ATEROSCLEROSI reaction to injury hypothesis (teoria della reazione al danno)

ATEROSCLEROSI

Am J. Pathology 143, 987-1002, 1993

Atherosclerosis: A defence mechanism gone awry RUSSELL ROSS

La lesione aterosclerotica rappresenta una f orma specializzata di risposta infiammatoria-fi broprolif erativa a diversi tipi di insulti della parete arteriosa. Tale risposta ha caratteri protettivi. I n dipendenza dalla durata e dalla natura di tali insulti, la risposta protettiva può diventare eccessiva e, nel corso di diversi anni, diventare un processo morboso.

“reaction to injury” hypothesis (teoria della reazione al danno)

Nature 407, 233 - 241 (2000)

Atherosclerosis ALDONS J. LUSIS

Atherosclerosis is a progressive disease characterized by the accumulation of lipids and fibrous elements in the large arteries.

Nature 420, 868 - 874 (2002)

Inflammation in atherosclerosis PETER LIBBY

Atherosclerosis is a progressive disease characterized by the accumulation of lipids and fibrous elements in the large arteries.

Is atherosclerosis an inflammatory, macrophage-mediated disease characterized by the accumulation…….??

monocito

foam cell apoptotica

STRIA LIPIDICA

PLACCA FIBROSA

SMC

SMC

cell. muscolare lisciafoam cell

lipidi extracellulari

fibre collagene

SMC SMC SMCSMC SMC SMC

SMC SMC SMC

SMC SMC SMCSMC SMC SMC

linfocita T

foam cell

foam cell

monocito

foam cell apoptoticalipidi extracellulari

fibre collagene

piastrine

SMC

SMC

cell. muscolare lisciain apoptosi

LESIONE COMPLICATA

Neovascolarizzazione(angiogenesi)

emorragie intimaliCalcificazioni

SMC SMC

SMC SMCAtrofia della media

linfocita T

Inizio lesione: eliminazione“cause”

APPROCCI PREVENTIVI E TERAPEUTICI

Progressione della placca: inibizioneformazione di placca “instabile”

Complicanze trombotiche: riduzione fattori favorentiformazione di trombi

Stabilizzazione della placca

Table 242-1. Risk Factors For Atherosclerosis Factor

Evidence for Causality

Modifiable

Comment

Hypercholesterolemia Strong Yes Low HDLlevel Strong Yes Varies inversely with plasma triglyceride

level Hypertension Strong Yes Male gender Strong No Diabetes mellitus Strong Possibly Effectiveness of stringent glycemic control

uncertain Family history of premature coronary

artery disease Strong No Premature onset before age 55 in first-

degree relative High lipoprotein (a) level Strong Modestly Skewed distribution (see text) Cigarette smoking Good Yes Post-menopausal state Good Possibly Estrogen replacement therapy being

evaluated Hyperfibrinogenemia Good Possibly Fibric acid derivatives may reduce Hyperhomocysteinemia Good Yes Some patients respond to folate

supplementation Physical inactivity Good Yes Obesity Good Yes Angiotensin converting enzyme

polymorphism Controversial No Homozygous deletion mutant associated

with myocardial infarctions

• CARATTERISTICHE DELLA PLACCA• STUDIO DI PAZIENTI CON IPERCOLESTEROLEMIA FAMIGLIARE

ED ALTRE ALTERAZIONI GENETICHE DEL METABOLISMO DEL COLESTEROLO

• EFFETTO DI DIETE RICCHE DI COLESTEROLO IN PRIMATI E CONIGLI

• WATANABE HERITABLE HYPERLIPIDEMIC RABBITS (WHHL rabbits)

• TOPI CON INATTIVAZIONE GENICA DI APOE (Apoproteina) o RECETTORE PER LDL (LDL-R).

EVIDENZE DEL RUOLO DI ALTERAZIONI LIPIDICHE (DELLA COLESTEROLEMIA)

NELLA PATOGENESI DELL’ATEROSCLEROSI

colesterolo

libero

esterificato

fosfolipide

apoproteina

trigliceridi

intestino

chilomicrone

fegato

microcircolo

lipoproteinlipasi

VLDL IDL LDL

tessuti periferici

+

-

pre-

HDL

VLDL

LDL/IDL

CHILOMICRONI

fegato

VLDL/IDL

CETP*

LDL

APO-ALCATLecitina Colesterolo Acil Transferasi

HDL

CETP

APO-A

-HDL

pre--HDL

APO-E APO-APLTP

PLTP

Tessuti periferici* Colesteryl Esther Transfer Protein

ESPRESSIONE E FUNZIONI APOPROTEINE

APOPROTEINA ESPRESSIONE FUNZIONE

APO-B100 VLDL-IDL-LDL Ligando per Recettore

APO-B48 Chilomicroni Strutturale/Ligando per Recettore(??)

APO-A HDL Attivatore di Enzima (aciltransferasi)

APO-C VLDL-IDL Attivatore di Enzima Chilomicroni (lipoprotein lipasi)

APO-E VLDL-IDL-HDL Ligando per Recettore Chilomocroni

APO(a) VLDL-IDL-LDL (??) Inibitore Fibrinolisi

RECETTORI PER LIPOPROTEINE

ubiquitario

I. LDL-Receptor

APO-B100

L’espressione è regolata

APO-E

II. LRP (LDL-Receptor Related Protein)

APO-E ubiquitario

L’espressione non è regolata

III. Scavenger Receptors (SR)

SR-A

monociti/macrofagi

LDL “modificate”

SR-B1

fegato; tessuti sintetizzantiormoni steroidei

LDL “modificate”

HDL mon./macr.; cells endo-teliali; adipociti

SR-B2

LDL “modificate”

altri

altri

L’espressione non è regolata

APO-B100

APO-E

Lisosomi

Lisosoma secondario

Riciclaggio

EndosomaH+

aminoacidi lipidi colesterolo

coated pit

2

Inbizione neosintesi

Attivazione ACAT

Accumulo esterificato

NUCLEO

Lisosoma secondario

aminoacidi lipidi colesterolo

Inibizione HMGCoA REDuttasi

1NEOSINTESI

-3

sterol regulatory element-binding proteinSREBP cleavage activating protein

Site 1 protease

basic helix-loop-helix leucin zipper

SREBP 1c e 2: fegato e tessuti mammiferi (regolano trascrizione di geni diversi)SREBP 1a: regola trascrizione di tutti i geni SREBP regolati (espressione in linee cellulari)

Immunofluorescenza co Ab anti-SREBP 2

IPERCOLESTEROLEMIE SU BASE GENETICA

I. IPERCOLESTEROLEMIA FAMIGLIARE (AD): * eterozigote (1/500)...300 mg/dl LDL-colesterolo * omozigote (1/1.000.000)...650 mg/dl LDL-colesteroloGene mutato: LDLReceptor

II. DIFETTO FAMIGLIARE DI APOB-100 (AD): * eterozigote (1/1000)...270 mg/dl LDL-colesterolo * omozigote (1/1.000.000)...320 mg/dl LDL-colesteroloGene mutato: ApoB-100

III. IPERCOLESTEROLEMIA AUTOSOMICA RECESSIVA (AR): omozigote (<1/10.000.000)...470 mg/dl LDL-colesteroloGene mutato: ARH (regola internalizzazione/localizzazione LDLR)

IV. SITOSTEROLEMIA (AR):omozigote (<1/10.000.000)...100-600 mg/dl LDL-colesterolo (in dipendenza dalla dieta)Gene mutato: ABCG5 e/o ABCG8 (regolano escrezione colesterolo nell’intestino e nel canalicolo biliare)

IPERCOLESTEROLEMIA FAMIGLIARE: TIPI DI ALTERAZIONI DEL RECETTORE

I. RIDOTTA ESPRESSIONE

II. SINTESI DI RECETTORI CHE RIMANGONO NEL REL/GOLGI

III. RECETTORI CHE HANNO DIFETTI DI INTERNALIZZAZIONE

IV. RECETTORI CHE HANNO BASSA AFFINITA’ DI LEGAME PER APO-B100

FEGATO

VIE BILIARI

Sali biliari

colestiramina

acetilCoA colesteroloHMGCoAR*

*hydroxymethyl-glutaryl-CoA reductase

-

statine

FEGATO E TESSUTI PERIFERICI

VLDL (diminuita sintesi)

acido nicotinico

colesterolo

ezetimibe

esteri dello stanolo

Nuovi farmaci inibitori dell’assorbimento di colesterolo

LUME INTESTINO

ABCG5/ABCG8 (Sitosterolemia)

ABCG5/ABCG8 (Sitosterolemia)

LUME CANALICOLO BILIARE

LRP: LDL Receptor Related Protein

Lipoproteine contenenti APOE:Chilomicroni (Remnants), VLDL, IDL

SCAVENGER RECEPTOR A

Rohrer at al. Nature 343, 570, 1990

RECETTORI SCAVENGERS (SRs)

SR-A:•Macrophage Scavenger Receptor Type I•Macrophage Scavenger Receptor Type IMonociti/

macrofagiOxLDL, Altri

Classe di recettore e nome Espressione Ligandi

SR-B:SR-BI (Recettore per HDL)

SR-BII (CD36)

Fegato, tessuti sintetizzanti ormoni steroidei

Leucociti, PiastrineCell endoteliali, Adipociti

HDL, OxLDL

OxLDL, trom-bospondina, cells apoptotiche

Platt N and Gordon SJ. Clin. Invest. 108, 649, 2001

Binder CJ et al. Nature Medicine 8:1218, 2002

POSSI BI LI MECCANI SMI PRO-ATEROGENI CI DI LDL OSSI DATE Componente di oxLDL Eff etto Meccanismo Liso fosfatidil colina (PC) e altri f osfolipidi ossidati.

“

“ “

acido 9-idrossieicosa-tetraenoico. APO-B modificata. APO-B modificata e lipidi ossidati. Liso PC, colesterolo, ossisteroli. Lipidi ossidati.

*Aumentata adesività di monociti. *Aumenta transmigrazione di monociti e T cells. *Aumentata espressione di SR-A. *I nduzione di geni pro-infiammatori *Aumentata espressione di CD36. *Aumentata formazione di foam cells. * I nduzione di risposta immunitaria umorale e cellulare. *I nduzione di necrosi ed apoptosis. * Aumentata attività procoagulante.

*Aumentata espressione di molecole adesive su endotelio. *Eff etti diretti e secondari (aumentata produzione di chemochine da parte di endotelio). *Attivazione di fattori di trascrizione (AP-1, ets). *Attivazione di NFkB, AP-1 etc. *Attivazione di PPAR*Aumentata internalizzazione di oxLDL. *Formazione di nuovi epitopi. Formazione di cristalli di colesterolo, danni di membrana. I nduzione di fattore tessutale, attivazione piastrinica

SRB-BI

APO-A

-HDL

FEGATO

APO-A

APO-E

esteri colesterolo

SR-BI

TESSUTI SINTETIZZANTI ORMONISTEROIDEI

SR-BI

Figure 1 Mononuclear phagocytes in atherogenesis. This figure schematizes steps in the recruitment of mononuclear phagocytes to the nascent atherosclerotic plaque and some of the functions of these cells in the mature atheroma. The steps are depicted in an approximate time sequence proceeding from left to right. The normal arterial endothelium resists prolonged contact with leukocytes including the blood monocyte. When endothelial cells undergo inflammatory activation, they increase their expression of various leukocyte adhesion molecules. In the context of monocyte recruitment to the atheroma, vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1) seems to have a major role. Once adherent to the activated endothelial layer, the monocyte diapedeses between intact endothelial cells to penetrate into the tunica intima, or innermost layer of the arterial wall. This directed migration requires a chemoattractant gradient. Various chemokines seem to participate in this process, particularly interaction of monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) with its receptor CCR2. Once resident in the intima the monocyte acquires characteristics of the tissue macrophage. In the atheroma in particular, the macrophage expresses scavenger receptors that bind internalized lipoprotein particles modified for example by oxidation or glycation. These processes give rise to the arterial foam cell, a hallmark of the arterial lesion, so named because of the foamy appearance under the microscope, which is the result of accumulation of lipid droplets within the cytoplasm. Within the arterial intima, the macrophage serves many functions related to atherosclerosis and its complications. Notably, the foam cell secretes pro-inflammatory cytokines that amplify the local inflammatory response in the lesion, as well as reactive oxygen species. The activated mononuclear phagocyte has a key role in the thrombotic complications of atherosclerosis by producing matrix metalloproteinases (MMPs) that can degrade extracellular matrix that lends strength to the plaque's fibrous cap. When the plaque ruptures as a consequence, it permits the blood to contact another macrophage product, the potent pro-coagulant protein tissue factor. Eventually the macrophages congregate in a central core in the typical atherosclerotic plaque. Macrophages can die in this location, some by apoptosis, hence producing the so-called 'necrotic core' of the atherosclerotic lesion.

Libby P Nature 420, 868, 2002

von Andrian UH and Mackay CR N Engl J Med 343, 1020, 2000

L’inattivazione di geni codificanti per proteine implicate nel reclutamento monocitario riduce lo sviluppo diLesioni ateroscelrotiche in topi con inattivazione genica di APOE o LDL-R

X X XX X

MCP-1

CX3C, CXCR2, CCR2 chain

Figure 2 The roles of T lymphocytes in atherogenesis. As in the case of the mononuclear phagocyte, lymphocytes enter the intima facilitated by binding to adhesion molecules including vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1) and in response chemoattractants selective for lymphocytes. Known chemoattractants include a trio of interferon- (IFN- )-inducible chemokines of the CXC family including inducible protein-10 (IP-10), monokine induced by IFN- (Mig), and IFN-inducible T-cell -chemoattractant (I-TAC). These chemokines bind to chemokine receptor CXCR3 expressed by T cells in the atherosclerotic lesion. Once resident in the arterial intima, the T cell may encounter antigens such as oxidized low-density lipoprotein (Ox-LDL) and heat-shock proteins (HSPs) of endogenous or microbial origin, among others. Upon activation by engagement of the receptor and antigen, the T cell can produce cytokines that can influence the behaviour of other cells present in the atheroma. Notably, CD154 binding to CD40 ligand, particularly on macrophages, may induce the expression of tissue factor, matrix metalloproteinases (MMPs) and pro-inflammatory cytokines. The production of these mediators provides an amplification loop resulting from crosstalk between the prototypical cell of acquired immunity (the T lymphocyte) and that of innate immunity (the mononuclear phagocyte). Within the atheroma, as in other tissues, the helper T cells can polarize into those secreting generally pro-inflammatory cytokines (known as TH1 cells) and or those secreting predominantly anti-inflammatory cytokines (denoted TH2 cells). In general, TH1 cells predominate in the atheroma. But experimental data in mice suggest that with extreme levels of hypercholesterolaemia the balance may shift towards TH2 predominance. Recent evidence indicates that in abdominal aortic aneurysms, TH2 cytokines predominate in contrast with the situation in occlusive atherosclerotic disease.

Libby P Nature 420, 868, 2002

Binder CJ et al. Nature Medicine 8:1218, 2002

GENI CHE INFLUENZANO LO SVILUPPO DI LESIONI ATEROSCLEROTICHE IN TOPI RESI IPERCOLESTEROLEMICI MEDIANTE “KNOCKOUT” (INATTIVAZIONE) DI APO-E O LDL-R.

GENE INATTIVATOEFFETTI SULLO SVILUPPO DELLA LESIONE

POSSIBILE MECCANISMO

I I . geni implicati nella transmigrazione di monociti

M-CSF P e E-selectin MCP-1 o CXCR2

Riduzione marcata Riduzione Riduzione marcata

Diminuita diff erenziazione Diminuita adesione Diminuita adesione e migrazione.

I . geni implicati nell’ossidazione di

lipoproteine

12/ 15 lipoossigenasi iNOS

Riduzione marcata Riduzione

Diminuita ossidazione di lipoproteine

GENE INATTIVATOEFFETTI SULLO SVILUPPO DELLA LESIONE

POSSIBILE MECCANISMO

I I I . geni implicati nella f ormazione di f oam cells

SR-A CD36

Riduzione Riduzione marcata

Diminuita internalizzazione di OxLDL

I V. geni implicati nella regolazione di risposte macrofagiche.

recettore per I FN- I L-10

PPAR

Riduzione Aumento Aumento

Ridotta attivazione dei macrofagi Eccessiva attivazione dei macrofagi Eccessiva attivazione dei macrofagi e aumentata formazione di foam cells

V. geni implicati

nella regolazione del metabolismo di lipoproteine e di colesterolo

APO-A1

SR-B1 I perespressione di

CETP

Aumento Aumento Aumento

Diminuita formazione di HDL e trasporto inverso di colesterolo Diminuita assunzione di HDL da parte del f egato Eccessivo trasferimento di colesterolo a I DL/ LDL e ridotta formazione di HDL

Freeman MW and Moore KJ Nature Medicine 9, 168, 2003

Plutzky J Science 302, 406, 2003

FATTORI DI RISCHIO PER ATEROSCLEROSI: IMPLICAZIONI FISIOPATOLOGICHE

Ipercolesterolemia Ridotta espressione LDL-R, Aumento LDL circolanti, Aumentata probabilità ossidazione e deposito nell’intima

Ipertensione Alterazioni endoteliali e aumentato adsorbimento di LDL nell’intima

Genere maschile Mancata protezione da parte di ormoni sessuali femminili (vedi poi), Abitudini di vita, Altri (??)

Diabete mellito Glicosilazione di proteine della superficie endoteliale e dell’intima vascolare, Alterazioni metaboliche (Tipo II)

Storia famigliare di prematura CAD

Alterazioni recettori per LDL, Alterazioni Apoproteine, Neosintesi ed eliminazione colesterolo (??)

Elevati livelli di lipoproteina (a)

Aumentate complicanze trombotiche

Fumo da sigaretta Alterazioni endoteliali ed aumentata ossidazione LDL

Stato post-menopausale

Regressione di alto rapporto HDL/VLDL tipico di donne in età fertile

Iperfibrinogenemia (e aumento coagu-labilità del sangue)

Aumentate complicanze trombotiche

Inattività fisica Riduzione HDL, Ridotto utilizzo colesterolo, Altri

Obesità Ipertensione ealterazioni metaboliche

Iperomocisteinemia Alterazioni endoteliali

Forte evidenza di causalità Buona evidenza di causalità