Angiogeneza i zwłóknienie w zwężeniu zastawki aortalnej

Integryny

Integryny to grupa cząsteczek odpowiedzialnych za adhezję międzykomórkową i przekazywanie sygnałów. Obejmują nadrodzinę heterodimerycznych receptorów, które składają się z 18 różnych podjednostek α ​​i β. W połączeniu mogą generować 24 różne podtypy receptorów o szeregu funkcji fizjologicznych i patofizjologicznych. Receptor αvβ3 jest integryną, która występuje na niskim poziomie w dojrzałych komórkach śródbłonka, ale jest znacznie zwiększona w komórkach śródbłonka aktywnie rosnących naczyń krwionośnych. Wcześniej był znany jako receptor witronektyny, chociaż później stwierdzono, że wiąże wiele innych ligandów, w tym fibrynogen, fibronektynę, lamininę, trombospondynę, czynnik von Willebranda i niektóre podtypy kolagenu. Te cechy są również widoczne w przypadku receptora integryny αvβ5, przy czym oba receptory rozpoznają motyw argininy-glicyny-asparaginianu (RGD) obecny na tych ligandach.

1.1.2 Rola integryn αvβ3 i αvβ5 w chorobach sercowo-naczyniowych

Ekspresja receptorów αvβ3 i αvβ5 jest regulowana w górę w wielu stanach chorobowych i zostało to szczególnie dobrze scharakteryzowane w angiogenezie związanej ze wzrostem guza i przerzutami. Jednak istnieje wiele potencjalnych ról dla tego szlaku integrynowego w chorobach sercowo-naczyniowych, w tym zawale mięśnia sercowego, miażdżycy tętnic, restenozie, zwężeniu zastawki aortalnej i chorobach tętniaków, które zostały stosunkowo niezbadane.

1.1.2.1 Zwężenie zastawki aortalnej

Zwężenie zastawki aortalnej charakteryzuje się rozległym pogrubieniem zastawki w wyniku gromadzenia się tkanki włóknistej i przebudowy macierzy zewnątrzkomórkowej. We wszystkich trzech warstwach zastawki znajdują się liczne komórki podobne do fibroblastów, które są powszechnie określane jako komórki śródmiąższowe zastawki. Subpopulacja tych komórek zostaje aktywowana przez aktywność zapalną w obrębie zastawki i różnicuje się w miofibroblasty. Podczas gdy fibroblasty kontrolują syntezę kolagenu w normalnej zastawce, miofibroblasty są odpowiedzialne za przyspieszone włóknienie obserwowane w zwężonych zastawkach. Ponadto metaloproteinazy macierzy są wydzielane przez miofibroblasty i komórki zapalne i odgrywają ważną i złożoną rolę w restrukturyzacji macierzy płatków zastawki. Jak już wskazano, aktywacja i różnicowanie fibroblastów w miofibroblasty są zależne od ekspresji receptorów αvβ3 i αvβ5. Ponadto, podobnie jak w przypadku miażdżycy tętnic szyjnych, pacjenci z ciężkim zwężeniem zastawki aortalnej mają dużą częstość występowania (78%) krwotoków śródpłatkowych, co wiąże się z angiogenezą i szybszym postępem choroby.

Badania histopatologiczne potwierdziły, że włóknienie jest integralną częścią procesu przerostu lewej komory w zwężeniu zastawki aortalnej. Miofibroblasty naciekają mięsień sercowy i wydzielają białka macierzy pozakomórkowej, w tym kolagen typu I i III. Obserwuje się, że obszary zwłóknienia kolokalizują się z obszarami apoptozy miocytów i sugeruje się, że zwłóknienie występuje jako forma blizn po śmierci i uszkodzeniu miocytów. Podobnie jak w przypadku zwłóknienia zastawki, w proces ten zaangażowany jest układ renina-angiotensyna, transformujący czynnik wzrostu beta oraz brak równowagi w metaloproteinazach macierzy i ich aktywności hamującej tkankę. Wzorzec zwłóknienia ściany środkowej obserwowano w mięśniu sercowym do 38% pacjentów z umiarkowanym lub ciężkim zwężeniem zastawki aortalnej i wiązano go z bardziej zaawansowaną odpowiedzią przerostową. Co ważne, istnieje również 8-krotny wzrost śmiertelności związanej ze zwłóknieniem śródściennym.

1.1.2.2 Miażdżyca tętnic i restenoza

Rozwój miażdżycy tętnic jest spowodowany złożonym oddziaływaniem utlenionych lipidów, naciekiem komórek zapalnych i migracją komórek mięśni gładkich w ścianie tętnicy. Po ustaleniu blaszki miażdżycowe mogą się rozwijać i pękać, prowadząc do klinicznych objawów ostrego zawału mięśnia sercowego i udaru mózgu. Cechy związane z pęknięciem płytki obejmują cienką włóknistą czapeczkę, bogatą w lipidy pulę i krwotok wewnątrzpłytkowy. Rzeczywiście, pękanie blaszki miażdżycowej jest szczególnie związane z neowaskularyzacją blaszki miażdżycowej i ekspresją czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego, co sugeruje, że niestabilność może być indukowana przez angiogenezę. Zatem regulacja w górę receptorów αvβ3 i αvβ5 może stanowić nowy marker i potencjalny cel terapeutyczny dla wrażliwości płytki nazębnej.

1.1.3 Flucyklatyd

Flucyklatyd jest cyklicznym peptydem zawierającym RGD, który został ostatnio opracowany jako radioznacznik 18F do wykrywania angiogenezy guza za pomocą pozytronowej tomografii emisyjnej. Jest wysoce selektywny wobec receptorów αvβ3 i αvβ5 z powinowactwem (EC50) odpowiednio 11,1 i 0,1 nM z minimalną reaktywnością krzyżową z receptorem αIIbβ3 (EC50 281 nM). Przedkliniczne prace nad nowotworami wykazały, że 18F-flucyklatyd jest wychwytywany przez glejaki wielopostaciowe i że jest on hamowany przez antyangiogenny inhibitor kinazy tyrozynowej, sunitynib, co potwierdza specyficzność flucyklatydu w obszarach angiogenezy. Został oceniony w badaniach klinicznych fazy I i uznany za bezpieczny i dobrze tolerowany.

1.1.4 Cele

Do tej pory przeprowadzono wiele badań przedklinicznych oceniających zastosowanie radioznaczników ukierunkowanych na receptory integryny αvβ3 i αvβ5. Kliniczne zastosowanie tych znaczników zostało w dużej mierze ograniczone do onkologii jako metody oceny angiogenezy w obrębie guzów. Tutaj chcemy zbadać rolę radioznacznika receptora αvβ3 i αvβ5, 18F-flucyklatydu, w ocenie angiogenezy i zwłóknienia u pacjentów ze zwężeniem zastawki aortalnej jako miary zwłóknienia zarówno zastawek, jak i mięśnia sercowego. Ta grupa pacjentów będzie miała współistniejący miażdżycę aorty, co zapewni nam oportunistyczną ocenę wychwytu znacznika w miażdżycy. Uważamy, że ważna jest ocena szeregu chorób sercowo-naczyniowych w celu ustalenia, czy ekspresja receptorów integryny αvβ3 i αvβ5 jest specyficzna dla określonych procesów chorobowych. Jeśli się powiedzie, te wstępne dane pozwolą na bardziej szczegółową eksplorację określonych obszarów chorobowych i nowatorskich interwencji terapeutycznych. Obecnie flucyklatyd nie jest licencjonowany ani zatwierdzony do użytku klinicznego i jest tutaj używany jako środek badawczy do badania patofizjologii zwężenia zastawki aortalnej.

1.2 ORYGINALNE HIPOTEZY

Stawiamy hipotezę, że 18F-flucyklatyd może identyfikować ekspresję receptorów integryny αvβ3 i αvβ5 in vivo u człowieka w dwóch głównych obszarach chorób sercowo-naczyniowych: miażdżycy tętnic i zwężeniu aorty. W szczególności stawiamy hipotezę, że 18F-flucyklatyd:

1. Być wchłoniętym przez blaszkę miażdżycową aorty.
2. Wykazać możliwy do wykazania wychwyt w zastawce aortalnej i mięśniu sercowym pacjentów ze zwężeniem zastawki aortalnej, który będzie skorelowany ze stopniem aktywnej angiogenezy i zwłóknienia.

6.1 ANGIOGENEZA I WŁÓKNIENIE W ZWĘŻENIU AORTY

Zwężenie zastawki aortalnej wiąże się ze znacznym przerostem lewej komory i wynikającym z tego zwłóknieniem mięśnia sercowego, przy czym to ostatnie pozwala przewidywać rokowanie. Przerost lewej komory i związane z nim zwłóknienie jest również głównym czynnikiem ryzyka niepożądanych zdarzeń sercowo-naczyniowych w wielu innych stanach, w tym nadciśnieniu samoistnym. Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego serca jest złotym standardem metody oceny obecności zwłóknienia mięśnia sercowego, ale niekoniecznie wskazuje na toczącą się aktywność procesu włóknienia. W niniejszym badaniu będziemy oceniać wychwyt 18F-flucyklatydu u pacjentów ze zwężeniem zastawki aortalnej jako model przeciążenia ciśnieniowego przerostu lewej komory. Wykorzystamy również okazję do ustalenia, czy w zastawce aortalnej występuje jakikolwiek wychwyt 18F-flucyklatydu, biorąc pod uwagę, że wykazano, że ma ona obszary zwłóknienia i angiogenezy.

Wszyscy badani pacjenci i zdrowi ochotnicy zostaną poddani pobraniu krwi, badaniu echokardiograficznemu, badaniu emisyjnemu pozytonów i tomografii komputerowej z 18F-flucyklatydem, a także rezonansowi magnetycznemu serca z oceną późnego wzmocnienia gadolinem. Po wstrzyknięciu 18F-flucyklatydu pacjenci będą monitorowani przy użyciu naszego standardowego podejścia klinicznego, w tym obserwacji parametrów hemodynamicznych, i będzie to kontynuowane podczas wizyty badawczej aż do wyjazdu. U pacjentów poddawanych operacji wymiany zastawki aortalnej tkanka zastawki aortalnej zostanie zachowana i uzyskana zostanie 3-milimetrowa biopsja mięśnia sercowego lewej komory, z którą można porównać wyniki skanów.

Zdrowi ochotnicy nie będą poddawani ponownej ocenie. Po okresie od roku do dwóch lat od pierwszego badania, pacjenci ze zwężeniem zastawki aortalnej wracają na powtórne pobranie krwi, rezonans magnetyczny serca z oceną późnego wzmocnienia gadolinowego i echokardiogram. Pacjenci, którzy przeszli wymianę zastawki aortalnej, zostaną poddani powtórnej emisji pozytonów i skanom tomografii komputerowej z 18F-flucyklatydem sześć miesięcy po operacji, przed drugim badaniem MRI serca.

Próbki krwi zostaną ocenione przy użyciu standardowych klinicznych profili biochemicznych i hematologicznych, takich jak pełna morfologia krwi oraz mocznik i elektrolity. Ponadto zostaną ocenione markery niedokrwienia mięśnia sercowego, zwłóknienia i angiogenezy. Dodatkowa surowica, osocze i DNA będą przechowywane w temperaturze -80 stopni Celsjusza do przyszłych potencjalnych analiz.

6.1.2 Interpretacja badania

Przewidujemy, że wychwyt 18F-flucyklatydu przez mięsień sercowy będzie zwiększony u pacjentów ze zwężeniem zastawki aortalnej i przerostem lewej komory. Oczekujemy, że stopień wychwytu mięśnia sercowego będzie skorelowany z oceną zwłóknienia metodą rezonansu magnetycznego serca, jak również histologicznymi pomiarami zwłóknienia i ekspresją receptora integryny αvβ3 i αvβ5. Oczekujemy, że stopień wychwytu mięśnia sercowego pozwoli przewidzieć ocenę zwłóknienia metodą rezonansu magnetycznego serca po okresie od jednego do dwóch lat. W analizach eksploracyjnych skorzystamy również z okazji, aby ocenić stopień wychwytu 18F-flucyklatydu w samej zastawce aortalnej, a jeśli się powiedzie, skorelować to z histologicznymi pomiarami angiogenezy i zwłóknienia.

6.2 ANGIOGENEZA W miażdżycy tętnic

U pacjentów ze zwężeniem zastawki aortalnej często występuje współistniejąca miażdżyca aorty. W Stypendium dr Dwecka mogliśmy wykorzystać to powiązanie i przeprowadzić wtórne analizy wychwytu 18F-fluorku sodu w miażdżycy tętnic aorty i naczyń wieńcowych. Doprowadziło to do powstania wysoce innowacyjnych odkryć, które pomogły w zrozumieniu miażdżycy tętnic i roli zwapnień.

6.2.1 Plan studiów

Wykorzystamy zestawy danych uzyskane od powyższych pacjentów do zbadania wychwytu 18F-flucyklatydu w aorcie piersiowej. Miażdżyca zostanie zidentyfikowana za pomocą tomografii komputerowej i obrazów rezonansu magnetycznego uzyskanych z klatki piersiowej w czasie badań skanów. Nie będzie wymagana żadna dodatkowa akwizycja obrazu. Dostarczy to danych pilotażowych do dalszych dedykowanych badań skupionych na blaszkach miażdżycowych z ostrym stanem zapalnym, takich jak pacjenci z niedawnymi przejściowymi atakami niedokrwiennymi lub udarami związanymi z chorobą tętnic szyjnych.