Hemopexin activity and extracellular ATP in the pathogenesis of preeclampsia Spaans, Floor

Transcriptie

1 Hemopexin activity and extracellular ATP in the pathogenesis of preeclampsia Spaans, Floor IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below. Document Version Publisher's PDF, also known as Version of record Publication date: 2014 Link to publication in University of Groningen/UMCG research database Citation for published version (APA): Spaans, F. (2014). Hemopexin activity and extracellular ATP in the pathogenesis of preeclampsia [S.l.]: [S.n.] Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Take-down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum. Download date:

2 Nederlandse samenvatting

3 Pre-eclampsie, ook wel bekend als zwangerschapsvergiftiging, komt voor in 3-5% van de zwangerschappen en is daarmee een van de meest voorkomende zwangerschapscomplicaties. Helaas is het is nog onbekend hoe pre-eclampsie precies ontstaat, maar over het algemeen wordt gedacht dat de ziekte zich ontwikkeld in twee stadia. In het eerste stadium in het eerste trimester van de zwangerschap leiden problemen in de ontwikkeling van de placenta tot oxidatieve stress en ischemie. Men neemt aan dat de placenta in het tweede stadium verschillende stress gerelateerde factoren in de circulatie uitscheidt, zoals bijv. cytokines, factoren die de angiogenese remmen, en ATP. Deze factoren zouden dan vervolgens een systemische ontstekingsrespons en dysfunctie van het vasculaire endotheel kunnen veroorzaken. Dit leidt dan weer tot klinische symptomen van pre-eclampsie in de tweede helft van de zwangerschap, zoals hypertensie, proteïnurie en oedeem. De belangrijkste problemen die de voortgang in behandeling belemmeren zijn het gebrek aan kennis over de pathogenese van pre-eclampsie en vroege detectie van de ziekte. Om onze kennis over de pathogenese van pre-eclampsie te vergroten, presenteren we in dit proefschrift onderzoek naar de rol van extracellulair ATP (Deel I) en hemopexine (Hx) activiteit (Deel II) tijdens de gezonde zwangerschap en bij vrouwen met pre-eclampsie. We testen de hypothese dat verhoogde ATP concentraties tezamen met een verlaagde Hx activiteit ontsteking stimuleert en angiotensine II type 1 receptor (AT-1R) expressie verlaagd, en daarmee bijdraagt aan de ontwikkeling van pre-eclampsie. Tevens hebben we in Deel II ook een mogelijke ontwikkeling van een nieuwe behandeling van pre-eclampsie getest, gebaseerd op afbraak van ATP door middel van behandeling met alkalisch fosfatase (AF). Deel I - ATP Vrouwen met pre-eclampsie hebben verhoogde plasma concentraties van ATP. Ook adenosine levels zijn verhoogd, hoewel in mindere mate dan de ATP levels. Dit resulteert in een verhoogde ATP/adenosine ratio in deze vrouwen. In Hoofdstuk 2 beschrijven we in een review het belang van de balans tussen ATP en adenosine in de gezonde zwangerschap en in vrouwen met pre-eclampsie, en presenteren de literatuur die een belangrijke rol voor ATP als een danger signal in vrouwen met pre-eclampsie ondersteunt. In de circulatie kan ATP worden afgebroken door meerdere enzymen. Verschillende in vivo en in vitro studies hebben laten zien dat ATP hypertensie, ontsteking en endotheel dysfunctie kan veroorzaken. Daarentegen induceert adenosine over het algemeen tegenovergestelde effecten, het is anti-inflammatoir en induceert vasodilatie. Daardoor bepaald de balans tussen deze twee moleculen het uiteindelijke klinische effect. In vrouwen met pre-eclampsie is deze balans verschoven naar ATP. Daarentegen kunnen verhoogde adenosine levels zelf ook bijdragen aan endotheel dysfunctie. 182

4 Verondersteld wordt dat monocyten een belangrijke rol spelen in de pathogenese van pre-eclampsie, en deze leukocyten kunnen in vitro door ATP geactiveerd worden. Daarom hebben we in Hoofdstuk 3 specifiek onderzoek gedaan naar de monocyten in het bloed van niet-zwangere en zwangere vrouwen, in vrouwen met pre-eclampsie, en in niet-zwangere en zwangere ratten na infusie van ATP. In de mens kunnen drie verschillende subpopulaties van monocyten worden onderscheiden (klassieke, intermediaire en niet-klassieke monocyten), terwijl er in de rat maar twee populaties bekend zijn (klassieke en niet-klassieke monocyten). Hoewel de exacte functie van deze verschillende subpopulaties nog onbekend is, wordt over het algemeen gedacht dat de niet-klassieke monocyten verder gedifferentieerd zijn dan de klassieke monocyten en ook meer pro-inflammatoire cytokines produceren. In zwangere vrouwen, in vergelijking met niet-zwangere vrouwen, is de intermediaire subpopulatie (en de gecombineerde intermediaire en niet-klassieke monocyten populatie) van monocyten verhoogd. In vrouwen met pre-eclampsie is het percentage van deze subpopulatie van monocyten nog verder verhoogd. Vervolgens vonden we dat in ratten hetzelfde gebeurd; tijdens de zwangerschap waren de aantallen niet-klassieke monocyten verhoogd. Na infusie van ATP op dag 14 in zwangere ratten waren de aantallen niet-klassieke monocyten verder verhoogd en ook geactiveerd op dag 15 en 20. Dit gebeurde alleen in zwangere ratten en niet in niet-zwangere ratten. Om de rol van ATP in het induceren van de ontstekingsrespons tijdens de zwangerschap verder te onderzoeken hebben we ook gekeken naar het effect van ATP op andere circulerende immuun cellen. Aangezien ATP een pro-inflammatoire factor is, was onze hypothese dat ATP een zwangerschaps-specifieke ontstekingsrespons zou induceren. In Hoofdstuk 4 hebben we daarom gekeken naar verschillen in aantallen en activatie van granulocyten en T lymfocyten na ATP infusie in zwangere en niet-zwangere ratten. We vonden geen verschillen in aantallen granulocyten en hun activatiestatus, terwijl de percentages van verschillende populaties van T lymfocyten, zoals regulatoire T lymfocyten, verlaagd waren na infusie van ATP in vergelijking met een controle infusie in zwangere ratten. Daarnaast hebben we in dit hoofdstuk ook gekeken of ATP infusie effect had op immuun cellen in de nier, omdat dit een van de organen is die schade ondervond van de infusie van ATP (albuminurie). In de nier vonden we dat de infusie van ATP in niet-zwangere dieren al na één dag leidde tot verhoging van de aantallen glomerulaire macrofagen en T lymfocyten. Echter, in zwangere dieren was pas op dag 20 een verhoging van de aantallen glomerulaire macrofagen te zien. Dit zou suggereren dat het eerder zo is dat albuminurie leidt tot infiltratie van macrofagen dan dat infiltratie van macrofagen leidt tot het ontstaan van albuminurie. Deze data verifiëren tevens onze hypothese dat ATP een zwangerschaps-specifieke ontstekingsrespons induceert. In voorgaand onderzoek vonden we dat ATP infusie in zwangere ratten ook leidde tot placentaire veranderingen (ischemie). Daarom wilden we de hypothese onderzoeken dat infusie van 183

5 ATP trofoblast invasie en de transformatie van de spiraal arteriën zou kunnen beïnvloeden in het placenta bed van de rat, door middel van activatie van de ontstekingsrespons. Dit hebben we in Hoofdstuk 5 onderzocht. In het placentabed van de rat remde infusie van ATP de trofoblast invasie op dag 17 en transformatie van de spiraal arteriën op dag 17 en 20. Dit was geassocieerd met een verhoging van de aantallen geactiveerde (TRAP+) macrofagen op dag 15 en een verlaging van de aantallen NK cellen op dag 17. Dit zou kunnen betekenen dat ATP infusie leidt tot activatie van macrofagen, wat weer de hoeveelheid NK cellen verminderd. Dat zou kunnen resulteren in verstoorde trofoblast invasie en transformatie van de spiraal arteriën op dag 17 van de zwangerschap, wat daarna kan leiden tot verlaging van de hoeveelheid NK cellen en macrofagen op dag 20. Op dag 20 zagen we ook verlaagde aantallen NK cellen en subpopulaties van macrofagen en tevens verminderde TNF-α en IL- 33 productie in het placentabed na ATP infusie in vergelijking met de controle infusie. Of deze veranderingen daadwerkelijk het resultaat zijn van de verstoorde trofoblast invasie en transformatie van de spiraal arteriën zal in de toekomst onderzocht moeten worden. Verhoogde aantallen niet-klassieke monocyten en verlaagde aantallen regulatoire T lymfocyten worden ook geobserveerd in vrouwen met pre-eclampsie. Daarom suggereert de bovenstaande data dat hoge plasma ATP concentraties zouden kunnen bijdragen aan de veranderingen in aantallen monocyten en regulatoire T cellen en aan de activatie van de systemische ontstekingsrespons in pre-eclampsie. Daarnaast zouden verhoogde ATP levels in vrouwen met pre-eclampsie de ontstekingsrespons in het placentabed kunnen beïnvloeden, door activatie van macrofagen en vermindering van de aantallen NK cellen. Dit zou kunnen bijdragen aan de verstoorde trofoblast functie. Een verhoging van de plasma ATP concentratie zou dus kunnen bijdragen aan systemische ontsteking, endotheel dysfunctie en hypertensie in vrouwen met pre-eclampsie. Deel II - Hemopexine activiteit In Hoofdstuk 6 worden onze huidige ideeën over de fysiologische rol van actief Hx tijdens de zwangerschap besproken, net als de mogelijke rol van de verlaagde Hx activiteit in het verhogen van de angiotensine II gevoeligheid in vrouwen met pre-eclampsie. Tijdens de gezonde zwangerschap neemt de Hx activiteit toe rond week en blijft hoog tijdens de resterende zwangerschapsperiode. De verlaagde gevoeligheid voor angiotensine II tijdens de zwangerschap ontstaat ongeveer rond dezelfde tijd. Omdat actief Hx in vitro de AT-1R kan knippen, werd gesuggereerd dat Hx dus zou kunnen bijdragen aan de verlaging van de angiotensine II gevoeligheid tijdens de zwangerschap. In tegenstelling, in vrouwen met pre-eclampsie is de Hx activiteit geremd, waarschijnlijk door de hogere ATP levels. Dit zou kunnen bijdragen aan de verhoogde gevoeligheid voor angiotensine II die geobserveerd wordt in vrouwen met pre-eclampsie. 184

6 In Hoofdstuk 7 zijn we nagegaan of de verhoging in Hx activiteit tijdens de zwangerschap geassocieerd was met knippen van de AT-1R in vivo. Daarvoor hebben we gekeken naar AT-1R expressie op monocyten en de placenta en tevens hebben we gekeken naar de aanwezigheid van AT-1R in het plasma. Overeenkomstig met eerdere resultaten vonden we een verhoogde plasma Hx activiteit in gezonde zwangere vrouwen. Daarnaast hadden gezonde zwangere vrouwen een verlaagde expressie van de AT-1R op monocyten en ook verhoogde plasma concentraties van de AT-1R in vergelijking met niet-zwangere vrouwen. In vrouwen met preeclampsie waren de plasma Hx activiteit verlaagd en de plasma ATP concentraties verhoogd in vergelijking met gezonde zwangere vrouwen. Dit was geassocieerd met verhoogde AT-1R expressie op monocyten en in de placenta, en verlaagde plasma AT-1R levels. Deze data suggereren dat actief Hx ook in vivo de AT-1R van de celmembraan knipt. Een verhoogde Hx activiteit tijdens de zwangerschap kan dus leiden tot verlaagde AT-1R expressie en zou kunnen bijdragen aan een verlaagde gevoeligheid voor angiotensine II, terwijl een lagere Hx activiteit in vrouwen met pre-eclampsie zou kunnen leiden tot een hogere AT-1R expressie en dus tot een verhoogde gevoeligheid voor angiotensine II in deze vrouwen. Zowel verhoogde ATP levels als de lagere Hx activiteit zouden dus kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van de symptomen van pre-eclampsie. Daarom hebben we getest of therapeutische behandeling met AF, dat ATP afbreekt en de Hx activiteit kan verhogen, de pre-eclampsie-achtige symptomen die we observeren in zwangere ATP geïnfundeerde ratten kon verminderen. Dit is beschreven in het laatste hoofdstuk van dit proefschrift, Hoofdstuk 8. Behandeling met AF leidde tot een verlaging van de plasma ATP levels en had effect op de ontsteking in de nier en de invasie van trofoblast cellen in het placentabed. AF behandeling had geen effect op de albuminurie op dag 17 of de Hx activiteit op dag 20 van de zwangerschap. Dit zou kunnen betekenen dat de albuminurie dus geïnduceerd wordt door een proces dat niet specifiek door AF geremd wordt. Omdat de AF behandeling pas 30 minuten na de start van het ATP infuus gestart werd, zou het kunnen dat ATP hiervoor al bepaalde processen in gang heeft gezet (direct of indirect) die de hier gebruikte AF behandeling niet kon beïnvloeden. Daarnaast was de endogene AF activiteit op dag 20 verlaagd in de ratten die AF behandeling hadden gekregen, iets dat vermoedelijk een compensatiemechanisme was voor de verhoogde plasma AF activiteit door de AF behandeling. Dit zou ook kunnen verklaren waarom het effect van de AF behandeling minder was dan verwacht. Omdat een deel van de pre-eclampsie-symptomen door de AF behandeling wel werd verminderd, lijkt AP behandeling toch een potentiele therapie te zijn. Echter, vervolgstudies zouden gebruik kunnen maken van een hogere AF dosis en/of een eerdere start van de behandeling. In dit proefschrift hebben we laten zien dat ATP een rol kan spelen in de pathofysiologie van pre-eclampsie door activatie van de ontstekingsrespons en door het verlagen van de Hx activiteit. Wat de exacte oorzaak is van de verhoogde ATP concentratie in deze vrouwen 185

7 moet nog verder onderzocht worden, maar het zou goed mogelijk kunnen zijn dat de gestreste placenta, net als geactiveerde ontstekingscellen en endotheelcellen verhoogde hoeveelheden ATP produceren in vrouwen met pre-eclampsie. Verhoogde ATP levels remmen dan de Hx activiteit, wat zou kunnen resulteren in een vermindering van het knippen van de AT-1R en mogelijk verhoogde angiotensine II gevoeligheid in deze vrouwen. Tevens kan ATP ook bijdragen aan de systemische ontstekingsrespons wat leidt tot een vicieuze cirkel van activatie van de ontstekingsrespons. Om deze hypothese verder te kunnen bevestigen is het belangrijk naar de precieze timing van de verhoogde ATP levels en lagere Hx activiteit en AT-1R levels te kijken in vrouwen met pre-eclampsie. Als veranderingen hierin al voor het ontstaan van pre-eclampsie te zien zijn, dan zou dat suggereren dat ATP en Hx een pathofysiologische rol spelen. ATP en Hx zouden dan niet alleen mogelijke targets zijn voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën voor pre-eclampsie (bijvoorbeeld met AF), maar zouden ook gebruikt kunnen worden als vroege markers. Indien deze veranderingen in ATP, Hx activiteit en AT-1R levels pas na het ontstaan van pre-eclampsie te observeren zijn, zou dit suggereren dat ATP en Hx geen rol spelen in het veroorzaken van de symptomen van pre-eclampsie. Daarentegen zouden ATP en Hx dan nog een wel een rol kunnen spelen in de verder activatie van de ontstekingsrespons en de verhoogde gevoeligheid voor angiotensine II, iets wat ook beïnvloed zou kunnen worden door behandeling met AF. 186

8 187

9