ATEROSCLEROSI Am J. Pathology 143, 987-1002, 1993 Atherosclerosis: A defence mechanism gone awry RUSSELL ROSS La lesione aterosclerotica rappresenta una forma specializzata di risposta infiammatoria-fibroproliferativa a diversi tipi di insulti della parete arteriosa. Tale risposta ha caratteri protettivi. In 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 STRIA LIPIDICA foam cell SMC SMC SMC SMC SMC SMC SMC SMC SMC PLACCA FIBROSA foam cell cell. muscolare liscia fibre collagene SMC linfocita T foam cell apoptotica SMC SMC SMC lipidi extracellulari SMC SMC SMC SMC LESIONE COMPLICATA monocito linfocita T piastrine fibre collagene SMC foam cell cell. muscolare liscia in apoptosi foam cell apoptotica SMC lipidi extracellulari Calcificazioni emorragie intimali Neovascolarizzazione (angiogenesi) SMC SMC SMC Atrofia della media SMC APPROCCI PREVENTIVI E TERAPEUTICI Inizio lesione: eliminazione “cause” Stabilizzazione della placca Progressione della placca: inibizione formazione di placca “instabile” Complicanze trombotiche: riduzione fattori favorenti formazione di trombi Table 242-1. Risk Factors For Atherosclerosis Evidence for Factor Causality Hypercholesterolemia Strong Low HDLlevel Strong Modifiable Yes Yes Hypertension Male gender Diabetes mellitus Strong Strong Strong Yes No Possibly Family history of premature coronary artery disease High lipoprotein (a) level Cigarette smoking Post-menopausal state Strong No Strong Good Good Modestly Yes Possibly Hyperfibrinogenemia Hyperhomocysteinemia Good Good Possibly Yes Physical inactivity Obesity Angiotensin converting enzyme polymorphism Good Good Controversial Yes Yes No Comment Varies inversely with plasma triglyceride level Effectiveness of stringent glycemic control uncertain Premature onset before age 55 in firstdegree relative Skewed distribution (see text) Estrogen replacement therapy being evaluated Fibric acid derivatives may reduce Some patients respond to folate supplementation Homozygous deletion mutant associated with myocardial infarctions EVIDENZE DEL RUOLO DI ALTERAZIONI LIPIDICHE (DELLA COLESTEROLEMIA) NELLA PATOGENESI DELL’ATEROSCLEROSI • • • • • 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). apoproteina fosfolipide esterificato colesterolo libero trigliceridi intestino chilomicrone tessuti periferici microcircolo lipoproteinlipasi fegato VLDL IDL LDL CHILOMICRONI LDL/IDL VLDL HDL + b pre-b a - APO-A fegato LCAT Lecitina Colesterolo Acil Transferasi CETP HDL APO-A a-HDL PLTP CETP* pre-b-HDL VLDL/IDL PLTP APO-E LDL * Colesteryl Esther Transfer Protein Tessuti periferici APO-A ESPRESSIONE E FUNZIONI APOPROTEINE APOPROTEINA ESPRESSIONE APO-B100 VLDL-IDL-LDL APO-B48 Chilomicroni APO-A APO-C APO-E APO(a) HDL VLDL-IDL Chilomicroni VLDL-IDL-HDL Chilomocroni VLDL-IDL-LDL FUNZIONE Ligando per Recettore Strutturale/Ligando per Recettore(??) Attivatore di Enzima (aciltransferasi) Attivatore di Enzima (lipoprotein lipasi) Ligando per Recettore (??) Inibitore Fibrinolisi RECETTORI PER LIPOPROTEINE I. LDL-Receptor APO-E APO-B100 ubiquitario L’espressione è regolata II. LRP (LDL-Receptor Related Protein) APO-E ubiquitario L’espressione non è regolata III. Scavenger Receptors (SR) LDL “modificate” altri monociti/macrofagi SR-A L’espressione non è regolata LDL “modificate” HDL SR-B1 fegato; tessuti sintetizzanti ormoni steroidei LDL “modificate” altri SR-B2 mon./macr.; cells endoteliali; adipociti APO-B100 APO-E coated pit H+ Endosoma Riciclaggio Lisosomi Lisosoma secondario aminoacidi lipidi colesterolo Lisosoma secondario 3 aminoacidi lipidi - colesterolo NEOSINTESI 1 2 Inibizione HMGCoA REDuttasi Inbizione neosintesi Attivazione ACAT Accumulo esterificato NUCLEO basic helix-loop-helix leucin zipper SREBP cleavage activating protein sterol regulatory element-binding protein 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) Site 1 protease 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-colesterolo Gene 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-colesterolo Gene mutato: ApoB-100 III. IPERCOLESTEROLEMIA AUTOSOMICA RECESSIVA (AR): omozigote (<1/10.000.000)...470 mg/dl LDL-colesterolo Gene 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 VLDL (diminuita sintesi) acido nicotinico FEGATO Sali biliari FEGATO E TESSUTI PERIFERICI statine VIE BILIARI acetilCoA HMGCoAR* colesterolo *hydroxymethyl-glutaryl-CoA reductase colestiramina Nuovi farmaci inibitori dell’assorbimento di colesterolo colesterolo ezetimibe esteri dello stanolo LUME INTESTINO ABCG5/ABCG8 (Sitosterolemia) LUME CANALICOLO BILIARE ABCG5/ABCG8 (Sitosterolemia) 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) Classe di recettore e nome SR-A: •Macrophage Scavenger Receptor Type I •Macrophage Scavenger Receptor Type I SR-B: SR-BI (Recettore per HDL) SR-BII (CD36) Espressione Ligandi Monociti/macrofagi OxLDL, Altri Fegato, tessuti sintetizzanti ormoni steroidei HDL, OxLDL Leucociti, Piastrine Cell endoteliali, Adipociti OxLDL, trombospondina, cells apoptotiche Platt N and Gordon SJ. Clin. Invest. 108, 649, 2001 Binder CJ et al. Nature Medicine 8:1218, 2002 POSSIBILI MECCANISMI PRO-ATEROGENICI DI LDL OSSIDATE Componente di oxLDL Liso fosfatidil colina (PC) e altri fosfolipidi ossidati. Effetto *Aumentata adesività di monociti. Meccanismo *Aumentata espressione di molecole adesive su endotelio. *Aumenta transmigrazione di monociti e T cells. *Effetti diretti e secondari (aumentata produzione di chemochine da parte di endotelio). *Aumentata espressione di SR-A. *Attivazione di fattori di trascrizione (AP-1, ets). *Induzione di geni proinfiammatori *Attivazione di NFkB, AP-1 etc. acido 9-idrossieicosatetraenoico. *Aumentata espressione di CD36. APO-B modificata. *Aumentata formazione di foam cells. *Attivazione di PPAR *Aumentata internalizzazione di oxLDL. APO-B modificata e lipidi ossidati. * Induzione di risposta immunitaria umorale e cellulare. *Formazione di nuovi epitopi. Liso PC, colesterolo, ossisteroli. *Induzione di necrosi ed apoptosis. Formazione di cristalli di colesterolo, danni di membrana. Lipidi ossidati. * Aumentata attività procoagulante. Induzione di fattore tessutale, attivazione piastrinica “ “ “ SRB-BI esteri colesterolo FEGATO TESSUTI SINTETIZZANTI ORMONI STEROIDEI SR-BI APO-A SR-BI APO-E APO-A a-HDL Libby P Nature 420, 868, 2002 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. L’inattivazione di geni codificanti per proteine implicate nel reclutamento monocitario riduce lo sviluppo di Lesioni ateroscelrotiche in topi con inattivazione genica di APOE o LDL-R CX3C, CXCR2, CCR2 b chain MCP-1 X X X X X von Andrian UH and Mackay CR N Engl J Med 343, 1020, 2000 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 INATTIVATO I. EFFETTI SULLO SVILUPPO DELLA LESIONE POSSIBILE MECCANISMO geni implicati nell’ossidazione di lipoproteine 12/15 lipoossigenasi iNOS Riduzione marcata Riduzione Diminuita ossidazione lipoproteine di Riduzione marcata Riduzione Riduzione marcata Diminuita differenziazione Diminuita adesione Diminuita adesione e migrazione. II. geni implicati nella transmigrazione di monociti M-CSF P e E-selectin MCP-1 o CXCR2 GENE INATTIVATO III. POSSIBILE MECCANISMO geni implicati nella formazione di foam cells SR-A CD36 EFFETTI SULLO SVILUPPO DELLA LESIONE Riduzione Riduzione marcata Diminuita di OxLDL internalizzazione IV. geni implicati nella regolazione di risposte macrofagiche. recettore per IFN- Riduzione IL-10 Aumento PPAR Aumento V. Ridotta attivazione dei macrofagi Eccessiva attivazione dei macrofagi Eccessiva attivazione dei macrofagi e aumentata formazione di foam cells geni implicati nella regolazione del metabolismo di lipoproteine e di colesterolo APO-A1 Aumento SR-B1 Aumento Iperespressione di CETP Aumento Diminuita formazione di HDL e trasporto inverso di colesterolo Diminuita assunzione di HDL da parte del fegato Eccessivo trasferimento di colesterolo a IDL/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 Forte evidenza di causalità Ipercolesterolemia Ipertensione Buona evidenza di causalità Ridotta espressione LDL-R, Aumento LDL circolanti, Aumentata probabilità ossidazione e deposito nell’intima 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 Elevati livelli di lipoproteina (a) Fumo da sigaretta Stato postmenopausale Alterazioni recettori per LDL, Alterazioni Apoproteine, Neosintesi ed eliminazione colesterolo (??) Aumentate complicanze trombotiche Alterazioni endoteliali ed aumentata ossidazione LDL 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 Iperomocisteinemia Ipertensione ealterazioni metaboliche Alterazioni endoteliali