PMC

det har gått över ett sekel sedan ”kolesterolhypotesen” för patogenesen av ateroskleros lades fram1,2. Under de följande decennierna lärde vi oss att de viktigaste källorna till kolesterol i patogenesen av ateroskleros är apolipoprotein B (apoB)-lipoproteiner från plasma. När man betraktar totaliteten av bevisen – från epidemiologi, genetik (inklusive Mendelian randomiseringsstudier), cellbiologi, experimentella modeller och randomiserade kontrollerade kliniska prövningar—är den grundläggande rollen för kolesterolrika apoB-innehållande lipoproteiner i aterosklerotisk kardiovaskulär sjukdom (ASCVD) nu allmänt hållen som bevisad, central och orsakande. Lågdensitetslipoprotein (LDL) är den främsta drivkraften för initiering och progression av aterosklerotisk plaque3. Faktum är att bekräftelsen av en direkt koppling mellan plasmakolesterol på apobinnehållande lipoproteiner och ateroskleros har lett till en av de största framstegen inom modern medicin: upptäckten och utvecklingen av statiner.

den grundläggande rollen för kolesterolrika apoB-innehållande lipoproteiner i uppkomsten av ateroskleros kan inte överdrivas. Dessa aterogena lipoproteiner innefattar chylomikronrester, mycket lågdensitetslipoprotein (VLDL), mellandensitetslipoprotein, LDL och lipoprotein(A). ApoB är ett stort protein som omsluter ytan av aterogena lipoproteiner som en makromolekylär ställning för att ge strukturell integritet. ApoB-molekylen, närvarande i en definierad stökiometri, en enda kopia per partikel, tjänar också som en ligand för LDL-receptormedierad clearance. LDL är det vanligaste atherogena lipoproteinet i det fastande blodet och den mest framträdande drivkraften för cirkulerande kolesterol i artärväggen. Monteringsbevis visar emellertid att de flesta apobinnehållande lipoproteiner (upp till ca 70 nm i diameter), förutom fullformade chylomikroner och stor VLDL, kan främja plackbildning4.

Även om ApoB-innehållande lipoproteiner krävs för aterogenes, är de inte den enda kraften i spel, och flera andra humorala och parietala faktorer behövs för att initiera och upprätthålla den arteriella degenerationsprocessen på generellt reproducerbara och geografiskt begränsade platser inom artärträdet. Dessa platser är icke-slumpmässiga och konditioneras av hemodynamiska parametrar, såsom låg skjuvspänning och icke-pulserande eller icke-laminärt flöde5. Dessa störningar i koronarflödesegenskaper är relaterade till kärlträdets topografi och finns i områden med förgrening och ökad kärlkurvatur6. Även om hemodynamiska egenskaper spelar en viktig roll i platsspecificiteten hos aterosklerotiska lesioner, är de i sig inte ansvariga för initieringen av ateroskleros. Snarare inducerar dessa hemodynamiska faktorer specifika koronarsegment och deras genuttrycksprofil att differentiellt interagera med systemiska faktorer, vilket resulterar i mottaglighet för ateroskleros vid specifika platser7. Dessa lokala koronära hemodynamiska faktorer och flödesegenskaper är i sig kopplade till endotelfunktion, inflammation och den efterföljande utvecklingen av ateroskleros5. Den låga skjuvspänningen och stört flöde spelar en viktig roll vid initiering och förökning av ateroskleros via aktivering av endotelceller och uppreglering av vidhäftningsmolekyler på deras yta. Dessa vidhäftningsmolekyler underlättar rekryteringen av cirkulerande inflammatoriska celler till subendotelialrymden8. Dessutom kan samma faktorer förändra endotelfunktionen på ett sätt som försämrar ateroprotektiva funktioner. Matrisproliferation, och därmed en ökad affinitet för LDL-retention vid dessa ställen,bidrar sannolikt till deras förbättrade mottaglighet för ateroskleros7, 9.

som nämnts ovan tränger apoB-innehållande lipoproteiner i plasma in i endotelcellens foder i artärväggen i mottagliga områden med icke-laminärt flöde och går in i det intima utrymmet där de kan fångas genom interaktion mellan de positivt laddade resterna (arginin och lysin) på apoB med de negativt laddade sulfatgrupperna av subendoteliala proteoglykaner 10,11. Medan LDL fångas i den extracellulära matrisen kan LDL-receptorer (Ldlr) på skumceller känna igen nativ eller minimalt modifierad LDL (MM-LDL), oxiderad LDL utan omfattande proteinmodifiering12. Medan apobinnehållande lipoproteinretention i artärväggen initialt är relaterad till direkt bindning av LDL till proteoglykanglykosaminoglykankedjor, infiltrering av intima av makrofager som utsöndrar överbryggande molekyler, såsom lipoproteinlipas, utlöser en övergång till indirekt bindning av apobinnehållande lipoproteiner. Dessa överbryggande molekyler arbetar tillsammans i synk med andra proaterogena modifieringar av den extracellulära matrisen och LDL, vilket kulminerar i förbättrad retention av aterogena lipoproteiner13. När oxidationen av lipoproteinet blir djupare minskar dess affinitet för LDLR, men dess förmåga att komma in i celler ökar faktiskt på grund av verkan av scavenger-receptorer såsom scavenger receptor-A (SRA) och CD3614. Till skillnad från LDLR är scavenger-receptorer inte föremål för återkopplingsreglering av cellulära kolesterolnivåer; således kan arteriella makrofager internalisera oreglerade mängder kolesterolester och så småningom omvandlas till skumceller15,16. Denna brist på återkopplingsreglering höjer den kvantitativa betydelsen av rensningsreceptorn över den för LDLR när det gäller mängden kolesterolupptag av arteriella makrofager. Intressant är att triglyceridrika apobinnehållande lipoproteiner (det vill säga rester) inte kräver oxidativ modifiering för att erkännas och massivt tas upp av arteriella makrofager. Dessutom uppmuntrar dessa kvarvarande lipoproteiner ett djupare inflammatoriskt svar än LDLs17. Debatten om den relativa aterogena potentialen hos LDL jämfört med andra apoB-innehållande lipoproteiner rasar på och förblir olöst. Man måste emellertid komma ihåg att, eventuellt med undantag för allvarlig familjär hyperkolesterolemi, etiologin för aterogenes hos den typiska personen återspeglar mer ackumuleringen av kvarvarande lipoproteiner än den för ren, triglyceridutarmad LDL. Detta är känt som den postprandiala hypotesen om aterogenes, först formulerad för nästan 70 år sedan18–20.

Även om mest uppmärksamhet har fokuserats på rollen av oxiderad LDL i skumcellbildning, är det också viktigt att överväga att icke-oxiderade, modifierade former av LDL (små täta, elektronegativa och särskilt desialylerade) har varit inblandade i aterogenes också21.

Kolesterolbelastade skumceller aktiverar ett genuttrycksprogram som förstärker inflammatoriska vägar och inducerar produktion av olika proteaser (till exempel kollagenaser, elastaser och katepsiner)22. Kumulativt har detta effekten av att rekrytera fler monocyter i koronar intima och att öppna passager för ankomsten av glatta muskelceller från media23. Den nuvarande uppfattningen av denna process ser det initiala svaret på subendotelial retention av lipoproteiner som ett lämpligt och uppmätt försök att rensa oönskade och farliga skräp från artärväggen. I slutändan blir emellertid det efterföljande kroniska inflammatoriska svaret maladaptivt vid avancerad ateroskleros till stor del på grund av förändrat beteende hos arteriella fagocyter som ligger till grund för defekter i inflammationslösning24. På grund av lipidbelastningen förlorar vaskulära skumceller den rörlighet som är typisk för inflammatoriska celler och kan inte gå ut ur artärväggen. Dessutom, under de tidiga stadierna av plackutveckling, tas apoptotiska celler upp av andra fagocyter i en process som kallas efferocytos och rensas effektivt. Ateroskleros i sent stadium kännetecknas emellertid av defekt efferocytos vilket leder till ett ökat inflammatoriskt svar, nekrotisk kärnexpansion och plackprogression. Makrofagnekros leder till ett ännu mer framträdande inflammatoriskt svar i en självförstärkande cykel.

som diskuterats hittills är apoB-innehållande lipoproteiner i sig kopplade till initiering, utveckling och förökning av ateroskleros. Å andra sidan ses högdensitetslipoprotein (HDL) som anti-atherogent på grund av dess roll i cellulär kolesterolextraktion och omvänd kolesteroltransport. Djurförsök som involverar transplantation av aterosklerotiska aortasegment i normolipidemiska värdar visar minskningar av makrofaginnehållet i den transplanterade aorta25. Dessutom överdrivs detta svar av överuttryck av apolipoprotein A1 (apoA-I) i mottagaren26. Men nya insikter i HDL-biologi ger en mer komplex historia. Även om inriktning på LDL-kolesterol (LDL-C) har haft fantastiska resultat, är det oroande att interventioner som riktar sig mot HDL-kolesterol (HDL-C) inte har gett nytta, med tanke på att den epidemiologiska föreningen för HDL-C och ASCVD är minst lika stark som för LDL–C27-29. Som det visar sig kan HDL-C, ett statiskt mått på cellulärt kolesterol som bärs av plasma HDL, vara en dålig surrogat för de viktigaste biologiska aktiviteterna i HDL. Även om HDL utför otaliga icke-redundanta funktioner som sträcker sig bortom lipidmetabolism (till exempel anti-oxidativ, Anti-blodplätt, antiinflammatorisk och anti-apoptotisk egenskaper), kan dess roll i omvänd kolesteroltransport vara dess viktigaste med avseende på att mildra plackutveckling, sårbarhet och (i slutändan) katastrofala aterosklerotiska händelser (Figur 1)30. I det avseendet kan ett dynamiskt mått på HDL-funktion förbättra dess prognostiska förmåga. En initial undersökning avslöjade att analys av kolesterolutflöde från odlade celler (det första steget i omvänd kolesteroltransport) var närmare korrelerat med carotid intima media tjocklek och angiografisk kranskärlssjukdom jämfört med HDL-C31. En annan studie visade att kolesterolutflödeskapacitet förutsäger incident ASCVD-händelser32. Dessa resultat har validerats i en ytterligare stor studie33,34 Men utmanas i another34. HDL består av partiklar som varierar i storlek, sammansättning och funktion35. Förmodligen förklaras åtminstone en del av HDL-spektrumets funktionella heterogenitet av skillnader i dess proteom och lipidom36,37. Denna aspekt av HDL-biologi är ett aktuellt fokus för intensiv undersökning som kan bära frukten av mer intelligent läkemedelsutveckling.

den nekrotiska kärnan är inte den enda kompositionsförändringen som påverkar plackstorlek och stabilitet. Avancerade plack markeras också av närvaron av kolesterolkristaller. Intressant är att några av kristallerna härrör från erytrocyter, vars membran är de rikaste i fritt kolesterol bland alla celler i kroppen. Intraplaque blödning har uppstått som en signifikant bidragande faktor till utvidgningen av den nekrotiska kärnan38. Källan till blödning tros uppstå från läckande nya kapillärer som infiltrerar plack som meningslösa neovaskulariseringsförsök som svar på en hypoxisk miljö skapad av ökad lesionsbörda och inflammatoriska makrofager39. Kapillärerna i plack saknar vanligtvis ett intakt källarmembran, stabiliseras dåligt av omgivande pericyter och visar mindre än täta endotelkorsningar, alla faktorer som sannolikt är ansvariga för deras oförmåga att hålla innehållet.

makrofag uppslukning av kolesterolkristaller orde novo bildning av intracellulära kolesterolkristaller kommer att inducera lysosomal destabilisering och frisättning av katepsin B till cytoplasman, vilket aktiverar ett multimolekylärt signalkomplex som kallas den nukleotidbindande leucinrika upprepade innehållande pyrinreceptor 3 (NLRP3) inflammasome40. Aktivering av NLRP3-inflammasomen resulterar i caspase-1-medierad produktion av interleukin-1 beta (IL-1 msk) och slutligen IL-6, vilket förstärker den inflammatoriska kaskaden41. Betydelsen av denna upptäckt måste betonas, eftersom den erbjuder ett mekanistiskt samband mellan hyperkolesterolemi och vaskulär inflammation42. Betydelsen av kolesterolkristaller i skumceller sträcker sig utöver dess förmåga att öka inflammation. Kristallint kolesterol kan också provocera plackbrott genom fysisk störning av det fibrösa kapseln43.

Abela och Aziz44, 45 och Kellner-Weibelet al.44,45 undersökte rollen av kristallint kolesterol i avancerade aterosklerotiska lesioner. De observerade att kristallisering av kolesterol kan resultera i skarpa kanter kolesterolkristaller med potential att penetrera biologiska membran. De antog att dessa kolesterolkristaller kunde inducera plackbrott genom mekanisk perforering av de yttre skikten av aterosklerotiska plack. För att stödja denna hypotes använde de svepelektronmikroskopi för att demonstrera kolesterolkristaller som perforerade den arteriella intima hos patienter som hade dött av akuta koronarsyndrom46. Författarna fann inga fall av kolesterolkristallperforering hos personer med svår ateroskleros men utan akuta hjärthändelser. Dessa banbrytande studier var de första som tyder på att kolesterolkristaller kan utlösa plackstörningar och kärlskada. Men även om dessa studier är övertygande är det inte helt klart om kolesterolkristaller är kausalt kopplade eller bara är åskådare till plackbrott.fokus för denna översyn har varit på experimentella modeller av ateroskleros som spänner över många decennier. Men flera ortogonala bevislinjer har nu tydligt fastställt sambandet mellan lipider och ASCVD. Från och med den visionära Framingham Heart Study 1948 gav många stora epidemiologiska studier som utfördes runt om i världen mycket reproducerbara resultat47–51. Konsistensen av epidemiologin var verkligen fantastisk och föreslog föreningen av LDL-C med ASCVD. Demonstration av LDL: s kausala roll med ASCVD framkom av genetik (familjär hyperkolesterolemi, genomövergripande associeringsstudier och Mendeliska randomiseringsstudier). Individer med genetiskt förhöjd LDL-C löper hög risk för ASCVD, medan individer med genetiskt låg LDL-C har utsökt låg risk för ASCVD. Resultaten av de stora prospektiva, dubbelblinda, randomiserade, placebokontrollerade statinmega-studierna stödde vidare uppfattningen att LDL är kausal i ASCVD, även om många utredare i åratal tillskrivit fördelarna med statiner till deras ”pleiotropa” effekter52–57. Resultaten av IMPROVE-IT-studien (förbättrad reduktion av resultat: Vytorin Efficacy International Trial) skapade äntligen en kil mellan säkerhet och tvivel58. Med alla saker i åtanke finns det nu otvetydiga bevis för att kolesterolrika apobinnehållande lipoproteiner är oupplösligt kopplade till ASCVD och är de viktigaste drivkrafterna för denna process. Under två och ett halvt decennium hade statiner en privilegierad status; de ansågs vara den mest effektiva klassen av läkemedel för att minska LDL-C och ASCVD-händelser som inga ytterligare läkemedel påverkade resultaten. Förbättra-det-försöket inledde den nya eran där LDL-sänkning med icke-statinmedel har visat förmågan att lägga till fördelarna med statinterapi58. Detta har fört in förnyad energi för upptäckten av nya kolesterolsänkande strategier. Under det senaste decenniet har utredare framgångsrikt kopplat genetiska insikter till molekylära vägar, vilket möjliggör snabb utveckling av en ny klass av potenta LDL-C-sänkande läkemedel, proproteinkonvertas subtilisin-kexin typ 9 (PCSK9) hämmare59–61. Dessa medel har potential att omvandla ASCVD-riskreduktion med tanke på deras enorma LDL-sänkande effekt62. Men är det troligt att epidemin av hjärt-kärlsjukdom kommer att stoppas av ett LDL-sänkande medel som vanligtvis startas när patienten är nära eller redan har haft den första ischemiska händelsen? Vi tror inte. Den verkliga revolutionen i förebyggande och hantering av ASCVD kommer med verktyg som förbjuder plackutveckling (behövs av ett stort antal relativt unga och friska individer) och verktyg som inducerar plackregression (behövs av patienter med etablerad sjukdom). Dessa verktyg kommer sannolikt att påverka parietala processer, såsom endotelfunktion, inflammatoriska svar, makrofagöverlevnad och utträde och lipidutflöde. Vid sista kontrollen förutspår ingenting i litteraturen ankomsten av dessa verktyg i praktiken när som helst snart.