Regulatory Immune Responses and Repair Mechanisms in Atherosclerosis

Abstract

Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease characterized by the formation of lipid rich plaques in the arterial wall. Rupture of a plaque results in clinical manifestations such myocardial infarction or stroke. Atherosclerosis is a complex disease where both autoimmune responses towards atherosclerosis-related antigens and smooth muscle repair responses play important roles. This thesis contains studies focusing on both regulatory immune responses and tissue repair mechanisms in experimental models of atherosclerosis as well as in patient cohorts.



The first part of this thesis investigates the role of regulatory immune responses targeting plaque-related antigens. In paper I, we developed a matrigel-based method to characterize T helper 2 immune responses against human apolipoprotein B100 (ApoB100). We report that matrigel loaded with the antigen of interest can be used to measure antigen-specific immune cell accumulation and cytokine production. In paper II, we report that B cells pulsed with peptide 210 (p210) from ApoB100 coupled to the cholera toxin B subunit (p210-CTB) acquire a regulatory phenotype and induce Tregs in vivo. In the third paper, we unexpectedly found increased frequencies of circulating regulatory T cells in patients with prevalent cardiovascular disease. Our results indicate that the general immune cell activation in patients with prevalent cardiovascular disease can cause a compensatory increase in regulatory T cells to counteract the immune response.



In the second part of this thesis, we focused on the role of smooth muscle cells in atherosclerosis. In paper IV, we show that IL-22 is involved in controlling smooth muscle cell phenotype. More specifically, IL-22 deficient atherosclerotic mice develop smaller plaques with increased expression of contractile proteins. Increased numbers of smooth muscle cells remaining in a contractile phenotype in the media and decreased collagen content in the plaques could possibly contribute to the smaller plaque size observed in IL-22 deficient mice. Finally, in paper V, we present data suggesting that high levels of smooth muscle cell growth factors (platelet-derived growth factor, epidermal growth factor, heparin-binding epidermal growth factor) measured in plasma can reflect a fibrous plaque phenotype. In particular, high plasma levels of heparin-binding epidermal growth factor at baseline was associated with a decreased risk for developing a coronary event.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Hjärtkärlsjukdom är den främsta dödsorsaken i västvärlden och den bakomliggande orsaken är oftast ateroskleros. Ateroskleros, eller åderförkalkning, medför att blodkärlens väggar blir tjocka och förlorar sin normala rörlighet på grund av inlagring av fett och bildningen av ett s.k. aterosklerotiskt plack. Vissa kan leva med åderförkalkning ett helt liv utan att märka av det medan andra utvecklar allvarliga akuta symptom på grund av att ett plack ger upphov till en blodpropp som snabbt täpper igen kärlet. Beroende på vart placket sitter så orsaker detta syrebrist i hjärnan (stroke) eller i hjärtat (hjärtinfarkt). Flertalet riskfaktorer för hjärtkärlsjukdom är identifierade t.ex. högt kolesterol, högt blodtryck och diabetes men fler metoder behövs för att upptäcka vem som kommer att drabbas av akuta symptom eller inte. I denna avhandling har jag studerat just detta samt hur ett plack uppkommer och hur man med hjälp av nya behandlingar skulle kunna förhindra dess tillväxt.



Fett som vi äter transporteras i kroppen bland annat i partiklar som kallas låg- densitet lipoprotein (LDL, det ”onda” blodfettet) och förenklat så kan man säga att ett plack bildas när fett från blodcirkulationen ansamlas i kärlväggen. LDL som lagras i kärlet kommer så småningom att modifieras på flera olika sätt, man kan säga att fettet härsknar, precis som gammalt smör. Kroppens städare, makrofagerna, kommer att kämpa för att rensa bort fettet från kärlväggen men allteftersom ansamlingen fortsätter så tappar makrofagerna kontrollen över situationen. Makrofager fulla av fett bildar s.k. ”skumceller” som till slut dör. Nivåerna av modifierat LDL tillåts nu öka ytterligare i kärlväggen vilket bidrar till att kärlet blir inflammerat. Detta resulterar i rekrytering av vita blodkroppar från blodcirkulationen och kroppen kommer att reagera precis som när vi blir infekterade av tillexempel ett virus, nämligen genom att aktivera immunförsvaret.



Immunförsvarets uppgift är delvis att försöka städa bort det okända som inte hör hemma i kroppen men i vissa fall kan immunförsvaret även känna igen och reagera på kroppens egna proteiner, t.ex. delar av modifierat LDL. En vanlig virusinfektion kommer till sist att rensas bort men vid åderförkalkning samlas mer och mer fett och immunförsvaret kommer få fortsätta att arbeta. Istället för att läka sjukdomen så förvärras utvecklingen av åderförkalkning och det bildas en kronisk inflammation i kärlväggen.



Den pågående inflammationen aktiverar även glatta muskelceller vars främsta uppgift är att producera proteiner för att försöka behålla kärlets normala struktur genom att läka den vävnadsskadan som håller på att uppkomma. Ackumulering av fett, immunceller, glatta muskelceller och strukturproteiner gör att placket växer inåt kärlet. Ett stort plack gör att blodet får det svårare att passera genom det åderförkalkade kärlet men placket kan även gå sönder vilket leder till att en blodpropp bildas. Balansen av de olika komponenterna i placket bestämmer vilka plack som kommer att orsaka akuta symptom eller inte. Mycket inflammation och låga nivåer av de läkande glatta muskelcellerna ökar risken för att placken ska gå sönder och orsaka akuta symptom. För att hitta de som har en hög risk för att utveckla hjärtkärlsjukdom så behövs det biomarkörer. Biomarkörer är något som finns i högre eller lägre nivåer hos dem som kommer bli sjuka och som lätt kan hittas med hjälp av ett enkelt blodprov.



Åderförkalkning är alltså en inflammatorisk sjukdom som kan liknas vid en virusinfektion. En virusinfektion kan förhindras genom vaccinering men tänk om man kunde skydda sig mot åderförkalkning på samma sätt? I min avhandling har jag studerat just detta, möjligheten att med ett vaccin stoppa utvecklingen av åderförkalkning. I studie I och II använder jag en musmodell för att undersöka möjligheten att skapa en skyddande immunreaktion mot åderförkalkning. I den första (studie I), vaccinerar vi möss och studerar den immunreaktion som skapas mot ett specifikt plackprotein (apolipoprotein B100, ApoB100). I den andra (studie II) så använder jag mig av celler som vi tror kan dämpa den pågående immunreaktionen i placken för att se om dessa kan stoppa utvecklingen av åderförkalkning. Ytterligare en typ av immun- dämpande cell studeras i studie III. Där har jag haft möjligheten att undersöka om nivåerna av dessa regulatoriska celler är annorlunda hos patienter med hjärtkärlsjukdom och/eller diabetes. Överraskande så visar vi att patienter med hjärtkärlsjukdom har högre nivåer av dessa celler.



I den andra delen av min avhandling så har jag studerat glatta muskelceller och mer specifikt, hur immunförsvaret kan reglera läkningen av kärlväggen under åderförkalkningsprocessen. I studie IV så har jag undersökt hur IL-22, en molekyl som utsöndras av immunceller för att kommunicera med vävnadsceller, t.ex. glatta muskelceller, påverkar åderförkalkning. Vi skapade en musmodell som saknade IL-22 och undersökte hur brist av IL-22 påverkar bildningen av aterosklerotiska plack. Vi rapporterar att avsaknad av IL-22 leder till att mössen får mindre plack men att detta även är associerat med en lägre nivå av glatta muskelceller som syntetiserar strukturproteiner. Detta leder till mindre plack men det skulle eventuellt kunna öka risken för att placken går sönder eftersom glatta muskelceller är viktiga för läkningsprocessen.



Andra molekyler som påverkar glatta muskelceller undersöks i studie V. Här mätte vi nivåerna av tre molekyler, som stimulerar tillväxt av glattamuskelceller, i blodet hos patienter och såg att höga nivåer av dessa (PDGF, EGF, HB-EGF) kunde reflektera ett stabilt plack som innehåller mycket strukturproteiner. Höga nivåer av en av dessa tillväxtfaktorer, HB-EGF, var även kopplat till minskad risk för att utveckla akuta hjärtkärlsymptom i framtiden.



Förhoppningen är att dessa studier ska bidra till kunskapen kring hur en plack bildas samt till hur vi enklare ska kunna identifiera dem som har hög risk för att drabbas av akuta symptom. I förlängningen så kan detta förhoppningsvis bidra till utvecklingen av nya terapier för att stoppa utvecklingen av hjärtkärlsjukdom.

• author: Rattik, Sara
• supervisor: Jan Nilsson; Gunilla Nordin Fredrikson; Harry Björkbacka; Maria Wigren
• opponent: Lutgens, Esther, University of Amsterdam
• organization: Cardiovascular Research - Immunity and Atherosclerosis (research group); EXODIAB: Excellence of Diabetes Research in Sweden
• publishing date: 2015
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cardiac and Cardiovascular Systems
• keywords: Atherosclerosis, Cardiovascular disease, T helper 2 cells, ApoB100, Regulatory B cells, Regulatory T cells, Smooth muscle cells, IL-22.
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2015:12
• pages: 183 pages
• defense location: Kvinnoklinikens Aula, Skåne University Hospital, Malmö
• defense date: 2015-02-06 09:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-7619-092-0
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 54a89f45-ceb0-4879-b8d6-c5ac09946e6f (old id 4927061)
• date added to LUP: 2016-04-01 13:13:54
• date last changed: 2019-05-22 01:10:18