De arteriële vaatwand bestaat uit drie lagen
Intima: binnenste laag bekleed met endotheelcellen. Functie: reguleren van flow, stolling en fibrinolyse.
Media: middelste laag met name bestaand uit glad spierweefsel (SMC) en extracellulaire matrix. Functie: reguleren bloeddruk en kaliber van arterie.
Adventitia: buitenste laag bestaand uit matrix, vasa vasorum en resident immuuncellen. Functie: immuunregulatie en communicatie met autonome zenuwstelsel.
Atherosclerose ontstaat op voorkeursplekken (zie figuur 1A)
Splitsing van arteriën (branch points), o.a. door endotheel dysfunctie en verstoorde flow
Curvatuur met verstoorde flow (bv. korte boog aorta)
Uit het beenmerg ontstaan myeloide cellen uit 'granulocyt-monocyte progenitors' (GMPs), waarij de productietijd doorgaans 1-3 weken is. Er kan geaccelereerde myelopoiese (of wel 'myeloide bias') ontstaan als gevolg van (zie figuur 2):
Acute infecties ('emergency myelopoiesis')
Metabole veranderingen, waaronder (1) cholesterolaccumulatie in GMPs, (2) hyperglycemie en (3) het ontstaan van extramedullaire hematopoiese (o.a. in milt) door hypercholesterolemie.
Functioneel gereprogrammeerde, hyperresponsieve GMPs als gevolg van trained immunity (bv door lipidenrijk dieet) waardoor bij nieuwe (inflammatoire) stimuli eerder geaccelereerde myelopoiese ontstaat.
Ageing, waaronder als gevolg van CHIP (m.n. TET2 en JAK2 mutaties).
CCL2 mobiliseert monocyten uit beenmerg.
Verstoorde flow (bv op artery branch points) leidt tot endotheeldysfunctie en -activatie, verhoogde permeabiliteit, en soms tot directe celschade. Dit leidt tot:
Extravasatie van proatherogene partikels (o.a. LDL-c en Lp(a))
Expressie van adhesiemoleculen (o.a. ICAM1, ICAM2, VCAM2, P-selectine, E-seletine) en chemokines (o.a. CX3CL1-CX3CR1 en CCL5-CCR5) die leiden tot rekrutering, adhesie en vervolgens extravasatie van myeloide cellen.
Gerekruteerde monocyten ontwikkelen zich tot pro-inflammatoire macrofagen onder invloed pro-inflammatoire stimuli in de plaque zoals oxLDL en IFN-gamma uit T-cellen. Deze monocyten/macrofagen kunnen 'lipid-rich' of 'lipid-poor', en hebben diverse functies
Fagocytose van LDL, waarbij een overmaat aan LDL-c al snel leidt tot overschreiding van de capaciteit met vervolgens vorming van schuimcellen (Trem2+ macrofagen) met expressie van genen die betrokken zijn bij cholesterolverwerking (o.a. TREM2 en CD36) (zie figuur 3B).
Productie pro-inflammatoire cytokines uit (o.a. IL-1-beta en TNF-alfa), met name door 'lipid-poor' macrofagen, door NFKB activatie en inflammasoom cq NLRP3 activatie (zie figuur 3C)
Productie chemokines (o.a. CCL2 en IL-8) (zie figuur 3C).
Opruimen van necrotische cellen middels efferocytosis. Dit proces verloopt inefficient, o.a. door 'do-not-eat-me' signalen op apopotische cellen (o.a. CD47)
Macrofagen in de intima zijn tijdens de initiële plaquevorming met name afkomstig van inflammatoire monocyten, maar in een gevorderde plaque voor meer dan 80% afkomstig van in situ proliferatie.
Stadia van atherosclerose
Figuur 2. Myeloide bias / geaccelereerde myelopoiese
Figuur 3. Macrofagen in atherosclerose
Pathogenese van atherosclerose
NOD-like receptors (NLRs) zijn sensoren in het cytoplasma die reageren op een infectie of celschade.
Het inflammasoom in macrofagen betreft een intracellulair multi-eiwit complex dat verschillende pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) en damage-associated molecular patterns (DAMPs) herkent.
In de context van atherosclerose wordt NLRP3 ('cryoporine') in macrofagen geactiveerd door (1) binding van oxidized LDL aan TLR4, (2) herkenning van NETs, (3) herkenning van cholesterolkristallen of (4) herkenning van ATP uit stervende cellen. TET2 CHIP kan NLRP3 activatie boosten.
Na herkenning volgt activatie van NLRP3 door oligomerisatie. Hierdoor ontstaat een platform voor recruitment en activatie van caspase-1, wat op zijn beurt pro-IL-1B geknipt waarna IL-1-beta geproduceerd wordt. Ook wordt IL-18 geproduceerd.
Inflammasomen kunnen ook celdood via pyroptose induceren.
Colchicine kan de vorming (oligomerisatie) van NLRP3 remmen doordat het een microtubulaire remmer is.
Lymphoid cell subsets in atherosclerotis
T-cel exhaustion
Bevindingen
Human Coronary Plaque T Cells Are Clonal and Cross-React to Virus and Self (bron)
Plaque T cells are in an activated state as reflected by presence of clonal CD4+ and CD8+ T-cells, as well as CD69+ T-cells (reflecting activated state).
Plaques contain T cells that react to viruses. Plaque T cells with viral specificities may be reacting to self-antigens that have similar homologies to viral epitopes, a process known as molecular mimicry. Alternatively, these virus-specific T cells found in atherosclerotic plaque may be activated by cytokines and not by viral-specific engagement—a process commonly referred to as bystander activation that is commonly triggered by interferons such as type I IFN (eg, IFNG), IL-15, and IL-18.
It is plausible that both TCR-dependent and TCR-independent activation of plaque T cells act synergistically to mediate atherosclerotic progression and plaque rupture.
Cross talk between macrophages and T cells is required for T-cell activation. In plaques, significant ligand-receptor relationships between macrophages and T cells are found, some of which have been shown to modulate T-cell activation
Progenitor exhausted PD-1+ T cells are cellular targets of immune checkpoint inhibition in atherosclerosis (Mulholland, 2025) (bron)
PD-1 is expressed on aortic IFNγ-producing T cells and that the majority of the PD-1+ T cells in the atherosclerotic aorta display a polyfunctional progenitor exhausted state.
Blocking PD-1 signaling increased T cell cytokine production, formation of lymphocyte foci in the plaque and accumulation of late exhausted PD-1+ Tim3+ T cells.
Human circulating PD-1+ T cells were enriched for cells capable of producing IFNγ upon restimulation and were associated with presence of subclinical atherosclerosis.
PD-1 blockade may promote expression of Cxcl5 in plaques and drive neutrophil accumulation.
Llevels of T cells with recent TCR signaling (Nur77 positivity) were relatively low in the atherosclerotic aorta
Expanded cells found in the plaque may not only be locally proliferating, plaque autoreactive T cells but could also be pathogen-specific T cells that expanded peripherally and then were recruited to the lesion
PD-1+ T cells produce elevated levels of IFNγ upon TCR-driven or cytokine-mediated activation compared to PD-1− counterparts. the observation that PD-1+ T cells are responsive to cytokine activation provides an antigen-independent mechanism whereby plaque T cells may be activated and contribute to disease formation
Vragen
Weinig PD1 expressie in carotiden
Meer PD-1+ CD8+ T-cellen geassocieerd met subklinische atherosclerose
Tumor-specifieke T-cellen gerekruteerd naar tumor na anti-PD1, maar ook naar plaque?
IFN-gamma perifeer goede marker? Increased plasma levels of CXCL9 and CXCL10 after anti-PD-1 therapy?
Een eukaryote celcyclus bestaat uit vier verschillende fasen
G1: celgroei
S: DNA replicatie
G2: voorbereiding op mitose
M: mitose en cytokinese
Vanuit de G1 fase kunnen cellen ook overgaan in de G0 fase of rustfase waarin geen deling meer plaatsvindt
Cyclin-dependent kinases (CDKs) kunnen binden aan cyclin waardoor een cyclin-dependent kinase complex (CDKC) ontstaat. Dit soort eiwitcomplexen kunnen betrokken zijn bij celcyclus progressie en regulatie.
CDK inhibitors kunnen de celcyclus remmen door de vorming van CDKCs te remmen.
Senescence is een vorm van stabiele 'cell fate' (lotbepaling; i.t.t. quiescence of terminale differentiatie) en wordt gezien als (stress)reactie op interne of externe stressoren
Senescence is een irreversibel celcyclusarrest met resistentie voor apoptose als gevolg van upregulatie van pro-survival pathways (senescent cell anti-apoptotic pathways, SCAP) en downregulatie van apoptotische mediators.
De stressoren die kunnen leiden tot senescence zijn onder andere:
Replicatieve stress gepaard met telomeer verkorting
Activatie DNA schade pathways
Epigenetische veranderingen
Oxidatieve stress
Mitochondriële dysfunctie
Radiatie
Inductie van oncogenen
Mechanische of shear stress
Door deze stressoren worden de p53-Cdkn1a (p21=p21Cip1/Wa f) en retinoblastoma-Cdkn2a (p16=p16Ink4a ) pathways geactiveerd. P16 (gen: CDKN2A) en p21 (gen: CDKN1A) zijn cyclin-dependent kinase inhibitors die leiden tot G1/S celcyclus blokkade.
Evolutionaire functies van senescence zijn onder andere:
Het uitgroeien van embryonale structuren sturen, zoals extremiteiten.
Tissue remodeling
Balans bewaken tussen genezing en fibrose in regeneratieve processen (bijvoorbeeld wonden)
Tumorsuppressie
Verschillende stressoren kunnen tot unieke senescent populaties leiden (senotypes), elk met eigen eigenschappen (o.a. distincte transcriptionele, spatiële en functioneel identiteiten). Senescente cellen zijn derhalve zeer heterogeen. Het fenotype wordt o.a. bepaald door:
Type stressor/trigger
Type cel
Weefsel en omgeving
Tijd sinds senescence initiatie
Senescence kan i.p.v. een 'single state' eigenlijk beter geconceptualiseerd worden als een 'trajectory' of 'latent continuum' waarin cellen eigenschappen accumuleren, zoals chromatine reorganisatie, transcriptionele reprogrammering, mitochondriële dysfunctie en SASP activiteit (bron).
Er is geen universele biomarker. Senescente cellen kunnen worden gekenmerkt door (zie ook Tabel hiernaast)
SA-β-gal activiteit (lysosomale verandering)
Verhoogde p16 en p21 expressie
Verkorte telomeren (nucleaire verandering)
Epigenetische veranderingen zoals verlies van histone H3 Lys9 trimethylatie (H4K9me3) en lamin B1 downregulatie.
Dysregulatie van oxidatieve fosforylering
Senescencte cellen zijn zeldzaam (somds <0.5% van populatie) en fragiel (o.a. gevoelig voor mechanische stress) waardoor ze moeilijk te isoleren, dissociëren en profileren zijn. Door de heterogeniteit clusteren ze slecht samen in principal component analysis (bron).
Als cellen senescent worden, dan kunnen ze verschillende SASP factoren uitscheiden, ofwel via directe uitscheiding of via exosomes, die doorgaans leiden tot lokale en systemische inflammatie:
Cytokines
Matric metalloproteinases
MicroRNAs
Chemokines (o.a. IL-1, IL-8, TNF-alfa)
Groeifactoren
Metabolieten
SASP chemokines kunnen immuuncellen rekruteren zoals macrofagen, neutrofielen en T-cellen.
SASP factoren kunnen op zichzelf weer accumulatatie van senescente cellen stimuleren (feed forward loop), waardoor een chronisch inflammatoir milieu ontstaat (zie Figuur hiernaast).
Er zijn dus primair en secundair geïnduceerde senescente cellen.
Senescence kan geremd worden door senomorfe compounds (remming van SASP signalen) of senolytica (elimineren van senescente cellen)
Voorbeelden zijn
Dasatinib (Src kinase inhibitor) en quercetin (D+Q)
Fisetin (een flavonoide)
BCL-2 family inhibitors (o.a. navitoclax)
Atherosclerotische plaques bevatten veel senescente endotheelcellen (foamy-like endotheelcellen), vascular smooth muscle cells (VSMCs) en macrofagen.
Endotheelcel senescence leidt tot verminderde NO productie, verhoogde productie van inflammatoire cytokines en adhesiemoleculen.
Senescente T cellen kunnen accumuleren in obees vetweefsel en bijdragen aan systemische inflammatie.