A zsírtartalmú apolipoprotein E Knockout Mouse brachiocephalic artéria az ateroszklerotikus plakk-repedés vizsgálatában

Andrew R. Bond

Bristoli Szívintézet, Bristoli Egyetem, 7. szint, Bristoli Királyi Kórház, Bristol BS2 8HW, Egyesült Királyság

Christopher L. Jackson

Bristoli Szívintézet, Bristoli Egyetem, 7. szint, Bristoli Királyi Kórház, Bristol BS2 8HW, Egyesült Királyság

Absztrakt

Az ateroszklerózist állatokon csaknem egy évszázada tanulmányozták, az ateroszklerotikus lepedék felszakadásához vezető eseményeket (a végzetes trombózis kialakulásának többségét kiváltó ok) azonban csak az elmúlt évtizedben vizsgálták, részben a fejlődés következtében. egy spontán lepedékrepedéses egérmodell. Az apolipoprotein E knockout egerekben, ha magas zsírtartalmú étrendet etetnek, a brachiocephalicus artériában következetesen olyan elváltozások alakulnak ki, amelyek egy ismert időpontban felszakadnak. Ezért most már megfigyelhető az elváltozások kialakulása a plakkok repedésének hátterében álló mechanizmusok tisztázása érdekében. A kritikusok azzal érvelnek, hogy a modell nem replikálja az emberi érelmeszesedéses plakk-repedések megjelenését. Ennek az áttekintésnek az a célja, hogy rávilágítson azokra az okokra, amelyek miatt az apolipoprotein E kiütő egeret kell keresnünk, hogy jobban megértsük a lepedék szakadását.

1. Bemutatkozás

Annak ellenére, hogy a szív- és érrendszeri betegségek halálozási aránya az 1970-es évek óta csökkent az Egyesült Királyságban (az elmúlt évtizedben 40% -kal csökkent a 75 évesnél fiatalabbak esetében), a keringési rendszer betegségei a 75 évesnél fiatalabbak halálozásának körülbelül 25% -át teszik ki, és a szívkoszorúér a betegség a halál legfőbb oka [1]. Ennek a betegségnek a túlnyomó oka az érelmeszesedés.

Az ateroszklerózist az 1900-as évek eleje óta vizsgálták állatokon, kezdve Ignatowski munkájával (áttekintve [2]) annak ellenére, hogy az érelmeszesedést akkor még nem ismerték el súlyos betegségnek. A kardiovaszkuláris rendellenességek közelmúltban növekvő gyakorisága miatt a betegség kutatása továbbra is rendkívül fontos.

Az ideális világban az érelmeszesedés állatmodelljei pontosan ugyanúgy replikálnák a betegséget, mint az embereknél; a józan ész azonban azt mondja nekünk, hogy ez nem lehetséges, és más megközelítésre van szükség. Egy jó állatmodell reprodukálja a betegség biokémiáját, de nem szükséges feltétlenül azonos morfológiát előállítani. Mindaddig, amíg az elváltozás kialakulásához vezető folyamatok hasonlóak az állatok és az emberek között, és a modell hasonló jellemzőket mutat a betegségre, amelyek klinikai kockázatot jelentenek (plakkrepedés, fali trombózis, intraplaque vérzés), a modell hasznos betekintést nyújt . Jó példa erre a koleszterinnel táplált nyúlmodell. A koleszterinnel táplált nyulakat több mint 60 éve használják ateroszklerotikus kutatásokban, és ez a modell nagyon releváns nyomokat adott arra vonatkozóan, hogy az elváltozások hogyan alakulnak ki az emberekben. Ezt a kutatást azért kritizálták, mert a nyulak növényevők és az emberektől eltérően kezelik a koleszterint. Ez nem azt jelenti, hogy figyelmen kívül kellene hagynunk a megállapításokat; ez azt jelenti, hogy óvatosan kell értelmeznünk őket, figyelembe véve a fajok közötti különbségeket.

A jó érelmeszesedéses állatmodellnek lehetővé kell tennie számunkra a betegség állapotának időbeli változásainak nyomon követését, hasonló elváltozásokat (de nem feltétlenül azonosakat) az emberekénél, és olyan állatokat kell alkalmaznunk, amelyek az ismert helyeken következetesen kifejlesztik az érelmeszesedést, amelyek gyorsan szaporodnak, és amelyek viszonylag olcsó.

Az érelmeszesedés állatmodelljének megválasztásának általános módszere, még a jelenlegi időkben is, egy „felülről lefelé” megközelítés alkalmazása volt, amikor is az emberben ismert betegségeknek az állatmodellben meg kell jelenniük. Ez sok steril vitához vezetett arról, hogy az állatelváltozások emberi elváltozásoknak tűnnek-e. Aki megnézte szép számmal az emberi elváltozásokat, rájön, hogy rendkívül heterogének, még hasonló anatómiai helyeken is, ezért nem is lehet olyan elváltozás morfológiát előírni, amelyre az állatmodellnek törekednie kell. Itt az ideje, hogy felhagyjon a felülről lefelé irányuló megközelítéssel, és alkalmazza az értelmet a problémára. Ez lényegében az ellenkező módszer, az „alulról felfelé építkező” megközelítés alkalmazását jelenti az állatmodell kiválasztásában. Ez különös erővel vonatkozik a lepedékrepedés állatmodelljeire, amelyeket nagyon szenvedtek a fentről lefelé gondolkodók szűk szigorításai. Az alulról felfelé építkező filozófia azt jelenti, hogy megkérdezik, hogy egy adott állatmodell hasznos információt nyújt-e az emberi betegségről; az állatmodell megjelenése, genetikai felépítése, étkezési szokásai, mérete és így tovább jelentéktelenek, ha a modell valódi és hasznos meglátásokat tesz lehetővé.

A fentről lefelé irányuló megközelítést érthető okokból átvették. Az egyetlen információforrás a megrepedt plakkokról a postmortem koszorúér-minták voltak, így csak egy pillanatfelvétel volt egy olyan betegségről, amely akár a végzetes fázisaiban is órák, napok, esetleg hetek óta kialakulhat. Ez számos súlyos értelmezési problémához vezet.

A betegek önszelektálnak - végzetes koszorúér-eseményt szenvedtek el -, így nem feltétlenül reprezentatívak az általános populációra vagy akár a nem végzetes instabil plakkokkal rendelkező betegek számára. Ez torzíthat bármilyen elemzést egy adott mögöttes mechanizmus felé.

A tünetek megjelenése és a minta visszakövetése közötti idő elteltével a szöveti összetétel változása kíséri, amelyet kívánatos lenne nem reprodukálni az állatmodellben.

A szubjektumon belüli temporális hisztopatológiai elemzés lehetetlen, a kohorszon alapuló alanyok közötti elemzés pedig rendkívül nehéz.

Az utólagos értelmezés olyan spekulációt foglal magában, amelyet kísérleti igazolás nem támaszt alá.

Amikor sok évvel ezelőtt csak egy ilyen pillanatkép sorozatát kellett folytatnunk, ésszerű volt azt sugallni, hogy egy állatmodellnek hisztopatológiai hasonlóságot kell mutatnia az emberi instabil plakkokkal. Végső célunk azonban nem az, hogy tökéletes miniatűr plakettrepedésekkel rendelkező állatmodellt készítsünk; olyan állatmodell készítése, amelyből megtudhatjuk, hogyan és miért szakadnak meg az emberi plakkok, és amely felhasználható az esetleges beavatkozások tesztelésére annak megakadályozására. Ezzel az elemzéssel a hisztopatológia másodlagos jelentőségű. Ez nehéz tanulság volt néhány olyan területen, akik továbbra is ellenállnak ennek a logikának, és követelik, hogy az egér elváltozásai ugyanúgy nézzenek ki, mint az emberi elváltozások - csak kisebbek. Ebben a cikkben arra fogunk törekedni, hogy bemutassuk, hogy létezik-e a lepedékrepedés állatmodellje, hogy hasznos és értelmes betekintést nyújtott-e az emberi betegségekbe, és hogy a felülről lefelé irányuló gondolkodás továbbra is megkísérli kísérleteinket az érelmeszesedés kutatásának kísérleti patológiájára. randizni.

2. Mi az érelmeszesedés?

Az ateroszklerózis kifejezést 1940-ben Félix Marchand találta ki [3], mivel nagyon pontosan leírja a plakkok két alkotórégióját: görögül athéré jelentése zúzás vagy zabkása, és a lágy lipiddel töltött magot jelöli, és a szklerózis keményedést jelent, és utal a kemény fibrotikusra. sapka, amely elválasztja a vért a trombogén anyagtól az elváltozáson belül [4]. Érdekes módon az érelmeszesedés nemcsak a modern civilizációk betegsége. Kr. E. 1580–527 közötti főpapok és papnők egyiptomi múmiáit boncolgatták, és kimutatták, hogy a mai emberhez hasonló elváltozások vannak. Ezekben a múmiákban az érelmeszesedést a következőképpen írták le: „a betegséget az izomszőrzet és az endothelium jelentős degenerációja jellemzi. Ezek a beteg foltok, amelyek először diszkrétek, később összeolvadnak, és végül viszonylag nagy területeket képeznek a degenerált szövetek, amelyek elérhetik a felszínt és kinyílhatnak a cső lumenjébe ”[5].

3. Az egér, mint az ateroszklerotikus plakk repedésének modellje

Az egerek rendkívül ellenállóak az érelmeszesedéssel szemben. Az 1960-as években étrend által kiváltott egérmodellt fejlesztettek ki úgy, hogy a C57BL/6 törzset 30% zsírt, 5% koleszterint és 2% kolinsavat tartalmazó étrenddel táplálták, ami ateroszklerózis kialakulásához vezetett. Ennek az étrendnek az volt a hátránya, hogy erősen mérgező volt, és az egerek lefogytak, és hajlamosak voltak morbid légúti fertőzések kialakulására [13]. Ezt az étrendet 1990-ben úgy módosították, hogy 15% zsírt, 1,25% koleszterint és 0,5% nátrium-kolátot [14] tartalmazzon, ami elváltozás kialakulásához vezetett toxikus mellékhatások nélkül. Ugyanez a csoport azt is megállapította, hogy nagy különbségek vannak a törzsek érzékenységében az elváltozások kialakulására, ami erős bizonyítékot szolgáltat a genetikai összetételre, mint az ateroszklerózis rizikófaktorára.

4. Apolipoprotein E

Az Apolipoprotein E (ApoE) egy lipoprotein, amely kulcsszerepet játszik az érelmeszesedésben. Minden sejt és organizmus lipoproteineket használ a hidrofób, vízben oldhatatlan lipidmolekulák mozgatásához a vizes vér- és szöveti nyirokkörnyezetben. A lipoproteinek apolipoproteinekből, foszfolipidekből, koleszterinből, triaciklilglerolokból és koleszteril-észterekből állnak, és ezek határozzák meg a részecske felhajtó sűrűségét, és négy fő osztályba sorolják őket: nagy sűrűségű lipoprotein, kis sűrűségű lipoprotein, nagyon alacsony sűrűségű lipoprotein (HDL), LDL és VLDL, ill.), Valamint chilomikronok. Az 1970-es években fedezték fel [15, 16], az apoE egy argininben gazdag fehérje, amely megtalálható a chilomicronokban, a chilomicron maradványokban, a VLDL-ben és a HDL néhány izotípusában [17]. Különböző szövetekben termelődik, beleértve az agyat, a lépet, a tüdőt, a petefészket, a mellékvesét, a vese és az izmokat, de a májban szintetizálódik a plazmában található többség [18]. Az LDL receptorok (LDL-R) és az LDL-R rokon fehérjék felismerési helyei az apoE aminoterminális régiójában találhatók, megkönnyítve ezzel a lipoproteinek májfelvételét és fenntartva a plazma koleszterin homeosztázisát [19].

Az ApoE-nek számos antiatherogén szerepe van, főleg a lipid-anyagcsere útvonalán kifejtett hatásainak köszönhetően (mélyreható áttekintés céljából az olvasó irányul [19]). Röviden, részt vesz a lipoproteinek májfelvételében és azt követő lebomlásában a parenchymás májsejteken az LDL-R révén, a chilomikron maradványainak eltávolításával az LDL-R rokon fehérjék hatására, a máj VLDL és TG termelésének stimulálásában, a koleszterin reverz transzportjában. (az a folyamat, amikor a felesleges koleszterint HDL-en keresztül továbbítják a májba az epében való kiválasztódás céljából) és a lipoprotein anyagcserében részt vevő enzimek, például a máj lipáz és a koleszteril-észter transzfer fehérje aktiválása. Az ApoE olyan antiaterogén hatásokkal is rendelkezik, amelyek nem vesznek részt közvetlenül a lipidanyagcserében, ideértve az LDL oxidáció gátlását [20], a vérlemezke aggregációt [21], a simaizomsejtek proliferációját [22], az endothel sejtek proliferációját [23], valamint a T-limfociták aktivációjának gátlását és elterjedés [24, 25].

5. ApoE Knockout Mouse Model

6. Plakk biztonsági rése

6.1. A lepedék repedésének kimutatása és számszerűsítése

Az ateroszklerotikus plakkok két különböző típusra oszthatók; azok, amelyek szakadnak (sebezhető vagy instabil fenotípusok), és amelyek nem (stabil fenotípusok). Retrospektív humán boncolási vizsgálatok alapján, amelyek sértetlen és megszakadt plakkokat hasonlítottak össze, beszámoltak arról, hogy a sérülékeny plakkokat egy nagy lipidekben gazdag mag jellemzi, amely a plakk teljes térfogatának több mint 40% -át foglalja el (bár máshol 50% -ot javasoltak [35])., vékony rostos kupakkal (4 [77]), amely azt mutatja, hogy a lumen átmérőjének kismértékű csökkenése, például egy ateroszklerotikus plakk miatt, nagymértékben megnöveli az emléktáblán átfolyó vér ellenállását és súrlódási erejét. Laplace-törvény használatával azonban, kimutatható, hogy két olyan edény esetében, amelyeknek egyforma szakítószilárdságú rostos kupakja van, a sapkák enyhén vagy közepesen szűkületű plakkokat borítanak, a súlyosabb stenotikus plakkokhoz képest, az előbbiek nagyobb kerületi terhelésnek lesznek kitéve, és mint ilyenek hajlamosabbak a repedés [78]. Laplace-törvény megmutatja a kerületi falfeszültség, a sugárirányú falfeszültség, az edény sugara és a fal vastagsága közötti kapcsolatot, és azt sugallja, hogy magas kerületi stressz alakulhat ki vékony rostos kupakokban, ami a plakk mechanikai meghibásodását okozhatja [79].

Egy nemrégiben végzett, emberi számításokkal szimulált keresztmetszeti plakkok morfológiáit felhasználva (amelyeket az IVUS szerzett), az ateroszklerotikus elváltozások növekedésének különböző szakaszait és variációit utánozva megvizsgálták az anatómiai lepedék jellemzőinek hatékonyságát a csúcskupak stresszén, amely az emberi elváltozások repedésének ismert előrejelzője [ 80]. Megállapították, hogy a pozitív átalakulás korai szakaszában az elváltozások hajlamosabbak voltak a repedésre, és hogy a rostos kupakvastagság mellett a plakk stabilitásának meghatározása szempontjából a nekrotikus magvastagság, nem pedig a terület volt kritikus jelentőségű.

További bizonyíték erre az ellentmondásos hipotézisre a HMG-CoA reduktáz inhibitorokat alkalmazó vizsgálatokban található. A sztatinokat az emberek kezelésére használják, mivel kimutatták, hogy csökkentik a plazma koleszterinszintjét és az atheroma regresszióját okozzák [81]. Hatásaik között szerepel az endoteliális működés javítása, a gyulladásos válaszok modulálása, a trombusképződés megakadályozása és a plakk stabilitás javítása [82]. Ez a plakkstabilitásra gyakorolt potenciális hatás oda vezetett, hogy a sztatinokat egereken vizsgálták. A nagy zsírtartalmú étrendben táplált, pravasztatinnal kezelt egereknél a plakk-repedés csökkenése csökkent, ami egybeesett a rostos kupak vastagságának ötszörös növekedésével. Ez azonban nem befolyásolta az érrendszer átalakításának teljes sebességét, de jelentősen megnövelte az ér tágulásának mértékét és a lepedék repedése közötti időt [41].

10. Hol áll ma a plakettrepedés ApoE Knockout Mouse modellje?

Némi ellenállás mutatkozott azzal szemben, hogy az egerek spontán repedésekben szenvednek az érelmeszesedéses plakkokban. Ezt a sajtóban elsősorban különvéletlen tudósok kis csoportja fogalmazta meg [68, 83]. Kritikájuk a következő pontokra összpontosít.

A plakkrepedés klinikai hisztopatológiában használt definícióit nem elégítik ki az egér plakkrepedései.

Az egér lepedékének repedése a halál utáni szövetfeldolgozás során bekövetkezett károsodás következménye lehet.

Az egereken meggyógyult lepedékrepedésekként leírt struktúrák valójában nem más, mint az epizodikus növekedésből származó plakk rétegződése.

Vessük sorra ezeket egyenként - és reméljük, ezúttal egyszer és mindenkorra. Már alaposan átgondolták és cáfolták őket [50, 84], de úgy tűnik, hogy az üzenetet nem sikerül értékelni, és a spontán lepedékrepedés egérmodelljeinek általános nézete az, hogy ellentmondásosak. Egyáltalán nem ellentmondásosak. Itt van miért.