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È passato più di un secolo da quando è stata avanzata l ‘ “ipotesi del colesterolo” per la patogenesi dell’aterosclerosi.1,2. Nei decenni successivi, abbiamo appreso che le fonti chiave di colesterolo nella patogenesi dell’aterosclerosi sono l’apolipoproteina B (apoB)-lipoproteine dal plasma. Se si considera la totalità delle prove—da epidemiologia, genetica (compresi gli studi di randomizzazione mendeliana), biologia cellulare, modelli sperimentali e studi clinici controllati randomizzati—il ruolo fondamentale delle lipoproteine contenenti APOB ricche di colesterolo nella malattia cardiovascolare aterosclerotica (ASCVD) è ora ampiamente considerato come dimostrato, centrale e causale. La lipoproteina a bassa densità (LDL) è il principale motore dell’inizio e della progressione della placca aterosclerotica3. Infatti, la conferma di un legame diretto tra il colesterolo plasmatico sulle lipoproteine contenenti apoB e l’aterosclerosi ha portato a uno dei più grandi progressi della medicina moderna: la scoperta e lo sviluppo delle statine.

Il ruolo fondamentale delle lipoproteine contenenti apoB ricche di colesterolo nella genesi dell’aterosclerosi non può essere sopravvalutato. Queste lipoproteine aterogeniche comprendono residui di chilomicroni, lipoproteine a bassissima densità (VLDL), lipoproteine a densità intermedia, LDL e lipoproteine(a). ApoB è una grande proteina che avvolge la superficie delle lipoproteine aterogene come scaffold macromolecolare per fornire integrità strutturale. La molecola apoB, presente in una stechiometria definita, una singola copia per particella, funge anche da ligando per la clearance mediata dal recettore LDL. LDL è la lipoproteina aterogenica più abbondante nel sangue a digiuno e il driver più importante del colesterolo circolante nella parete dell’arteria. Tuttavia, le prove di montaggio dimostrano che la maggior parte delle lipoproteine contenenti apoB (fino a circa 70 nm di diametro), ad eccezione dei chilomicroni completamente formati e delle grandi VLDL, sono in grado di promuovere la formazione della piastra4.

Sebbene le lipoproteine contenenti ApoB siano necessarie per l’aterogenesi, non sono l’unica forza in gioco e molti altri fattori umorali e parietali sono necessari per avviare e mantenere il processo di degenerazione arteriosa in siti generalmente riproducibili e geograficamente confinati all’interno dell’albero arterioso. Questi siti non sono casuali e sono condizionati da parametri emodinamici, come il basso stress da taglio e il flusso non pulsatile o non laminare5. Questi disturbi nelle caratteristiche del flusso coronarico sono correlati alla topografia dell’albero vascolare e si trovano in aree di ramificazione e aumento della curvatura dei vasci6. Sebbene le caratteristiche emodinamiche svolgano un ruolo importante nella specificità del sito delle lesioni aterosclerotiche, da sole non sono responsabili dell’inizio dell’aterosclerosi. Piuttosto, questi fattori emodinamici inducono segmenti coronarici specifici e il loro profilo di espressione genica ad interagire in modo differenziato con fattori sistemici, con conseguente suscettibilità all’aterosclerosi in posizioni specifice7. Questi fattori emodinamici coronarici locali e le caratteristiche del flusso sono intrinsecamente legati alla funzione endoteliale, all’infiammazione e al successivo sviluppo dell’aterosclerosi5. Il basso stress da taglio e il flusso disturbato svolgono un ruolo importante nell’avvio e nella propagazione dell’aterosclerosi attraverso l’attivazione delle cellule endoteliali e l’upregulation delle molecole di adesione sulla loro superficie. Queste molecole di adesione facilitano il reclutamento di cellule infiammatorie circolanti nello spazio subendoteliale8. Inoltre, questi stessi fattori possono alterare la funzione endoteliale in un modo che altera le funzioni ateroprotettive. Inoltre, la proliferazione della matrice, e quindi una maggiore affinità per la ritenzione di LDL in questi siti, probabilmente contribuisce alla loro maggiore suscettibilità all’aterosclerosi7, 9.

Come detto sopra, le lipoproteine contenenti plasma apoB penetrano nel rivestimento delle cellule endoteliali della parete arteriosa in regioni sensibili di flusso non laminare ed entrano nello spazio intimale dove possono essere intrappolate dall’interazione dei residui caricati positivamente (arginina e lisina) su apoB con i gruppi di solfato caricati negativamente di proteoglicani subendoteliali10,11. Mentre l’LDL è intrappolato nella matrice extracellulare, i recettori LDL (LDLRs) sulle cellule schiumose possono riconoscere LDL nativo o minimamente modificato (MM-LDL), LDL ossidato senza un’ampia modifica proteica12. Mentre la ritenzione di lipoproteine contenenti apoB all’interno della parete arteriosa è inizialmente correlata al legame diretto di LDL alle catene di glicosaminoglicani proteoglicani, l’infiltrazione dell’intima da parte dei macrofagi che secernono molecole ponte, come la lipoproteina lipasi, innesca una transizione al legame indiretto delle lipoproteine contenenti apoB. Queste molecole ponte lavorano insieme in sincronia con altre modificazioni proatherogenic della matrice extracellulare e LDL, culminante nella conservazione aumentata delle lipoproteine aterogeniche13. Man mano che l’ossidazione della lipoproteina diventa più profonda, la sua affinità per l’LDLR diminuisce, ma la sua capacità di entrare nelle cellule aumenta effettivamente a causa dell’azione dei recettori scavenger come il recettore scavenger-A (SRA) e CD3614. A differenza del LDLR, i recettori scavenger non sono soggetti a regolazione del feedback da parte dei livelli di colesterolo cellulare; pertanto, i macrofagi arteriosi possono interiorizzare quantità non regolate di estere di colesterolo e alla fine trasformarsi in cellule di schiuma15,16. Questa mancanza di regolazione del feedback eleva l’importanza quantitativa del recettore scavenger al di sopra di quella delle LDLR in termini di quantità di assorbimento del colesterolo da parte dei macrofagi arteriosi. È interessante notare che le lipoproteine contenenti APOB ricche di trigliceridi (cioè i resti) non richiedono che la modifica ossidativa sia riconosciuta e assorbita massicciamente dai macrofagi arteriosi. Inoltre, queste lipoproteine residue incitano una risposta infiammatoria più profonda rispetto a LDLs17. Il dibattito sul potenziale aterogenico relativo di LDL rispetto ad altre lipoproteine contenenti apoB infuria e rimane irrisolto. Tuttavia, si deve tenere presente che, possibilmente ad eccezione della grave ipercolesterolemia familiare, l’eziologia dell’aterogenesi nella persona tipica riflette più l’accumulo di lipoproteine residue rispetto a quella di LDL puro e impoverito di trigliceridi. Questo è noto come l’ipotesi post-prandiale dell’aterogenesi, formulata per la prima volta quasi 70 anni fa18-20.

Sebbene la maggior parte dell’attenzione sia stata focalizzata sul ruolo delle LDL ossidate nella formazione delle cellule di schiuma, è anche importante considerare che le forme non ossidate e modificate di LDL (piccole dense, elettronegative e soprattutto desialilate) sono state implicate anche nell’aterogenese21.

Le cellule schiumose cariche di colesterolo attivano un programma di espressione genica che aumenta le vie infiammatorie e induce la produzione di varie proteasi (ad esempio collagenasi, elastasi e catepsine)22. Cumulativamente, questo ha l’effetto di reclutare più monociti nell’intima coronarica e di aprire passaggi per l’arrivo di cellule muscolari lisce dal media23. La visione attuale di questo processo vede la risposta iniziale alla ritenzione subendoteliale delle lipoproteine come un tentativo appropriato e misurato di eliminare detriti indesiderati e pericolosi dalla parete dell’arteria. In definitiva, tuttavia, la conseguente risposta infiammatoria cronica diventa disadattiva nell’aterosclerosi avanzata in gran parte a causa del comportamento alterato dei fagociti arteriosi che sono alla base dei difetti nella risoluzione dell’infiammazione24. A causa del carico lipidico, le cellule di schiuma vascolare perdono la mobilità tipica delle cellule infiammatorie e non sono in grado di uscire dalla parete arteriosa. Inoltre, durante le prime fasi dello sviluppo della placca, le cellule apoptotiche vengono assorbite da altri fagociti in un processo chiamato efferocitosi e vengono efficacemente eliminate. Tuttavia, l’aterosclerosi tardiva è caratterizzata da efferocitosi difettosa che porta ad una maggiore risposta infiammatoria, espansione del nucleo necrotico e progressione della placca. La necrosi dei macrofagi porta ad una risposta infiammatoria ancora più prominente in un ciclo auto-perpetuante.

Come discusso finora, le lipoproteine contenenti apoB sono intrinsecamente legate all’inizio, allo sviluppo e alla propagazione dell’aterosclerosi. D’altra parte, la lipoproteina ad alta densità (HDL) è vista come anti-aterogenica a causa del suo ruolo nell’estrazione del colesterolo cellulare e nel trasporto inverso del colesterolo. Esperimenti su animali che coinvolgono il trapianto di segmenti aortici aterosclerotici in ospiti normolipidemici dimostrano una diminuzione del contenuto di macrofagi dell’aorta25 trapiantato. Inoltre, questa risposta è esagerata dalla sovraespressione dell’apolipoproteina A1 (ApoA-I) nel ricevitore26. Tuttavia, nuove intuizioni in biologia HDL stanno producendo una storia più complessa. Sebbene il targeting del colesterolo LDL (LDL-C) abbia avuto risultati sorprendenti, è angosciante che gli interventi mirati al colesterolo HDL (HDL-C) non abbiano dato benefici, dato che l’associazione epidemiologica di HDL-C e ASCVD è almeno altrettanto forte di quella di LDL-C27–29. Come risulta, HDL-C, una misura statica del colesterolo cellulare trasportato dal plasma HDL, può essere un surrogato povero per le attività biologiche chiave di HDL. Sebbene l’HDL svolga una miriade di funzioni non ridondanti che si estendono oltre il metabolismo lipidico (ad esempio, proprietà antiossidanti, anti-piastriniche, antinfiammatorie e anti-apoptotiche), il suo ruolo nel trasporto inverso del colesterolo può essere il suo più importante per quanto riguarda lo sviluppo della placca, la vulnerabilità e (in definitiva) eventi aterosclerotici catastrofici (Figura 1)30. A questo proposito, una misura dinamica della funzione HDL può migliorare la sua capacità prognostica. Un’indagine iniziale ha rivelato che l’analisi dell’efflusso di colesterolo da cellule coltivate (il primo passo nel trasporto inverso del colesterolo) era più strettamente correlata con lo spessore del mezzo intimo carotideo e la malattia coronarica angiografica rispetto all’HDL-C31. Un altro studio ha dimostrato che la capacità di efflusso del colesterolo predice eventi ASCVD incidenti32. Questi risultati sono stati convalidati in un ulteriore ampio studio33,34 ma contestati in un altro34. HDL è costituito da particelle che variano in dimensioni, composizione e funzione35. Presumibilmente, almeno una parte dell’eterogeneità funzionale dello spettro HDL è spiegata dalle differenze nel suo proteoma e lipidome36, 37. Questo aspetto della biologia HDL è un obiettivo attuale di intensa indagine che può portare il frutto di uno sviluppo di farmaci più intelligente.

Il nucleo necrotico non è l’unico cambiamento compositivo che influenza la dimensione e la stabilità della placca. Le placche avanzate sono anche contrassegnate dalla presenza di cristalli di colesterolo. È interessante notare che alcuni dei cristalli sono derivati da eritrociti, le cui membrane sono le più ricche di colesterolo libero tra tutte le cellule del corpo. L’emorragia intraplaca è emersa come un fattore che contribuisce in modo significativo all’allargamento del nucleo necrotico38. Si pensa che la fonte di emorragia derivi da nuovi capillari che perdono che infiltrano la placca come inutili tentativi di neovascolarizzazione in risposta a un ambiente ipossico creato da un aumento del carico della lesione e dei macrofagi infiammatori39. I capillari all’interno della placca in genere mancano di una membrana basale intatta, sono scarsamente stabilizzati dai periciti circostanti e mostrano giunzioni endoteliali meno strette, tutti fattori probabilmente responsabili della loro incapacità di trattenere il contenuto.

Macrophage engulfment of cholesterol crystals orde novo formazione di cristalli di colesterolo intracellulare indurrà la destabilizzazione lisosomiale e il rilascio di catepsina B al citoplasma, che attiva un complesso di segnalazione multimolecolare noto come nucleotide-binding leucine-rich repeat-containing pyrin receptor 3 (NLRP3) inflammasome40. L’attivazione dell’infiammasoma NLRP3 provoca la produzione mediata da caspasi-1 di interleuchina-1 beta (IL-1β) e infine IL-6, che amplifica la cascata infiammatoria41. Va sottolineato il significato di questa scoperta, in quanto offre una relazione meccanicistica tra ipercolesterolemia e infiammazione vascolare42. L’importanza dei cristalli di colesterolo all’interno delle cellule di schiuma si estende oltre la sua capacità di aumentare l’infiammazione. Il colesterolo cristallino può anche provocare la rottura della placca per rottura fisica del cappuccio fibroso43.

Abela e Aziz44, 45 e Kellner-Weibelet al.44,45 ha studiato il ruolo del colesterolo cristallino nelle lesioni aterosclerotiche avanzate. Hanno osservato che la cristallizzazione del colesterolo può portare a cristalli di colesterolo taglienti con il potenziale di penetrare nelle membrane biologiche. Hanno ipotizzato che questi cristalli di colesterolo potrebbero indurre la rottura della placca mediante perforazione meccanica degli strati esterni delle placche aterosclerotiche. A sostegno di questa ipotesi, hanno utilizzato la microscopia elettronica a scansione per dimostrare i cristalli di colesterolo che perforano l’intima arteriosa in pazienti deceduti per sindromi coronariche acute46. Gli autori non hanno trovato casi di perforazione del cristallo di colesterolo in soggetti con aterosclerosi grave ma senza eventi cardiaci acuti. Questi studi pionieristici sono stati i primi a suggerire che i cristalli di colesterolo possono innescare la rottura della placca e lesioni vascolari. Tuttavia, sebbene questi studi siano convincenti, non è del tutto chiaro se i cristalli di colesterolo siano collegati causalmente, o siano semplicemente astanti, alla rottura della placca.

Il focus di questa recensione è stato su modelli sperimentali di aterosclerosi che abbracciano numerosi decenni. Tuttavia, diverse linee ortogonali di evidenza hanno ora chiaramente stabilito il legame tra lipidi e ASCVD. A partire dal visionario Framingham Heart Study nel 1948, numerosi grandi studi epidemiologici eseguiti in tutto il mondo hanno fornito risultati altamente riproducibili47–51. La coerenza dell’epidemiologia è stata davvero sorprendente e ha suggerito l’associazione di LDL-C con ASCVD. La dimostrazione del ruolo causale di LDL con ASCVD è emersa dalla genetica (ipercolesterolemia familiare, studi di associazione a livello genomico e studi di randomizzazione mendeliana). Gli individui con LDL-C geneticamente elevato sono ad alto rischio per ASCVD, mentre gli individui con LDL-C geneticamente basso sono a rischio squisitamente basso per ASCVD. I risultati dei grandi mega-studi prospettici, in doppio cieco, randomizzati, controllati con placebo, hanno ulteriormente supportato l’idea che l’LDL sia causale nell’ASCVD, sebbene molti ricercatori abbiano attribuito per anni i benefici delle statine ai loro effetti “pleiotropi” 52-57. I risultati dello studio IMPROVE-IT (Improved Reduction of Outcomes: Vytorin Efficacy International Trial) hanno finalmente creato un cuneo tra certezza e dubbio58. Tutto considerato, ora ci sono prove inequivocabili che le lipoproteine contenenti APOB ricche di colesterolo sono inestricabilmente legate all’ASCVD e sono i principali driver di questo processo. Per due decenni e mezzo, le statine hanno goduto di uno status privilegiato; sono state considerate la classe più efficace di farmaci per ridurre gli eventi LDL-C e ASCVD a cui nessun farmaco aggiuntivo ha influenzato i risultati. Lo studio IMPROVE-IT ha inaugurato la nuova era in cui l’abbassamento delle LDL con agenti non statinici ha dimostrato la capacità di aumentare i benefici della terapia con statine58. Questo ha portato in energia rinnovata per la scoperta di nuove strategie di abbassamento del colesterolo. Nell’ultimo decennio, i ricercatori hanno collegato con successo intuizioni genetiche a percorsi molecolari, consentendo il rapido sviluppo di una nuova classe di potenti farmaci LDL-C-abbassamento, la proproteina convertasi subtilisina-kexina tipo 9 (PCSK9) inibitori59–61. Questi agenti hanno il potenziale per trasformare la riduzione del rischio ASCVD data la loro enorme potenza di riduzione delle LDL62. Tuttavia, è probabile che l’epidemia di malattie cardiovascolari venga interrotta da un agente che abbassa le LDL di solito iniziato quando il paziente è vicino o ha già avuto il primo evento ischemico? Pensiamo di no. La vera rivoluzione nella prevenzione e nella gestione dell’ASCVD arriverà con strumenti che vietano lo sviluppo della placca (necessari a un gran numero di individui relativamente giovani e sani) e strumenti che inducono la regressione della placca (necessari ai pazienti con malattia consolidata). È probabile che questi strumenti influenzino i processi parietali, come la funzione endoteliale, le risposte infiammatorie, la sopravvivenza e l’uscita dei macrofagi e l’efflusso lipidico. All’ultimo controllo, nulla in letteratura prevede l’arrivo di questi strumenti nella pratica in qualunque momento presto.