Chcesz wydać pracę habilitacyjną, doktorską czy monografię? Zrób to w Wydawnictwie Borgis – jednym z najbardziej uznanych w Polsce wydawców książek i czasopism medycznych. W ramach współpracy otrzymasz pełne wsparcie w przygotowaniu książki – przede wszystkim korektę, skład, projekt graficzny okładki oraz profesjonalny druk. Wydawnictwo zapewnia szybkie terminy publikacji oraz doskonałą atmosferę współpracy z wysoko wykwalifikowanymi redaktorami, korektorami i specjalistami od składu. Oferuje także tłumaczenia artykułów naukowych, skanowanie materiałów potrzebnych do wydania książki oraz kompletowanie dorobku naukowego.

© Borgis - Postępy Nauk Medycznych 2/2001, s. 39-42
Agnieszka Jarosz, Grażyna Nowicka
Molekuły adhezyjne – potencjalny marker zmian w obrębie komórek śródbłonka sprzyjających rozwojowi miażdżycy
Adhesion molecules – potential markers of endothelial dysfunction that promotes atherosclerosis development
Instytut Żywności i Żywienia w Warszawie
Dyrektor Instytutu: dr n. med. Lucjan Szponar
Streszczenie
Dotychczasowe badania pozwoliły poznać wiele czynników sprzyjających powstawaniu miażdżycy. Obecnie w patogenezie miażdżycy uważa się, że uszkodzenie funkcji śródbłonka jest istotnym elementem rozwoju zmian ateromatycznych. Ostatnie badania wykazują, że do potencjalnych markerów zmian w obrębie śródbłonka należą tzw. molekuły adhezyjne ICAM-1 i VCAM-1. Molekuły te cieszą się dużym zainteresowaniem zarówno w celu poznania mechanizmów ich działania, jak i ich przydatności w diagnostyce i kontroli leczenia chorób powstających na tle miażdżycy.
Summary
Endothelial dysfunction is one of the most important event in atherosclerosis development. Cell adhesion molecules have been shown to play a significant role in the pathogenesis of this disease, and it is suggested that they can be used as potential markers of dysfunction of endothelial cells. Enhanced levels of ICAM-1 and VCAM-1 in patients with coronary heart disease and cerebrovascuolar disease have been reported. These observations indicate that adhesion molecules can be helpful in assessment of atherosclerosis risk, however further studies are needed to develop proper diagnostic strategy.
Znajomość procesów zachodzących w ścianie naczyniowej, a prowadzących do rozwoju miażdżycy i chorób układu krążenia powstających na jej podłożu, jest istotne dla zrozumienia ich patogenezy i ma fundamentalne znaczenie dla diagnostyki, terapii i profilaktyki tych chorób. Aktualnie, mówiąc o patogenezie miażdżycy, przyjmuje się, że uszkodzenie funkcji śródbłonka jest kluczowym elementem rozwoju zmian ateromatycznych (1, 2). Dlatego też poznanie mechanizmów prowadzących do zmian funkcji tej grupy komórek oraz opracowanie sposobów rejestracji tych zmian, jest przedmiotem intensywnych badań (3).
Komórki śródbłonka stanowią barierę blokującą niekontrolowane wnikanie składników krwi do ściany naczynia, odgrywają istotną rolę w regulacji struktury, hemostazy, w utrzymaniu napięcia ściany tętnicy, a także w utrzymaniu płynności krwi (4). Uszkodzenie śródbłonka w mniejszym lub większym stopniu zaburza każdą z tych funkcji.
Dotychczasowe badania pozwoliły poznać wiele czynników sprzyjających rozwojowi miażdżycy (5). Pokazały również, iż walka z nimi zmniejsza szybkość rozwoju choroby i łagodzi jej objawy kliniczne (6). Opracowane zostały podstawowe zasady diagnostyki i terapii głównych czynników ryzyka miażdżycy (7). Dla dalszego rozwoju zarówno metod diagnostycznych jak i terapeutycznych istotne znaczenie ma poznanie związków między obecnością czynników ryzyka a parametrami określającymi zmiany funkcji śródbłonka.
Kluczowym etapem rozwoju zmian miażdżycowych jest wzrost adhezji leukocytów, zwłaszcza monocytów, ich migracja do powierzchni podśródbłonkowej. Monocyty, które weszły do ściany naczynia ulegają przekształceniu w makrofagi, a te z kolei w wyniku gromadzenia lipidów tworzą komórki piankowate będące głównym elementem ogniska ateromatycznego.
Proces adhezji monocytów związany jest z obecnością tzw. molekuł adhezyjnych, takich jak ICAM-1 (intercellular adhesion molecule-1 czyli międzykomórkowa molekuła adhezyjna-1) oraz VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule-1 czyli molekuła adhezyjna –1 komórki naczyniowej). Są to proteiny pojawiające się na powierzchni komórek śródbłonka, które oddziaływują z antygenami obecnymi na powierzchni leukocytów i umożliwiają ich przyleganie do powierzchni śródbłonka, co jest pierwszym etapem procesu wejścia tych komórek do ściany naczynia (8-10).
Badania kultur komórkowych wykazały, iż molekuły adhezyjne pojawiają się podczas aktywacji komórek śródbłonka cytokinemii np. IL-1 (interleukiną-1) lub TNF-a (czynnikiem martwiczym nowotworu-a), co oznacza iż są elementem odpowiedzi na pojawiający się proces zapalny (11-14). Badania na modelu zwierzęcym pokazały, iż w przypadku eksperymentalnej hiperlipidemii i miażdżycy dochodzi do pojawienia się molekuł adhezyjnych na powierzchni śródbłonka (15). Obecność molekuł adhezyjnych stwierdzono również w zmienionych miażdżycowo skrawkach naczyń ludzkich pobieranych podczas zabiegów operacyjnych (16).
ICAM-1 jest wysoko glikolizowanym białkiem o masie 495 KD, którego obecność stwierdzono na powierzchni komórek śródbłonka, komórek mięśni gładkich, fibroblastów. Indukcja tego białka, jak już wspomniano, wiąże się z obecnością mediatorów procesu zapalnego np. TNF-a, interferon-g, interleukina-1, lipopolisacharydy bakteryjne (17-19).
ICAM-1 jest receptorem dla b2 – integryn leukocytów (aLb2, CD11a/CD18 i aMb2, CD11b/CD18) związanym z procesem adhezji i migracją leukocytów przez barierę komórek śródbłonka (20). Stwierdzono, iż ligandem tego receptora jest również fibrynogen (21). Jego obecność zwiększa zdolność leukocytów do wiązania się z komórkami śródbłonka. Mechanizm ten może odpowiadać w pewnym stopniu za aterogenne działanie podwyższonych poziomów fibrynogenu.
ICAM jest również receptorem dla wielu typów rhinowirusów (22). Zakażenia tymi wirusami są szeroko rozpowszechnione i wiążą się z występowaniem przeziębień (tzw. the common cold). Zakażenia wirusowe mogą być jednym z czynników powodujących uszkodzenie endothelium i wzrost adhezji leukocytów, co w rezultacie stwarza warunki sprzyjające rozwojowi ogniska ateromatycznego.
VCAM-1 podobnie jak ICAM-1 należy do rodziny immunoglobulin. Molekuła ta kontroluje proces wiązania się monocytów z komórkami śródbłonka i ich przechodzenie przez barierę endothelium. VCAM-1 wiąże się z integryną VLA-4 monocytów. W badaniach eksperymentalnych wzrost ekspresji VCAM-1 na powierzchni komórek śródbłonka wyprzedzał proces tworzenia komórek piankowatych pod wpływem diety wysokocholesterolowej (10, 15).
Obecność VCAM-1 stwierdzono również na powierzchni blaszek miażdżycowych, co sugeruje rolę tej molekuły w tworzeniu złożonych zmian ateromatycznych. Indukcję ekspresji VCAM-1 obserwowano w obecności cytokin, a także w obecności lizofosfatydylocholiny będącej składnikiem oksydowanych lipoprotein o niskiej gęstości oraz charakterystycznych dla cukrzycy produktów glikozylacji (11, 12, 40, 41). Natomiast obniżenie ekspresji VCAM-1 obserwowano pod wpływem antyoksydantów, kwasów z rodziny w-3 oraz tlenku azotu (42, 43, 44). Wyniki tych obserwacji ukazujące zmiany ekspresji VCAM-1 sugerują, że VCAM-1 może być elementem pomocnym w ocenie zagrożenia oraz w ocenie skuteczności stosowanej terapii u pacjentów z miażdżycą.
Molekuły adhezyjne obok swej zasadniczej formy związanej z błonami komórek, na powierzchni których się pojawiają, występują również w formie rozpuszczalnej i ta frakcja obecna jest w krążeniu, co sprawia, że można ocenić jej poziom w osoczu krwi.
Podwyższony poziom rozpuszczalnej formy ICAM-1 (oznaczanej często symbolem: sICAM-1) zaobserwowano u pacjentów z udokumentowaną miażdżycą naczyń wieńcowych i mózgowych (23-26, 28, 30, 34), u pacjentów z cukrzycą (27), a także w przypadkach chorób nowotworów (29, 31) i samoistnego zwłóknienia płucnego (33).
Między innymi z naszych obserwacji wynika, że u osób z udokumentowaną niestabilną chorobą niedokrwienną serca w porównaniu z grupą kontrolną zarówno poziomy stężeń ICAM-1, jak i VCAM-1 są istotnie wyższe (ryc. 1). Podobne wyniki uzyskano w ramach badań w innych ośrodkach (24, 26).
Ryc. 1. Poziom ICAM-1 i VCAM-1 u pacjentów z udokumentowaną niedokrwienną chorobą serca (CNS) oraz w grupie kontrolnej osób zdrowych.
Wyniki dwóch szeroko zakrojonych badań epidemiologicznych (the Physicians Health Study – PHS i the Atherosclerosis Risk in Communities – ARIC – Study) prowadzonych w Stanach Zjednoczonych po raz pierwszy pokazały, że wzrost poziomu ICAM-1 na długo wyprzedza wystąpienie klinicznych objawów rozwijającej się miażdżycy (25, 26).
W oparciu o dziewięcioletnią obserwację prowadzoną w ramach PHS oceniono, że pacjenci o wysokich stężeniach ICAM-1 (mieszczących się w najwyższym kwantylu tzn. w tym wypadku przekraczających wartość> 260 ng/ml) mieli o 80% wyższe ryzyko wystąpienia w przyszłości zawału mięśnia sercowego w porównaniu z osobami o niskich poziomach ICAM-1. Ryzyko to było niezależne od tradycyjnych czynników ryzyka, takich jak np. stężenie cholesterolu czy HDL-cholesterolu. Stężenie ICAM-1 było wskaźnikiem ryzyka wystąpienia zawału zarówno wśród palaczy jak i osób niepalących, chociaż uprzednio zaobserwowano wyższe stężenie ICAM-1 u palaczy (37).
W pięcioletniej obserwacji prowadzonej w badaniach ARIC stężenie ICAM-1 było czynnikiem prognostycznym wystąpienia incydentu wieńcowego. Ryzyko incydentu wieńcowego było 5 razy wyższe u osób z wysokim poziomem ICAM-1 w porównaniu z osobami o niskim poziomie ICAM-1 (najwyższy i najniższy kwantyl badanych wartości stężeń ICAM-1 w osoczu).
Wyniki dotychczasowych obserwacji ukazują więc poziom ICAM-1 jako potencjalny marker rozwijających się zmian miażdżycowych w naczyniach wieńcowych i mózgowych, które mogą prowadzić do wystąpienia incydentów klinicznych.
Dotychczasowe obserwacje o charakterze epidemiologicznym nie wskazują na istnienie istotnej zależności między stężeniem VCAM-1 a prawdopodobieństwem wystąpienia incydentów klinicznych. Istnieją jednak obserwacje kliniczne pokazujące wzrost stężenia VCAM-1 u pacjentów z nadciśnieniem, oraz zależność między poziomem VCAM-1 a stopniem rozwoju zmian ateromatycznych (34, 35, 36). Stwierdzono również obniżenie stężenia VCAM-1 u pacjentów długotrwale leczonych inhibitorami enzymu konwertującego angiotensynę, u których notowano poprawę stanu klinicznego w trakcie leczenia (38).
Wyniki badań, którymi aktualnie dysponujemy, pozwalają sądzić, iż aktywacja komórek śródbłonka i rozwój procesu zapalnego to elementy występujące już na wczesnym etapie rozwoju zmian miażdżycowych, a parametry je opisujące w tym m.in. ICAM-1 lub VCAM-1 mogą okazać się użytecznymi markerami w diagnostyce i kontroli leczenia chorób rozwijających się na podłożu miażdżycy (39). Określenie zasad ich ewentualnego zastosowania w praktyce klinicznej wymaga jednak dalszych badań.
Piśmiennictwo
1. Ross R.: The pathogenesis of atherosclerosis: a prospective for the 1990s. Nature 1993, 362:801.
2. Ross R.: The pathogenesis of atherosclerosis. An update. N. Engl. J. Med. 1986, 314:488-500.
3. Dzan V.J. et al.: Vascular biology and medicine in the 1990s: scope, concepts, potentials, and prospectives. Circulation 1993, 87:705-719.
4. Vane J.R. et al.: Regulatory functions of the endothelium. N. Engl. J. Med. 1990, 323:27-36.
5. Prevention of coronary heart disease i scientific background and new clinical guidelines. Nutr. Metab. Cardiovasc. Dis. 1992, 2:113-156.
6. Holme I.: An analysis of randomized trials evaluating the effect of cholesterol reductions on total mortality and coronary heart disease incidence. Circulation 1990, 82:1916-24.
7. Prevention of coronary heart disease in clinical practice: recommendations of the Task Force of the European Society of Cardiology European Atherosclerosis Society and European Society of Hypertension. Atherosclerosis 1994, 110:121-61.
8. Printsera O. et al.: Various cell types in human atherosclerotic lesions express ICAM. Am. J. Pathol. 1992, 140:888.
9. Poston R. et al.: Expression of intracellular adhesion molecule-1 atherosclerotic plaques. Am. J. Pathol. 1992, 140:665.
10. Daries M.J. et al.: The expression of adhesion molecules ICAM-1, VCAM-1, PECAM and E-selectin in human atherosclerosis. J. Pathol. 1993, 171:223-229.
11. Luscinskas F.W. et al.: Cytokine activated human endothelial monolayers support enhanced neutrophil transmigration via a mechanism involving both endothelial-leukocyte adhesion molecule-1 and intracellular adhesion molecule-1. J. Immunol. 1991, 146:1617-25.
12. Pigott R. et al.: Soluble forms of E-selectin, ICAM-1 and VCAM-1 are present in the supernatants of cytokine activated cultured endothelial cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1992, 187:584-89.
13. Leeuwenberg J.F.M. et al.: E-selectin and intracellular adhesion molecule-1 are released by activated human endothelial cells in vitro. Immunology 1992, 77:543-9.
14. Cybulsky M.I., Gimbrone M.A.: Endothelial expression of a mononuclear leukocyte adhesion molecure during atherogenesis. Science 1991, 251:788-91.
15. Li H. et al.: An atherogenic diet rapidly induces VCAM-1, a cytokine regulatable mononuclear leukocyte adhesion molecule, in rabbit aortic endothelium. Arteriosclerosis Thromb 1993, 13:197-204.
16. O´Brien K. et al.: Vascular cell adhesion molecule-1 is expressed in human coronary atherosclerotic plaques. Implications for the mode of progression of advanced coronary atheriosclerosis. Circulation 1993, 92:945-51.
17. Springer T.A.: Adhesion receptors of the immune system. Nature 1990, 346:425-34.
18. Bavilacqua M.P.: Endothelial-leukocyte adhesion molecules. Annu. Rev. Immunol. 1993, 11:767-804.
19. Pober J.S., Cotran R.S.: The role of endothelial cells in inflammation. Transplantation 1990, 50:537-44.
20. Springer T.A.: Traffic signals on endothelium for lymphocyte recirculation and leukocyte emigration. Annu Rev. Physiol. 1995, 57:827-72.
21. Languino L.R. et al.: Fibrinogen mediates leukocyte adhesion to vascular endothelium through an ICAM-1 dependent pathway. Cell 1993, 73:1423-34.
22. Rossmann M.G.: Viral cell recognition and entry. Protein Sci. 1994, 3:1712-25.
23. Blann A.D., McCollum C.N.: Circulating endothelial cell/leukocyte adhesion molecules in atherosclerosis. Thromb. Haemost. 1994, 72:151-4.
24. Hackman A. et al.: Levels of soluble cell adhesion molecules in patients with dyslipidemia. Circulation 1996, 93:1334-8.
25. Ridker P.M. et al.: Plasma concentration of soluble intracellular adhesion molecule-1 and risk of future myocardial infarction in apparenthy healthy men. Lancet 1998, 351:88-92.
26. Hwang S.J. et al.: Circulating adhesion molecules VCAM-1, ICAM-1, and E-selectin in carotid atherosclerosis and incident coronary heart disease cases. The Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) Study. Circulation 1997, 96:4219-25.
27. Roep B.O. et al.: Soluble from of intercellular adhesion molecule-1 in insulin-dependent diabetes mellitus. Lancet 1994, 343:1590.
28. Pantoni L. et al.: Cytokines and cell adhesion molecules in cerebral Ischemia. Experimental bases and therapeutic perspectives. Arterioscler. Thromb. Vasc Biol. 1998, 18:503-513.
29. Banks R.E. et al.: Circulating intercellular adhesion molecule-1, E-selectin, and vascular adhesion molecule-1 (VCAM-1) in human malignancies. Br. J. Cancer 1993, 68:122-124.
30. Fassbender K. et al.: Circulating selectin – and immunoglobulin – type adhesion molecules in acute stroke. Stroke 1995, 26:1361.
31. Altomonte M. et al.: Circulating intercellular adhesion molecule-1 as a marker of disease progression in cutaneous melanome. N. Engl. J. Med. 1992, 327:959 (Letter).
32. Arocker-Mettinger E. et al.: Circulating ICAM-1 levels in serum uveitis patients. Curr. Eyc. Res. 1992, 11:161-166.
33. Shijubo N. et al.: Circulating intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) antigen in sera of patients with idiopathic pulmonary fibrosis. Clin. Exp. Immunol. 1992, 89:58.
34. Morisaki N. et al.: New indicates of ischemic heart disease and aging: studies on the serum levels of soluble intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) and soluble vascular cell adhesion molecul-1 (VCAM-1) in patients with hypercholesterolemia and ischemic heart disease. Atherosclerosis 1997, 131:43-48.
35. De Caterina R. et al.: Soluble vascular cell adhesion molecule-1 as a biohumoral correlate of atherosclerosis. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 1997, 17:2646-54.
36. Peter K. et al.: Circulating vascular cell adhesion molecule-1 correlates with the extent of human atherosclerosis in contrast to circulating intercellular adhesion molecule-1, E-selectin, P-selectin and thrombomodulin. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 1997, 17:505-12.
37. Blann A.D. et al.: The influence of smoking on soluble adhesion molecules and endothelial cell markers. Thrombosis Research. 1997, 85:433-438.
38. Drexler H. et al.: Effect of chronic angiotensin-converting enzyme inhibition on endothelial function in patients with chronic heart failure. Am. J. Cardiol. 1995, 76:13E-18E.
39. Ridker P.M.: Intercellular adhesion molecule (ICAM-1) and the risk of developing atherosclerotic disease. Eur. Heart J. 1998, 19:1119-1121.
40. Kume N. et al.: Lysophosphatidylcholine, a component of atherogenic lipoproteins, induces mononuclear adhesion molecules in cultured endothelial cells. J. Clin. Invest. 1992, 90:1138-44.
41. Schmidt A.M. et al.: Advanced glycation endoproducts interacting with their endothelial receptor induce expression of vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1) in cultured human endothelium cells and in mice: a potential mechanism for the accelerated vasculopathy in diabetes. J. Clin. Invest. 1995, 96: 1395-1403.
42. Marui N. et al.: Vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1) gene transscription and expression are regulated through an antioxidant-sensitive mechanism in human vascular endothelial cells. J. Clin. Invest. 1993, 92:1866-74.
43. De Caterina et al.: The omega-3 fatty acid docosahexaenoate reduces cytokine induced expression of proatherogenic and proinflamatory protein in human endothelial cells. Arterioscler. Thromb. 1994, 14:1829-36.
44. De Caterina R. et al.: Nitric oxide decreases cytokine induced endothelial activation. Nitric oxide selectively reduces endothelial expression of adhesion molecules and proinflamatory cytokines. J. Clin. Invest. 1995, 96:60-68.
Postępy Nauk Medycznych 2/2001
Strona internetowa czasopisma Postępy Nauk Medycznych