Αλλαγές στην έκφραση τύπων κολλαγόνου που σχηματίζουν ινίδια στα ανευρύσματα της ανιούσας θωρακικής αορτής

Abstract

Background: Human ascending thoracic aortic aneurysms are life threatening and constitute aleading cause of mortality in the elderly. The molecular mechanisms leading to ascendingthoracic aortic aneurysms remain unknown. In the present study was evaluated the hypothesisthat alterations in expression levels of specific fibrillar collagens occur during the aneurysmalprocess.Materials and methods: Surgical samples from human ascending thoracic aortas frompatients with degenerative aneurysms were collected and were divided by aneurysm diameterto small, medium and large aneurysms and were compared with normal diameter ascendingthoracic aortas. In addition detailed proteomic analysis was performed in order to determinebiomarkers in the peripheral blood using qRT-PCR that will allow the identification ofascending thoracic aortic aneurysms prior to acute aortic dissection or aortic rupture.Results: Histology, immunofluorescence, immunohistochemistry and transmission electronmicroscopy demonstrated greater fragmentation and disorganization of extracellular matrixconstituents in ascending thoracic aortic aneurysms as compared with normal diameter aortaswith an increase in collagen XI-α1 within regions of cystic medial degenerative lesions.Transmission electron microscopy showed a statistically significant reduction of 25%(P<0.001) in the diameter of collagen fibrils in ascending thoracic aortic aneurysms. Analysiswith qRT-PCR showed collagens V and XI-α1 were significantly and linearly increased inascending thoracic aortic aneurysms compared to normal diameter aortas (P<0.001). Westernblot analysis showed collagen type I and III were significantly decreased and collagens XI-α1and V were significantly increased and were linearly correlated with the size of the aneurysm(P<0.001 for all). Five biomarkers were identified as being suitable for detection andidentification of ascending thoracic aortic aneurysms using qRT-PCR analysis of peripheralblood. Analysis of 41 samples (19 small, 13 medium and 9 large ascending thoracic aorticaneurysms) demonstrated that the overexpression of 3 of 5 biomarkers provides 100%specificity and 79% sensitivity allowing identification of ascending thoracic aortic aneurysms 4.0cm or greater in males and females.Conclusions: Increased collagen ΧΙ-α1 and collagen V mRNA and protein levels are linearlycorrelated with the size of the aneurysm of the ascending thoracic aorta and provide for thefirst time a potential mechanism for the generation and progression of ascending thoracicaortic aneurysms. The ability to provide rapid evaluation of potential ascending thoracic aorticaneurysms in patients using peripheral blood strengthens the armamentarium currentlyavailable to clinicians and surgeons.

Εισαγωγή: Τα ανευρύσματα της ανιούσας θωρακικής αορτής αποτελούν μία δυνητικά θανατηφόρο νόσο και ταυτόχρονα αποτελούν μία σημαντική αιτία θανάτου στο γηρασμένο γενικό πληθυσμό. Οι μοριακοί μηχανισμοί που οδηγούν στο σχηματισμό αυτών των ανευρυσμάτων δεν είναι πλήρως γνωστοί. Στην παρούσα μελέτη διερευνήθηκε η υπόθεση ότι αλλαγές στην έκφραση των επιπέδων των κολλαγόνων που σχηματίζουν ινίδια συμβαίνουν κατά τη διαδικασία δημιουργίας του ανευρύσματος.Υλικό και μέθοδοι: Χειρουργικά δείγματα από ανθρώπινες ανιούσες θωρακικές αορτές από ασθενείς με εκφυλιστικά ανευρύσματα της ανιούσας θωρακικής αορτής συλλέχθηκαν και ταξινομήθηκαν ανάλογα με τη διάμετρο του ανευρύσματος σε μικρά, μεσαία και μεγάλα, τα οποία συγκρίθηκαν με φυσιολογικής διαμέτρου ανιούσες θωρακικές αορτές. Πέραν αυτών των αναλύσεων έγινε λεπτομερής πρωτεομική ανάλυση με απώτερο σκοπό να καθοριστούν βιοδείκτες στο περιφερικό αίμα με τη χρήση qRT-PCR που θα επιτρέψουν την ταυτοποίηση των ανευρυσμάτων της ανιούσας θωρακικής αορτής πριν εμφανίσουν οξύ αορτικό διαχωρισμό ή ρήξη. Αποτελέσματα: Η ιστολογική ανάλυση, ο ανοσοφθορισμός, η ανοσοϊστοχημεία και η ηλεκτρονική μικροσκόπιηση ανέδειξαν κατακερματισμό και αποδιοργάνωση των στοιχείων της θεμέλιας εξωκυττάριας ουσίας στα ανευρύσματα της ανιούσας θωρακικής αορτής σε σύγκριση με τη φυσιολογική αορτή, ενώ παρατηρήθηκε σημαντική αύξηση της έκφρασης του κολλαγόνου ΧΙ-α1 στις ανευρυσματικές περιοχές με κυστική εκφύλιση του μέσου χιτώνα. Στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο παρατηρήθηκε μία στατιστικά σημαντική μείωση κατά 25%(Ρ<0.001) της διαμέτρου των ινιδίων κολλαγόνου στα ανευρύσματα. Η ανάλυση qRT-PCRέδειξε ότι τα ελάσσονα κολλαγόνα V και ΧΙ-α1 ήταν σημαντικά και γραμμικά αυξημένα σε σχέση με το μέγεθος του ανευρύσματος σε σύγκριση με τη φυσιολογική αορτή (Ρ<0.001). Η ανάλυση Western blot έδειξε ότι τα κολλαγόνα Ι και ΙΙΙ ήταν σημαντικά μειωμένα ενώ τα κολλαγόνα V και ΧΙ-α1 ήταν σημαντικά αυξημένα και σε γραμμική συσχέτιση με το μέγεθος του ανευρύσματος (Ρ<0.001 για όλες τις περιπτώσεις). Πέντε βιοδείκτες στο περιφερικό αίμα βρέθηκαν ότι είναι κατάλληλοι για την ανίχνευση και ταυτοποίηση των ανευρυσμάτων της ανιούσας θωρακικής αορτής. Ανάλυση 41 δειγμάτων περιφερικού αίματος (19 μικρά ανευρύσματα, 13 μεσαία και 9 μεγάλα) έδειξε ότι η υπερέκφραση 3 από τους 5 βιοδείκτες έχει 100% ειδικότητα και 79% ευαισθησία στην ταυτοποίηση ανευρυσμάτων της ανιούσας θωρακικής αορτής μεγέθους άνω των 4.0cm σε άνδρες και γυναίκες.Συμπεράσματα: Τα αυξημένα επίπεδα mRNA και πρωτεϊνών του κολλαγόνου V και ΧΙ-α1 σχετίζονται γραμμικά με το μέγεθος του ανευρύσματος της ανιούσας θωρακικής αορτής και συμμετέχουν σε ένα μηχανισμό που περιγράφεται για πρώτη φορά και ο οποίος συμβάλει στη γένεση και την αύξηση των ανευρυσμάτων της ανιούσας θωρακικής αορτής. Η ικανότητα της γρήγορης αξιολόγησης της ύπαρξης ανευρύσματος της ανιούσας θωρακικής αορτής με βιοδείκτες που ανιχνεύονται στο περιφερικό αίμα έρχεται να διευκολύνει περαιτέρω τον κλινικό ιατρό και τον χειρουργό.