Antagonizm receptora bradykininy podczas krążenia pozaustrojowego (BRAC)

Zachorowalność po krążeniu pozaustrojowym. Każdego roku ponad milion pacjentów na całym świecie poddawanych jest operacjom kardiochirurgicznym. Niemal wszystkie operacje kardiochirurgiczne wykonywane są na niebijących sercach wspieranych przez CPB. Chociaż coraz częściej stosuje się procedury pomostowania aortalno-wieńcowego bez użycia pompy, obawy dotyczące niecałkowitej rewaskularyzacji i zmniejszonej drożności pomostu żylnego ograniczają stosowanie tej techniki do określonych pacjentów. CPB aktywuje różne kaskady humoralne, w tym kaskadę krzepnięcia, KKS, kaskadę fibrynolityczną i powoduje zespół ogólnoustrojowej odpowiedzi zapalnej. Aktywacja tych układów może prowadzić do niedociśnienia, gorączki, rozsianego wykrzepiania wewnątrznaczyniowego, rozlanego obrzęku tkanek lub w skrajnych przypadkach niewydolności wielonarządowej. Aktywacja KKS przyczynia się do zaburzeń hemodynamicznych, fibrynolizy i odpowiedzi zapalnej obserwowanych u pacjentów poddawanych CPB. Aprotynina, niespecyficzny inhibitor proteazy serynowej, który działa częściowo poprzez zmniejszenie wytwarzania bradykininy, zmniejsza fibrynolizę, niedociśnienie i ogólnoustrojową odpowiedź zapalną związaną z CPB. Aprotynina zmniejsza utratę krwi i zapotrzebowanie na transfuzje, jednak ze względu na koszty jej zastosowanie ogranicza się głównie do operacji redokardiochirurgicznych. Inne czynniki, które mogą ograniczać powszechne stosowanie aprotyniny to zwiększone ryzyko dysfunkcji nerek, reakcja alergiczna oraz nieswoistość leku. Bradykinina pośredniczy w większości efektów KKS. Zatem antagonizm receptora bradykininy może potencjalnie modulować efekty aktywacji KKS podczas CPB. Celem tej propozycji jest przetestowanie hipotezy, że endogenna bradykinina przyczynia się do odpowiedzi hemodynamicznej, fibrynolitycznej i zapalnej na CPB oraz że antagonizm wobec receptora bradykininy zmniejszy zapotrzebowanie na hipotensję, stan zapalny i transfuzję. Proponowane badania obiecują doprowadzić do opracowania nowych terapii zmniejszających zachorowalność związaną z CPB.

Bypass krążeniowo-oddechowy aktywuje układ kalikreina-kinina (KKS). Kilka grup, w tym nasza, zgłosiło wzrost stężenia bradykininy podczas CPB. Na przykład Campbell i wsp. wykazali, że poziom bradykininy wzrasta 10 do 20-krotnie w ciągu pierwszych 10 minut CPB, powraca do poziomu podstawowego po 70 minutach CPB i pozostaje 1,7 do 5,2-krotnie podwyższony po CPB. Stężenie kalikreiny w osoczu i tkance zmniejszyło się odpowiednio o 80 i 60% podczas pierwszej minuty CPB. Podobnie wykazaliśmy, że bradykinina znacznie wzrasta podczas CPB i że hamowanie ACE i palenie wzmagają odpowiedź kininową podczas CPB.

Odpowiedź fibrynolityczna na krążenie pozaustrojowe. CPB zwiększa antygen t-PA i aktywność w sposób zależny od czasu. Odpowiedź fibrynolityczna podczas CPB jest niejednorodna, a poziomy t-PA zmieniają się nawet 250-krotnie. Mechanizm uwalniania t-PA podczas CPB jest prawdopodobnie wieloczynnikowy. Jak wspomniano powyżej, my i inni wykazaliśmy, że CPB zwiększa bradykininę, silny bodziec do uwalniania t-PA. Ponadto trombina lub dopełniacz wytwarzane podczas CPB mogą stymulować uwalnianie t-PA ze śródbłonka. Oprócz zmian w stężeniu t-PA podczas CPB, aktywność PAI-1 spada z powodu hemodylucji i wzrostu uwalniania t-PA, który pochłania aktywny PAI-1. Wytwarzanie plazminy wzrasta ponad 100-krotnie, podczas gdy wytwarzanie D-dimerów wzrasta 200-krotnie w ciągu 5 minut od rozpoczęcia CPB. W przypadku pozostałej części CPB średnie poziomy plazminy i D-dimerów pozostają 20-krotnie do 30-krotnie powyżej poziomów wyjściowych. Okres pooperacyjny charakteryzuje się ogólnoustrojową odpowiedzią zapalną wywołaną przez kombinację CPB i operacji wywołującej odpowiedź ostrej fazy, która skutkuje zwiększoną produkcją PAI-1. Poziom PAI-1 zaczyna rosnąć około 2 godzin po operacji. Po zakończeniu CPB poziomy PAI-1 nadal rosną i osiągają szczyt w ciągu pierwszych 12-36 godzin po operacji i wracają do normy w drugim dniu po operacji. Zatem odpowiedź fibrynolityczna na CPB charakteryzuje się początkową fazą hiperfibrynolizy, która zaczyna się od szybkiego wzrostu stężenia t-PA, plazminy i D-dimerów, po której następuje pooperacyjna faza hipofibrynolizy związana ze wzrostem wydzielania PAI-1 i spadkiem w stężeniach t-PA.

Interakcja między układem renina-angiotensyna (RAS), KKS i układem fibrynolitycznym. Istnieją dowody na to, że równowaga fibrynolityczna jest regulowana przez RAS i KKS. ACE jest strategicznie przygotowany do kontrolowania równowagi fibrynolitycznej poprzez promowanie rozkładu bradykininy i konwersji Ang I do Ang II. Ang II powoduje uwalnianie PAI-1, hamując w ten sposób fibrynolizę. Bradykinina stymuluje uwalnianie t-PA poprzez swój receptor B2. Hamowanie ACE zmniejsza poziom antygenu PAI-1 i zwiększa śródbłonkowe uwalnianie t-PA poprzez endogenną bradykininę. Ponadto hamowanie ACE nasila rozszerzanie naczyń za pośrednictwem egzogennej bradykininy i uwalnianie t-PA. Nasilenie rozszerzania naczyń indukowanego przez bradykininę, wzrost t-PA i spadek PAI-1 opisane przy hamowaniu ACE u pacjentów z chorobą niedokrwienną serca mogą przyczyniać się do głównego mechanizmu działania przeciwniedokrwiennego związanego z przewlekłą terapią inhibitorami ACE. Wykazaliśmy, że u pacjentów hospitalizowanych poddawanych zabiegowi pomostowania aortalno-wieńcowego (CABG) wymagającym CPB, hamowanie ACE nie tylko zwiększyło aktywność fibrynolityczną poprzez zmniejszenie antygenu PAI-1 i zwiększenie aktywności t-PA, ale także wzmocniło odpowiedź kininową. Podwyższone stężenia PAI-1 w okresie okołooperacyjnym są związane z ostrą zakrzepicą przeszczepu żylnego. Zatem inhibitory ACE mogą potencjalnie zmniejszać ryzyko ostrej zakrzepicy przeszczepu poprzez ich wpływ na generację Ang II poprzez osłabienie odpowiedzi PAI-1 po CABG. W przeciwieństwie do korzystnego wpływu hamowania ACE na PAI-1, zwiększenie odpowiedzi kininowej podczas CPB może mieć szkodliwe skutki, w tym zwiększoną fibrynolizę z wynikającym z tego krwawieniem i niedociśnieniem. Nie jest znany wpływ antagonisty receptora angiotensyny II typu 1 (AT1) na odpowiedź fibrynolityczną na CPB. Pacjenci hospitalizowani z pierwotnym nadciśnieniem tętniczym Antagonista receptora AT1 zmniejsza antygen PAI-1 w niektórych, ale nie w innych badaniach. W Celu szczegółowym 1 przetestujemy hipotezę, że inhibitory konwertazy angiotensyny i antagoniści receptora AT1 w różny sposób modulują odpowiedź fibrynolityczną i zapalną na CPB.

Antagonizm receptora bradykininy może zmniejszać odpowiedź hipotensyjną na CPB. Niski ogólnoustrojowy opór naczyniowy (SVR) często występuje podczas i wcześnie po CPB. Jest to zwykle przejściowe i łatwe do leczenia. Sporadycznie u pacjentów występuje cięższy i trwały spadek SVR, określany jako pooperacyjny wstrząs rozszerzający naczynia krwionośne. Czynniki ryzyka wstrząsu wazodylatacyjnego obejmują przedoperacyjne zastosowanie inhibitorów ACE, niską frakcję wyrzutową lewej komory i zespół niewydolności serca. Leczenie jest często wymagane w celu utrzymania odpowiedniego ciśnienia perfuzji podczas CPB i uzyskania zadowalającej hemodynamiki, gdy jest się gotowym do odłączenia pacjenta od bajpasu. Zwykle wiąże się to z przeciwdziałaniem działaniu mediatorów wazodylatacyjnych poprzez podawanie leków, takich jak norepinefryna lub fenylefryna. Chociaż zazwyczaj skuteczne i bezpieczne, leki te mogą redystrybuować przepływ krwi w taki sposób, że upośledzają krążenie trzewne i nerkowe. Uważa się, że kilka mediatorów jest odpowiedzialnych za wywołanie wstrząsu pooperacyjnego, w tym bradykininę. Na przykład istnieje odwrotna korelacja między stężeniem bradykininy a średnim ciśnieniem tętniczym podczas CPB, co sugeruje, że bradykinina jest ważnym mediatorem w zmniejszaniu SVR. My i inni wykazaliśmy, że bradykinina indukuje rozszerzenie naczyń poprzez swój receptor B2. W przeciwieństwie do tego, stymulacja receptora B1 nie powoduje rozszerzenia naczyń. Jak opisano w części BADANIA WSTĘPNE, wykazaliśmy, że endogenna bradykinina przyczynia się do niedociśnienia związanego z protaminą po CPB i że antagonista receptora bradykininy podany tuż przed podaniem protaminy osłabia tę hipotensyjną odpowiedź. W Celu szczegółowym 2 przetestujemy hipotezę, że antagonizm receptora bradykininy moduluje zmiany hemodynamiczne obserwowane podczas CPB.

Antagonizm receptora bradykininy może zmniejszyć hiperfibrynolizę i utratę krwi związaną z CPB. Hamowanie hiperfibrynolizy podczas CPB zmniejsza utratę krwi i zapotrzebowanie na produkty krwiopochodne. Z drugiej strony modulowanie fazy hipofibrynolizy po CPB może potencjalnie zmniejszyć powikłania zakrzepowe. My i inni wykazaliśmy, że bradykinina stymuluje uwalnianie t-PA z układu naczyniowego ludzkiego przedramienia i krążenia wieńcowego poprzez szlak niezależny od syntazy NO i niezależny od cyklooksygenazy. Podobnie jak w przypadku rozszerzenia naczyń, uwalnianie t-PA stymulowane przez bradykininę odbywa się za pośrednictwem receptora B2. Kilka grup zgłosiło wzrost stężenia bradykininy podczas CPB. Wykazaliśmy bezpośrednią korelację między stężeniami bradykininy i t-PA podczas CPB, co sugeruje, że bradykinina odgrywa ważną rolę w aktywacji odpowiedzi fibrynolitycznej podczas CPB. Jak opisano w sekcji BADANIA WSTĘPNE, wykazaliśmy, że HOE 140 (antagonista receptora B2) podany przed CPB osłabia wzrost D-dimeru, podobnie jak kwas e-aminokapronowy. Zatem antagonizm receptora B2 może potencjalnie zmniejszyć fibrynolizę, w której pośredniczy bradykinina, podczas CPB. W Celu szczegółowym 2 przetestujemy hipotezę, że antagonizm receptora bradykininy moduluje odpowiedź fibrynolityczną obserwowaną podczas CPB.

Antagonizm receptora bradykininy może zmniejszyć odpowiedź zapalną na CPB. Podczas CPB ekspozycja krwi na bioniekompatybilne powierzchnie obwodu pozaustrojowego, a także związane z zabiegiem niedokrwienie i reperfuzja tkanek indukują aktywację kilku głównych humoralnych szlaków zapalnych. Bradykinina powoduje wiele cech stanu zapalnego, takich jak zmiany miejscowego ciśnienia krwi, obrzęki i ból, co powoduje rozszerzenie naczyń i zwiększoną przepuszczalność mikronaczyń. Bradykinina aktywuje NF-kB i zwiększa produkcję IL-8 stymulowaną przez interleukinę (IL)-1b i TNFα przez receptor B2. Ponadto bradykinina stymuluje uwalnianie IL-6 z różnych komórek. Rosnąca wiedza na temat biologicznej roli kinin, w szczególności w zapaleniu, napędza rozwój silnego i selektywnego antagonisty receptora kininowego jako potencjalnego środka terapeutycznego. Na przykład antagonista bradykininy, deltibant (CP-0127), wykazał znaczącą poprawę w 28-dniowym, skorygowanym o ryzyko, przeżyciu pacjentów z posocznicą Gram-ujemną. W modelu zwierzęcym uszkodzenia niedokrwienno-reperfuzyjnego jelit, antagonizm receptora B2 hamował wywołany reperfuzją wzrost przepuszczalności naczyń, rekrutację neutrofilów i ekspresję mRNA receptora B1. Rola antagonisty receptora B2 w uszkodzeniu niedokrwienno-reperfuzyjnym mięśnia sercowego jest bardziej kontrowersyjna. Kumari i wsp. wykazali ochronne działanie HOE 140 podczas uszkodzenia niedokrwienno-reperfuzyjnego in vivo, podczas gdy w izolowanych badaniach serca królika CP-0127 upośledzało powrót do zdrowia po ostrym niedokrwieniu wieńcowym. Te sprzeczne wyniki mogą wynikać z zastosowania innego antagonisty, różnic w wrażliwości gatunku lub różnych protokołów eksperymentalnych. Rola antagonisty receptora B1 w zapaleniu jest niejasna. W przeciwieństwie do konstytutywnie wyrażanego receptora bradykininy B2, ekspresja receptora bradykininy B1 jest regulowana w górę po urazie zapalnym lub uszkodzeniu niedokrwienno-reperfuzyjnym. Wydaje się, że każdy podtyp receptora kininy pośredniczy w różnych aspektach odpowiedzi zapalnej. Jednak antagonizm receptora B1 podany przed CPB może być szkodliwy. Na przykład Siebeck i wsp. wykazali, że blokada receptora B2 zmniejsza śmiertelność świń spowodowaną endotoksynami, podczas gdy dodatkowa blokada receptora B1 wydaje się odwracać te korzystne efekty. Podsumowując, antagonizm receptora B2 może zmniejszać ostrą odpowiedź zapalną, podczas gdy dodatkowa blokada receptora B1 może być szkodliwa. Badania te, a także fakt, że aprotynina wywiera część swojego korzystnego działania poprzez zmniejszenie stężenia bradykininy, sugerują hipotezę, że strategie farmakologiczne blokowania receptora bradykininy B2 mogą być skuteczniejsze niż zmniejszanie stężenia bradykininy w modulowaniu odpowiedzi zapalnej na CPB.

RAS, KKS i zapalenie. Aktywacja RAS wywiera działanie prozapalne. Na przykład Ang II aktywuje jądrowy czynnik transkrypcyjny (NF)-kB, który z kolei reguluje geny zaangażowane w rekrutację komórkową i kaskadę cytokin zapalnych. Ang II indukuje syntezę i wydzielanie zapalnej interleukiny (IL)-6. Jak wspomniano powyżej, bradykinina wytwarza wiele cech charakterystycznych dla stanu zapalnego i zwiększa poziom IL-1b i IL-8 stymulowanej przez TNFα oraz stymuluje uwalnianie IL-6. Zatem zarówno Ang II, jak i bradykinina stymulują uwalnianie IL-6. Leczenie inhibitorem ACE wiąże się ze zmniejszeniem odpowiedzi IL-6 na CPB. W randomizowanym, niezaślepionym badaniu Trevelyan i współpracownicy20 wykazali, że hamowanie ACE powodowało bardzo istotny spadek o 51% w uwalnianiu IL-6 u pacjentów zidentyfikowanych jako silnie wytwarzający IL-6 na podstawie polimorfizmu -174 G/C, podczas gdy losartan miał podobny, ale mniej wyraźny efekt. Potencjalne mechanizmy tej zmienności odpowiedzi IL-6 między inhibitorami ACE a blokerami receptora angiotensyny mogą wynikać z ich zróżnicowanego wpływu na tworzenie Ang II i degradację bradykininy. Ponadto indukowany przez bradykininę wzrost białka IL-6 i całkowitego mRNA jest hamowany przez selektywnego antagonistę receptora B2 HOE-140, ale nie przez selektywnego antagonistę receptora B1. W Celu szczegółowym 1 przetestujemy hipotezę, że inhibitory konwertazy angiotensyny i antagoniści receptora angiotensyny II typu 1 (AT1) w różny sposób modulują odpowiedź fibrynolityczną i zapalną na CPB.