Open Access

Ulrike Kämper

• Bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit (KHK) wird angenommen, dass es aufgrund der Apoptose von Endothelzellen zu einer Störung des endothelialen Zusammenhaltes kommt, was ein Fortschreiten der Atherosklerose zur Folge hat. Unter normalen Bedingungen bewirkt eine Gefäßwandverletzung eine Mobilisierung von im Knochenmark befindlichen endothelialen Progenitorzellen, was möglicherweise zur Reendothelisation der verletzten Gefäßwand beiträgt. Personen mit kardiovaskulären Risikofaktoren und einer manifesten KHK jedoch haben eine niedrigere Anzahl zirkulierender EPCs. Aus diesem Grund untersuchten wir bei Patienten mit stabiler KHK und mit ACS das Gleichgewicht zwischen zirkulierenden EPC und zirkulierenden apoptotischen maturen endothelialen Zellen (CAEC), und beobachteten, ob Statine ECs bei Patienten mit KHK vor der Apoptose schützen. Die Bestimmung der EPCs erfolgte mit Hilfe der Durchflusszytometrie (FACS) durch die Inkubation mit CD133 und KOR. Es zeigte sich, dass Patienten mit einem AMI im Vergleich zur Kontrollgruppe die niedrigsten Werte an zirkulierenden EPCs aufwiesen (ca. 3,5fach niedriger), gefolgt von Patienten mit instabiler und stabiler KHK. Die Anzahl zirkulierender ECs hingegen (CD45-negativ, CD146-positiv und vWF-positiv) war bei Patienten mit AMI im Vergleich zur Kontrollgruppe um das 5fache erhöht (P < 0,01). Um die Anzahl an CAEC zu bestimmen, ermittelten wir mittels einer 4-Kanal-Durchflusszytometrie die Annexin V-positiven Zellen aus CD45-negativen, CD146- positiven und vWF-positiven zirkulierenden Zellen aus peripheren Blutproben von Patienten mit KHK. Wir konnten zeigen, dass diese Zellen bei Patienten mit AMI im Vergleich zu einem gesunden alters- und geschlechtskompatiblen Probandenkollektiv um das 10fache erhöht waren. (P < 0,05) Um ein Maß für die veränderte Balance verschiedener Endothelzellen zu erhalten, ermittelten wir einen "Schädigungsindex" (Quotient aus CAEC und EPC), der bei Patienten mit stabiler KHK bereits ein relatives Überwiegen der Apoptose bei unzureichend erniedrigten EPCs anzeigte und bei Patienten mit AMI die ungünstigste Konstellation mit einem um das 30fache erhöhten Index ergab. Da kardiovaskuläre Risikofaktoren bekanntermaßen die Atheroskleroseentstehung begünstigen, untersuchten wir, ob sie auch Einfluss auf die Anzahl zirkulierender CD133- positiver EPCs haben. In einer multivariaten Analyse blieben die Krankheitsaktivität der KHK und eine positive Familienanamnese als unabhängige signifikante Prädiktoren einer reduzierten Anzahl zirkulierender CD133-positiver EPCs bestehen. Um die Herkunft der ECs zu bestimmen, wurden selektiv Blutproben aus der Aortenwurzel und der V.cordis mag na untersucht. Patienten mit ACS wiesen einen transkoronaren Anstieg der CAEC um 35% in der V.cordis magna verglichen mit der Aorta auf. Ebenso war bei Patienten mit ACS der "Schädigungsindex" in der V.cordis magna signifikant höher als in der Aorta. Hydroxymethyl- Glutaryl- Goenzym-A-Reduktasenhibitoren (Statine) senken die kardiovaskuläre Ereignisrate sowohl in der Primär- als auch in der Sekundärprävention kardiovaskulärer Erkrankungen. Eine retrospektive Studie mit n = 34 Patienten mit KHK zeigte, dass die Anzahl an CAEC bei Patienten ohne Statin signifikant niedriger war als bei den Patienten, die ein Statin bekommen hatten (mittlere Dosis 20mg per os). Zudem zeigte sich bei der Berechnung des Schädigungsindex, dass die Statintherapie eine Abnahme des Quotienten um das 15- fache bewirkte. Um dieses Ergebnis zu bestätigen maßen wir in einer prospektiven Studie die CAEC-Level bei n = 9 Patienten mit KHK vor und nach einer 4- wöchigen Behandlung mit Atorvastatin. Die Behandlung mit Atorvastatin führte zu einer signifikanten Abnahme sowohl der CAEC- Level als auch der prozentualen Apoptoserate. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass bei Patienten mit akuter KHK das Gleichgewicht zwischen EPG und apoptotischen maturen Endothelzellen gestört ist und dass eine Statintherapie das Gleichgewicht zwischen Endothelzellverletzung und vaskulären Reparaturmechanismen in Richtung einer Erhaltung des endothelialen Zusammenhaltes beeinflusst.
• In patients with coronary artery disease (CAD) endothelial cell apoptosis may contribute to disturbances of the endothelial integrity leading to the progression of atherosclerosis. Under normal conditions, vascular traumatization mobilizes endothelial progenitor cells (EPC) from the bone marrow, which may contribute to the re-endothelialization of the injured vessel wall. However, individuals at cardiovascular risk and with manifest CAD have decreased levels of circulating EPC. Therefore we aimed to characterise the equlibrium between circulating EPC and circulating apoptotic mature endothelial cells (CAEC) in patients with stable CAD and with ACS and tested if statins protect EC from apoptosis in patients with CAD. The determination of EPCs was taken by FACS, using CD133 and KDR staining. We showed that the number of cells were about 3,5-fold lower in patients with an AMI compared to age- and gender matched healthy control subjects, followed by patients with unstable and stable CAD. However, in patients with an AMI, the number of circulating ECs (CD45-negative, CD146-positive and vWF-positive) was elevated by about 5-fold. (P < 0,01) In order to measure CAEC by 4-channel flow sorting (FACS), we used annexin V staining of CD45-negative, CD146-positive, vWF-positive circulating cells in peripheral blood samples from patients with CAD. We showed that these cells were elevated by about 10-fold in patients with an AMI compared to age- and gender matched healthy control subjects. In order to document the altered balance between circulating EC, we calculated the ratio of apoptotic mature EC to EPC ("damage index"), which demonstrated in patients with stable CAD a relative extend of apoptotic endothelial damage to the EPC-mediated repair capacity. The most disadvantageous constellation of elevated EC apoptosis and relatively low supplies of circulating EPC was observed in patients with an AMI, who had an 30-fold elevated damage index compared to healthy volunteers. Considering the fact that cardiovascular risk factors influence the progression of atherosclerosis, we examined their influence on the number of circulating CD133- positive EPC. Following a multivariate analysis CAD activity and a positive family history remained the only significant independent predictors of decreased numbers of circulating, CD133-positive EPC. In order to detect the origin of EC, we examined blood samples both of the aortic root and of the V. cordis magna. We showed that patients with an ACS had a transcoronary elevation of CAEC by 35% in the V.cortis magna compared to the aortic root. In addition, in patients with an ACS, the "damage index" was significantly higher in the V.cordis magna compared to the aortic root. Hydroxymethyl glutaryl coenzyme A reductase inhibitors (statins) decrease the rate of cardiovascular events both in the primary and secondary prevention of cardiovascular diseases. A retrospective analysis of 34 patients with CAD revealed that the number of CAEC. was significantly lower in these patients which received a statin (mean dose 20mg o.d.). In addition, the calculation of the "damage index" showed, that statin therapy was associated with a 15 -fold decreased damage index. In order to confirm this effect, we prospectively measured CAEC levels in n = 9 patients with CAD before and after treatment with atorvastatin 40 mg for 4 weeks. Atorvastatin led to a significant decrease both in CAEC levels and in apoptosis ratio (%). In conclusion, in patients with acute stages of CAD, the balance between EPC and apoptosis of mature EC is disturbed and statin therapy shifts the balance between endothelial injury and vascular repair towards a well maintained preservation of endothelial integrity.