The role of inflammatory biomarkers in developing targeted cardiovascular therapies: lessons from the cardiovascular inflammation reduction trials

 
Passacquale G,  Di Giosia P, and Ferro A
Cardiovasc Res 2015 109: 9-23
 
Recente onderzoeksinspanningen zijn gericht op de potentie van anti-inflammatoire therapie in aanvulling op gebruikelijke cardiovasculaire (CV) behandeling om residueel CV risico te verminderen. Diverse nieuwe moleculen gericht op geselecteerde inflammatoire pathways zijn geëvalueerd in fase III secundaire preventiestudies, zoals lipoproteïne-geassocieerde fosfolipase A2 (Lp-PLA2) remmers, oplosbare (s)PLA2-remmers en antioxidanten. Hoewel hun anti-inflammatoire effect veelbelovend leek in fase 2 studies, verlaagden deze middelen de CV event rates niet in grote populatiegebaseerde studies.
 
De anti-inflammatoire rationele kwam voort uit observaties dat de effectiviteit van statines om CV events te voorkomen deels kan worden toegeschreven aan hun mogelijkheid om C-reactieve proteïne (CRP) te verlagen. Dit heeft de vraag opgeworpen of daling van inflammatie op zich beschermt tegen atherosclerotische voortgang, daarmee de klinische uitkomst gunstig beïnvloedend.
 
Het beschikbare bewijs tot nog toe lijkt in tegenspraak met de hypothese dat residueel CV risico wijst op residuele inflammatie als oorzaak. Veel studies karakteriseerden echter niet de inflammatoire profielen van de deelnemers. Als gevolg van de waarschijnlijke heterogeniteit van de studiepopulatie, kan verwacht worden dat de effectiviteit van anti-inflammatoire behandeling aanzienlijk varieert. Dit kan een mogelijk effect hebben verdund in patiëntsubgroepen met ‘residuele inflammatie’, ondanks conventionele profylactische behandeling.
 
Kwantificering van inflammatie wordt meestal gedaan door het meten van de biomarker CRP. De specificiteit van CRP is echter beperkt voor atherosclerosegerelateerde inflammatie, en de prognostische waarde voor toekomstige CV events in optimaal behandelde patiënten is met name zwak in secundaire preventie. Dus, modulatie van CRP weerspiegelt mogelijk geen effect op atherosclerose, en afwezigheid van een effect betekent niet noodzakelijkerwijs een gebrek aan effect op arteriële inflammatie.
 
Dit overzichtsartikel behandelt het nut en beperkingen van beschikbare en nieuwe biomarkers om de inflammatoire status van de arteriële vaatwand te reflecteren. Volgens de auteurs verdient het fenotype van circulerende monocyten, namelijk een verandering richting een pro-inflammatoir profiel, specifieke aandacht.
 

Inflammatoire biomarkers, kwetsbaarheid van de plaque en CV events: nut en beperkingen van CRP

De beschikbaarheid van een relatief goedkope gestandaardiseerde methodologie om CRP te meten maakt het de breedst toegepaste test in CV inflammatiereductiestudies, maar de waarde als indicator van atherosclerosegerelateerde inflammatie is controversieel.
 
De voorspellende waarde voor toekomstige CV events in primaire preventiestudies, en toegevoegde waarde in aanvulling op Framingham risicocalculatie werden niet consistent aangetoond. Bovendien voorspelt CRP in asymptomatische patiënten atherosclerosische last niet goed, waardoor het nut in klinische besluitvorming wordt beperkt.
 
In de context van secundaire preventie voorspelde CRP ook niet de terugkeer van CV events in stabiele, profylactisch behandelde ACS patiënten. Noch was er een correlatie tussen CRP-daling en veranderingen in plaquegrootte of samenstelling in reactie op geteste anti-inflammatoire therapie.
 
Fase II studies hebben inconsistente resultaten opgeleverd ten aanzien van de effecten van anti-inflammatoire middelen op CRP. CRP is een maat voor systemische inflammatie, en de link met plaquesamenstelling en kwetsbaarheid en CV event rates moet verder worden vastgesteld. Beeldvormingsstudies zouden het begrip kunnen vergroten, maar hun toepassing in grote studies is niet voorstelbaar gezien kosten en technische redenen.
CRP bleek een meer betrouwbare biomarker van ziekteprogressie en toekomstige events in statinestudies waarin baseline CRP-niveau doorgaans boven de 2 mg/L was. Dit niveau is als afkapwaarde geïdentificeerd om onderscheid te maken tussen suboptimaal en optimaal anti-inflammatoire effecten in antwoord op statines. Deze voorspelden vervolgens gunstiger CV uitkomsten, onafhankelijk van de LDL doelstelling die behaald werd. Daarom kan het recruteren van patiënten met CRP langdurig >2 mg/L ondanks conventionele therapie een meer relevantie studiepopulatie opleveren om de effectiviteit van anti-inflammatoire middelen te testen in secundaire CV preventie. Deze strategie wordt gevolgd in de lopende CANTOS studie.
 

Opkomende inflammatoire biomarkers, focus op monocytfenotype

1. Prognostische waarde voor CV events

Monocyten spelen een belangrijke rol in atherogenese en plaqueprogressie richting kwetsbaarheid. Monocyten hebben variabele niveaus van pro-inflammatoire cytokineproductie en infiltratie van de arteriewand. Functioneel verschillende subsets kunnen worden onderscheiden op basis van hun patroonherkenningsreceptoren: bijvoorbeeld intermediate CD14++CD16+ monocyten lijken een meer pro-inflammatoir profiel te hebben dan de CD14++CD16- subset. Studies hebben verbanden besproken tussen overheersing van bepaalde subsets ten opzichte van andere en CHD, maar monocyt fenotype correleerde niet altijd met CRP. Het niveau van CD16+ monocyten correleerde met plaquekwetsbaarheid, terwijl dit niet gold voor CRP in een directe vergelijking. Inderdaad is prevalentie van CD16+ monocyten beschreven als onafhankelijke risicofactor in populatiestudies. En een verschuiving richting een pro-atherogeen monocytenfenotype lijkt gepaard te gaan met atheroscleroseprogressie. Bovendien, correleerde het niveau van deze subset in asymptomatische patiënten met risico, sterk met de aanwezigheid van subklinische atherosclerose.
 

2. Pro-atherogene implicaties

De verschillende functionele atherogene effecten van monocytsubsets wordt toegeschreven aan de pro-inflammatoire cytokinen die ze synthetiseren, alsmede hun mogelijkheid om de arteriewand te infiltreren. Het moet echter worden opgemerkt dat deze inzichten gebaseerd zijn op in vitro experimenten. Ook de interactie van monocytensubsets met de arteriewand is geëxtrapoleerd uit in vitro experimenten, welke doen vermoeden dat het stadium van ziekte preferentiële recrutering van een monocytsubtype ten opzichte van een andere beïnvloedt.
 
Bij gebrek aan een diagnostische techniek die in de klinische setting kan worden toegepast om verschillende circulerende monocyten richting plaques te monitoren, blijft het onduidelijk hoe experimentele bevindingen vertaald moeten worden naar de meer complexe situatie van humane ziekte. Het fenotype van resident macrofagen compliceert de situatie nog meer. Twee belangrijke subtypes worden onderscheiden: de klassieke geactiveerde M1 lipide-uitgelokte foamcellen en de anti-inflammatoire M2, betrokken bij genezing en reparatie.
 

3. relatie tussen het fenotype van circulerende monocyten en mate van plaque-inflammatie

Studies in muismodellen voor atherosclerose hebben verschillende kolonisatie van arteriële laesies met M1 of M2 macrofagen aangetoond, afhankelijk van het ziektestadium of in reactie op behandeling, waarbij M2 de overhand nam in ver gevorderde laesies. In histopathologische analyses van humane plaques blijkt met name de ruimtelijke verspreiding van M1 en M2 subtypes te verschillen tijdens ziekteprogressie, in plaats van de mate waarin ze aanwezig zijn.
 
Differentiële expressie van verschillende moleculen op het extracellulaire oppervlak van intermediate monocyten ligt waarschijnlijk aan de oorsprong van de verschillende biologische functies van de subsets. De specifieke eigenschappen van intermediate monocyten doet een centrale rol van CD14++CD16- monocyten vermoeden in activatie van het aangeboren immuunsysteem, zoals gezien in atherosclerose. Meerdere typen bewijs wijzen in de richting van een dynamisch proces dat leidt tot meer CD16+ cellen en minder klassieke monocyten, in reactie op specifieke inflammatoire stimuli. Er wordt gehypothetiseerd dat het aannemen van een CD16+ fenotype door circulerende cellen als brug zou kunnen functioneren tussen het aangeboren en adaptieve immuunsysteem, en kan aanleiding geven tot een specifieke immuunrespons tegen pro-atherogene stimuli die uiteindelijk leidt tot ziekteprogressie.
 
Deze hypothese moet worden getest, om het effect van immunomodulerende interventies op monocytfenotype in vivo te evalueren en of dit klinische uitkomsten beïnvloedt. Ook prospectieve studies zijn nu gepast om te onderzoeken of bepaling van monocytfenotype zinnig is voor het voorspellen van de mate van atherosclerotische ziekte, en therapierespons.
 

4. Inflammatie en klassieke CV risicofactoren

Het effect van immunomodulerende middelen op klassieke CV risicofactoren moet ook worden overwogen, hoewel de mate waarin klassieke behandelingen werken via het verminderen van inflammatie onduidelijk is.
Drie klassen anti-inflammatoire medicatie waarmee fase III studies zijn gestart worden nu besproken, om de relevantie van immuunderegulatie in de pathogenese van atherosclerose te onderzoeken, aannemende dat geen effecten van de geteste immunomodulerende medicatie worden gezien op klassieke CV factoren.
 

* Anti-cytokinen

Van TNF-α antagonisten is aangetoond dat ze CRP niveaus verlagen in patiënten met reumatoïde artritis (RA), maar in deze studies zou de biomarker vooral RA ziektebeheersing kunnen weerspiegelen. Zowel TNF-α antagonisten als IL-6-blokkers zijn in verband gebracht met een nadelig effect op het lipidenprofiel. Mogelijke beschermende CV effecten van deze antagonisten worden momenteel geëvalueerd in een fase IV studie in patiënten met matig en ernstig RA.
 
IL-1β antagonisten hebben een hypoglyemisch effect door stimulatie van β-cel secretoire functie. Er zijn aanwijzingen dat het blokkeren van IL-1 of de receptor ook inflammatoire biomarkers vermindert. Studieresultaten over hun effect op inflammatie in patiënten met ACS worden verwacht, inclusief de CANTOS-studie die het IL-1β-gerichte gehumaniseerde antilichaam canakinumab evalueert.
 

* Anti-inflammatoire medicatie gericht op geoxideerd LDL

Opname van geoxideerde LDL (ox-LDL) cholesteroldeeltjes door monocyten stimuleert pro-inflammatoire cytokineafgifte. Internalisatie door macrofagen in plaques stimuleert hun apoptose, daarbij bijdragend aan vorming van plaque necrotische kern en groei.
Tegenstrijdige data werden verkregen met het antioxidant succinobucol ten aanzien van preventie van coronaire ziekte. In de fase III ARISE studie werd geen effectiviteit getoond op primaire eindpunten, en een ongunstig effect op lipidenprofiel werd geien.
Remmers van PLA2 kunnen ook ox-LDL verlagen. Ook hier leveren studies een onduidelijk beeld over hun voordeel in het verminderen van inflammatie en eindpunten en mogelijke schade door deze middelen.
 

Toekomstperspectieven

Een andere immunomodulatoire benadering in ontwikkeling is vaccinatie tegen doelwitten betrokken bij plaquevorming. Experimenten worden uitgevoerd met immunisatie met LDL deeltjes of cholesterolgerelateerde antigenen. Precieze mechanismen onderliggen aan de anti-atherogene effecten moten nog worden opgehelderd, maar mogelijk gaat dit via gefaciliteerde klaring van lipoproteïnen uit de circulatie, voordat ze opstapelen in de arteriewand.
Een anti-CETP vaccin verminderde plaquevorming in de aorta in een atherosclerose konijnmodel. Inductie van neutraliserende CETP-antilichamen in mensen was tot nog toe beneden verwachting.
Andere, cholesterolongerelateerde doelwitten zijn ook verkend, en onderzoek loopt naar vaccinatie tegen VEGFR2, geproduceerd door delende endotheelcellen die betrokken zijn bij neo-angiogenese.  
 

Conclusie

Karakterisatie van het inflammatoire profiel zou ook moeten worden uitgevoerd in fase III studies, om de relatie te bepalen tussen residuele inflammatie, immunomodulatie en CV bescherming. Beperkingen van CRP moeten worden onderkend , en aanvullende en meer specifieke biomarkers van atherosclerosegerelateerde inflammatie en kwetsbaarheid van de plaque moeten worden overwogen. Mogelijk blijkt monocytfenotype nuttig in dit verband.
 
Vind dit artikel online bij Cardiovasc Res