atherosclerosis
Zhao, Y.
Citation
Zhao, Y. (2011, November 1). Reverse cholesterol transport : a potential therapeutic target for atherosclerosis. Retrieved from https://hdl.handle.net/1887/18008
Version: Corrected Publisher’s Version
License: Licence agreement concerning inclusion of doctoral thesis in the Institutional Repository of the University of Leiden
Downloaded from: https://hdl.handle.net/1887/18008
Note: To cite this publication please use the final published version (if applicable).
Chapter 11
11.3 Dutch Samenvatting
Hart- en vaatziekten vormen de voornaamste doodsoorzaak in de westerse wereld. Een belangrijke oorzaak voor de ontwikkeling van hart- en vaatziekten is de vorming van vernauwingen in de bloedvaten, de zogenaamde atherosclerose ofwel aderverkalking genoemd. Een belangrijke risicofactor voor het ontstaan van atherosclerose is een te hoog cholesterolgehalte. Huidige therapieën richten zich voornamelijk op het verlagen van het (slechte) cholesterol in lage-dichtheids lipoproteïnen (LDL) en zeer-lage-dichtheids lipoproteïnen (VLDL). Hoewel de incidentie van atherosclerose sterk is verminderd blijft het aantal patiënten dat lijdt aan hart- en vaatziekten hoog. Veel klinische onderzoeken laten zien dat het cholesterol in (goede) hoge-dichtheids lipoproteïnen (HDL) een beschermende rol kan spelen bij de ontwikkeling van atherosclerose. De belangrijkste functie van HDL richt zich op de verwijdering van cholesterol uit perifere weefsels, welke vervolgens via de lever wordt uitgescheiden (omgekeerd cholesterol transport, ofwel RCT). In dit proefschrift is het belang van RCT voor de bescherming tegen atherosclerose onderzocht. Daarnaast zijn de effecten van RCT stimulatie als een mogelijk nieuwe behandeling van atherosclerose geëvalueerd.
11.3.1 Het belang van RCT ter bescherming tegen atherosclerose
ABC-transporter A1 (ABCA1) en scavenger receptor BI (SR-BI) spelen een belangrijke rol in het HDL metabolisme. ABCA1 is essentieel voor de productie van HDL, terwijl SR-BI zorgt voor het transport van cholesteryl esters (CE) van HDL naar de lever. Om inzicht te krijgen in de veronderstelde rol van ABCA1 en SR-BI in RCT en atherosclerose, zijn er muizen gecreëerd die ABCA1 en SR-BI missen (dubbele knockout muizen, ofwel dKO). In Hoofdstuk 2 zijn deze muizen gekarakteriseerd. Net als SR-BI deficiënte muizen, vertoonden dKO muizen geen opname van CE uit HDL door de lever. Aan de andere kant hadden ze, in overeenstemming met ABCA1 deficiëntie, hypocholesterolemie en weinig tot geen HDL. Deficiëntie van ABCA1, SR-BI of beide zorgde voor een identieke reductie in RCT vanuit wildtype (WT) macrofagen. dKO muizen vertoonden stapeling van macrofaag schuimcellen in de long en Peyer’s patches. Dit suggereert een functie van ABCA1 en SR-BI in cellulaire cholesterol homeostase. Vanwege de afwezigheid van pro- atherogene lipoproteïnen ontwikkelden dKO muizen echter geen atherosclerotische lesies.
In Hoofdstuk 3 is het effect van gecombineerde deficiëntie van ABCA1 en SR-BI op atherogenese verder onderzocht door deze muizen voor een periode van 10 weken een atherogeen dieet te voeren. Dit dieet bevat 15% cacaoboter, 1% cholesterol en 0.5 cholaat.
Voornamelijk door de afwezigheid van HDL hadden dKO muizen lagere cholesterol waarden dan de WT muizen. VLDL en LDL concentraties in dKO muizen waren hoger dan in ABCA1 KO muizen, maar veel lager dan in SR-BI KO muizen. Ook na het atherogene dieet vertoonden dKO muizen verhoogde macrofaag schuimcel vorming in het peritoneum.
Vergeleken met WT muizen resulteert de HDL deficiëntie in ABCA1 KO en dKO muizen in verhoogde leukocytose en meer atherosclerose door verhoogde rekrutering van leukocyten naar de atherosclerotische lesie en de adventitia. Daarnaast vertoonden SR-BI KO muizen verhoogd VLDL/LDL en abnormaal groot HDL, verhoogde leukocyt infiltratie in de lesies en omringende adventitia en toegenomen vorming van atherosclerose. Deze resultaten onderstrepen de cruciale beschermende rol van HDL afhankelijke RCT met betrekking tot atherosclerose. Het is opmerkelijk dat ABCA1 deficiëntie in SR-BI KO muizen atherosclerose vermindert. Verlaagde plasma concentraties van monocyt chemoattractant MCP-1 en verlaagde expressie van het adhesie molecuul ICAM-1 in de vaatwand, leidt waarschijnlijk tot verminderde infiltratie van monocyten vanuit de circulatie in de vaatwand. Niet alleen de proatherogene lipoproteïnen LDL en VLDL, maar
ook niet-functioneel HDL induceert MCP-1 secretie en verhoogt ICAM-1 expressie in endotheelcellen in de vaatwand [17941290]. De verminderde atherosclerose ontwikkeling in dKO muizen is dus waarschijnlijk veroorzaakt door de verlaging van de hoeveelheid niet-functioneel HDL en proatherogene lipoproteïnen in het plasma als gevolg van ABCA1 deficiëntie.
11.3.2. Het belang van cellulaire cholesterol efflux mechanismen ter preventie van atherosclerose
Macrofagen spelen een belangrijke rol bij de initiatie en de progressie van atherosclerose.
Deze cellen fungeren als de opruimcellen voor vetten en produceren grote hoeveelheden ontstekingsfactoren die het ziekteproces beïnvloeden. Cholesterol efflux mechanismen in macrofagen, de eerste stap van het RCT, zijn essentieel om stapeling van cholesterol en dus schuimcel vorming te voorkomen. In Hoofdstuk 4 is het relatieve belang van verschillende cholesterol efflux routes van macrofaag schuimcellen in atherosclerotische lesies samengevat. Naast hun belangrijke rol in het metabolisme van HDL zijn ABCA1 en SR-BI ook betrokken bij efflux van cholesterol vanuit macrofagen naar apolipoproteïne AI (ApoAI) en HDL. In Hoofdstuk 5 is gebruik gemaakt van de beenmergtransplantatie (BMT) techniek. Het effect van gecombineerde uitschakeling van ABCA1 en SR-BI in macrofagen op schuimcel vorming en atherosclerose werd onderzocht door middel van transplantatie van ABCA1/SR-BI dKO beenmerg naar LDL receptor (LDLr) KO muizen.
Het voeren van een Western-type dieet (WTD) resulteerde in de dKO getransplanteerde muizen tot een verminderde verhoging van de concentraties cholesterol in het bloed. Dit kwam waarschijnlijk door verlaagde voedselinname, aangetaste absorptie in de darmen en verminderde VLDL productie. Desondanks vertoonden deze dKO getransplanteerde muizen extreme schuimcel vorming in het peritoneum en de milt. Gecombineerde deficiëntie van macrofaag ABCA1 en SR-BI resulteerde ook in verhoogde concentraties pro-inflammatoir KC (muizen IL-8) en IL-12 en versnelde atherosclerose. Onder condities van hoge, dieet-geïnduceerde, concentraties vetten zijn zowel ABCA1 als SR-BI in beenmerg afgeleide cellen dus essentieel voor de preventie van macrofaag schuimcel vorming en atherosclerose. Andere cholesterol efflux mechanismen kunnen niet compenseren voor de afwezigheid van deze cholesterol transporters.
Een opvallende bevinding van Brunham et al. is dat specifieke genetische uitschakeling van ABCA1 op macrofagen geen effect had op atherogenese in LDLr KO muizen [17322896]. Dit zou veroorzaakt kunnen worden doordat macrofaag LDLr deficiëntie de vet geïnduceerde opregulatie van ABCA1 op macrofagen en daarmee macrofaag cholesterol efflux uit macrofagen verhinderd [18029360]. In Hoofdstuk 6 zijn LDLr KO muizen getransplanteerd met beenmerg van LDLr/ABCA1 dKO muizen en hun respectievelijke controles om de interactie tussen de LDLr en ABCA1 op leukocyten en de gevolgen voor de ontwikkeling van atherosclerotische lesies te onderzoeken. Macrofaag LDLr deficiëntie had geen invloed op de cholesterol efflux van beenmerg afgeleide macrofagen in vitro of macrofaag schuimcel vorming in vivo. Leukocyt ABCA1 deficiëntie resulteerde echter in een verhoogde schuimcel vorming en meer atherosclerose, zowel in de aanwezigheid als afwezigheid van LDLr expressie. Hieruit blijkt duidelijk dat het beschermende effect van leukocyt ABCA1 op atherosclerose onafhankelijk is van LDLr expressie. LDLr/ABCA1 dKO getransplanteerde muizen vertoonden minder lymfocytose, verminderde rekrutering van T-cellen naar de adventitia van het bloedvat met atherosclerotische lesies, en kleinere lesies in vergelijking met ABCA1 KO getransplanteerde dieren. Deze bevindingen suggereren dat ABCA1 in leukocyten, naast een rol in cholesterol efflux, ook tegen atherosclerose beschermt door het remmen van de
Chapter 11
proliferatie en de rekrutering van T-cellen.
ABCA1 bevordert cholesterol efflux van macrofagen naar apolipoproteïnen, waaronder ApoAI [11162594]. In Hoofdstuk 7 is het belang van circulerend ApoAI voor macrofaag ABCA1 afhankelijke RCT en het beschermende effect van leukocyt ABCA1 op atherosclerose onderzocht. Lipoproteïnen-deficiënt serum (LPDS) en HDL van LDLr/ApoAI dKO muizen vertoonden een verminderde capaciteit om cholesterol efflux te induceren vanuit WT macrofagen in vergelijking met die van LDLr KO muizen. Echter, macrofaag ABCA1 deficiëntie leidde niet tot een verder gereduceerde cholesterol efflux naar LPDS en HDL van LDLR/ApoAI dKO muizen noch tot verminderde uitscheiding van radioactief gemerkt cholesterol vanuit WT macrofagen in de ontlasting van LDLR/ApoAI dKO muizen. Daarom worden ApoAI en macrofaag ABCA1 gezien als functionele partners in macrofaag RCT. Vervolgens werden LDLr/ApoAI dKO muizen getransplanteerd met beenmerg van ABCA1 KO muizen of WT controles. Het voeren van WTD aan deze muizen resulteerde, ondanks de verlaging van cholesterol in VLDL en LDL, bij ABCA1 deficiëntie in versnelde ontwikkeling van atherosclerose in LDLr/ApoAI dKO muizen Hieruit blijkt duidelijk dat leukocyt ABCA1, zelfs in de afwezigheid van circulerend ApoAI, beschermt tegen atherosclerose. Naast macrofaag RCT dragen dus ook andere mechanismen bij aan de beschermende effecten van leukocyt ABCA1, vooral onder omstandigheden waarin circulerend ApoAI afwezig is. De versnelde atherosclerose in LDLr/ApoAI dKO muizen met macrofaag ABCA1 deficiëntie viel samen met een verhoogde monocytose en neutrofilie in het bloed, verhoogde plasmaspiegels van de belangrijke monocyt en neutrofiel chemoattractants van monocyten en neutrofielen; MCP- 1 en KC, en verhoogde neutrofiel accumulatie in de lesies. Deze bevindingen suggereren dat de beschermende effecten van leukocyt ABCA1, naast cholesterol efflux, ook kunnen worden toegeschreven aan een anti-inflammatoire werking.
11.3.3 Bevordering van RCT vanuit macrofagen ter bescherming tegen atherosclerose Om te onderzoeken of een mogelijke toename van de macrofaag RCT capaciteit beschermt tegen de ontwikkeling van atherosclerose zijn verschillende strategieën getest, waaronder dieet afhankelijke verlaging van cholesterol in het bloed, macrofaag ABCA1 overexpressie en infusie van synthetische cholesterol-vrije fosfatidylcholine (PC) deeltjes. In Hoofdstuk 8 werden LDLr KO muizen gedurende 5 of 9 weken WTD gevoerd om de vorming van beginnende en vergevorderde atherosclerotische lesies te stimuleren. Daarna kregen de dieren chow dieet om lagere plasma cholesterol spiegels te verkrijgen. De dynamische respons van de gevestigde lesies werd onderzocht. Dieet geïnduceerde verlaging van cholesterol verminderde de hoeveelheid macrofagen in de vergevorderde lesies. Echter, de lesie ontwikkeling werd voortgezet als gevolg van de uitbreiding van collageen en de necrotische gebieden. Het is opvallend dat beginnende lesies meer pro-inflammatoir werden, terwijl de ontsteking was verminderd in vergevorderde lesies. De ernst van de lesies bepaalde dus de effecten van de verlaging van het plasma cholesterol op de lesie. Dit onderstreept het belang van het stadium van atherosclerotische lesie ontwikkeling voor onderzoek naar nieuwe therapeutische strategieën gericht op vermindering van atherosclerose.
In Hoofdstuk 9 werden BMT experimenten in LDLr KO muizen met vergevorderde lesies gebruikt om de mogelijkheden van ABCA1 overexpressie in beenmerg-afgeleide cellen voor de behandeling van al aanwezige atherosclerose te bestuderen. ABCA1 overexpressie remde macrofaag infiltratie in beginnende, maar niet in vergevorderde lesies. Dat laatste is waarschijnlijk het gevolg van het feit dat infiltratie van macrofagen in bestaande lesies in een vergevorderd stadium van ontwikkeling grotendeels werd verminderd als gevolg van de aanwezigheid van een fibrotische laag. De ernst van de
al bestaande lesies bepaalt dus de therapeutische mogelijkheden van ABCA1 overexpressie in beenmerg-afgeleide cellen.
Infusie van artificieel HDL (rHDL), bestaande uit menselijk ApoAI en PC, beschermt tegen atherosclerose door cholesterol efflux uit macrofaag schuimcellen stimuleren en de ontstekingsreactie te remmen [10918070, 12937162, 20609437]. PC deeltjes, zoals rHDL, kunnen cholesterol opnemen dat uit cellen wordt getransporteerd via SR-BI, ABCG1 en diffusie. Infusie van grote hoeveelheden PC zou dan ook naar verwachting een positief effect kunnen hebben op efflux van cholesterol uit cellen en dus atherosclerose. In Hoofdstuk 10 werd het effect van PC deeltjes op macrofaag cholesterol efflux in vitro en de ontwikkeling van al aanwezige atherosclerotische lesies in LDLr KO muizen geëvalueerd. Zoals verwacht zorgden hoge concentraties PC deeltjes (>84 μg/ml) voor een inductie van cholesterol efflux uit macrofagen. De PC deeltjes bleken net zo efficiënt als rHDL met dezelfde hoeveelheid PC. De verhoging van macrofaag cholesterol verwijdering door een enkele infusie van een hoge dosis PC deeltjes leidde tot een snelle stabilisatie/regressie van de aanwezige lesies in LDLr KO muizen op WTD. De PC component van het rHDL draagt dus bij aan de cholesterol efflux inducerende capaciteit en oefent een gunstig effect uit op de ontwikkeling van atherosclerose.
Samengevat toont dit proefschrift het belang van RCT aan voor het remmen van atherosclerotische lesie ontwikkeling. ABCA1 en SR-BI, zowel in de lever als de macrofagen kunnen worden beschouwd als kandidaten voor farmaceutische interventie om HDL te verhogen, macrofaag cholesterol efflux te bevorderen, cholesterol transport naar de lever te stimuleren, en zo te beschermen tegen atherosclerose. Verscheidene mogelijkheden voor het verhogen van macrofaag cholesterol efflux zijn geëvalueerd, welke hopelijk zullen leiden tot nieuwe behandelingen die zich richten op stimulering van RCT. De verworven kennis over de effecten van de ernst van de bestaande lesies op lesie transformatie en monocyt infiltratie na interventie helpen bij de ontwikkeling van stadiumspecifieke therapieën tegen atherosclerose. Daarnaast suggereren de nieuwe bevindingen van ABCA1 en HDL niveaus op leukocytose dat cholesterol homeostase van leukocyten de immuunrespons beïnvloedt, wat een verband aangeeft tussen hypercholesterolemie en systemische inflammatie tijdens atherogenese.
