Cover Page
The handle http://hdl.handle.net/1887/58107 holds various files of this Leiden University dissertation
Author: Heijden, Thomas van der
Title: The interplay between lipids and the immune system in atherosclerosis
Date: 2017-12-19
nederlandse samenvatting
De meest voorkomende ziekten in de Westerse wereld zijn op dit moment hart- en vaatziekten. Hart- en vaatziekten omvatten verschillende aandoeningen waaronder het krijgen van een hartinfarct of beroerte. Ondanks dat deze aandoeningen vaak plotseling lijken te ontstaan is het onderliggende ziekteverloop een langzaam en sluipend proces.
De onderliggende oorzaak van hart- en vaatziekten is namelijk de ontwikkeling van atherosclerose ofwel slagaderverkalking. Atherosclerose is de vorming van een verdikking in de vaatwand, een zogeheten atherosclerotische plaque. Door verandering van de endotheellaag in de vaatwand kunnen cholesterol en cellen van het immuunsysteem zich ophopen in de vaatwand. In een vroeg stadium van atherosclerose infiltreren monocyten, de voorlopers van macrofagen, in de vaatwand. Eenmaal in de vaatwand kan de monocyt differentiëren in een macrofaag onder invloed van signaalstoffen. Macrofagen, maar ook dendritische cellen, kunnen cholesterol, dat aanwezig is in de vaatwand, opnemen via de LDL receptor.
Er zijn verschillende mechanismen, zoals endotheel geïnduceerde modificatie van LDL, die kunnen leiden tot het ontstaan van geoxideerde LDL (oxLDL). OxLDL kan ongelimiteerd worden opgenomen door macrofagen waardoor ophoping van lipiden ontstaat. Hierdoor ontstaan lipiden beladen macrofagen, zogenoemde schuimcellen, die een initiële atherosclerotische plaque vormen.
Door excessieve opname van cholesterol kunnen deze cellen dood gaan in de atherosclerotische plaque, waardoor een necrotische kern in de atherosclerotische plaque ontstaat. Tegelijkertijd worden er nieuwe ontstekingscellen aangetrokken die zich ophopen in de vaatwand. Aan de luminale zijde van de plaque vormt zich daarbij een fibreus kapsel, bestaande uit gladde spiercellen en extracellulaire matrix.
Dit kapsel zorgt ervoor dat de inhoud van de atherosclerotische plaque gescheiden is van het bloed. Door de steeds groter wordende atherosclerotische plaque raakt het bloedvat ernstig vernauwd en kan het uiteindelijk geheel afgesloten raken. Daarnaast kan het kapsel scheuren, waardoor de inhoud van de plaque in contact komt met het bloed wat ervoor zorgt dat het bloedstollingssysteem wordt geactiveerd. Dit zorgt voor de vorming van een bloedstolsel (trombus) wat kan leiden tot levensbedreigende complicaties zoals een hartinfarct of beroerte.
Hart- en vaatziekten behoren op dit moment tot de meest voorkomende ziekten bij mensen en ontstaan al op jonge leeftijd. Tussen de ontwikkeling van een atherosclerotische plaque en de uiteindelijke symptomen kunnen vele tientallen jaren zitten. Dit heeft tot gevolg dat veel mensen pas in een (ver)gevorderd stadium in het ziekenhuis terecht komen en behandeling daarom vaak gericht is op het verminderen van de progressie van de plaque en het bestrijden van de symptomen.
Er zijn verschillende risicofactoren die een rol spelen bij het ontstaan van atherosclerose. Eén daarvan is hoge cholesterol waarden in het bloed. Dit wordt veelal veroorzaakt door het eten van cholesterol bevattende maaltijden. Cholesterol circuleert in de vorm van lipoproteïnen met verschillende dichtheden: de laagste dichtheid heeft VLDL (zeer lage dichtheids lipoproteïne) dan LDL (lage dichtheids lipoproteïne) en het lipoproteïne met de hoogste dichtheid is HDL (hoge dichtheids lipoproteïne). Verhoogde waarden van VLDL en LDL zijn geassocieerd met de 113
114
Nederlandse samenvatting
ontwikkeling van atherosclerose, terwijl verhoogde waarden van HDL beschermend kan werken tegen atherosclerose.
Wanneer iemand te hoge LDL cholesterol waarden in het bloed heeft worden meestal statines voorgeschreven. Statines zijn cholesterolverlagende medicijnen die al enkele tientallen jaren worden gebruikt en die daarnaast ook een licht ontstekingsremmend effect hebben. Ondanks de effectiviteit voor het merendeel van de mensen is er ook een grote groep patiënten die geen baat heeft bij het gebruik van statines. Sommige mensen hebben bijvoorbeeld ondanks statine behandeling geen verlaging van LDL cholesterol waarden in het bloed.
Op dit moment is PCSK9 een ‘drug targets’ dat gebruikt zou kunnen worden in plaats van of in combinatie met statines om het LDL cholesterol te verlagen.
PCSK9 is een enzym dat bindt aan LDL receptoren en zorgt voor verminderde opname van LDL door de lever. Het remmen van dit enzym zorgt voor een verlaging van LDL cholesterol waarden in het bloed waardoor dit de kans op het krijgen van een hartinfarct zou kunnen verminderen. Echter, atherosclerose is een chronische ontstekingsziekte en alleen het verlagen van cholesterol waarden is niet voldoende.
Er zijn namelijk patiënten, waarbij het gebruik van statines zorgt voor verlaagde cholesterol waarden in het bloed, maar waarbij statinegebruik niet leidt tot een verminderde ontsteking. Onderzoek heeft laten zien dat deze patiënten nog steeds een verhoogd risico lopen op een hartinfarct. Zij zouden dus meer baat kunnen hebben bij ontstekingsremmende medicatie om de progressie van atherosclerose te verminderen.
Om de incidentie van acute cardiovasculaire complicaties te verminderen is het van belang om patiënten met een verhoogd risico vroegtijdig te kunnen identificeren, en daarom is de ontwikkeling van zogenoemde biomarkers belangrijk. Dit zijn stoffen die in het bloed gemeten kunnen worden, en die het ziekteproces kunnen voorspellen. Door het vroegtijdig identificeren van patiënten met een verhoogd risico, kan er eerder in het proces worden ingegrepen om verdere ontwikkeling of destabilisatie van de plaque te remmen. Atherosclerose is behalve een lipiden-gemedieerde ziekte ook een chronische ontstekingsziekte en ontstekingseiwitten kunnen daarom een belangrijke indicator zijn. C-reactief proteïne is een voorbeeld van een eiwit dat door de lever wordt geproduceerd en toeneemt op het moment van een ontsteking. Het kan daarom gebruikt worden om ontstekingsreacties te monitoren tijdens atherosclerose. Daarnaast kan er gebruik worden gemaakt van signaalstoffen, zogenoemde cytokines, die een belangrijke rol spelen in de communicatie tussen cellen. Er zijn zowel ontstekingsbevorderende als ontstekingsremmende cytokines, die worden geproduceerd door immuuncellen en die kunnen de ontwikkeling van atherosclerose versterken of remmen.
Hoofdstuk 2 geeft een overzicht van verschillende cytokines, behorende bij de interleukine (IL)-12 cytokine familie, en de betrokkenheid van deze cytokines bij de ontwikkeling van atherosclerose. Deze familie bestaat uit de cytokines IL-12, IL-23, IL-27 en IL-35, die aangrijpen op specifieke receptoren, en in dit hoofdstuk zijn de overeenkomsten en verschillen in de structuur en receptor beschreven. Deze cytokines, en ook de receptoren waar ze aan binden, bestaan uit heterodimeren. In zowel experimentele studies als humane studies is beschreven wat de effecten van deze cytokines zijn op hart- en vaatziekten. Daarnaast kunnen deze cytokines ook gebruikt worden als biomarker om in te grijpen voordat levensbedreigende complicaties zich manifesteren door atherosclerose. In een (ver)gevorderd stadium van atherosclerose is er in de circulatie vaak een toename van de ontstekingsbevorderende cytokines IL-12, IL-23 en IL-27, terwijl er juist een vermindering is van het ontstekingsremmende cytokine IL-35. Het niveau van deze
115
cytokines in de circulatie zou daarom een voorspellende waarde kunnen hebben voor het krijgen van een cardiovasculair event.
In hoofdstuk 3 is het effect van het ontstekingsremmende cytokine IL-35 op de ontwikkeling van atherosclerose onderzocht. Eerdere studies hebben aangetoond dat het circulerende niveau van IL-35 verminderd naarmate atherosclerose verder ontwikkelt. In vergelijking met patiënten met stabiele plaques hebben patiënten met onstabiele plaques, en dus meer kans op scheuring, lagere waarden van IL-35 in het bloed. Verschillende studies hebben aangetoond dat IL-35 wordt geproduceerd door regulatoire T cellen (Tregs). Tregs worden ook wel T-suppressorcellen genoemd en zijn betrokken bij het reguleren van de immuunrespons. Door het uitscheiden van cytokines, waaronder IL-35, kan deze cel andere immuuncellen reguleren gedurende ontstekingsreacties. In onze studie zorgt een korte behandeling van muizen met IL- 35 voor een toename van de suppressieve capaciteit van Tregs.
Om het effect te bepalen van IL-35 op ontwikkeling van atherosclerose zijn muizen 4 weken lang behandeld met IL-35, terwijl deze muizen een hoog vet dieet kregen. IL-35 zorgde voor vermindering van atherosclerose-ontwikkeling en daarnaast was de necrotische kern in de plaque kleiner door de behandeling.
IL-35 behandeling bleek ook een effect te hebben op B cellen. Dit zijn cellen die betrokken zijn bij de humorale immuunrespons en ook bij de ontwikkeling van atherosclerotische plaque groei. Er zijn verschillende subsets van B cellen: B1 en regulatoire B cellen (Bregs) hebben een beschermende rol in atherosclerose, terwijl B2 cellen zorgen voor een toename in atherosclerotische plaque groei. IL-35 behandeling zorgde in deze studie voor een toename van B1 cellen en Bregs, wat een van de mechanismen zou kunnen zijn waardoor IL-35 behandeling effectief was in het remmen van atherosclerose. Een behandeling met IL-35 zou dus een mogelijke therapeutische strategie kunnen zijn om atherosclerose te verminderen.
In hoofdstuk 4 is onderzocht wat het effect van extreme lipide stapeling is op de antigeen presenteerde functie van macrofagen en dendritische cellen. Dit hebben we bekeken door de belangrijkste cholesterol efflux transporteurs (ABCA1 en ABCG1) uit te schakelen in deze cellen, en daarna te beladen met lipiden.
In onze studie hebben zowel macrofagen als dendritische cellen van controle muizen verhoogde antigeen presenterende eigenschappen na het beladen met oxLDL. In macrofagen en dendritische cellen waarin ABCA1 en ABCG1 uitgeschakeld zijn is er daarentegen geen toename te zien in antigeen presentatie na het beladen met oxLDL. Eerdere studies hebben laten zien dat dendritische cellen hun antigeen presenterende eigenschappen behouden tijdens een hoog vet dieet maar niet het effect van extreme lipide stapeling. Bij muizen waar we beenmerg getransplanteerd hebben van wild-type muizen is er, na 5 weken op een hoog vet dieet, een toename in antigeen presentatie te zien ten opzichte van muizen op een normaal dieet.
Echter, bij muizen waar beenmerg getransplanteerd is met uitschakeling van ABCA1 en ABCG1 er geen verschil te zien in antigeen presentatie tussen een hoog vet en normaal dieet. Deze resultaten laten tezamen zien dat extreme lipide stapeling zorgt voor een ontregelende antigeen presentatie. Dit suggereert dat er een samenspel is tussen lipiden en het immuunsysteem. Zoals eerder genoemd hebben statines zowel een cholesterol verlagend als ontstekingsremmend effect. Het is alleen niet bekend of het ontstekingsremmende effect wordt veroorzaakt door de verlaging van cholesterol of dat statines via andere mechanismen ontstekingsremmend werken. Het ontrafelen van de mechanismen betrokken bij de interacties tussen lipiden en het immuunsysteem kan dus bijdragen aan het verbeteren van de therapeutische behandeling van atherosclerose.
116
Nederlandse samenvatting
In hoofdstuk 5 zijn de effecten van remming van het NLRP3 inflammasome op de ontwikkeling van atherosclerose bepaald. Het inflammasome bestaat uit verschillende eiwitten en spelen een belangrijke rol bij de ontstekingsreactie en bij het verwijderen van een (bacteriële) infectie. Er zijn op dit moment meerdere types inflammasome beschreven maar NLRP3 is eerder aangetoond betrokken te zijn bij atherosclerose. Studies in muizen hebben laten zien dat atherosclerotische plaque groei verminderd wanneer het NLRP3 inflammasome wordt uitgeschakeld. Een belangrijk cytokine wat geproduceerd wordt na de activatie van het inflammasome, IL-1ß, is ook betrokken bij de ontwikkeling van atherosclerose. Remming van dit cytokine zorgt ook voor een vermindering van atherosclerose in muizen.
De chemische stof MCC950 kan het NLRP3 inflammasome remmen, wat resulteert in een afname in NLRP3 inflammasome geïnduceerde IL-1ß productie.
We hebben onderzocht of MCC950, als remmer van het NLRP3 inflammasome, kon zorgen voor verminderde ontwikkeling van atherosclerotische plaques. Daarvoor is eerst onderzocht of het effectief is als er een hoge cholesterol concentratie in het bloed is. Hiervoor hebben we gekeken naar het effect van IL-1ß productie in het serum van muizen op een hoog vet dieet. Na een korte behandeling met MCC950 was er een verminderde IL-1ß productie in vergelijking met de controle groep.
Hierna hebben we onderzocht wat het effect is op atherosclerose. MCC950 behandeling van muizen op een hoog vet dieet resulteerde in een verminderde ontwikkeling van atherosclerose. Dit werd veroorzaakt door een afname in de hoeveelheid geïnfiltreerde macrofagen in de atherosclerotische plaques van MCC950 behandelde muizen. Ook zagen we in de plaque een verlaging van de expressie van genen, die betrokken zijn bij de infiltratie van macrofagen in de plaques.
Recent heeft een grote klinische trial in mensen aangetoond dat remming van IL-1ß met behulp van een monoklonaal antilichaam, genaamd canakinumab, zorgt voor een vermindering van terugkerende hart- en vaatziekten zoals hartinfarcten.
Ondanks de hoopvolle resultaten is het belangrijk om op te merken dat een totale remming van IL-1ß kan zorgen voor verminderde weerstand tegen infecties. In deze grote klinische trial werd dan ook een toename gevonden van mensen die overleden zijn door een infectie tijdens het gebruik van de IL-1ß remmer.
MCC950 heeft als grote voordeel dat het niet de totale hoeveelheid IL-1ß remt maar specifiek het NLRP3 inflammasome. Daarnaast heeft MCC950 geen invloed op de belangrijkste inflammasomes betrokken bij bacteriële infecties, zoals NLRP1 en NLRC4, waardoor een bacteriële infectie ondanks de behandeling efficiënt opgeruimd kan worden. Een ander voordeel is dat MCC950 vele malen goedkoper is dan een antilichaam zoals canakinumab. Omdat atherosclerose een chronische ziekte is en er continue behandeling noodzakelijk is, heeft het gebruik van goedkopere middelen de voorkeur. Verdere ontwikkeling van MCC950 kan er dus voor zorgen dat het uiteindelijk mogelijk gebruikt zou kunnen worden in de behandeling van atherosclerose.
In dit proefschrift zijn verschillende studies beschreven met nieuwe en bekende targets die gebruikt kunnen worden voor de behandeling van atherosclerose. De resultaten beschreven in dit proefschrift onderschrijven de belangrijke invloed die het immuunsysteem heeft op de ontwikkeling van atherosclerose. We hebben laten zien dat er een interactie is tussen lipiden stapeling en het immuunsysteem.
Daarnaast hebben we een aantal mogelijke manieren onderzocht om de ontstekingsreactie in atherosclerose te verminderen. Deze studies laten zien dat het remmen van de ontsteking zorgt voor een afname in atherosclerotische plaque groei. De ontwikkeling van ontstekingsremmende medicatie zal dus een belangrijke bijdrage leveren aan de betere behandeling van atherosclerose.
117
118
Curriculum Vitae
