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Relationship between number and rate of apoptosis of vascular smooth muscle cells and morphology of stable and unstable atherosclerotic plaques of the internal carotid artery

By Micha Kablau

Abstract

Atherosklerotische Stenosen der Karotiden sind eine häufige Erkrankung mit variablem Verlauf und stellen durch ihre potentielle Emboligenität einen wichtigen Risikofaktor für zerebrale Ischämien dar. Klinische und paraklinische Parameter helfen, das individuelle Schlaganfallrisiko bei Patienten mit hochgradigen ACI-Stenosen einzuschätzen, das unmittelbar nach einem thrombembolischen Ereignis besonders hoch ist. Als histomorphologisches Korrelat dieser "Vulnerabilität" wird die Ruptur der fibrotischen Deckplatte der Plaque propagiert, die häufiger bei symptomatischen Patienten nachzuweisen ist. Sie korreliert mit der Infiltration der Gefäßwand durch aktivierte Leukozyten, die über molekulare und zelluläre Interaktionen die Zell- und Bindegewebskomposition der Plaque verändern können. Die strukturelle Integrität atherosklerotischer Läsionen beruht auf der extrazellulären Vernetzung von kollagenem Bindegewebe, das überwiegend von phänotypisch veränderten glatten Gefäßmuskelzellen produziert wird. Eine Hypothese besagt, dass die im Rahmen der Inflammation stattfindende Zunahme proapoptotischer Mediatoren über eine Ausdünnung der zellulären und bindegewebigen Strukturen zu einem Verlust an mechanischer Stabilität führt und somit eine symptomatische Ruptur begünstigt. Da der Nachweis einer Ruptur mit Exponierung des thrombogenen nekrotischen Kerns allerdings nur in einem Teil der symptomatischen Plaques und umgekehrt auch in einem Teil der asymptomatischen nachgewiesen werden kann, ist aber bislang unklar, ob o.g. Abläufe in der humanen Karotis-Atherosklerose tatsächlich mit einer klinischen Relevanz einhergehen. In der vorliegenden Arbeit wurde daher das Auftreten der Apoptose von glatten Gefäßmuskelzellen (mittels DNA in situ end labeling Technik, TUNEL-Färbung) in 38 prospektiv gesammelten Endarterektomie-Präparaten hochgradiger Karotisstenosen quantitativ erfasst und statistisch in Beziehung gesetzt zu Parametern der Plaque-Instabilität, klinisch definiert durch kürzliche (< 60 Tage zurückliegende) ischämische Ereignisse (n=19) und histopathologisch definiert über den Nachweis einer Plaque-Ruptur (n=14). Außerdem wurde eine morphometrische Analyse der einzelnen Plaque-Komponenten durchgeführt und deren Ergebnisse zu den zellulären und klinischen Parametern in Beziehung gesetzt. Die Morphometrie ergab keine signifikanten Unterschiede zwischen symptomatischen vs. asymptomatischen und rupturierten vs. unrupturierten Plaques was die Größe der fibrotischen Deckplatte, die durchschnittliche Dicke (Kern-Lumen-Distanz) und die dünnsten bzw. dicksten Stellen der Deckplatte anbelangt. Anzahl und Konzentration apoptotischer glatter Muskelzellen war deutlich (p<0,001) erhöht in symptomatischen, klinisch instabilen, Karotisplaques. Allerdings waren die Apoptose-Raten in Präparaten, die eine Plaque-Ruptur aufwiesen, nicht signifikant erhöht. Darüber hinaus fand sich kein Hinweis darauf, dass erhöhte Apoptose-Raten zu einem quantifizierbaren Verlust glatter Gefäßmuskelzellen in der fibrotischen Deckplatte führen. Auf dem Boden dieser Ergebnisse kann gefolgert werden, dass erhöhten Apoptose-Raten glatter Gefäßmuskelzellen in der humanen Atherosklerose offenbar eine tragende Bedeutung bei der Entwicklung thrombembolischer Ereignisse zukommt. Allerdings wird die Annahme, dass erhöhte Apoptose-Raten über einen Verlust an glatten Gefäßmuskelzellen Einfluss auf die morphometrischen Eigenschaften der fibrotischen Deckplatte atherosklerotischer Karotis-Läsionen nehmen und zu deren Ausdünnung führen durch die vorliegende Untersuchung nicht gestützt. Vielmehr scheint es plausibel, dass die Apoptose glatter Muskelzellen im Rahmen inflammatorischer Prozesse Einfluss auf die Komposition der Karotisplaque nimmt und so über eine Desintegration der zellulären und bindegewebigen Bestandteile zu reduzierter mechanischer Widerstandskraft und Rupturneigung führt.Atherosclerotic stenosis of the carotid artery is a frequent disease with varying course and represents an important risk factor for cerebral ischemia by its potential for arterial embolization. Clinical parameters help to assess the individual risk of stroke, which is particularly high immediately after an embolic event. This "vulnerability" of the plaque seems to be characterized by histological signs of fibrotic cap rupture which are more frequent in symptomatic patients. They coincide with an inflammatory response of blood-derived leukocytes to the vessel wall altering its cell and tissue composition via molecular and cellular interaction. Structural stability of atherosclerotic lesions is based on extracellular cross-linking of connective tissue, mainly collagen, which is predominantly produced by smooth muscle cells after changing to a secretoric phenotype. Increase of pro apoptotic factors within atherosclerotic lesions may lead to loss of cellularity and connective tissue and favours thus mechanical instability promoting symptomatic rupture. Because rupture of the fibrotic cap with exposure of the thrombotically active necrotic core is only partially present in symptomatic and conversely in a part of asymptomatic carotid plaques the clinical significance of this event is not clear. Therefore, 38 prospectively collected specimens from routine endarterectomy for highgrade carotid artery stenosis were examined for the occurrence of smooth muscle cell apoptosis, using the DNA in situ end labeling technique (TUNEL). Quantitative measurements were compared with markers of plaque instability defined clinically (embolic event within last 60 days; n=19) and histologically (fibrotic cap rupture; n=14). Additionally morphometric properties of the fibrotic cap were analyzed and matched up with cellular and clinical findings. There was no difference between clinically stable/unstable plaques and non-ruptured/ruptured plaques according to size or median, minimum and maximum thickness of the fibrotic cap. Total number and concentration of apoptotic smooth muscle cells were significantly higher (p<0,001) in symptomatic, clinically unstable plaques but showed only light increase in ruptured plaques. Furthermore, high rates of apoptotic smooth muscle cells did not lead to decreasing plaque cellularity according to the average number of vital smooth muscle cells. This work suggests that smooth muscle cell apoptosis might be a pivotal event in symptomatic carotid artery disease being associated with a history of ischemic events. It does not support the hypothesis that apoptosis in atherosclerotic disease changes smooth muscle cellularity nor leads to a thinning of the fibrous cap. It rather seems plausible that smooth muscle cell apoptosis as a sign of increased cell turnover during inflammatory response to the vessel wall influences composition and structural integrity of carotid plaques. Therefore apoptosis may weaken the mechanical properties of atherosclerotic plaques making them prone to rupture

Topics: Carotis, Schlaganfall, Arteriosklerose, ddc:610
Year: 2007
OAI identifier: oai:publikationen.ub.uni-frankfurt.de:1434

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