Heart failure biomarkers: The importance of cardiac specificity Piek, Arnold
DOI:
10.33612/diss.146698618
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date: 2020
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Piek, A. (2020). Heart failure biomarkers: The importance of cardiac specificity. University of Groningen. https://doi.org/10.33612/diss.146698618
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Appendix
Appendix 1: Dutch Summary
Appendix 2: Curriculum Vitae
Appendix 3: Acknowledgements
A
APPENDIX 1: SAMENVATTING EN DISCUSSIE
In de verschillende studies beschreven in dit proefschrift worden biomarkers van hartfalen op drie verschillende niveaus onderzocht: 1) Biologische eigenschappen van biomarkers, 2) Klinische toepassingen voor nieuwe biomarkers, en 3) Biomarkers als aangrijpingspunt voor farmacologische behandelingen. De meeste van de voorheen uitgevoerde onderzoeken in het biomarkerveld zijn uitgevoerd in patiëntencohorten. Met dit soort klinische studies kun je op een goede en betrouwbare manier de diagnostische en prognostische waarde van nieuwe biomarkers onderzoeken, vooral wanneer deze nauwgezet en volgens een vast stramien worden uitgevoerd zoals werd voorgesteld in een wetenschappelijke verklaring van de American Heart Association (AHA)1. Maar wanneer biomarkers alleen worden onderzocht in plasmasamples afkomstig van mensen kunnen niet alle vragen naar behoeven worden beantwoord. Zo blijft er onder andere sprake van veel onduidelijkheid met betrekking tot de biologische eigenschappen van biomarkers, het type weefsel dat de biomarkers produceert en in welke mate ze specifiek zijn voor het orgaan en/of de ziekte waarnaar men onderzoek doet. Deze onzekerheden verklaren voor een groot deel waarom het onderzoeksveld dat biomarkers van hartfalen beschrijft slechts geringe vooruitgang heeft geboekt ondanks de inspanningen van vele onderzoekers. Ook verklaart het mede waarom slechts maar twee biomarkers, namelijk natriuretische peptiden en troponinen, ook daadwerkelijk een klinische toepassing hebben gekregen2,3. Door biomarkers naast alleen in plasmasamples van cohorten met patiënten met hartfalen ook te onderzoeken met behulp van bioinformatica en diermodellen van hartfalen hebben wij getracht meer inzicht te verkrijgen in de cardiale specificiteit en weefselorigine van biomarkers van hartfalen.
Plasmabiomarkers voor myocardiale fibrose in hartfalen
Idealiter reflecteert de concentratie van een bepaalde hartfalenbiomarker een specifiek pathologisch proces in het myocard dat plaatsvindt net voor of gedurende de ontwikkeling van het ziektebeeld hartfalen. Myocardiale fibrose is een belangrijk pathologisch proces in het ontstaan van cardiale remodellering. De zoektocht naar een biomarker die de ernst van dit proces reflecteert en/of het onderscheid kan maken tussen verschillende typen fibrose is nog steeds bezig. In hoofdstuk 2 wordt de huidige literatuur met betrekking tot myocardiale fibrose samengevat om zo meer inzicht te krijgen in dit onderwerp. Voor het hart is fibrose een belangrijk mechanisme om weerstand te kunnen bieden tegen een toename in stress. Het is bijvoorbeeld zeer belangrijk voor het behoud van myocardiale integriteit na een myocardinfarct en het helpt om weerstand te bieden tegen toegenomen rek op het myocard ten tijde van hypertensie. Hoewel deze functies van fibrose als positief omschreven zouden kunnen worden, heeft het echter ook enkele nadelige eigenschappen voor het myocard. Zo zorgt fibrose voor een toename van de wandstijfheid van het hart, kan het een trigger zijn voor aritmie en beperkt het de zuurstoftoevoer naar het myocard. Dit kan leiden tot een toename van de stress in de nog gezonde delen van het hart en dit resulteert vervolgens weer in pathologische hypertrofie van cardiomyocyten en kan uiteindelijk ook leiden tot het
222
afsterven van cardiomyocyten. De ruimte die afgestorven cardiomyocyten achterlaten moet worden opgevuld met fibrose, ook wel ‘replacement fibrosis’ genaamd, en dit is van belang voor het behoud van de integriteit en stevigheid van het myocard. Echter, deze ‘replacement fibrosis’ zorgt ook weer voor een toename in myocardiale stress. Kortom, er lijkt sprake te zijn van een vicieuze cirkel van myocardiale fibrose en celdood. De stoffen die betrokken zijn bij celdood van cardiomyocyten of bij de vorming van fibrose zijn niet alleen aanwezig op lokaal niveau, maar komen misschien ook in de circulatie terecht en kunnen in dat geval mogelijk fungeren als plasmabiomarkers. Als cardiomoycten afsterven, bijvoorbeeld ten gevolge van een myocardinfarct, dan komen hartspecifieke troponinen vrij uit deze cardiomyocyten en deze zijn meetbaar in het bloedplasma4. Omdat de afgestorven cardiomyocyten, zoals hiervoor al reeds beschreven, vervangen moeten worden door fibrose zullen de concentraties van circulerende troponinen niet alleen geassocieerd zijn met de mate van celdood in het myocard en de grootte van het infarct5-7 maar waarschijnlijk ook met de hoeveelheid ‘replacement fibrosis’. Ook andere stoffen die direct betrokken zijn bij de vorming van fibrose zouden als biomarker kunnen dienen voor deze processen. Voorbeelden van mogelijke kandidaten zijn bijvoorbeeld galectin-3 (Gal-3) en soluble suppression of tumorigenicity 2 (sST2). Studies in diermodellen van hartfalen laten zien dat zowel Gal-3 als sST2 een rol spelen in de vorming van myocardiale fibrose en uit onderzoeken uitgevoerd in plasmasamples van patiënten met hartfalen blijkt dat de concentraties van deze twee eiwitten een correlatie vertonen met de ernst en de ziekteprognose van deze patiënten8-12. Deze markers worden inmiddels ook genoemd in de richtlijnen voor het behandelen van hartfalen, maar hun klinische waarde staat tot op de dag vandaag nog ter discussie2,3.
Daarom hebben we in hoofdstuk 3 een mogelijke derde kandidaat onderzocht. Het betrof hier het eiwit human epididymis protein 4 (HE4). HE4 is betrokken bij de vorming van fibrose13-15. Patiënten met acuut hartfalen hebben hogere plasmaconcentraties van HE4 en de plasmaconcentraties van HE4 in deze patiënten zijn tevens geassocieerd met de ernst en de prognose van het hartfalen16. In de klinische studie die wordt beschreven in dit hoofdstuk is HE4 onderzocht in patiënten met chronisch hartfalen. De plasmaconcentraties van HE4 van patiënten met chronisch hartfalen bleken hoger te zijn in vergelijking met de controlegroep welke bestond uit op voor de hartfalenpopulatie op leeftijd en geslacht gematchte gezonde individuen. HE4-concentraties toonden een onafhankelijke associatie met de prognose van het hartfalen (gecombineerd eindpunt van mortaliteit of hospitalisatie ten gevolge van hartfalen). Daarnaast werd een correlatie gezien tussen plasmaconcentraties van HE4 en meerdere eiwitten die geassocieerd zijn met de vorming van fibrose en dit zet de eerdere suggestie dat HE4 een rol zou spelen in fibrose extra kracht bij. Er werd daarnaast ook een duidelijke associatie gezien tussen plasmaconcentraties van HE4 en nierfunctie. Deze associatie met nierfunctie werd ook al geobserveerd in verscheidene andere studies17-20. Gebaseerd op diermodellen van nierfalen werd HE4 al eens een rol in de vorming van nierfibrose toegedicht15,21. Omdat hartfalen en een verminderde
A
nierfunctie vaak gelijktijdig voorkomen zou dit mogelijk ook kunnen verklaren waarom de plasmaconcentraties van HE4 waren verhoogd in deze hartfalenpopulatie. HE4 is niet alleen geassocieerd met nierfunctiestoornissen maar ook met verscheidene andere aandoeningen als ovariumkanker en longkanker22,23. De cardio-oncologie heeft de laatste tijd veel aandacht gekregen in de literatuur en daarom is het interessant dat verhoogde concentraties van HE4 worden gezien in patiënten met hartfalen maar ook in patiënten met bepaalde oncologische aandoeningen. De meeste theorieën in dit onderzoeksveld zijn gebaseerd op het feit dat zowel cardiovasculaire aandoeningen als oncologische aandoeningen dezelfde risicofactoren hebben, zoals roken, het dieet, obesitas, diabetes, hypertensie, alcoholgebruik en inflammatoire status24. Het eerste bewijs voor het bestaan van een cardio-oncologische as werd verschaft aan de hand van de resultaten van een uitgebreid dierexperiment waarin werd aangetoond dat de aanwezigheid van een falend hart de groei van perifere tumoren bevordert via gesecreteerde factoren25. De factoren α-1-antichymotrypsine (Serpin A3), fibronectine, paraoxonase 1 (PON-1), ceruloplasmine en α-1-antitrypsine (Serpina A1) werden geïdentificeerd als mogelijke tumorgroeistimulerende factoren. Onze analyses lieten zien dat HE4 vooral een associatie laat zien met nierfunctie. Daarnaast laat nog niet gepubliceerde data zien dat in een muismodel van cardiale drukbelasting (transverse aortic constriction (TAC)) de expressie van het gen coderend voor HE4 niet was toegenomen. Het is daarom niet waarschijnlijk dat verhoogde uitscheiding van HE4 in hartfalen kan zorgen voor het beïnvloeden van perifere tumorgeassocieerde processen. Desalniettemin wekt het feit dat de plasmaconcentraties van HE4 zijn verhoogd in zowel de patiënten met hartfalen als de patiënten met bepaalde oncologische aandoeningen de suggestie dat er sprake is van de aanwezigheid van soortgelijke ziekteprocessen in deze aandoeningen of dat er sprake is van homologie tussen deze ziektebeelden. Als laatste is het belangrijk om op te merken dat slechts 0.1 % van genexpressie van HE4 van het gehele lichaam is gelokaliseerd in het hart. Ondanks dat er associaties bestaan tussen HE4 met cardiovasculaire syndromen als hartfalen kunnen we derhalve concluderen dat HE4 niet een hartspecifieke biomarker is.
De cardiale specificiteit van biomarkers van hartfalen
Dat HE4 niet alleen een associatie laat zien met hartfalen maar ook met meerdere andere aandoeningen en als biomarker dus niet specifiek is voor één specifieke ziekte geldt mogelijk ook voor andere biomarkers van hartfalen. Daarom hebben we in hoofdstuk 4 de huidige literatuur over nieuwe biomarkers van hartfalen samengevat en hierbij gefocust op cardiale specificiteit. Zoals hiervoor ook al werd beschreven zijn eiwitten en andere substanties die betrokken zijn bij pathofysiologische processen (bijvoorbeeld cardiale remodellering, endothele dysfunctie, cardiale strain, hypertrofie en fibrose) interessant omdat ze mogelijk kunnen fungeren als biomarkers van hartfalen. Het is echter ook zo dat niet-cardiale aandoeningen ook worden gekarakteriseerd door deze processen, waarbij met name fibrose en inflammatie de belangrijkste voorbeelden zijn van processen die in zeer veel ziektebeelden terug te vinden zijn. Het is daarom goed mogelijk dat de plasmaconcentraties van deze eiwitten en substanties niet alleen zijn verhoogd in patiënten met hartfalen maar
224
ook in patiënten met niet-cardiale aandoeningen of ten gevolge van comorbiditeiten van hartfalen. Daarnaast lijkt het ook niet onwaarschijnlijk dat deze eiwitten naast in het hart ook tot expressie komen in meerdere andere organen en weefsels wat hun cardiale specificiteit en ziektespecificiteit niet ten goede komt. De uitgebreide literatuurstudie die is verricht bij de totstandkoming van dit hoofdstuk liet zien dat de meeste nieuwe biomarkers van hartfalen niet alleen zijn geassocieerd met hartfalen maar ook met andere aandoeningen en/of organen. Op basis hiervan stelden wij de hypothese dat dit een belangrijke complicerende factor is voor het vinden van een klinische toepassing voor deze biomarkers omdat ze niet hartspecifiek en niet ziektespecifiek blijken te zijn. Het is daarom belangrijk dat, naast het bepalen van de klinische waarde met behulp van patiëntencohorten bestaande uit patiënten met hartfalen, potentiële nieuwe biomarkers van hartfalen standaard te onderwerpen aan een reeks preklinische analyses. Dit soort studies bieden de mogelijkheid tot het doen van uitgebreide moleculaire analyses, het bepalen van de totale expressie van de biomarker in het gehele lichaam en het bepalen van de cardiale specificiteit. Daarnaast maken deze studies het mogelijk om de directe correlatie tussen de plasmaconcentraties van de marker enerzijds en de cardiale functie en mate van cardiale remodellering anderzijds te bepalen. Op basis van alleen klinische studies is dit niet vast te stellen omdat samples van weefsels en organen, waaronder ook cardiale samples, meestal niet beschikbaar zijn. Daarnaast is het een groot voordeel dat dierstudies worden uitgevoerd in een gereguleerde en reproduceerbare setting. Bovendien zijn diermodellen over het algemeen ‘schone’ modellen waarbij de observaties niet worden vertroebeld door de leeftijd van de subjecten, het gebruik van medicatie, de aanwezigheid van comorbiditeiten en de invloed van niet-cardiale aandoeningen. De belangrijkste les die volgens ons getrokken moet worden uit dit hoofdstuk is dat het zeer waarschijnlijk is dat een gebrek aan cardiale specificiteit een belangrijke verklaring kan zijn voor het feit dat de meeste nieuwe biomarkers van hartfalen geen toegevoegde klinische waarde lijken te hebben.
Deze hypothese werd verder onderzocht in hoofdstuk 5. Dit hoofdstuk beschrijf een studie waarin de preklinische benadering zoals beschreven in het vorige hoofdstuk is toegepast om te bepalen in welke weefsels en/of organen biomarkers van hartfalen worden geproduceerd. Een uitgebreide dierstudie werd verricht waarbij gebruik werd gemaakt van drie verschillende muismodellen van hartfalen. Dit betrof een model dat een hartinfarct representeert, een TAC-model dat een situatie van cardiale drukbelasting simuleert en een obesitas/hypertensie muismodel dat wordt gekarakteriseerd door kenmerken van hartfalen met behouden ejectiefractie (heart failure with preserved ejection fraction, HFpEF). Er werden in totaal vier biomarkers van hartfalen onderzocht in deze muismodellen, namelijk Gal-3, growth differentiation factor-15 (GDF-15), tissue inhibitor of metalloproteinase-1 (TIMP-1) en atriaal natriuretisch peptide (ANP). Al deze makers zijn al uitgebreid onderzocht in de klinische setting. Deze studies lieten zien dat de plasmaconcentraties van deze biomarkers een duidelijke associatie vertonen met de ernst en prognose van hartfalen12,26-28 en een rol spelen in cardiale remodellering11,29,30. De resultaten van deze preklinische studie
A
laten zien dat de genexpressie en eiwitexpressie van deze eiwitten in het hartweefsel van falende harten is verhoogd. Echter, dit leidde niet per definitie tot een verandering in de plasmaconcentraties van Gal-3, GDF-15 en TIMP-1. Daarmee kan worden geconcludeerd dat de plasmaconcentraties van deze eiwitten niet een directe associatie vertonen met hoe zwaar het hart het heeft of met de mate van cardiale remodellering van het hartweefsel. Ook zagen we dat Gal-3, GDF-15 en TIMP-1 zeer hoog tot expressie kwamen in verscheidene andere organen en weefsels. Hierbij hadden comorbiditeiten van hartfalen als longcongestie en obesitas een duidelijk effect op de concentraties van deze eiwitten in het bloedplasma. ANP werd wel gekarakteriseerd door een hoge mate van cardiale specificiteit. De plasmaconcentraties van ANP waren sterk gecorreleerd met de cardiale productie van dit eiwit en we vonden een sterke inverse relatie met cardiale functie. In Figuur 1 (zie blz. 205) zijn de resulaten van deze studie op een schematische manier weergegeven. De resultaten onderbouwen de hypothese dat cardiale specificiteit een belangrijke eigenschap is van een biomarker van hartfalen. Daarnaast onderschrijft deze studie het belang van preklinisch onderzoek omdat het belangrijke informatie kan verschaffen over het biologische profiel van biomarkers. De diermodellen van hartfalen gebruikt in deze studie gaven ons de mogelijkheid om specifiek de cardiale bijdrage aan de plasmaconcentraties van de onderzochte biomarkers te bepalen. De verhoogde plasmaconcentraties van Gal-3, GDF-15 en TIMP-1 die vaak worden gezien in klinische cohortstudies met hartfalenpatiënten zijn zeer waarschijnlijk het gevolg van een verhoogde productie van deze markers in niet-cardiale organen. Comorbiditeiten en de perifere effecten van het ziektebeeld hartfalen spelen hierin waarschijnlijk een belangrijke rol. Op basis van onze studie kan worden geconcludeerd dat het, behalve voor ANP, niet mogelijk is om de plasmaconcentraties van de in deze studie onderzochte biomarkers direct te correleren aan de mate van cardiale remodellering. In de literatuur zijn studies te vinden die deze uitspraken ondersteunen. Zo werden er bijvoorbeeld geen verschillen gezien in de plasmaconcentraties van de marker Gal-3 voor en na harttransplantatie31 terwijl het beoogde Gal-3-producerende orgaan (het falende hart) in zijn geheel was vervangen door een nieuw hart. Een ander voorbeeld is een studie waarin plasmaconcentraties van verscheidene biomarkers werden onderzocht in patiënten voor en na implantatie van een left ventricular assistance device (LVAD). Plasmaconcentraties van onder andere Gal-3, sST2 en GDF-15 daalden nadat een LVAD was geïmplanteerd. Echter, dit was ook het geval voor de niet-specifieke marker CRP32. Een laatste voorbeeld betreft een studie waarin een voorstel werd gedaan voor een panel van 17 biomarkers dat zou moeten dienen als een prognostisch panel voor een verbeterde cardiale functie33. Het was inderdaad zo dat deze markers allen een verandering in plasmaconcentraties lieten zien na harttransplantatie, maar alle eiwitten die in dit panel waren opgenomen waren allen geassocieerd met processen als inflammatie, coagulatie en angiogenese waarvan bekend is dat ze ook in niet-cardiale aandoeningen een belangrijke rol spelen33. Het is daarom waarschijnlijker dat dit panel informatie verschaft met betrekking tot een verbetering in algemene gezondheid, maar niet specifiek iets zegt over de mate van cardiale remodellering. Door de beperkte beschikbaarheid van antilichamen en andere laboratoriumbenodigheden
226
konden we helaas maar een beperkt aantal biomarkers onderzoeken in onze muismodellen. Maar hoogstwaarschijnlijk zijn de resultaten voor de onderzochte biomarkers te extrapoleren naar andere biomarkers. Ook denken we dat de getrokken conclusies niet alleen gelden voor het onderzoek naar biomarkers van hartfalen maar ook voor het gehele biomarkerveld en dus ook voor biomarkers van niet-cardiale aandoeningen. Een hoge mate van orgaan- of weefselspecificiteit (wat kan worden omschreven als dat het grootste deel van de genexpressie aanwezig moet zijn in het orgaan/weefsel van interesse) lijkt dus een zeer belangrijke eigenschap te zijn voor een potentiële nieuwe biomarker. Deze uitspraak wordt ondersteund door enkele voorbeelden van succesvolle biomarkers. Zo zijn natriuretische peptiden en troponinen goede cardiale biomarkers34,35, is alanine aminotransferase (ALAT) een bekende levermarker36, zijn pancreatisch specifiek amylase en lipase goede markers voor de pancreas37 en geldt dit ook voor prostaat specifiek antigeen (PSA) als het gaat om aandoeningen van de prostaat38. Als eiwitten ook (in hoge mate) tot expressie komen in andere organen dan zijn ze als specifieke ziektemarkers niet geschikt en komen ze alleen in aanmerking als surrogaatmarker of als marker voor algehele lichamelijke gesteldheid.
De voorgaande hoofdstukken lieten zien dat, behalve natriuretische peptiden en cardiaal specifiek troponine, de meeste voorgestelde biomarkers niet hartspecifiek lijken te zijn. Dit was de aanleiding om de cardiale specificiteit van biomarkers nader te onderzoeken en om een manier te vinden om mogelijke nieuwe biomarkers met hoge cardiale specificiteit te identificeren omdat dit potentiële biomarkers van hartfalen zouden kunnen zijn. Dit hebben we gedaan door een bioinformatische analyse op een uitgebreide RNAseq dataset met daarin genexpressiedata van een groot aantal organen en weefsels uit te voeren om zo de cardiale specificiteit van het humane genoom en (mogelijke) hartfalenbiomarkers te bepalen. De resultaten hiervan zijn beschreven in hoofdstuk 6. De analyse liet zien dat de natriuretische peptiden een hoge mate van specificiteit voor het hart vertoonden (> 99% hartspecifiek), terwijl markers als Gal-3, GDF-15 en TIMP-1 werden gekenmerkt door een lage specificiteit voor het hart (< 10% hartspecifiek). De bioinformatische analyse bracht ook twee mogelijke nieuwe hartspecifieke biomarkers aan het licht. Dit waren Dickkopf-3 (DKK3, 44% hartspecifiek) en bone morphogenic protein 10 (BMP-10, 98% hartspecifiek). Alleen voor DKK3 bestond de mogelijkheid tot verdere moleculaire analyse omdat alleen voor dit eiwit de benodigde reagentia beschikbaar waren. De cardiale genexpressie en plasmaconcentraties van DKK3 werden vervolgens bepaald in drie verschillende muismodellen van hartfalen. In het TAC-model en het model dat een hartinfarct simuleert werd een toename van de genexpressie van DKK3 gezien in het hart, terwijl in het obesitas/hypertensie muismodel juist een verlaagde expressie van DKK3 werd gemeten in het hart. Echter, de plasmaconcentraties van DKK3 in zieke dieren bleken onveranderd ten opzichte van de controlegroep. Dit laat zien dat er geen directe relatie bestaat tussen de cardiale expressie en de plasmaconcentraties van DKK3. Behalve in muizen hebben we ook de plasmaconcentraties van DKK3 bepaald van mensen met hartfalen en een op basis van
A
leeftijd en geslacht gematchte controlegroep. Dit liet zien dat in patiënten met hartfalen de plasmaconcentraties van DKK3 hoger waren in vergelijking tot de controlegroep. Daarnaast waren de plasmaconcentraties van DKK3 geassocieerd met de ernst van het hartfalen. Verdere statistische analyses lieten echter zien dat er geen onafhankelijke relatie bestond tussen de gemeten concentraties van DKK3 in het plasma en de prognose van het hartfalen. Wel bleek dat de DKK3 plasmaconcentraties voornamelijk geassocieerd waren met nierfunctie, leeftijd en de aanwezigheid van atriumfibrilleren. Zoals we weten kan een biomarker van hartfalen bijdragen aan diagnostiek en/of het bepalen van de prognose van mensen met deze aandoening. Omdat er geen directe relatie werd gezien tussen enerzijds de cardiale levels van DKK3 en anderzijds de plasmaconcentraties van DKK3 kan worden geconcludeerd dat DKK3 geen goede diagnostische marker is als het gaat om het ziektebeeld hartfalen. Daarnaast kan ook worden gesteld dat DKK3 geen goede prognostische marker is van hartfalen omdat er in het patiëntencohort geen onafhankelijke relatie bestond tussen DKK3 en de prognose van hartfalen. Onze data laten zien dat een gebrek aan cardiale specificiteit een van de belangrijkste redenen is waarom vele potentiële biomarkers van hartfalen geen toegevoegde waarde lijken te hebben in de klinische setting. Hoewel DKK3 relatief hartspecifiek lijkt te zijn en genexpressie verhoogd is in het hart in muismodellen van hartfalen met verminderde ejectiefractie (heart failure with reduced ejection fraction, HFrEF) bleek er geen sprake te zijn van een directe relatie tussen cardiale expressie van DKK3 en plasmaconcentraties van DKK3. Het is goed mogelijk dat de grootte van het eiwit hierin een centrale rol speelt. DKK3 is als eiwit namelijk relatief groot (ongeveer 50kDa) in vergelijking tot natriuretische peptide (ongeveer 4kDa). Omdat het hart wordt gekarakteriseerd door een relatief dichte endothele barrière39 is het goed mogelijk dat het relatief grote DKK3 deze barrière niet kan passeren terwijl de kleine natriuretische peptiden dat wel kunnen. Op basis van de bioinformatische analyse kan worden gesteld dat ook BMP-10 een eiwit is dat mogelijk kan dienen als biomarker van hartfalen. Eerdere studies toonden al reeds aan dat BMP-10 een rol speelt in fysiologische maar ook pathofysiologische processen in het hart. Experimenten in muizen die middels genetische manipulatie deficiënt zijn gemaakt voor BMP-10 hebben aangetoond dat BMP-10 tijdens de embryonale ontwikkeling van belang is voor het bewerkstelligen van ventriculaire trabecularisatie40,41. Daarnaast lieten experimenten in volwassen ratten met cardiale hypertrofie ten gevolge van hypertensie zien dat de genexpressie van BMP-10 in het myocard van deze dieren is toegenomen42. Als laatste lijkt BMP-10 een beschermende functie te vervullen binnen het hart omdat in muizen waarin BMP-10 tot overexperessie was gebracht minder myocardiale fibrose ontwikkelden ten gevolge van isoproterenolinfusie43. Ook muizen die recombinant BMP-10 toegediend kregen bleken minder myocardiale fibrose te ontwikkelen ten gevolge van isoproterenolinfusie43. Tezamen kan dus worden geconcludeerd dat BMP-10 een hartspecifiek en gesecreteerd eiwit is waarvan de expressie in het hart toeneemt wanneer er sprake is van hartfalen en daarmee is BMP-10 dus een potentiële biomarker. Helaas bleek het ondanks meerdere pogingen niet mogelijk om BMP-10 op een betrouwbare manier te meten. Andere onderzoeksgroepen kampten ook al met dit probleem en het lijkt
228
waarschijnlijk dat dit wordt veroorzaakt doordat het eiwit BMP-9 interfereert met BMP-1044. Ten gevolge van deze analytische problematiek kunnen we tot op heden niet met zekerheid zeggen of BMP-10 een goede biomarker van hartfalen is. Deze studie laat enkele belangrijke eigenschappen van een hartfalenbiomarker zien: 1) Cardiale specificiteit, 2) Verandering van cardiale expressie als gevolg van de ziekte, 3) Uitscheiding van het eiwit in de circulatie, en 4) De beschikbaarheid van goede reagentia om op een betrouwbare manier de plasmaconcentraties te kunnen meten. Het lijkt niet onwaarschijnlijk dat een zeer hoge cardiale specificiteit noodzakelijk is om de plasmaconcentraties van een biomarker te kunnen associëren met de mate van cardiale remodelling. Binnen de groep van actief uitgescheiden eiwitten voldoen op dit moment alleen de natriuretische peptiden aan alle hiervoor genoemde eigenschappen.
Eerdere studies besteedden ook al aandacht aan DKK3 maar dan in de rol als biomarker voor cardiovasculaire aandoeningen en nierziekten. Ook in de studie beschreven in hoofdstuk 6 zagen we een duidelijke associatie tussen plasmaconcentraties van DKK3 en cardiovasculaire risicofactoren. Daarom hebben we in hoofdstuk 7 het eiwit DKK3 nader onderzocht en met name aandacht besteed aan de relatie tussen DKK3 en cardiovasculaire risicofactoren, cardiovasculaire aandoeningen en chronische nierziekten. In deze studie hebben we de plasmaconcentraties van DKK3 bepaald in de subjecten die zijn geïncludeerd in het Prevention of Renal and Vascular ENd-stage Disease (PREVEND) cohort. Dit grote cohort dat bestaat uit subjecten afkomstig uit de algemene populatie is specifiek ontworpen om cardiovasculaire risicofactoren, nierfunctie, cardiovasculaire aandoeningen en chronische nierziekten goed te kunnen onderzoeken45. Net zoals we in hoofdstuk 6 ook al hadden geobserveerd, waren de plasmaconcentraties van DKK3 ook in dit cohort geassocieerd met meerdere cardiovasculaire risicofactoren. DKK3 bleek daarentegen niet onafhankelijk geassocieerd te zijn met cardiovasculaire aandoeningen en nierziekten die reeds aanwezig waren in de subjecten ten tijde van de basismeting. Ook bleek DKK3 geen onafhankelijke voorspeller voor het ontwikkelen van deze aandoeningen ten tijde van follow-up. Een eerdere studie liet zien dat plasmaconcentraties van DKK3 een inverse relatie vertonen met atherosclerose46. In onze studie werd echter geen onafhankelijke relatie gezien met cardiovasculaire aandoeningen ten tijde van de basismeting en ook niet met het ontwikkelen hiervan op een later moment tijdens deze studie. Hoewel het cohort dat gebruikt is voor onze studie duidelijk groter was, is het wel zo dat de gemiddelde leeftijd in ons cohort een stuk lager was in vergelijking met het cohort dat is gebruikt voor de hiervoor beschreven atherosclerosestudie. Omdat DKK3 een sterke associatie heeft met leeftijd47 is het goed mogelijk dat deze verschillen in leeftijd de verschillen tussen beide studies kan verklaren. Ook als biomarker gemeten in urine is DKK3 reeds uitgebreid onderzocht. Eerdere studies in patiënten gediagnosticeerd met een chronische nierziekte en in patiënten die op het punt stonden een grote hartoperatie te ondergaan lieten zien dat urineconcentraties van DKK3 een toekomstige afname in nierfunctie kunnen voorspellen onafhankelijk van andere belangrijke risicofactoren voor nierfunctieverlies48,49. DKK3 dat aanwezig is in urine is vrijwel
A
geheel afkomstig uit de renale tubuli en is daarom een biomarker met een hoge specificiteit voor aandoeningen van de renale tubuli48-51. De plasmaconcentraties van DKK3 worden daarentegen bepaald door meerdere organen en weefsels, wat de hartspecificiteit van DKK3 niet ten goede komt. Daarmee is DKK3 in bloedplasma niet een hartspecifieke maar juist een meer algemene marker van ziekte. Het duidelijke verschil in specificiteit voor een bepaald weefsel tussen DKK3 in bloedplasma en DKK3 in urine is een duidelijk voorbeeld van waar het in dit proefschrift om draait, namelijk dat biomarkers een hoge mate van specificiteit moeten hebben voor een bepaald orgaan, weefsel of ziekte om op een bepaalde manier klinisch relevant te kunnen zijn. Op basis van alle observaties lijkt het bepalen van de urineconcentraties van DKK3 in het PREVEND-cohort een logische vervolgstap. Dit cohort bestaat voornamelijk uit subjecten die ten tijde van de basismeting geen renale aandoening hadden. Een dergelijk onderzoek zou kunnen aantonen of urineconcentraties van DKK3 het ontwikkelen van nierziekten in de algemene populatie zouden kunnen voorspellen.
Niet-hartspecifieke biomarkers van hartfalen als therapeutisch aangrijpingspunt
Zoals de eerdere hoofdstukken hebben laten zijn veel nieuwe biomarkers van hartfalen geassocieerd met algemene processen als inflammatie en fibrose. Dit soort biomarkers zijn niet geschikt als diagnostische markers maar het is wellicht wel mogelijk deze markers te gebruiken als aangrijpingspunt voor nieuwe medicamenten. Op dit moment worden patiënten met hartfalen behandeld met een remmer van het angiotensin converting enzyme (ACE-remmer) of een angiotensinereceptorblokker (ARB) en dit wordt gecombineerd met een bètablokker en diuretica2,3. Patiënten met HFrEF hebben duidelijk baat bij een behandeling met deze medicamenten maar deze behandeling verbetert de prognose van patiënten met HFpEF helaas niet. Eerdere onderzoeken wekken de suggestie dat HFpEF het gevolg is van systemische inflammatie die wordt veroorzaakt door comorbiditeiten van hartfalen als obesitas, diabetes en hypertensie52. Op basis hiervan stelden we de hypothese dat het verminderen van deze inflammatie mogelijk een beschermend effecten zou kunnen hebben voor het gehele lichaam en dus ook voor het hart. Daarom hebben we in hoofdstuk 8 een farmacologische studie verricht waarin we met behulp van het remmen van myeloperodiase (MPO) met behulp van de nieuwe MPO-remmer AZM198 hebben gepoogd een afname in systemische inflammatie te bewerkstelligen. MPO is een niet-hartspecifiek enzym dat is geassocieerd met hypertensie, diabetes en hartfalen53-59. Deze studie is verricht in een obesitas/hypertensie muismodel dat meerdere kenmerken van het ziektebeeld HFpEF laat zien. Plasmaconcentraties van MPO waren duidelijk toegenomen in de obese/hypertensieve muizen en verschillende analyses lieten zien dat behandeling met AZM198 leidde tot een afname in MPO-acitiviteit en lagere plasmaconcentraties van MPO. Het remmen van MPO resulteerde in een vermindering in gewichtstoename, een afname van inflammatie in het vetweefsel en een afname van de ernst van niet-alcoholische leververvetting (non-alcoholic steatohepatitis, NASH) in de obese/hypertensieve muizen. Al deze observaties werden niet beïnvloed door een verschillen in voedselinname. Hoewel behandeling met AZM198 zorgde voor een vermindering in de ernst van cardiovasculaire
230
risicofactoren en systemische inflammatie werden er geen cardiale effecten geobserveerd. Maar toch zou het zo kunnen zijn dat door de positieve effecten van AZM198 op cardiovasculaire risicofactoren een langdurige behandeling met dit medicament van toegevoegde waarde zou kunnen zijn als het gaat om cardiovasculair risicomanagement. Omdat MPO niet specifiek aan één weefsel toebehoort is het niet verrassend dat de effecten van het remmen van MPO in meerdere weefsels werden geobserveerd. Naast dat het effecten heeft op obesitas en leversteatose, zoals ook eerder werd aangetoond aan de hand van studies in MPO-deficiënte muizen60,61, heeft het wegnemen van MPO ook positieve effecten op glucosetolerantie60 en endothele dysfunctie62. En, hoewel wij dit niet hebben kunnen aantonen in onze studie, kan het ook effecten hebben op cardiale remodellering63,64. Daarmee kan worden geconcludeerd dat het systemisch remmen of stimuleren van niet-hartspecifieke biomarkers van hartfalen kan leiden tot gunstige systemische effecten, maar daaruit volgt ook dat het belangrijk blijft om goed te blijven controleren op systemische bijwerkingen van dit soort therapieën omdat dit soort nadelige effecten daarmee ook op de loer liggen.
TOEKOMSTPERSPECTIEVEN
De impasse in het onderzoeksveld van biomarkers van hartfalen: Een complex probleem dat verder reikt dan alleen cardiale specificiteit
Het centrale onderwerp van dit proefschrift is de orgaan- en weefselspecificiteit van biomarkers. De belangrijkste conclusie is dat een gebrek aan cardiale specificiteit van biomarkers een belangrijke reden is voor het feit dat de meeste nieuwe biomarkers van hartfalen geen toegevoegde waarde lijken te hebben in de klinische setting. Dit komt doordat ten gevolge van een gebrek aan cardiale specificiteit het correleren van plasmaconcentraties van biomarkers aan de mate van cardiale remodellering ernstig wordt bemoeilijkt. Een hoge mate van cardiale specificiteit is een belangrijke eigenschap van een biomarker van hartfalen en verklaart waarom natriuretische peptiden65 en hartspecifiek troponinen4 zo succesvol zijn als biomarkers van cardiale aandoeningen. Hoewel DKK3 een relatief hartspecifiek eiwit lijkt te zijn, konden we echter geen duidelijke relatie vinden tussen de mate waarin DKK3 tot expressie komt in het hart en de plasmaconcentraties van DKK3. Blijkbaar is een relatief hoge specificiteit, in het geval van DKK3 44%, onvoldoende en is een zeer hoge cardiale specificiteit onontbeerlijk. Onze data benadrukken wederom hoe waardevol de natriuretische peptiden en troponinen zijn als cardiale biomarkers. Daarnaast denken we, de in dit proefschrift gepresenteerde data in acht nemend, dat de kans klein is dat er nieuwe eiwitten zullen worden geïdentificeerd die aanvullende hartspecificieke informatie kunnen verschaffen. Onder de eiwitten lijkt alleen BMP-10 nog potentieel te hebben als nieuwe hartspecifieke biomarker van hartfalen. Bovendien lijkt het, hoewel andere onderzoekers tot nu toe anders hebben beweerd, niet waarschijnlijk dat het hart een belangrijk eiwitsecreterend ondergaan is. Organen als de longen, lever, milt, darmen en
A
nieren hebben, ook gelet op hun respectievelijke functies, een duidelijke relatie met het circulerende bloed. Processen van actieve secretie, reabsorptie, klaring en de uitwisseling van vloeistof en moleculen komen zeer veel voor in deze organen. De endocriene functie van het hart is daarentegen zeer beperkt. Ook is de endothele barrière die aanwezig is in het hart erg dicht en compact39 waardoor waarschijnlijk alleen zeer kleine eiwitten deze kunnen passeren. Troponinen komen in de circulatie terecht op het moment dat er schade ontstaat aan cardiomyocyten4 en troponine is dus niet een actief gesecreteerd eiwit. Tot op heden bestaat er alleen bewijs dat natriuretische peptiden, wat relatief kleine eiwitten zijn, worden uitgescheiden door het myocard66,67. Tezamen lijkt dus niet alleen cardiale specificiteit maar ook een bewezen uitscheiding vanuit het myocard van het grootste belang voor een goede biomarker van hartfalen. Vanaf nu zullen onderzoeken die zich richten op biomarkers niet simpelweg meer mogen aannemen dat het eiwit van interesse actief wordt uitgescheiden door het hartweefsel. Van de onderzochte eiwitten in de circulatie zal moeten worden aangetoond dat ze daadwerkelijk afkomstig zijn uit het hart en niet uit perifere organen of weefsels. Dit is vooral van belang als men de plasmaconcentraties van dit eiwit wil relateren aan de mate van cardiale remodellering.
Nieuwe klinische toepassingen voor reeds voorgestelde biomarkers van hartfalen
In eerdere publicaties zijn de criteria voor de ideale biomarker al eens geformuleerd en het identificeren van een duidelijke klinische toepassing voor een nieuwe biomarker dient voorop te staan1,68-71. Dit is niet alleen van toepassing binnen de cardiologie maar is van belang voor het gehele biomarkeronderzoeksveld. In de afgelopen decennia zijn vele potentiële biomarkers van hartfalen geïdentificeerd. Hoewel deze markers een associatie lieten zien met de ernst en prognose van hartfalen is het, zoals dit proefschrift uitgebreid beschrijft, voor niet-hartspecifieke makers niet mogelijk de plasmaconcentraties van deze markers te relateren aan de mate van cardiale remodellering. Maar hartfalen is een syndroom dat het hele lichaam treft en daarom is het mogelijk dat de reeds geïdentificeerde markers zouden kunnen dienen als biomarkers voor de perifere effecten van hartfalen en/of de comorbiditeiten van hartfalen. Zo is het goed mogelijk dat er onder deze reeds voorgestelde markers, biomarkers aanwezig zijn die als marker kunnen dienen als biomarkers van 1) Longcongestie (Kandidaten: o.a. TIMP-1, GDF-15), 2) Systemische inflammatie (Kandidaten: o.a. MPO, IL-6, GDF-15), 3) Obesitas (Kandidaat: Gal-3), 4) Atriumfibrilleren (Kandidaat: DKK3), 5) Nierfalen (Kandidaten: o.a. DKK3, HE4, PENK72) en 6) Metabole dysfunctie (Kandidaten: o.a. metabolieten, IGFBP7). Rekening houdend met de huidige kennis vanuit de literatuur en de data zoals gepresenteerd in dit proefschrift in gedachten is Figuur 2 (zie blz. 210) een schematisch overzicht weergegeven waarin wordt beschreven hoe patiënten zouden kunnen worden onderverdeeld in subgroepen met behulp van zowel hartspecifieke als niet-hartspecifieke biomarkers. Aanvullende onderzoeken zullen nodig zijn om te bepalen wat de precieze klinische relevantie en toepasbaarheid hiervan zou kunnen zijn. Naast voor verdere onderverdeling van patiënten zouden niet-specifieke biomarkers ook kunnen dienen als aangrijpingspunten voor therapie. Voor vele
niet-232
hartspecifieke markers bestaat al reeds bewijs dat zij betrokken zijn bij processen van cardiale remodellering en daarom zou systemische remming en/of stimulatie van deze markers kunnen leiden tot behandelingseffecten op cardiaal niveau. Daarbij blijft het, door gebrek aan hartspecificiteit, wel van belang ook te blijven letten op ongewenste effecten buiten het hart. In dit proefschrift hebben we aangetoond dat meerdere biomarkers van hartfalen in hogere mate tot expressie komen buiten het hart dan in het hart en sterkere correlaties vertonen met comorbiditeiten van hartfalen dan processen van cardiale remodellering. Het is daarom goed mogelijk dat de niet-cardiale effecten van farmacologische manipulatie van dergelijke markers de overhand zullen hebben in vergelijking tot de cardiale effecten. Farmacologische manipulatie van niet-cardiaal specifieke markers zou mogelijk positieve effecten kunnen hebben op het cardiovasculair risicoprofiel van een patiënt en dus een rol kunnen spelen in cardiovasculair risicomanagement. We denken dat dit met name zal gelden voor patiënten waarbij het op basis van de conventionele en niet-medicamenteuze behandelopties onmogelijk blijkt om het cardiovasculaire risico en de ernst van comorbiditeiten voldoende te reduceren. Het remmen van MPO, zoals beschreven in een van de hoofdstukken van dit proefschrift, is hiervan een voorbeeld. Als het doel is om cardiale remodellering te doen laten afnemen is het waarschijnlijk echter efficiënter om deze processen toch specifiek op het cardiale niveau te gaan benaderen in plaats van middels een systemische behandeling.
Aanvullende criteria voor de ideale biomarker
De focus van dit proefschrift lag op eiwitten aanwezig in het bloedplasma en hun rol als biomarker van hartfalen. Maar ook microRNAs en metabolieten hebben potentie om te fungeren als biomarkers van hartfalen en ook deze zijn reeds uitgebreid bestudeerd. Ook de weefselorigine van microRNAs en metabolieten zal moeten worden onderzocht om hun biologische profiel volledig te begrijpen en zo hun klinisch potentieel zo volledig mogelijk te benutten. Zo bleken enkele microRNAs die op basis van klinische studies veelbelovende potentiële biomarkers van hartfalen leken niet gerelateerd te kunnen worden aan de hartfunctie op basis van onderzoeken in diermodellen van hartfalen73. Plasmaconcentraties van microRNAs worden net zoals die van eiwitten klaarblijkelijk ook beïnvloedt door comorbiditeiten en productie in niet-cardiaal weefsel. Weefselorigine, weefselspecificiteit en het vrijkomen uit dit weefsel lijken dus belangrijke eigenschappen van biomarkers van hartfalen. Deze eigenschappen zijn belangrijk voor alle soorten markers (eiwitten, microRNAs, enzovoort) en zijn waarschijnlijk van toepassing op het gehele onderzoeksveld dat biomarkers bestrijkt. In Figuur 3 (zie blz. 212) is een overzicht weergegeven waarin reeds voorgestelde en door ons opgestelde aanvullende criteria voor de ideale biomarker zijn opgenomen1,68-71. De aanvullende criteria leggen nu extra nadruk op weefselorigine, weefselspecificiteit en het vrijkomen uit dit weefsel. Zoals weergegeven in Figuur 3 (zie blz. 212) moeten toekomstige biomarkerstudies worden gebaseerd op de volgende drie pijlers: Orgaan/weefselspecificiteit, hoge analytische betrouwbaarheid en klinische toepasbaarheid.
A
Hiermee zal de kwaliteit van dit soort studies sterk toenemen wat hopelijk zal resulteren in de identificatie van nieuwe markers met duidelijke toegevoegde waarde in de kliniek. De waarde van het hergebruik van databases
In dit proefschrift is gebruik gemaakt van een bioinformatische benadering. Om onze onderzoeksvragen te kunnen beantwoorden hebben we hierbij gebruik gemaakt van een dataset die was opgesteld gedurende een eerder onderzoek en deze dataset was online beschikbaar voor algemeen gebruik. Aan de hand van deze dataset waren we in staat de cardiale specificiteit van het humane genoom en van het genoom coderend voor gesecreteerde eiwitten te bepalen. Het is goed mogelijk dat deze dataset ook gebruikt zou kunnen worden voor het beantwoorden van andere onderzoeksvragen. Zo zouden weefselspecifieke genen kunnen worden geïdentificeerd die kunnen dienen als aangrijpingspunten voor medicamenteuze therapieën. En waar wij de dataset hebben gebruikt voor het onderzoeken van potentiële biomarkers van hartfalen zou de dataset ook gebruikt kunnen worden voor het onderzoeken van biomarkers voor andere aandoeningen en/of andere organen/weefsels naast het hart. Het is efficiënt om reeds beschikbare data en materiaal te hergebruiken in plaats van experimenten opnieuw uit te voeren. Dit kan bijvoorbeeld ook handig zijn voordat een groot onderzoek wordt opgestart. Op basis van reeds beschikbare data of materiaal dat al is verzameld kunnen eerst pilotanalyses worden verricht of onderzoeksvragen worden aangescherpt. Dit kan veel tijd en geld besparen, kan het onnodig gebruik van proefdieren en patiëntmateriaal voorkomen en kan de efficiëntie van het onderzoek sterk verhogen.
CONCLUSIE
In dit proefschrift zijn biomarkers van hartfalen onderzocht door de voordelen van drie verschillende benaderingen (bioinformatica, dierstudies en klinische cohorten) te combineren. Hiermee is gepoogd meer kennis te vergaren aangaande de biologie van biomarkers van hartfalen, hun klinische waarde en de mogelijkheid om deze markers te gebruiken als aangrijpingspunt voor medicamenteuze therapieën. De resultaten die voortkomen uit deze unieke en uitgebreide benadering hebben impact op het gehele biomarkerveld. We hebben aangetoond dat vele nieuwe biomarkers van hartfalen niet specifiek zijn voor het hart omdat ze veelal in grote hoeveelheden worden geproduceerd in andere organen en/of weefsels. Daardoor is het onmogelijk om de plasmaconcentraties van deze biomarkers te correleren aan cardiale remodellering. Wel is het zo dat markers die niet specifiek zijn voor het hart nog steeds van toegevoegde waarde kunnen zijn in de kliniek, bijvoorbeeld als biomarkers van perifere effecten van het hartfalen of als aangrijpingspunt voor medicamenteuze therapie. De studie over het remmen van MPO, wat resulteerde in positieve effecten op cardiovasculaire comorbiditeiten, is hiervan een voorbeeld. Tenslotte laat dit proefschrift zien dat wetenschappers die in de toekomst biomarkerstudies zullen
234
verrichten vanaf nu ook de weefselorigine van de onderzochte marker zullen moeten bepalen om zo een beter beeld van de specificiteit van de marker te verkrijgen en daarmee de toegevoegde waarde van de marker voor de kliniek beter te kunnen bepalen.
REFERENTIES
Zie Chapter 9 (zie blz. 216-219).
BESCHRIJVING VAN DE FIGUREN
De figuren zijn weergegeven in hoofdstuk 9. Hieronder zijn de figuurbeschrijvingen in het Nederlands opgenomen.
Figuur 1 (zie blz. 205). De plaats van productie van biomarkers van hartfalen. Deze figuur toont een
schematische weergave die laat zien dat niet-cardiale weefsels verantwoordelijk zijn voor de hoofdmoot van de productie van de beschreven biomarkers. ANP, als een vertegenwoordiger van de natriuretische peptiden, is een hartspecifiek eiwit. Gal-3, GDF-15 en TIMP-1 worden geproduceerd in het hart, maar andere organen en weefsels zijn verantwoordelijk voor het grootste deel van de productie van deze eiwitten. Daarom kan worden geconcludeerd dat ANP specifiek is voor het hart, maar dat dit niet geldt voor Gal-3, GDF-15 en TIMP-1. ANP=Atriaal natriuretisch peptide. Gal-3=Galectine-3. GDF-15=Growth differentiation factor-15. TIMP-1=Tissue inhibitor of metalloproteinase-1.
Figuur 2 (zie blz. 210). Hypothetische schematische weergave die laat zien hoe patiënten op basis van plasmaconcentraties van biomarkers zouden kunnen worden onderverdeeld in subgroepen. Gebaseerd op de
observaties in dit proefschrift en de observaties zoals beschreven in de literatuur worden in deze figuur de mogelijke toepassingen van biomarkers van hartfalen samengevat. Deze figuur is een update van figuur 2 zoals opgenomen in de introductie. BMI=Body mass index. DKK3=Dickkopf 3. ECG=Elektrocardiografie. eGFR=Estimated glomerular filtration rate. Gal-3=Galectine-3. GDF-15=Growth differentiation factor 15. HE4=Human epididymis protein 4. HF=Hartfalen. H-FABP=Heart-type fatty acid binding protein. HsTN=High sensitive cardiac troponin. IGFBP-7=Insulin growth factor binding protein 7. IL-6=Interleukine 6. MPO=Myeloperoxidase. PENK=Proenkephalin. TIMP-1=Tissue inhibitor of metalloproteinase 1.
Figuur 3 (zie blz. 212). Criteria voor de ideale biomarker. In deze figuur zijn de criteria die van belang zijn voor
een biomarker van hoge kwaliteit samengevat. Deze criteria kunnen worden toegepast op cardiale biomarkers, maar de achterliggende principes zijn ook van toepassing op biomarkers van andere organen en weefsels en tevens van toepassing op niet-cardiale aandoeningen. Ze zijn ook van toepassing op biomarkers van hartfalen die staan voor de perifere effecten van hartfalen. De figuur is gebaseerd op eerder geformuleerde criteria1,68-71 en dit proefschrift.
A
APPENDIX 2: CURRICULUM VITAE
Arnold Piek was born on the 3rd of May 1993 in Groningen, the Netherlands. In Veendam, close to his home town Wildervank, he attended secondary school. In 2011, he passed pre-university education (VWO) with the qualification cum laude.
After secondary school, he moved to Groningen to start with his study of Medicine at the University of Groningen. He passed the propaedeutic exam with the qualification cum laude (2012). He was accepted for the University of Groningen Bachelor s Honours Programme, a programme for excellent students. As a part of this Honours Programme he performed a pilot research project at the department of Oncological Surgery at the University Medical Center Groningen (UMCG), studying the effect of surgeon volume on complication rate, and a pilot research project at the department of Experimental Cardiology of UMCG, studying the heart failure biomarker human epididymis protein-4 (HE4) in mouse models of heart failure. In 2014, he passed his Bachelor s degree with Honours. Subsequently, he started with his Master s degree in Medicine His clinical internships (coschappen) took place at several departments of the UMCG and Treant Zorggroep. His final clinical internship (semi-artsstage) took place at the department of Cardiology of the UMCG. In his Master s thesis project at the Experimental Cardiology of the UMCG he studied a novel drug to treat heart failure. In , he obtained his Master s degree in Medicine
In 2016 he was accepted for a position as an MD/PhD-student at the department of Experimental Cardiology of the UMCG, which allowed him to combine his Master s degree with obtaining his PhD. He performed his PhD under the supervision of dr. H.H.W. Silljé and prof. dr. R.A. de Boer. During his MD/PhD, Arnold studied heart failure biomarkers, focusing on the importance of cardiac specificity. He combined bioinformatics, pre-clinical studies and studies in human heart failure populations to gain more insight into biomarkers at the molecular level and to provide a translation towards the clinic. The results of these studies are discussed in this thesis.
After obtaining his PhD, Arnold will start with his specialists training at the department of Microbiology of the UMCG with the aim to become a specialized doctor in Medical Microbiology.
A
APPENDIX 3: DANKWOORD
Dit proefschrift zou nooit tot stand gekomen zijn zonder de begeleiding, hulp en adviezen van vele mensen. Ik wil iedereen bedanken voor de hulp en steun bij het doorlopen van mijn promotietraject.
Beste dr. H.H.W. Silljé, beste Herman, bedankt voor de fantastische begeleiding tijdens mijn promotietraject. Van begin tot eind stond je altijd voor me klaar met adviezen en antwoorden. Ik heb veel genoten en geleerd van onze discussies over het onderzoek maar ook over de dingen daarbuiten. Ik ben dankbaar voor alles wat ik van je heb mogen leren en wil je bedanken voor de kansen die ik dankzij jou heb gekregen.
Beste prof. dr. R.A. de Boer, beste Rudolf, bedankt voor alle mogelijkheden die je me hebt geboden gedurende mijn promotietraject. Jouw klinische blik en eindeloze kennis over het doen van goed wetenschappelijk onderzoek waren heel belangrijk voor het succes van de verschillende projecten. Je enthousiasme en ambitie zijn aanstekelijk en hebben gemaakt dat ik het beste uit mijn promotietraject heb proberen te halen. Bedankt!
Dear members of the reading committee, prof. dr. A.J.A. van der Sluis, prof. dr. A.A. Voors and prof. dr. C.E. Mueller. Thank you for reading and reviewing this thesis.
Beste dr. B.D. Westenbrink, beste Daan, het is inspirerend hoe jij je wetenschappelijke en medische carrière combineert! Bedankt voor adviezen en altijd kritische blik.
Grote dank gaat uit naar mijn paranimfen voor de hulp bij de totstandkoming van dit proefschrift:
Karin, ik ben vereerd dat je mij wilt bijstaan tijdens mijn verdediging. Ook wil ik je bedanken voor de mooie illustratie die je hebt gemaakt en nu schittert op de voorkant van dit proefschrift. Daarnaast ben je de meest fantastische zus, maar daarover meer aan het einde van dit dankwoord.
Nienke, ook jou wil ik bedanken voor je adviezen en steun tijdens mijn promotietraject. Het was altijd heel gezellig om jou als labtafelgenoot te hebben! Ik ben vereerd dat je me wilt bijstaan tijdens mijn verdediging. Ik kijk alvast uit naar het moment dat jij je proefschrift mag gaan verdedigen en ben heel benieuwd naar wat er uit jouw verschillende interessante en zeer complexe projecten gaat komen!
Danielle, op alle vragen van administratieve aard heb jij een antwoord, maar je bent ook een echte sfeermaker. Bedankt voor onze leuke gesprekken en gezelligheid!
Janny, ontzettend bedankt voor al je hulp en adviezen. Inmiddels ben je van baan en afdeling gewisseld en ik wil je heel veel plezier wensen op je nieuwe plek!
240
Marloes, je bent onmisbaar geweest voor mijn projecten. De vele uren die we hebben doorgebracht in het CDP waren erg gezellig. Ik hoop dat je nog vele jaren geniet van al je passies, van werken met dieren tot dansen.
Martin, bedankt voor je hulp bij alle kleuringen en vele ELISA-metingen die we samen gedaan hebben. Maar naast dit alles ben je ook een geweldige collega en vond ik de gezelligheid die je naar de werkvloer bracht onvergetelijk. Dankjewel!
Silke, jouw bijdrage aan het lab is bijna niet in woorden uit te drukken. Bedankt voor alle kennis en kunde die je met me hebt gedeeld. Daarnaast heb je aan vele hoofdstukken in dit proefschrift een bijdrage geleverd en hiervoor ben ik je erg dankbaar.
Noa, ik vond het altijd erg leuk om samen te werken! Hoewel de overdosis aan nummers van Nederlandse artiesten (Maan en Davina) uit de labradio ons waarschijnlijk nog jaren dwars zal zitten, vind ik dit stiekem ook wel een hele leuke herinnering!
Inge, dankjewel voor alles wat je me hebt geleerd over dierexperimenten. Ik wens je het allerbeste en veel geluk met je mooie gezin!
Uiteraard bedank ik ook de volgende (oud-)collega s: Christiane, Frouke, Carla, Saskia, Reinier, Linda, Anne-Margreet en Tom van Leusden.
Kees, de talloze uren bij de MRI hebben geleid tot fantastisch scherpe beelden van al die harten! Dankjewel voor al je hulp. Michel, Bianca en Annemieke, bedankt voor jullie hulp. Ook wil ik alle dierverzorgers en andere medewerkers van het CDP bedanken.
Beste dr. D.P.Y. Koonen, beste Debby, bedankt voor je adviezen met betrekking tot het obesitas/hypertensie experiment. Ook wil ik via jou, Marian, Zheng en Ailine bedanken. Beste prof. dr. R.H. Henning en dr. D.S. Verbeek, bedankt voor jullie begeleiding vanuit de GSMS-c Ma agi g PhD Jullie adviezen waren erg nuttig, waarvoor mijn dank! Laura, ik zal al onze avonturen nooit vergeten. Van babyratten tot wilde taxiritten: Alles kwam voorbij en alles even memorabel. Bedankt voor je altijd wijze raad!
Weijie, thank you for taking me along in your work as a researcher whilst I was still a Ma e de Thank you for our collaborations and I wish you all the best for the future! Navin, you are an inspiration to all of us due to your knowledge about science but also about life in general. I wish you all the best with your career and your family!
Tim, dankjewel voor de alle gezelligheid op het lab, op reis door Athene en bij problemen met verdelingsvolumes. Bedankt dat ik altijd op je kon rekenen!
Kirsten, omdat we allebei een MD/PhD-traject deden was het altijd leuk om te praten over deze twee werelden. Als je nog goede filmtips hebt houd ik me uiteraard aanbevolen! Canxia, you are a hard worker and it is great to see what you have achieved so far! Thank you for all the nice and funny conversations we had and I wish you all the best!
Salva, you are an amazing person and you made working in the lab and the social events always so much fun (with the help of some Haribo of course). Thank you!
A
Valentina, altijd had jij wel spannende verhalen over een parachutesprong of iets anders engs wat je had gedaan. Wie weet doe ik zoiets ook nog eens!
Aad, het was altijd leuk om met jou te discussiëren over HFpEF op basis van onze muismodellen! Ik hoop dat ooit dit HFpEF-vraagstuk toch nog eens opgelost gaat worden. Joseph-Pierre, I really appreciated your enthusiasm, energy and critical view. I wish you all the best in your future career!
Martijn, kamergenoot en trouwe theepartner, jouw voorstel om eindelijk maar eens goede thee te gaan drinken in plaats van automatenthee was echt een gouden idee. En Nils, hopelijk vond je, ondanks al dat theeleuten, het net zoals ik toch heel leuk om het kantoor te delen. Ik dank jullie allebei voor al jullie hulp en gezelligheid!
Annet, Antonio, Karla and Pedro, thank you for our great times in the lab and especially during our extended stay in Athens. It was really nice, whilst looking at all the Greek monuments and enjoying the Greek cuisine, to get to know each other a little bit better outside of the workplace! Thank you!
Mathilde, dankjewel voor de vrolijkheid die je naar het lab brengt! Je ambitie is bewonderenswaardig. Ik wens je het allerbeste!
Mario, the best times are of course karaoke times in Göttingen! I will never forget our great performances. I wish you all the best during your new adventures abroad!
Anne en Lisa, bedankt dat jullie als medeonderzoekers en mede-semiartsen zowel het MD- als het PhD-deel van mijn MD/PhD-traject tot een leuke tijd hebben gemaakt! De (Experimentele) Cardiologie is de laatste jaren sterk gegroeid. Hoewel ik niet met iedereen direct heb samengewerkt wil ik alle (oud- c ega beda ke de leuke sfeer op deze afdeling: Abdullah, Agustina, Anke, Anne-Marie, Atze, Bao-Oahn, Bastiaan, Bernadet, Biniyam, Carolin, Daan, David, Diederik, Edgar, Eline, Elles, Eva, Frits, George, Gijs, Guido, Harmen, Haye, Hilde, Irene, Iziah, Jan, Jan Walter, Jasper, Johanneke, Joost, Joylene, Jozine, Koen, Licette, Louise, Luis (are you doing your part?), Lysanne, Katya, Marie-Sophie, Meelad, Megan, Michiel, Niek, Niels, Peter, Pim, Quint, Rebecca, Rens, Remco, Ruben, Sanne, Sebastiaan, Thomas, Tom Hendriks, Veronika, Victor, Vincent, Vincente, Vivian, Wardit, Willem-Peter, Wouter Meijers, Wouter te Rijdt, Yanick, Yldau en Yordi.
Be e ie e c ega a de afde i g Medi che Mic biologie en Infectiepreventie. Op het moment dat ik dit dankwoord schrijf sta ik op het punt om als AIOS bij jullie van start te gaan. Ik kijk alvast uit naar onze samenwerking en hoop dat we er samen een mooie tijd van gaan maken!
Joy, Melissa en Leonie, ik heb de eer gehad om jullie te mogen begeleiden tijdens jullie masterscripties. Ik hoop dat ik iets heb kunnen bijdragen aan jullie opleiding en dat jullie de stage op het lab leuk hebben gevonden. Ik heb jullie inzet enorm gewaardeerd! Freek, Jolien, Leon en Michelle, bedankt voor het werk dat jullie hebben gedaan voor de biomarkerstudies.
242
Beste muziekvrienden van de Winkler Prins Harmonie, het orkest is altijd een fijne uitlaatklep geweest tijdens de drukke tijden van studie en promotieonderzoek. Ik hoop dat we nog vele jaren samen plezier zullen beleven aan het maken van muziek! Beste vrienden van de djembégroep. Dankzij jullie is mijn donderdagavond altijd een feestje! Hopelijk kunnen we nog lang samen muziek maken!
Ik wil ook al mijn lieve vrienden bedanken voor hun steun tijdens mijn promotietraject: Sarah en Ayla, eerst samen als studenten op het lab en nu gezellig als vrienden! Laten we snel een naam bedenken voor onze luchtinstrumentenband en op tour gaan!
Azita, Bren, Emma, Martin, Roy, Saskia, Willemijn en Wouter, bedankt voor jullie gezellige gekheid. We zijn nu inmiddels allemaal dokter en ik hoop dat er nog veel meer moois voor ons in het verschiet ligt in de toekomst!
Melvin, super tof dat je nu al bijna huisarts bent! De snelheid waarmee jij alles doorloopt is geweldig! Het is altijd erg leuk om je verhalen vanuit de praktijk te horen. Bedankt dat we al zo lang vrienden zijn!
Chanu, met jouw doorzettingsvermogen gaat het zeker lukken om je droom om thoraxchirurg te worden te verwezenlijken! Rik en jij gaan komend jaar trouwen en ik wens jullie alvast veel geluk, gezondheid, gezelligheid, geneeskunde, ontspanning en liefde!
Annemarijn, wat een fantastisch avontuur ben jij aangegaan in Stockholm! Ik kijk er alvast naar uit om straks jouw verdediging te mogen bijwonen (en wens je alvast veel succes, want verdedigen in Zweden is next level). Bedankt voor al vele jaren vriendschap!
Kilian, na je avonturen Maastricht en Australië ben je nu aan wederom een nieuw hoofdstuk begonnen in Haarlem/Zaandam. Super knap wat je tot nu toe allemaal hebt bereikt en ik kan niet wachten wat nog meer zal volgen! En ondertussen blijven we natuurlijk concerten bezoeken, boeken adviseren, Singstarren en nog veel meer!
Rivke, leeftijd is ook maar een getal en gelukkig schromen wij niet om ook onze jeugdige zelf af en toe nog eens de ruimte te geven. Hopelijk eten we nog vele jaren kip met mango zonder mango! Heel erg bedankt dat je er altijd voor me bent!
Pascal/broertje, prachtig om te zien hoe je samen met Mieke een mooi leven aan het opbouwen bent! Bedankt dat jullie deur altijd voor me open staat. Hopelijk gaan we nog vaak thee bestellen uit Engeland, lekker koken (wanneer weer She he d Pie?), muziek maken en vooral gewoon veel plezier hebben!
Ook mijn lieve familie en kennissen wil ik bedanken voor hun steun en bovenal gezelligheid: De Mooibroekjes en alle aanhang en kinderen, oma Mooibroek, Koba, Korwi, Harm, Kirsten, Erika, René, Ryan, Lyon en Logan, bedankt voor alle (muzikale) gezelligheid!
De Piekies en alle aanhang en kinderen, Tjeerd, Trijnie, Susanne, Rinus, Finnan, Mila, Edwin, Linda, Tim en Fleur, bedankt voor altijd weer een gezellig gesprek, leuke familiedag en tal van andere leuke momenten!
Harmina, René, Marten, Géronne, Pieter en Janneke, bedankt voor alle gezelligheid en jullie interesse in mijn studie en onderzoeksprojecten!
A
Lieve Karin en Coen, bedankt dat jullie deur altijd voor mij open staat. Coen, je bent een topper van een zwager en ik ga er vanuit dat je ze allemaal zal vangen! Karin, je bent een geweldige zus met zeer veel talent, van tekenen en muziek maken tot je werk in het ziekenhuis! De sledehonden hebben jullie een verloving gebracht. Ik wens jullie alvast alle geluk en zodra het ooit lukt om HIMYM uit te krijgen beginnen we aan iets nieuws!
Lieve papa en mama, de beste ouders die er zijn, bedankt dat jullie altijd in me geloven en bedankt voor alle mogelijkheden die jullie me hebben gegeven. Jullie zijn geweldig!
