Андрю Р. Бонд

Бристолски сърдечен институт, Университет в Бристол, ниво 7, Британски кралски лазарет, Бристол BS2 8HW, Великобритания

нокаут

Кристофър Л. Джаксън

Бристолски сърдечен институт, Университет в Бристол, Ниво 7, Британски кралски лазарет, Бристол BS2 8HW, Великобритания

Резюме

Атеросклерозата е изучавана при животни в продължение на почти век, но събитията, довели до разкъсването на атеросклеротична плака (основната причина за по-голямата част от образуването на фатална тромбоза) са изследвани само през последното десетилетие, отчасти поради развитието на миши модел на спонтанно разкъсване на плака. Нокаутиращите мишки на аполипопротеин Е, хранени с диета с високо съдържание на мазнини, постоянно развиват лезии в брахиоцефалната артерия, които се разкъсват в известен момент от време. Следователно вече е възможно да се наблюдава развитието на лезии, за да се изяснят механизмите зад разкъсването на плаките. Критиците твърдят, че моделът не възпроизвежда появата на разкъсвания на човешка атеросклеротична плака. Целта на този преглед е да подчертае причините, поради които трябва да търсим нокаутиращата мишка аполипопротеин Е, за да разширим разбирането си за разкъсване на плаката.

1. Въведение

Въпреки смъртността от сърдечно-съдови заболявания, спаднали в Обединеното кралство от 70-те години на миналия век (40% намаление за хората под 75 години през последното десетилетие), заболяванията на кръвоносната система представляват приблизително 25% от смъртните случаи на възраст под 75 години и коронарното сърце болестта е водещата причина за смърт [1]. Основната причина за по-голямата част от това заболяване е атеросклерозата.

Атеросклерозата се изучава при животни от началото на 1900 г., като се започне с работата на Игнатовски (прегледана в [2]), въпреки че атеросклерозата по това време не е била призната за основно заболяване. Поради нарастващото напоследък разпространение на сърдечно-съдови заболявания, изследванията на болестта все още са изключително важни.

В идеалния свят животинските модели на атеросклероза биха повторили болестта точно както се среща при хората; здравият разум обаче ни казва, че това не е възможно и се изисква различен подход. Добрият животински модел ще възпроизведе биохимията на болестта, но не е задължително да се получи идентична морфология. Докато процесите, които водят до образуване на лезии, са сходни между животните и хората и моделът показва сходни характеристики на заболяването, което го превръща в клиничен риск (разкъсване на плака, стеновидна тромбоза, интраплаквен кръвоизлив), моделът ще даде полезна информация . Добър пример за това е моделът на заек, хранен с холестерол. Зайците, хранени с холестерол, се използват в атеросклеротични изследвания в продължение на повече от 60 години и този модел предоставя изключително подходящи улики за това как се развиват лезиите при хората. Това изследване е критикувано, защото зайците са тревопасни и се справят с холестерола по начин, много различен от хората. Това не означава, че трябва да игнорираме констатациите; това означава, че трябва да ги тълкуваме предпазливо, като вземаме предвид междувидовите разлики.

Добрият атеросклерозен животински модел трябва да ни позволи да проследяваме промените в болестното състояние с течение на времето, да имаме подобни лезии (но не непременно идентични) с тези при хората и да използваме животни, които постоянно развиват атеросклероза на известни места, които се размножават бързо и които са относително евтин.

Общият метод за избор на животински модел на атеросклероза, дори и в днешно време, е да се използва подход „отгоре надолу“, при който в животинския модел трябва да присъстват признаци на заболяване, за които е известно, че присъстват при хората. Това доведе до много стерилен дебат за това дали лезиите от животни приличат на човешки лезии. Всеки, който е разгледал голям брой човешки лезии, осъзнава, че те са изключително разнородни, дори на подобни анатомични места, така че дори не е възможно да се предпише морфология на лезията, към която животният модел трябва да се стреми. Време е да изоставим подхода отгоре надолу и да приложим интелекта към проблема. Това по същество означава използването на противоположния метод, подход „отдолу нагоре“, за избор на животински модел. Това важи с особена сила за животински модели на разкъсване на плака, които са пострадали значително от тесните стриктури на мислителите отгоре надолу. Философията отдолу нагоре означава да попитаме дали даден животински модел предоставя полезна информация за човешката болест; външният вид, генетичният състав, хранителните навици, размерите и т.н. на животинския модел са незначителни, ако моделът дава възможност за истински и полезни прозрения.

Подходът отгоре надолу беше приет по разбираеми причини. Единственият източник на информация за спукани плаки са образци на коронарна артерия след смъртта, така че всичко, което имахме на разположение, беше моментна снимка на заболяване, което може да се развива, дори по време на последните си фатални фази, в продължение на часове, дни или може би седмици. Това води до редица сериозни проблеми при тълкуването.

Пациентите се самоизбират - те са претърпели фатално коронарно събитие - и следователно може да не са представителни за общата популация или дори за пациенти с нефатални нестабилни плаки. Това може да пристрасти всеки анализ към конкретни механизми.

Изминаването на времето между появата на симптома и извличането на образец след смъртта ще бъде придружено от промени в тъканния състав, които би било желателно да не се възпроизвеждат в животинския модел.

Временният хистопатологичен анализ в рамките на субекта е невъзможен, а кохортният анализ между субектите е изключително труден.

Интерпретацията след хок включва спекулации, които не са подкрепени от експериментална проверка.

Когато преди много години всичко, което трябваше да продължим, беше поредица от подобни снимки, беше разумно да се предположи, че животински модел трябва да има хистопатологично сходство с човешки нестабилни плаки. Крайната ни цел обаче не е да направим животински модел с перфектни миниатюрни разкъсвания на плаката; това е да се направи животински модел, от който можем да научим как и защо човешките плаки се разкъсват и който може да се използва за тестване на възможни интервенции, за да се предотврати това. Чрез този анализ хистопатологията е от второстепенно значение. Това беше тежък урок за някои в областта, които продължават да се противопоставят на силата на тази логика и изискват лезиите на мишките да изглеждат точно като човешки лезии - само по-малки. В тази статия ще се стремим да покажем, че животински модел на руптура на плака наистина съществува, че е предоставил полезна и смислена информация за човешките заболявания и че мисленето отгоре надолу продължава да опитва нашите опити да доведем експерименталната патология в изследванията на атеросклерозата към днешна дата.

2. Какво е атеросклероза?

Терминът атеросклероза е въведен през 1940 г. от Феликс Маршан [3], тъй като много точно описва двете съставни области на плаките: атере на гръцки, което означава каша или каша и означава меко ядро, изпълнено с липиди и склероза, което означава втвърдяване и се отнася до твърдата фиброза капачка, която отделя кръвта от тромбогенния материал в лезията [4]. Интересното е, че атеросклерозата не е просто болест на съвременните цивилизации. Египетските мумии на първосвещеници и жрици от 1580–527 г. пр. Н. Е. Са били разчленени и е показано, че имат лезии, подобни на съвременния човек. Атеросклерозата при тези мумии е описана по следния начин: „Болестта се характеризира с изразена дегенерация на мускулната обвивка и на ендотела. Тези болни петна, дискретни в началото, се сливат по-късно и накрая образуват сравнително големи участъци от дегенерирала тъкан, които могат да достигнат повърхността и да се отворят в лумена на тръбата ”[5].

3. Мишката като модел на разкъсване на атеросклеротична плака

Мишките са силно устойчиви на атеросклероза. През 60-те години на миналия век е разработен индуциран от диетата модел на мишка чрез хранене на щама C57BL/6 с диета, съдържаща 30% мазнини, 5% холестерол и 2% холева киселина, което води до развитието на атеросклероза. Недостатъкът на тази диета е, че тя е силно токсична и мишките отслабват и обикновено развиват болезнени респираторни инфекции [13]. Тази диета е модифицирана през 1990 г., за да съдържа 15% мазнини, 1,25% холестерол и 0,5% натриев холат [14], което води до развитие на лезии без токсичните странични ефекти. Същата група също така установи, че има големи разлики в чувствителността на щама към развитие на лезии, предоставяйки сериозни доказателства за генетичния състав като рисков фактор за атеросклероза.

4. Аполипопротеин Е

Аполипопротеин Е (ApoE) е липопротеин, който играе ключова защитна роля при атеросклерозата. Всички клетки и организми използват липопротеини за придвижване на хидрофобни, неразтворими във вода липидни молекули през водната кръвна и тъканна лимфна среда. Липопротеините се състоят от аполипопротеини, фосфолипиди, холестерол, триациклиероли и холестерилови естери и именно те определят плаващата плътност на частиците и позволяват разделянето им в четири основни класа: липопротеин с висока плътност, липопротеин с ниска плътност, липопротеин с много ниска плътност (HDL, LDL и VLDL, съответно) и хиломикрони. Открит през 70-те години [15, 16], apoE е богат на аргинин протеин, открит в хиломикрони, остатъци от хиломикрон, VLDL и някои изотипове на HDL [17]. Той се произвежда в различни тъкани, включително мозък, далак, бели дробове, яйчници, надбъбречна жлеза, бъбреци и мускули, но е в черния дроб, където се синтезира по-голямата част от плазмата [18]. Местата за разпознаване на LDL рецептори (LDL-R) и LDL-R свързани протеини се намират в амино-терминална област на апоЕ, като по този начин улесняват чернодробното поемане на липопротеини и поддържат хомеостазата на холестерола в плазмата [19].

ApoE има многобройни антиатерогенни роли, главно поради действията си върху липидния метаболизъм (за задълбочен преглед, към който е насочен читателят [19]). Накратко, той участва в чернодробното поемане и последващото разграждане на липопротеините чрез LDL-R върху паренхимни чернодробни клетки, изчистване на остатъците от хиломикрон чрез действието на LDL-R свързани протеини, стимулиране на чернодробната продукция на VLDL и TG, обратен транспорт на холестерол (процесът, при който излишъкът от холестерол се транспортира чрез HDL до черния дроб за екскреция с жлъчката) и активиране на ензими, като чернодробна липаза и протеин за пренос на холестерилов естер, участващи в метаболизма на липопротеините. ApoE също има антиатерогенни ефекти, които не участват директно в липидния метаболизъм, които включват инхибиране на LDL окислението [20], агрегация на тромбоцитите [21], пролиферация на гладкомускулни клетки [22], пролиферация на ендотелни клетки [23] и инхибиране на активирането на Т-лимфоцитите и разпространение [24, 25].

5. ApoE нокаут модел мишка

6. Уязвимост на плаката

6.1. Откриване и количествено определяне на разкъсването на плаката

Атеросклеротичните плаки могат да бъдат разделени на два различни типа; тези, които се разкъсват (уязвими или нестабилни, фенотипове) и тези, които не (стабилни фенотипове). Въз основа на ретроспективни проучвания на човешки аутопсии, сравняващи непокътнати и нарушени плаки, е съобщено, че уязвимите плаки се характеризират с голямо ядро, богато на липиди, заемащо повече от 40% от общия обем на плаката (въпреки че 50% са предложени другаде [35]), покрита с тънка влакнеста капачка (4 [77], показваща, че малките намаления в диаметъра на лумена, причинени например от атеросклеротична плака, значително ще увеличат съпротивлението и силите на триене на кръвта, течаща върху плаката. Въпреки това, използвайки закона на Лаплас, може да се покаже, че за два съда, всеки с влакнести капачки със същата якост на опън, капачки, покриващи леко или умерено стенотични плаки в сравнение с по-тежките стенотични плаки, първите ще бъдат изложени на по-голямо периферно напрежение и като такива са по-склонни към руптура [78]. Законът на Лаплас показва връзката между напрежението на периферната стена, напрежението на радиалната стена, радиуса на съда и дебелината на стената и предполага t високото периферно напрежение на шапката може да се развие в тънки влакнести капачки, което може да причини механична повреда на плаката [79].

Неотдавнашно проучване, използващо човешки изчислително симулирани морфологии на плака в напречно сечение (придобити от IVUS), имитиращи различни етапи и вариации в растежа на атеросклеротичните лезии, разглежда ефектите на анатомичните характеристики на плаката върху стреса на пиковата капачка, известен предиктор за руптура при човешки лезии [ 80]. Установено е, че в ранните етапи на положително ремоделиране лезиите са по-податливи на руптури и че освен дебелината на влакнестата капачка, некротичната дебелина на сърцевината, а не площта, е от решаващо значение за определяне на стабилността на плаката.

Допълнителни доказателства за тази противоречива хипотеза могат да бъдат намерени в проучвания, използващи инхибитори на HMG-CoA редуктаза. Статините се използват за лечение на хора, тъй като е доказано, че намаляват нивата на холестерола в плазмата и причиняват регресия на атерома [81]. Техните ефекти включват подобряване на ендотелната функция, модулиране на възпалителните реакции, предотвратяване образуването на тромби и подобряване на стабилността на плаката [82]. Този потенциален ефект върху стабилността на плаката при хора доведе до изследване на статини при мишки. Мишките с високо съдържание на мазнини, хранени с диета, лекувани с правастатин, показват намалена честота на разкъсване на плаката, съвпадаща с 5-кратно увеличение на дебелината на влакнестата капачка. Това обаче не повлиява общите темпове на ремоделиране на съдовете, но значително увеличава размера на разширяването на съда и времето между разкъсванията на плаката [41].

10. Къде стои моделът на мишката ApoE Knockout за разкъсване на плака днес?

Има известна резистентност към идеята, че мишките страдат от спонтанно разкъсване на атеросклеротични плаки. Това е формулирано в пресата предимно от малка група несъгласни учени [68, 83]. Критиките им се съсредоточават върху следните точки.

Определенията за руптура на плака, използвани в клиничната хистопатология, не се удовлетворяват от руптури на миши плаки.

Разкъсванията на миши плаки могат да бъдат резултат от увреждане по време на обработката на тъкани след смъртта.

Структурите, описани като заздравени разкъсвания на плаки при мишки, всъщност не са нищо повече от наслояване на плаката в резултат на епизодичен растеж.

Нека да ги изхвърлим един по един - и, надяваме се, този път веднъж завинаги. Те вече са внимателно разгледани и опровергани [50, 84], но изглежда, че съобщението не може да бъде оценено и стандартният изглед на мишки модели на спонтанно разкъсване на плака е, че те са противоречиви. Те изобщо не са спорни. Ето защо.