PMC

minęło ponad sto lat,odkąd przedstawiono „hipotezę cholesterolu” dla patogenezy miażdżycy1, 2. W następnych dziesięcioleciach dowiedzieliśmy się, że głównym źródłem cholesterolu w patogenezie miażdżycy są apolipoproteiny B (apoB)-lipoproteiny z osocza. Gdy weźmiemy pod uwagę całość dowodów—z epidemiologii, genetyki (w tym badań randomizacji Mendla), biologii komórki, modeli eksperymentalnych i randomizowanych kontrolowanych badań klinicznych—fundamentalna rola bogatych w cholesterol lipoprotein zawierających apoB w miażdżycowej chorobie sercowo-naczyniowej (ASCVD) jest obecnie powszechnie uważana za sprawdzoną, centralną i sprawczą. Lipoproteina o niskiej gęstości (LDL) jest głównym czynnikiem inicjującym i postępującym blaszki miażdżycowej3. Rzeczywiście, potwierdzenie bezpośredniego związku między cholesterolem w osoczu na lipoproteinach zawierających apoB a miażdżycą doprowadziło do jednego z największych postępów we współczesnej medycynie: odkrycia i rozwoju statyn.

zasadnicza rola bogatych w cholesterol lipoprotein zawierających apoB w powstawaniu miażdżycy nie może być zawyżona. Te miażdżycowe lipoproteiny obejmują resztki chylomikronów, lipoproteiny o bardzo niskiej gęstości (VLDL), lipoproteiny o średniej gęstości, LDL i lipoproteiny(A). ApoB jest dużym białkiem, które otacza powierzchnię miażdżycowych lipoprotein jako makrocząsteczkowe rusztowanie, aby zapewnić integralność strukturalną. Cząsteczka apoB, obecna w określonej stechiometrii, jedna pojedyncza kopia na cząsteczkę, służy również jako ligand dla klirensu pośredniczonego przez receptor LDL. LDL jest najobficiej występującą lipoproteiną miażdżycową we krwi na czczo i najważniejszym czynnikiem wpływającym na krążenie cholesterolu w ścianie tętnicy. Jednak coraz więcej dowodów wskazuje, że większość lipoprotein zawierających apoB (o średnicy do około 70 nm), z wyjątkiem w pełni uformowanych chylomikronów i dużych VLDL, jest zdolna do promowania tworzenia płytki nazębnej4.

chociaż lipoproteiny zawierające ApoB są wymagane do miażdżycy, nie są one jedyną siłą, a kilka innych czynników humoralnych i ciemieniowych jest potrzebnych do zainicjowania i utrzymania procesu degeneracji tętnic w ogólnie powtarzalnych i geograficznie zamkniętych miejscach w drzewie tętniczym. Miejsca te nie są losowe i są uwarunkowane parametrami hemodynamicznymi, takimi jak niskie naprężenia ścinające i przepływ nie pulsacyjny lub nie-laminarny5. Te zaburzenia w charakterystyce przepływu wieńcowego są związane z topografią drzewa naczyniowego i występują w obszarach rozgałęzień i zwiększonego zakrzywienia naczynia6. Chociaż cechy hemodynamiczne odgrywają ważną rolę w specyfice miejscowej zmian miażdżycowych, same w sobie nie są odpowiedzialne za inicjację miażdżycy. Raczej te czynniki hemodynamiczne indukują specyficzne segmenty wieńcowe i ich profil ekspresji genów w różny sposób oddziałują z czynnikami ogólnoustrojowymi, co powoduje podatność na miażdżycę w określonych lokalizacjach7. Te lokalne czynniki hemodynamiczne wieńcowe i cechy przepływu są nierozerwalnie związane z funkcją śródbłonka, stanem zapalnym i późniejszym rozwojem miażdżycy5. Niskie naprężenia ścinające i zaburzony przepływ odgrywają ważną rolę w inicjacji i propagacji miażdżycy poprzez aktywację komórek śródbłonka i upregulację cząsteczek adhezyjnych na ich powierzchni. Te cząsteczki adhezyjne ułatwiają rekrutację krążących komórek zapalnych do przestrzeni subendotelialnej8. Dodatkowo, te same czynniki mogą zmieniać funkcję śródbłonka w sposób, który upośledza funkcje miażdżycowe. Ponadto proliferacja matrycy, a tym samym zwiększone powinowactwo do retencji LDL w tych miejscach, prawdopodobnie przyczynia się do ich zwiększonej wrażliwości na miażdżycę tętnic7,9.

jak stwierdzono powyżej, lipoproteiny zawierające apoB w osoczu przenikają do wyściółki śródbłonka ściany tętnicy w wrażliwych regionach przepływu nie laminarnego i wchodzą do przestrzeni wewnętrznej,gdzie mogą zostać uwięzione przez interakcję dodatnio naładowanych reszt (argininy i lizyny) na apoB z ujemnie naładowanymi grupami siarczanowymi podendotelialnych proteoglikanów 10, 11. Podczas gdy LDL jest uwięziony w macierzy zewnątrzkomórkowej, receptory LDL (Ldlr) na komórkach piankowych mogą rozpoznać natywny lub minimalnie zmodyfikowany LDL (MM-LDL), utleniony LDL bez intensywnej modyfikacji białki12. Podczas gdy retencja lipoprotein zawierających apoB w ścianie tętniczej jest początkowo związana z bezpośrednim wiązaniem LDL z łańcuchami proteoglikanowo-glikozaminoglikanowymi, infiltracja błony wewnętrznej przez makrofagi, które wydzielają cząsteczki mostkowe, takie jak lipaza lipoproteinowa, wyzwala przejście do pośredniego wiązania lipoprotein zawierających apoB. Te mostkowe cząsteczki współpracują ze sobą w synchronizacji z innymi proaterogennymi modyfikacjami macierzy zewnątrzkomórkowej i LDL, co prowadzi do zwiększenia retencji lipoprotein aterogennych13. W miarę jak utlenianie lipoprotein staje się głębsze, jego powinowactwo do LDLR zmniejsza się, ale jego zdolność do dostania się do wnętrza komórek faktycznie wzrasta z powodu działania receptorów zmiatających, takich jak receptor zmiatacza-a (SRA) i CD3614. W przeciwieństwie do LDLR, receptory zmiatające nie podlegają regulacji sprzężenia zwrotnego przez poziomy cholesterolu komórkowego; w ten sposób makrofagi tętnicze mogą internalizować nieuregulowane ilości estru cholesterolu i ostatecznie przekształcić się w komórki pianowe15, 16. Ten brak regulacji sprzężenia zwrotnego podnosi znaczenie ilościowe receptora zmiatającego ponad znaczenie LDLR pod względem ilości wychwytu cholesterolu przez makrofagi tętnicze. Co ciekawe, bogate w trójglicerydy lipoproteiny zawierające apoB (czyli pozostałości) nie wymagają modyfikacji oksydacyjnej, aby były rozpoznawane i masowo pobierane przez makrofagi tętnicze. Ponadto te resztki lipoprotein wywołują głębszą reakcję zapalną niż LDLs17. Debata na temat względnego potencjału miażdżycowego LDL w porównaniu z innymi lipoproteinami zawierającymi apoB trwa i pozostaje nierozstrzygnięta. Należy jednak pamiętać, że, prawdopodobnie z wyjątkiem ciężkiej rodzinnej hipercholesterolemii, etiologia miażdżycy u typowej osoby odzwierciedla bardziej akumulację resztkowych lipoprotein niż czystego, pozbawionego trójglicerydów LDL. Jest to znane jako post-prandialna hipoteza miażdżycy, sformułowana po raz pierwszy prawie 70 lat temu 18-20.

chociaż większość uwagi skupiono na roli utlenionego LDL w tworzeniu komórek piany, ważne jest również, aby wziąć pod uwagę, że nieutlenione, zmodyfikowane formy LDL (małe gęste, elektroujemne, a zwłaszcza desylylowane) były również zaangażowane w miażdżycę21.

komórki piankowe obciążone cholesterolem aktywują program ekspresji genów, który zwiększa szlaki zapalne i indukuje produkcję różnych proteaz (na przykład kolagenaz, elastaz i katepsyn)22. Kumulatywnie powoduje to rekrutację większej liczby monocytów do wnętrza wieńcowego i otwarcie przejść dla przybycia komórek mięśni gładkich z media23. Obecny widok tego procesu widzi początkową odpowiedź na subendotelialne zatrzymanie lipoprotein jako odpowiednią i zmierzoną próbę usunięcia niepożądanych i niebezpiecznych zanieczyszczeń ze ściany tętnicy. Ostatecznie jednak wynikająca z tego przewlekła odpowiedź zapalna staje się nieprzystosowująca w zaawansowanej miażdżycy głównie z powodu zmienionego zachowania fagocytów tętniczych, które leżą u podstaw wad w rozwiązywaniu zapaleń24. Ze względu na obciążenie lipidów komórki piany naczyniowej tracą ruchliwość typową dla komórek zapalnych i nie są w stanie wydostać się ze ściany tętnicy. Ponadto, we wczesnych stadiach rozwoju płytki nazębnej, komórki apoptotyczne są pobierane przez inne fagocyty w procesie zwanym efferocytosis i są skutecznie usuwane. Jednak miażdżyca w późnym stadium charakteryzuje się wadliwą efferocytosis, co prowadzi do zwiększonej odpowiedzi zapalnej, martwiczej ekspansji rdzenia i progresji płytki nazębnej. Martwica makrofagów prowadzi do jeszcze wyraźniejszej odpowiedzi zapalnej w cyklu samoistnym.

jak dotąd omówiono, lipoproteiny zawierające apoB są nierozerwalnie związane z inicjacją, rozwojem i rozmnażaniem miażdżycy. Z drugiej strony, lipoproteina o wysokiej gęstości (HDL) jest postrzegana jako anty-aterogenna ze względu na jej rolę w ekstrakcji cholesterolu komórkowego i odwrotnego transportu cholesterolu. Eksperymenty na zwierzętach polegające na przeszczepieniu segmentów aorty miażdżycowej do gospodarzy normolipidemicznych wykazują zmniejszenie zawartości makrofagów w przeszczepionej aorta25. Ponadto odpowiedź ta jest nasilona przez nadekspresję apolipoproteiny A1 (apoA-I) u odbiorca26. Jednak nowe spojrzenie na biologię HDL przynosi bardziej złożoną historię. Chociaż ukierunkowanie na cholesterol LDL (LDL-C) miało oszałamiające wyniki, niepokojące jest to, że interwencje ukierunkowane na cholesterol HDL (HDL-C) nie przyniosły korzyści, biorąc pod uwagę, że epidemiologiczne Stowarzyszenie HDL-C i ASCVD jest co najmniej tak silne jak LDL-C27–29. Jak się okazuje, HDL-C, statyczna miara cholesterolu komórkowego przenoszonego przez osocze HDL, może być słabym substytutem kluczowych biologicznych działań HDL. Chociaż HDL wykonuje niezliczone zbędne funkcje, które wykraczają poza metabolizm lipidów (na przykład właściwości przeciwutleniające, przeciwpłytkowe, przeciwzapalne i przeciwpoptotyczne), jego rola w odwrotnym transporcie cholesterolu może być najważniejsza w odniesieniu do łagodzenia rozwoju płytki nazębnej, podatności i (ostatecznie) katastroficznych zdarzeń miażdżycowych (Rysunek 1)30. W związku z tym dynamiczna miara funkcji HDL może zwiększyć jej zdolność prognostyczną. Wstępne badanie wykazało, że oznaczanie wypływu cholesterolu z hodowanych komórek (pierwszy etap odwrotnego transportu cholesterolu) było ściślej skorelowane z grubością błony wewnętrznej tętnicy szyjnej i angiograficzną chorobą wieńcową w porównaniu z HDL-C31. W innym badaniu wykazano, że zdolność wypływu cholesterolu przewiduje zdarzenia ascvd32. Wyniki te zostały potwierdzone w dodatkowym dużym badaniu33, 34, ale zakwestionowane w innym badaniu34. HDL składa się z cząstek o różnej wielkości, składzie i funkcji35. Przypuszczalnie przynajmniej część funkcjonalnej heterogeniczności widma HDL tłumaczy się różnicami w jego proteomie i lipidomie36, 37. Ten aspekt biologii HDL jest obecnie przedmiotem intensywnych badań, które mogą przynieść owoce bardziej inteligentnego rozwoju leków.

rdzeń nekrotyczny nie jest jedyną zmianą składu wpływającą na wielkość i stabilność płytki. Zaawansowane płytki są również oznaczone obecnością kryształów cholesterolu. Co ciekawe, niektóre kryształy pochodzą z erytrocytów, których błony są najbogatsze w wolny cholesterol wśród wszystkich komórek w organizmie. Krwotok wewnątrzpłaszczyznowy okazał się istotnym czynnikiem przyczyniającym się do powiększenia rdzenia nekrotycznego38. Uważa się, że źródłem krwotoku są nieszczelne nowe naczynia włosowate, które naciekają płytkę nazębną, jako daremne próby neowaskularyzacji w odpowiedzi na niedotlenienie środowiska spowodowane zwiększonym obciążeniem uszkodzeń i makrofagami zapalnymi 39. Naczynia włosowate w obrębie płytki zwykle nie mają nienaruszonej błony podstawnej, są słabo stabilizowane przez otaczające perycyty i wykazują mniej niż ciasne połączenia śródbłonka, wszystkie czynniki prawdopodobnie odpowiedzialne za ich niezdolność do przechowywania zawartości.

makrofagowe pochłanianie kryształów cholesterolu lub tworzenie wewnątrzkomórkowych kryształów cholesterolu spowoduje destabilizację lizosomalną i uwolnienie katepsyny B do cytoplazmy, która aktywuje wielocząsteczkowy kompleks sygnałowy znany jako wiążący nukleotyd bogaty w leucynę, zawierający powtórzenia receptor pirynowy 3 (NLRP3) 40. Aktywacja stanu zapalnego NLRP3 powoduje wytwarzanie interleukiny-1 beta (IL-1β) i ostatecznie IL-6, w wyniku czego następuje wzmocnienie kaskady zapalnej 41. Należy podkreślić znaczenie tego odkrycia, ponieważ oferuje ono mechanistyczny związek między hipercholesterolemią a stanem zapalnym naczynia42. Znaczenie kryształów cholesterolu w komórkach piankowych wykracza poza jego zdolność do nasilenia stanu zapalnego. Krystaliczny cholesterol może również powodować pęknięcie płytki przez fizyczne zakłócenie włóknistego kap43.

Abela i Aziz44,45 i Kellner-Weibelet al.44,45 badało rolę krystalicznego cholesterolu w zaawansowanych zmianach miażdżycowych. Zaobserwowali, że krystalizacja cholesterolu może prowadzić do ostrych kryształów cholesterolu z potencjałem przenikania błon biologicznych. Postawiono hipotezę, że te kryształy cholesterolu mogą wywoływać pęknięcie płytki przez mechaniczną perforację zewnętrznych warstw blaszek miażdżycowych. Aby wesprzeć tę hipotezę, naukowcy wykorzystali skaningową mikroskopię elektronową do wykazania kryształów cholesterolu perforacji tętniczej intymnej u pacjentów, którzy zmarli z powodu ostrych zespołów wieńcowych46. Autorzy nie znaleźli przypadków perforacji kryształów cholesterolu u osób z ciężką miażdżycą, ale bez ostrych zdarzeń sercowych. Te pionierskie badania jako pierwsze sugerowały, że kryształy cholesterolu mogą powodować pękanie płytki nazębnej i uszkodzenia naczyń. Jednak, chociaż badania te są przekonujące, nie jest do końca jasne, czy kryształy cholesterolu są związane przyczynowo, lub są tylko obserwatorami, do pęknięcia płytki nazębnej.

niniejsza recenzja skupia się na eksperymentalnych modelach miażdżycy od wielu dziesięcioleci. Jednak kilka ortogonalnych linii dowodów wyraźnie ustaliło związek między lipidami a ASCVD. Począwszy od wizjonerskiego badania serca Framingham w 1948 r., liczne duże badania epidemiologiczne przeprowadzone na całym świecie dostarczyły wysoce powtarzalnych wyników47-51. Spójność epidemiologii była naprawdę oszałamiająca i sugerowała skojarzenie LDL-C Z ASCVD. Wykazanie przyczynowej roli LDL z ASCVD wyłoniło się z genetyki (rodzinna hipercholesterolemia, badania asocjacji w całym genomie i badania randomizacji Mendla). Osoby z genetycznie podwyższonym LDL – C są w grupie wysokiego ryzyka dla ASCVD, podczas gdy osoby z genetycznie niskim LDL-C są w wyjątkowo niskim ryzyku dla ASCVD. Wyniki dużych prospektywnych, podwójnie zaślepionych, randomizowanych, kontrolowanych placebo badań statyn dodatkowo wspierały pogląd, że LDL jest przyczynowy w ASCVD, chociaż wielu badaczy przez lata przypisywało korzyści ze statyn swoim” plejotropowym ” efektom52-57. Wyniki badania IMPROVE-IT (Improved Reduction of Outcomes: Vytorin effectiveness International Trial) ostatecznie stworzyły klin pomiędzy pewnością A wątpliwościami58. Biorąc wszystko pod uwagę, obecnie istnieją jednoznaczne dowody na to, że bogate w cholesterol lipoproteiny zawierające apoB są nierozerwalnie związane z ASCVD i są głównymi czynnikami tego procesu. Przez dwie i pół dekady statyny cieszyły się uprzywilejowanym statusem; były uważane za najskuteczniejszą klasę leków zmniejszających LDL – C i ASCVD, na które nie wpływały żadne dodatkowe leki. Badanie IMPROVE-IT zapoczątkowało nową erę, w której obniżanie LDL za pomocą środków nie zawierających statyn wykazało zdolność do zwiększania korzyści terapii statynami58. Przyniosło to nową energię do odkrycia nowych strategii obniżania poziomu cholesterolu. W ciągu ostatniej dekady badacze z powodzeniem połączyli genetyczne spostrzeżenia ze szlakami molekularnymi, umożliwiając szybki rozwój nowej klasy silnych leków obniżających LDL-C, inhibitorów konwertazy proproteinowej subtilisin-kexin typu 9 (PCSK9) 59-61. Środki te mają potencjał do przekształcenia redukcji ryzyka ASCVD, biorąc pod uwagę ich ogromną moc obniżania LDL62. Czy jest jednak prawdopodobne, że epidemia chorób układu krążenia zostanie zatrzymana przez środek obniżający LDL Zwykle rozpoczynany, gdy pacjent jest blisko lub miał już pierwsze zdarzenie niedokrwienne? Myślimy, że nie. Prawdziwa rewolucja w zapobieganiu i zarządzaniu ASCVD nadejdzie z narzędziami, które zabraniają rozwoju płytki nazębnej (potrzebne dużej liczbie stosunkowo młodych i zdrowych osób) i narzędziami, które wywołują regresję płytki nazębnej (potrzebne pacjentom z ustaloną chorobą). Narzędzia te mogą wpływać na procesy ciemieniowe, takie jak funkcja śródbłonka, reakcje zapalne, przeżycie makrofagów i wyjście oraz odpływ lipidów. W końcu, nic w literaturze nie przewiduje pojawienia się tych narzędzi w praktyce w najbliższym czasie.