Immunometabolic mechanisms in the arterial wall: new targets to combat vascular diseases

Hjerte-kar-sygdomme er den hyppigste årsag til invaliditet og dødsfald på verdensplan og er hovedsageligt forårsaget af manifestationer af aterosklerose, en kronisk inflammatorisk sygdom, der involverer maladaptive immune responser og dannelsen af fedt- og kalkaflejringer i karvæggen. Aterosklerose er en uafhængig risikofaktor for karsygdommen abdominal aortaaneurisme (AAA), som er karakteriseret ved en lokaliseret udvidelse af den abdominale aorta og drevet af stærke inflammatoriske responser samt en nedbrydning og modellering af karvæggens strukturer. Både AAA og aterosklerose er forbundet med lokale ændringer af metabolismen i arterievæggen, herunder øget glykolyse og nedsat mitokondriel respiration. Denne metaboliske signatur minder om den intracellulære metabolisme, som ses i aktive og differentierede proinflammatoriske immunceller, som er celler, der driver kronisk inflammation i både AAA og aterosklerose. I denne afhandling opstillede vi hypotesen, at en bedre forståelse af de immunometaboliske reaktioner, som er involveret i AAA og aterosklerose, kan identificere nye diagnostiske og terapeutiske targets til at behandle disse dødelige sygdomme. Afhandlingen har haft til formål at undersøge den patofysiologiske rolle af pyruvat dehydrogenase kinase (PDK)/pyruvate dehydrogenase (PDH)-aksen og succinat-signalering i udviklingen af vaskulære sygdomme.

I Studie I undersøgte vi rollen af PDK/PDH-aksen i AAA. Resultaterne viste først og fremmest øgede niveauer af PDH-Ser293 og laktat i humant AAA-væv, hvilket indikerer, at PDK/PDH-aksen er involveret i ændringer af den cellulære metabolisme i AAA. Ydermere undersøgte vi, om moduleringen af PDK/PDH-aksen kan omvende den skadelige omprogrammering af metabolismen, som foregår i AAA. Dette blev testet ved indgivelse af dichloroacetat (DCA), en inhibitor af PDK isoenzymer, i den PPE-inducerede AAA-model, hvilket reducerede udvidelsen af AAA. En kombination af transkriptom, proteom og histologiske analyser af AAA musevæv, samt in vitro forsøg med vaskulære glatte muskelceller (VSMCs), indikerede, at PDK/PDH-aksen er en vigtig regulator af vaskulære responser i AAA, herunder inflammation og VSMC dedifferentiering. Dette fremhæver immunometabolisk omprogrammering via PDK-inhibering som en lovende terapeutisk strategi til at bekæmpe AAA-sygdom.

I Studie II undersøgte vi biomarkørpotentialet for metabolitten succinat i AAA ved at analysere plasmaprøver fra mænd med AAA og matchede kontroller fra VIVA screeningsstudiet. Resultaterne viste, at AAA-individer har signifikant højere plasma succinatværdier sammenlignet med kontroller. Imidlertid var der ingen sammenhæng mellem succinatniveauer og fremtidige kliniske komplikationer af AAA, så som førsteårs aneurismevækstrate, behovet for kirurgisk reparation eller risikoen for dødsfald. Ikke desto mindre viste analysen af et offentligt tilgængelig AAA transkriptomdatasæt, at aneurismevæv har øget ekspression af gener som koder for enzymer involveret i γ-aminobutyric acid (GABA)-shunt-signaleringsvejen og nedsat ekspression af succinat dehydrogenase (SDH) isoenzymer, hvilket indikerer en mekanisme for akkumulering af succinat lokalt i aneurismevæv. I overensstemmelse med dette viste vores resultater et forhøjet niveau af succinat i AAA-vævshomogenater, og at dedifferentieringen af humane VSMCs i cellekultur nedregulerer gener kodende for SDH isoenzymer samt øger akkumuleringen af succinat in vitro. Samlet set tyder vores resultater på, at akkumuleringen af succinat i AAA potentielt er et resultat af den metaboliske omprogrammering af VMSCs i aortavæggen, hvilket kan spille en rolle i de skadelige vaskulære modelleringsmekanismer, som ses ved AAA.

I Studie III undersøgte vi rollen af GPR91, en receptor, som transducerer cellesignalering via bindingen af succinat, i aterosklerose. GPR91 KO (Gpr91-/-) og vildtype (WT) mus fra samme kuld blev gjort hyperlipidæmiske via en injektion af rekombinant adeno-associeret virus, som udtrykker en gain-of-function mutation af Pcsk9 og efterfølgende fodret med en Western-type kost. Forsøget viste, at den globale fjernelse af GPR91-medieret signalering ikke påvirker udviklingen af aterosklerose sammenlignet med WT-mus. I overensstemmelse med dette fandt vi ingen forskelle i infiltrationen af immunceller, ekspressionen af pro- og antiinflammatoriske markører, samt indholdet af αSMA i åreforkalkningslesioner. Ekspressionen af den generelle makrofagmarkør Cd68 og M1-markøren Cxcl10 var øget i milten fra Gpr91-/- mus sammenlignet med WT-mus, hvilket tyder på, at perifere inflammatoriske responser medieret af GPR91 kan afvige fra dem i aorta.