Μελέτη της έκφρασης των μεταλλοπρωτεασών και των αναστολέων τους στα ανευρύσματα της ανιούσης αορτής

Abstract

The events that result in the establishment and progression of aortic aneurysms are complex and multifactorial. However, degradation of the extracellular matrix (ECM) of aortic tunica media appears to be a consistent histopathological and biochemical feature. An increased local expression of matrix metalloproteinases (MMPs) as well as an imbalance between MMP expression and the expression of their natural tissue inhibitors (TIMPs) have been demonstrated in dilated aortic wall. We hypothesized that a distinct MMP and TIMP expression pattern underlies the development of ascending aorta dilation. To test our hypothesis, transcriptional expression levels of 10 MMPs and 4 TIMPs were assessed by real-time PCR in dilated and normal aortic tissue derived from patients that underwent elective surgical repair of ascending aorta aneurysm (AAA) and coronary artery by-pass grafting, respectively. We found no statistically significant up- or down-regulation of any individual MMP. Surprisingly, the tissue inhibitor of metalloproteinases (TIMP)-3 was significantly more expressed in dilated aortic tissue compared to control tissue, thereby reflecting an effort to counteract MMP activity. Finally, when we evaluated the MMP and TIMP co-expression pattern in normal and dilated aortic tissue, we observed that in aortic aneurysms activation of the MMP system was characterised by the coexpression of more than one proteinase and the downregulation of TIMP-1 and -2. The latter observation is the key regulatory point that leads to ECM degradation and, subsequently, to AAA formation. Data from recent publications suggest an association between abdominal aneurysms and elevated plasma homocysteine (Hcy). No published evidence correlates AAA size, Hcy and MMPs activity. In the framework of the present thesis, we also attempted to identify whether serum Hcy in 27 patients operated for AAA is associated with aneurysm diameter, circulating and tissue protein levels of MMP-3 and MMP-9 and their mRNA tissue expression. Only 43% of the patients of our study group had abnormal Hcy levels (15.0μmol/L<Hcy<35.9μmol/L). Circulating MMP-3 (6.44±4.20ng/mL) and MMP-9 (134±11.4ng/mL) were elevated compared to reference values (p<0.001). Tissue MMP-3 and MMP-9 concentrations and circulating MMP-9 positively correlated with Hcy (r=0.461, p=0.014; r=0.526, p=0.024; r=0.773, p=0.011, respectively). Aneurysm diameter didn’t statistically correlate with either Hcy or MMP-3 and MMP-9 protein levels in both serum and tissue, although all three markers were elevated in aneurysm diameters >55mm. Our results suggest that Hcy, even in patients with mild hyperhomocysteinaemia, could be involved in the pathophysiology of AAA, through regulation of MMP-3 and MMP-9 activity.

Τα γεγονότα που οδηγούν στην εμφάνιση και πρόοδο των αορτικών ανευρυσμάτων είναι πολύπλοκα και πολυπαραγοντικά. Η αποδόμηση όμως της εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας του μέσου χιτώνα της αορτής φαίνεται ότι είναι ένα σταθερά εμφανιζόμενο ιστοπαθολογικό και βιοχημικό φαινόμενο. Στο διατεταμένο αορτικό τοίχωμα έχει παρατηρηθεί αυξημένη τοπική έκφραση των μεταλλοπρωτεασών (MMPs) της εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας και μια ανισορροπία μεταξύ της έκφρασης των MMPs και των φυσικών αναστολέων τους (TIMPs). Υποθέσαμε ότι στην ανάπτυξη της διάτασης της ανιούσης αορτής υποκρύπτεται ένα διακριτό προφίλ έκφρασης των MMPs και TIMPs. Για να ελέγξουμε την υπόθεση μας, μελετήθηκαν τα επίπεδα μεταγραφικής έκφρασης 10 MMPs και 4 TIMPs με την τεχνική της αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης πραγματικού χρόνου (real-time PCR, RT-PCR) σε διατεταμένους και φυσιολογικούς αορτικούς ιστούς που προήλθαν από ασθενείς που υποβλήθησαν σε εκλεκτική χειρουργική διόρθωση ανευρυσμάτων της ανιούσης αορτής και αορτοστεφανιαία παράκαμψη, αντίστοιχα. Δεν εντοπίστηκε καμία στατιστικά σημαντική ενεργοποίηση ή καταστολή του ποσοστού μεταγραφής κάποιας MMP. Ιδιαιτέρου ενδιαφέροντος είναι το γεγονός ότι ο ιστικός TIMP-3 βρέθηκε στατιστικά σημαντικά υπερεκφρασμένος στους διατεταμένους αορτικούς ιστούς συγκριτικά με τους ιστούς της ομάδας ελέγχου, αντικατοπτρίζοντας πιθανώς μια προσπάθεια αντιμετώπισης της δραστηριότητας των MMPs. Ακόμη όταν αξιολογήσαμε το προφίλ συνέκφρασης των MMPs και των ΤΙΜΡs τους σε διατεταμένους και φυσιολογικούς αορτικούς ιστούς, παρατηρήσαμε ότι στα αορτικά ανευρύσματα η ενεργοποίηση του συστήματος των MMPs χαρακτηρίστηκε από τη συνέκφραση περισσοτέρων της μίας MMPs και από την καταστολή του ποσοστού μεταγραφής των γονιδίων TIMP-1 και -2. Η τελευταία παρατήρηση αποτελεί το κύριο ρυθμιστικό σημείο που οδηγεί στην αποδόμηση της εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας και εν συνεχεία στο σχηματισμό των ανευρυσμάτων της ανιούσης αορτής. Ερευνητικά δεδομένα υποστηρίζουν την ύπαρξη σχέσεως μεταξύ των ανευρυσμάτων της κοιλιακής αορτής και της αυξημένης ομοκυστεΐνης (Hcy) πλάσματος. Καμία δημοσιευμένη απόδειξη δε συσχέτισε μέχρι στιγμής το μέγεθος των ανευρυσμάτων της ανιούσης αορτής, την Hcy και τη δραστικότητα των MMPs. Σε τμήμα της παρούσης διδακτορικής διατριβής, προσπαθήσαμε να εξακριβώσουμε αν τα επίπεδα ομοκυστεΐνης πλάσματος σε 27 ασθενείς χειρουργηθέντες με ανεύρυσμα της ανιούσας αορτής συνδέονται με τη διάμετρο του ανευρύσματος, τα κυκλοφορούντα και ιστικά πρωτεϊνικά επίπεδα των MMP-3 και MMP-9 και τα ιστικά επίπεδα mRNA των ανωτέρω MMPs. Μόνο 43% των ασθενών που μελετήθηκαν είχαν αυξημένα επίπεδα ομοκυστεΐνης (15.0μmol/L<Hcy<35.9μmol/L), γεγονός που δηλώνει ήπια υπερομοκυστεϊναιμία στην ομάδα μελέτης μας. Η κυκλοφορούσα MMP-3 (6.44±4.20ng/mL) και η MMP-9 (134±11.4ng/mL) ήταν ανεβασμένες σε σύγκριση με τιμές αναφοράς υγιούς πληθυσμού (p<0.001). Οι συγκεντρώσεις πρωτεΐνης των MMP-3 και MMP-9 στους ιστούς και η συγκέντρωση της κυκλοφορούσας MMP-9 συσχετίστηκαν θετικά με την Hcy (r=0.461, p=0.014; r=0.526, p=0.024; r=0.773, p=0.011, αντίστοιχα). Η διάμετρος του ανευρύσματος δε συσχετίστηκε στατιστικά σημαντικά ούτε με την Hcy αλλά ούτε με τα πρωτεϊνικά επίπεδα των MMP-3 και MMP-9 σε πλάσμα και ιστό, αν και οι τρεις δείκτες βρέθηκαν ανεβασμένοι σε ανευρύσματα διαμέτρου >55mm. Τα αποτελέσματα μας υποδεικνύουν ότι η Hcy, ακόμη και σε ασθενείς με ήπια υπερομοκυστεΐναιμία, δύναται να εμπλέκεται στην παθοφυσιολογία των ανευρυσμάτων της ανιούσης αορτής μέσω της ρύθμισης της δραστηριότητας των MMP-3 και MMP-9.