisk tumorarbeid har vist at 18F-fluciclatid tas opp av glioblastomer og at dette undertrykkes av den anti-angiogene tyrosinkinaseinhibitoren, sunitinib, noe som bekrefter spesifisiteten til flukiklatid for områder med angiogenese. Det har blitt vurdert i fase I kliniske studier og funnet å være trygt og godt tolerert.

1.1.4 Mål

Til dags dato har det vært mange prekliniske studier som undersøker bruken av radiosporere rettet mot αvβ3- og αvβ5-integrinreseptorene. Den kliniske anvendelsen av disse sporstoffene har i stor grad vært begrenset til onkologi som en metode for å vurdere angiogenese i svulster. Her ønsker vi å utforske rollen til αvβ3- og αvβ5-reseptorradiotraceren, 18F-fluciclatid, for å vurdere angiogenese og fibrose hos pasienter med aortastenose som et mål på både valvulær og myokardfibrose. Denne pasientgruppen vil ha sameksisterende aorta aterom og dette vil gi oss en opportunistisk vurdering av sporopptak ved aterosklerose. Vi føler det er viktig å vurdere en rekke kardiovaskulære tilstander for å bestemme om αvβ3- og αvβ5-integrinreseptoruttrykk er spesielt for visse sykdomsprosesser. Hvis de lykkes, vil disse foreløpige dataene tillate mer detaljert utforskning av spesifikke sykdomsområder og nye terapeutiske intervensjoner. For tiden er flukiklatid ikke lisensiert eller godkjent for klinisk bruk og brukes her som et undersøkelsesmiddel for å utforske patofysiologien til aortastenose.

1.2 ORIGINELLE HYPOTESER

Vi antar at 18F-fluciclatid kan identifisere uttrykket av αvβ3- og αvβ5-integrinreseptorene in vivo hos mennesker i to hovedområder for hjerte- og karsykdommer: aortasterosklerose og aortastenose. Spesifikt antar vi at 18F-fluciclatid vil:

1. Bli tatt opp i aorta aterosklerotisk plakk.
2. Vis påviselig opptak i aortaklaffen og myokard hos pasienter med aortastenose som vil korrelere med graden av aktiv angiogenese og fibrose.

6.1 ANGIOGENESE OG FIBROSIS VED AORTASTENOSE

Aortastenose er assosiert med betydelig venstre ventrikkelhypertrofi og påfølgende myokardfibrose, hvor sistnevnte forutsier prognose. Venstre ventrikkelhypertrofi og assosiert fibrose er også en viktig risikofaktor for uønskede kardiovaskulære hendelser ved en rekke andre tilstander, inkludert essensiell hypertensjon. Hjertemagnetisk resonansavbildning er gullstandardmetoden for å vurdere forekomsten av myokardfibrose, men det indikerer ikke nødvendigvis den pågående aktiviteten til den fibrotiske prosessen. I denne studien vil vi vurdere opptak av 18F-fluciclatid hos pasienter med aortastenose som en modell for trykkoverbelastning venstre ventrikkelhypertrofi. Vi vil også benytte anledningen til å fastslå om det er noe opptak av 18F-fluciclatid i aortaklaffen gitt at denne har vist seg å ha områder med fibrose og angiogenese.

Alle studiepasienter og friske frivillige vil gjennomgå blodprøvetaking, ekkokardiogram, positronemisjon og computertomografi med 18F-fluciclatid samt magnetisk resonansavbildning av hjertet med vurdering av senforsterkning av gadolinium. Etter injeksjon av 18F-fluciclatid vil pasientene bli overvåket ved hjelp av vår standard kliniske tilnærming, inkludert observasjon av hemodynamiske parametere, og dette vil fortsette gjennom studiebesøket frem til avreise. Hos pasienter som gjennomgår en aortaklafferstatningsoperasjon, vil aortaklaffvev bli beholdt og en 3-mm tru-cut biopsi av venstre ventrikkelmyokard tatt med for å sammenligne funnene fra skanningene.

Friske frivillige pasienter vil ikke gjennomgå gjentatt vurdering. Etter en periode på ett til to år fra den første skanningen, vil pasienter med aortastenose returnere for gjentatt blodprøvetaking, magnetisk resonansavbildning av hjertet med vurdering av sen forsterkning av gadolinium og ekkokardiogram. De pasientene som har gjennomgått en aortaklafferstatning vil gjennomgå gjentatte positronemisjoner og computertomografi med 18F-fluciclatid seks måneder etter operasjonen, før deres andre hjerte-MR-skanning.

Blodprøver vil bli vurdert ved bruk av standard kliniske biokjemiske og hematologiske profiler som full blodtelling og urea og elektrolytter. I tillegg vil markører for hjerteiskemi, fibrose og angiogenese bli vurdert. Ytterligere serum, plasma og DNA vil bli lagret ved -80 grader Celsius for fremtidige potensielle analyser.

6.1.2 Studietolkning

Vi forventer at myokardopptak av 18F-fluciclatid vil øke hos pasienter med aortastenose og venstre ventrikkelhypertrofi. Vi forventer at graden av myokardopptak vil korrelere med hjertemagnetisk resonansavbildningsvurdering av fibrose så vel som de histologiske målene for fibrose og αvβ3 og αvβ5 integrinreseptoruttrykk. Vi forventer at graden av myokardopptak vil forutsi hjertemagnetisk resonansavbildningsvurdering av fibrose etter en periode på ett til to år. I eksplorative analyser vil vi også benytte anledningen til å vurdere omfanget av opptak av 18F-fluciclatid innenfor selve aortaklaffen, og dersom det lykkes, korrelere dette med histologiske mål på angiogenese og fibrose.

6.2 ANGIOGENESE VED AORTATEROSKLEROSE

Pasienter med aortastenose vil ha høy prevalens av samtidig aorta-aterosklerose. I Dr Dwecks Fellowship var vi i stand til å utnytte denne assosiasjonen og gjennomføre sekundære analyser av 18F-natriumfluoridopptak i aorta og koronar aterosklerose. Dette genererte noen svært innovative funn som informerte vår forståelse av aterosklerose og rollen til forkalkning.

6.2.1 Studieplan

Vi vil bruke datasettene innhentet fra pasientene ovenfor for å utforske opptak av 18F-fluciclatid i thoraxaorta. Aterosklerose vil bli identifisert ved hjelp av datatomografi og magnetiske resonansbilder tatt av thorax på tidspunktet for studieskanningen. Ingen ekstra bildeinnhenting vil være nødvendig. Dette vil gi pilotdata for å informere etterfølgende dedikerte studier fokusert på akutt betent aterosklerotisk plakk, slik som pasienter med nylige forbigående iskemiske angrep eller slag som kan tilskrives carotissykdom.