Editoriale Vol. 95, N. 12, Dicembre 2004 Recenti vedute sul meccanismo molecolare d azione dei bloccanti recettoriali dell angiotensina II di tipo 1 e sul loro contributo alla stabilizzazione della placca aterosclerotica Andrea Mezzetti, Maria Fazia, Francesco Cipollone Riassunto. Studi clinici hanno dimostrato che i farmaci che inibiscono la via metabolica dell angiotensina II producono effetti benefici che vanno al di là della riduzione della pressione arteriosa. Tuttavia, il meccanismo molecolare alla base di questo effetto non è ancora chiaro. Recentemente abbiamo dimostrato che l aumento dell espressione delle isoforme inducibili della ciclossigenasi (COX) e della prostaglandina (PG) E 2 -sintasi (COX- 2/mPGES-1) nelle placche aterosclerotiche di soggetti sintomatici promuove la rottura delle placche tramite l induzione delle metalloproteinasi (MMP), enzimi litici dei componenti strutturali della matrice. In un recente studio, abbiamo ipotizzato che l angiotensina II potesse promuovere l instabilità di placca tramite l induzione della via COX- 2/mPGES-1. Pertanto sono state analizzate le placche aterosclerotiche di pazienti sintomatici che, 4 mesi prima dell intervento di endoarterectomia, erano stati randomizzati al trattamento con irbesartan (300 mg/die) o clortalidone (50 mg/die). L analisi delle placche ha dimostrato che il trattamento con irbesartan riduceva significativamente l area dell infiltrato infiammatorio, l immunoreattività per COX-2/mPGES-1, MMP-2, MMP-9, l attività gelatinolitica ed il quantitativo di collagene rispetto al trattamento con clortalidone. Inoltre, l inibizione della COX-2/mPGES-1 è stata osservata in vitro dopo incubazione con irbesartan, ma non con il bloccante selettivo dei recettori AT2, PD 123319. I risultati di questo studio suggeriscono che i bloccanti dei recettori AT1 possono rappresentare una nuova opzione terapeutica per la stabilizzazione di placca in pazienti con malattia aterosclerotica. Parole chiave. Angiotensina II, antagonisti del recettore dell angiotensina II, aterosclerosi, infiammazione, metalloproteinasi. Summary. New insights on the molecular mechanisms of type-1 angiotensin II receptor blockers and their contribution to atherosclerotic plaque stabilization. Clinical trials have demonstrated that agents inhibiting the angiotensin II pathway confer benefit beyond the reduction of blood pressure alone. However, the molecular mechanism underlying this effect has yet to be investigated. Recently, we have demonstrated enhanced expression of inducible COX and PGE synthase (COX-2/mPGES-1) in human symptomatic plaques, and provided evidence that it is associated with plaque rupture induced by metalloproteinases (MMPs), proteolytic enzymes of matrix structural components. In a recent study, we hypothesized that angiotensin II could promote plaque instability through induction of the COX-2/mPGES-1 pathway. We analyzed atherosclerotic plaques from symptomatic patients who were randomized to treatment with irbesartan (300 mg/die) or chlorthalidon (50 mg/die) for 4 months before endarterectomy. We found that plaques from the irbesartan group had reduced inflammatory infiltration, less immunoreactivity for COX-2/mPGES-1 and MMPs, reduced gelatinolytic activity and increased collagen content. It is worth noting that COX-2/mPGES-1 inhibition was observed after incubation in vitro with irbesartan but not with the selective AT2 blockade PD123,319. These findings suggest that AT1 receptor blockers could represent a novel form of therapy for plaque stabilization in patients with atherosclerotic disease. Key words. Angiotensin II, angiotensin II receptor blockers, atherosclerosis, inflammation, metalloproteinases. Centro di Ricerca Clinica (CeSI), Fondazione Università G. d Annunzio, Chieti. Pervenuto il 16 settembre 2004.
A. Mezzetti, et al.: Recenti vedute sul meccanismo molecolare d azione dei bloccanti recettoriali dell angiotensina II 587 Vasocostrizione, attivazione simpatica Vasocostrizione Disfunzione endoteliale Infiammazione, Citochine, Superossido Angiotensina II RECETTORE AT1 IPERTENSIONE, ATEROSCLEROSI Crescita cellulare Rimodellamento vascolare cardiaco Figura 1. Effetti pleiotropici cardiovascolari dell Angiotensina II. È ormai ampiamente dimostrato che l infiammazione contribuisce in modo significativo allo sviluppo ed alla progressione dell aterosclerosi 1. In tutto lo spettro delle lesioni ateromatose è possibile rilevare la presenza di citochine e di infiltrati macrofagici e linfocitari che vengono considerati elementi determinanti non solo nella crescita della placca ma anche nella sua evoluzione verso l instabilità e la rottura 2. La placca instabile rappresenta la causa principale delle sindromi coronariche acute (angina instabile, infarto del miocardio e morte improvvisa coronarica). Le lesioni instabili, non necessariamente stenotiche, sono caratterizzate da un largo core lipidico, dalla presenza di numerose cellule infiammatorie (macrofagi e linfociti) e da una capsula fibrosa sottile 1,3. Recenti studi hanno dimostrato un importante coinvolgimento del sistema renina-angiotensina (RAS) ed in particolare della sua principale molecola effettrice angiotensina II (AII) nell infiammazione vascolare di basso grado caratteristica del processo aterosclerotico (figura 1) 4,5. Infatti, nei macrofagi e nelle cellule muscolari lisce presenti nella placca ateromatosa 6,7 e nei processi di riparazione successivi all angioplastica 8 è stato documentato un significativo aumento dell espressione e del contenuto sia dell enzima convertitore dell angiotensina (ACE) che dell angiotensina II. È stato, inoltre, evidenziato come nel monocita che si trasforma in macrofago si determini una aumentata espressione di recettori dell angiotensina II di tipo 1 (AT1) 9. Nei topi knockout per l apolipoproteina E la somministrazione di AII favorisce lo sviluppo delle lesioni aterosclerotiche accelerandone l evoluzione 4. Infine, recenti studi clinici che hanno indagato gli effetti a lungo termine degli ACEinibitori 10 e degli antagonisti del recettore dell angiotensina II (ARBs) 11 sulla mortalità e la morbilità nell uomo, hanno dimostrato una protezione renale e cardiovascolare indipendente dall effetto antipertensivo. Altre ricerche condotte su pazienti con RAS attivato o geneticamente alterato hanno confermato la presenza in questi soggetti di un aumentato rischio di eventi coronarici acuti che può essere significativamente ridotto dalla somministrazione di ACE-inibitori 12. Le azioni pleiotropiche dell angiotensina II che possono contribuire alla genesi del processo aterosclerotico sono quasi tutte mediate dai recettori AT1 ed includono la produzione di anione superossido via la NAD(P)H ossidasi, la formazione di LDL ossidate, che a loro volta favoriscono la disfunzione endoteliale, stimolano la produzione di molecole di adesione, di fattori chemiotattici, il rilascio di fattori di crescita e di citochine proinfiammatorie 13. L angiotensina II prodotta localmente dai macrofagi attivati e dai fibroblasti è inoltre responsabile della proliferazione e migrazione delle cellule muscolari lisce, così come della produzione di metalloproteinasi che a loro volta possono condizionare l espansione e la degradazione della matrice extracellulare 14. Questi enzimi proteolitici, se prodotti in eccesso dai macrofagi attivati, possono causare un progressivo assottigliamento della capsula fibrosa fino a determinarne la rottura 15. La rottura della placca favorisce il contatto del materiale, altamente pro-trombotico, presente all interno dell ateroma, con il torrente circolatorio determinando l insorgenza di trombosi che può portare all occlusione del vaso. All interno delle lesioni aterosclerotiche umane è stata dimostrata l espressione di due metalloproteinasi (MMP), la gelatinasi di 72-kDa (MMP-2) e di 92- kda (MMP-9) la cui biosintesi da parte dei macrofagi avviene attraverso una via prostaglandina E 2 (PGE 2 )-dipendente 16,17. Tale via è modulata dalla ciclossigenasi (COX) e dalla PGE sintetasi (PGES). Sono state identificate due isoforme di COX e tre di PGES, rispettivamente denominate COX-1, COX-2, PGES citosolica (cpges) e PGES microsomiale (mpges) di tipo 1 e 2. Mentre la COX-1 e la cpges sono enzimi costitutivi, la COX-2 e la mpges Riassorbimento di Na Aldosterone Volume sono indotti in risposta a stimoli infiammatori, suggerendo il loro coinvolgimento nella sintesi di PG nelle malattie infiammatorie 18. In un nostro recente studio abbiamo dimostrato come la contemporanea iper-espressione di COX-2/mPGES-1 nel macrofago rappresenti un meccanismo fondamentale nell indurre il fenomeno dell instabilità della placca attraverso l aumentata espressione e rilascio di MMP 16.
588 Recenti Progressi in Medicina, 95, 12, 2004 A tale proposito è stato dimostrato 19 che, nelle cellule muscolari lisce vascolari, l angiotensina II può incrementare l espressione della COX-2 e, quindi, influenzare il turnover della matrice extracellulare attraverso l espressione ed attivazione delle MMP PGE 2 -dipendente. Anche questo effetto sarebbe mediato dai recettori AT1 come confermato da studi in vitro che hanno impiegato antagonisti recettoriali selettivi 19. In un nostro recente studio 20 abbiamo verificato l ipotesi che l angiotensina II possa determinare l instabilità della placca attraverso un aumento dell espressione di COX-2 nei macrofagi. Tale studio è stato condotto analizzando le placche carotidee provenienti da due gruppi di pazienti ipertesi che avevano subito un intervento di endoarterectomia per stenosi di alto grado (> 70%) della carotide interna. Questi soggetti, 4 mesi prima dell intervento di endoarterectomia, erano stati randomizzati al trattamento con irbesartan 300 mg/die o con clortalidone (50 mg/die). Lo studio ha dimostrato per la prima volta che il pretrattamento con irbesartan può indurre un effetto antinfiammatorio modulato attraverso una down-regulation della diade COX- 2/mPGES-1 (figura 2a). Questo effetto inibitorio diretto di irbesartan sulla COX-2/mPGES-1 è indipendente dall effetto antipertensivo del farmaco e si associa ad una riduzione dell infiltrazione macrofagico-linfocitaria delle placche (figura 3) e ad un decremento significativo nell espressione e nell attività delle metalloproteinasi (MMP-2 e MMP-9). Le placche dei soggetti trattati con irbesartan mostravano anche un significativo aumento del contenuto di collagene e di cellule muscolari lisce confermando l evoluzione verso la stabilità. Altro dato interessante era la marcata espressione di antigeni HLA-DR da parte delle cellule infiammatorie presenti nelle placche dei soggetti randomizzati a clortalidone rispetto a quelle dei soggetti in terapia con irbesartan (figura 3). Pertanto si è identificato, per la prima volta, uno dei meccanismi fondamentali attraverso cui l angiotensina II può favorire la destabilizzazione della placca (figura 2b) e si è dimostrata l efficacia dell irbesartan nel ridurre la componente infiammatoria presente nelle placche, favorendone l evoluzione verso la stabilità. Figura 2. a): Inibizione AT 1-dipendente degli enzimi COX- 2/mPGES-1 e MMP-9 da parte di irbesartan nei monociti. b): Possibili meccanismi con cui l angiotensina II ed irbesartan influenzano la stabilità della placca aterosclerotica. Figura 3. Sezioni di tessuto aterosclerotico di pazienti in terapia con irbesartan o con clortalidone marcate con anticorpi per il CD68 (macrofagi), CD3 (linfociti T), HLA-DR.
A. Mezzetti, et al.: Recenti vedute sul meccanismo molecolare d azione dei bloccanti recettoriali dell angiotensina II 589 I risultati del recente studio LIFE 11 che ha dimostrato, per la prima volta, la superiorità degli antagonisti degli AT1 rispetto ai beta-bloccanti nel ridurre gli eventi cardiovascolari con particolare riferimento all ictus fatale e non fatale, possono costituire una conferma clinica su hard end-points di quanto da noi riscontrato sulla placca carotidea. Tuttavia va segnalato che nel nostro studio è stato impiegato come farmaco di confronto non un beta-bloccante ma un diuretico tiazidico che, come è noto, può indurre un attivazione riflessa del RAS. Una delle ragioni che ci ha indotti all impiego di questo farmaco è la dimostrata efficacia clinica della molecola nel prevenire eventi cardiovascolari 21. Tuttavia, per escludere che una possibile attivazione riflessa del RAS possa avere influito sui nostri risultati, abbiamo misurato l espressione ed il contenuto di AII nelle placche e l attività reninica plasmatica. I dati ottenuti dimostrano con chiarezza che sia i livelli di AII sia l attività reninica plasmatica non differiscono nei due gruppi di pazienti, escludendo perciò qualunque ipotesi di induzione farmacologica della COX-2 a livello delle placche nei pazienti randomizzati a clortalidone La COX-2 è un enzima intermedio nella via metabolica dell acido arachidonico. Infatti, la PGH 2 prodotta dalla COX è ulteriormente metabolizzata da altre isomerasi a diversi prostanoidi. Pertanto, perché vengano sintetizzate le MMP PGE 2 -dipendenti nelle placche aterosclerotiche, la COX-2 e la mpges-1 devono essere necessariamente coespresse. È interessante notare che proprio i macrofagi presenti nella spalla delle placche rappresentano il principale obiettivo cellulare dell irbesartan, ovvero contengono la quota maggiore di proteine COX-2/mPGES-1. Questi dati potrebbero avere una rilevanza funzionale e contribuire a spiegare i risultati controversi associati all inibizione selettiva della COX-2, in quanto cellule differenti possono regolare la produzione di differenti eicosanoidi. Infatti, mentre l endotelio rilascerebbe prevalentemente PGI 2, un agente vasodilatatore e inibitore dell aggregazione piastrinica, i macrofagi, non presenti nella parete di arterie normali, produrrebbero altri prostanoidi, tra cui, appunto, la PGE 2, a potente azione proaterogena 18. Studi in vitro condotti con la molecola PD 123319, un antagonista selettivo degli AT2, hanno dimostrato che l inibizione di COX-2/mPGES-1 a livello della placca, ottenuta con irbesartan, dipende strettamente dal blocco selettivo del recettore AT1 (figura 2a). In conclusione, il nostro studio dimostra che il blocco dei recettori AT1 determina una profonda modifica quali-quantitativa della placca, favorendone l evoluzione verso la stabilità. La down regulation della COX-2/mPGES-1, a livello dei macrofagi, inibisce l espressione e l attivazione delle MMP bloccando il processo di degradazione della matrice che è causa principale della rottura di placca. Dal punto di vista pratico, questi risultati forniscono ulteriore sostegno all ipotesi che gli antagonisti degli AT1 possano costituire una nuova opzione terapeutica per la stabilizzazione delle placche nei soggetti con malattia aterosclerotica. Bibliografia 1. Ross R. Atherosclerosis: an inflammatory disease. N Engl J Med 1999; 340: 115-26. 2. Libby P. Vascular biology of atherosclerosis: overview and state of the art. Am J Cardiol 2003; 91: 3A- 6A. 3. van der Wal AC, Becker AE, van der Loos CM, Das PK. Site of intimal rupture or erosion of thrombosed coronary atherosclerotic plaques is characterized by an inflammatory process irrespective of the dominant plaque morphology. Circulation 1994 ; 89: 36-44. 4. Daugherty A, Manning MW, Cassis LA. Angiotensin II promotes atherosclerotic lesions and aneurysms in apolipoprotein E-deficient mice. J Clin Invest 2000; 105; 1605-12. 5. Schmidt-Ott KM, Kagiyama S, Philips MI. The multiple actions of Ang in atherosclerosis. Regul Pept 2000; 93: 65-77. 6. Schieffer B, Schieffer E, Hilfiker-Kleiner D, Hilfiker A, Kovanen PT, Kaartinen M, et al. Expression of angiotensin II and interleukin 6 in human coronary atherosclerotic plaques: potential implications for inflammation and plaque instability. Circulation 2000; 101: 1372-8. 7. Hoshida S, Kato J, Nishino M, Egami Y, Takeda T, Kawabata M, et al. Increased angiotensin-converting enzyme activity in coronary artery specimens from patients with acute coronary syndromes. Circulation 2001; 103: 630-3. 8. Ohishi M, Ueda M, Rakugi H, Okamura A, Naruko T, Becker AE, et al. Upregulation of angiotensin-converting enzyme during the healing process after injury at the site of percutaneous transluminal coronary angioplasty in humans. Circulation 1997; 96: 3328 37. 9. Okamura A, Rakugi H, Ohishi M, Yanagitani Y, Takiuchi S, Moriguchi K, et al. Upregulation of reninangiotensin system during differentiation of monocytes to macrophages. J Hypertens 1999; 17: 537-45. 10. The HOPE Study Investigators. Effects of an Angconverting-enzyme inhibitor, ramipril, on cardiovascular events in high-risk patients. N Engl J Med 2000; 342: 145 53. 11. Dahlof B, Devereux RB, Kjeldsen S, Julius S, Beevers G, de Faire U, et al. and LIFE Study Group. Cardiovascular morbility and mortality in the Losartan Intervention For Endpoint reduction in hypertension study (LIFE): a randomized trial against atenolol. Lancet 2002; 359: 995-1003. 12. SOLVD Investigators. Effect of enalapril on mortality and the development of heart failure in asymptomatic patients with reduced left ventricular ejection fraction. N Engl J Med 1992; 327: 568 74. 13. Dzau VJ. Cell biology and genetics of angiotensin in cardiovascular disease. J Hypertens 1994; 12 (suppl): S3-10.
590 Recenti Progressi in Medicina, 95, 12, 2004 14. Brilla CG, Zhou G, Rupp H, Maisch B, Weber KT. Role of angiotensin II and prostaglandin E 2 in regulating cardiac fibroblast collagen turnover. Am J Cardiol 1995; 76: 8D-13D. 15. Shah PK, Falk E, Badimon JJ, Fernandez-Oriz A. Maihac A. Villareal-Levy G, et al. Human monocytederived macrophages induce collagen breakdown in fibrous caps of atherosclerotic plaques: potential role of matrix-degrading metalloproteinases and implications for plaque rupture. Circulation 1995; 92: 1585-9. 16. Cipollone F, Prontera C, Pini B, Marini M, Fazia M, De Cesare D, et al. Overexpression of functionally coupled cyclooxygenase-2 and prostaglandin E synthase in symptomatic atherosclerotic plaques as a basis of prostaglandin E(2)-dependent plaque instability. Circulation 2001; 104: 921-7. 17. Cipollone F, Fazia M, Iezzi A, Zucchelli M, Pini B, De Cesare D, et al. Suppression of the functionally coupled cyclooxygenase-2/pge synthase as a basis of simvastatin-dependent plaque stabilization in humans. Circulation 2003; 107: 1479-85. 18. DeWitt D, Smith WL. Yes, but do they still get headaches? Cell 1995; 83: 345-8. 19. Ohnaka K, Numaguchi K, Yamakawa T, et al. Induction of cyclooxygenase-2 by Angiotensin II in cultured rat vascular smooth muscle cells. Hypertension 2000; 35: 68-75. 20. Cipollone F, Fazia M, Iezzi A, Pini B, Cuccurullo C, Zucchelli M, et al. Blockade of the angiotensin II type 1 receptor stabilizes atherosclerotic plaques in humans by inhibiting prostaglandin E2-dependent matrix metalloproteinase activity. Circulation 2004; 109: 1482-8. 21. The ALLHAT Collaborative Research Group. Major outcomes in high-risk hypertensive patients randomized to angiotensin-converting enzyme inhibitor or calcium channel blocker vs diuretic: the Antihypertensive and Lipid-Lowering Treatment to Prevent Heart Attack Trial (ALLHAT). JAMA 2002; 288: 2981-97. Indirizzo per la corrispondenza: Prof. Andrea Mezzetti Università G. d Annunzio Dipartimento di Medicina e Geriatria Centro di Ricerca Clinica Via dei Vestini 66013 Chieti E-mail: a.mezzetti@crc-cesi.org