Peripheral Artery Disease: The search for a biological marker

Abstract

La malaltia arterial perifèria (MAP) és una manifestació comuna de l'aterosclerosi sistèmica que afecta les artèries perifèriques. Tot i la seva elevada prevalença, la MAP està infradiagnosticada perquè els primers estadis de la malaltia són asimptomàtics. Tot i les seves limitacions, l’índex turmell-braç és el test usat per al diagnòstic. Hi ha altres biomarcadors circulants però són per a l’aterosclerosi en general. La inflamació, l’oxidació, la remodelació vascular i la disfunció mitocondrial tenen un paper clau en el desenvolupament de l’aterosclerosi. Creiem que un millor coneixement d’aquests processos ens pot proporcionar marcadors circulants per la malaltia i també possibles dianes terapèutiques. A l’estudi 1 vam investigar l’expressió immunohistoquímica de les paraoxonases (PON) i quimiocines en artèries de pacients amb MAP. Els resultats van mostrar que PON1, PON3, la quimiocina (CCL2) i els seus receptors atípics (ACKRs) DARC i D6 estaven incrementats en artèries ateroscleròtiques, suggerint que paraoxonases i quimiocines juguen un paper clau en el desenvolupament de l’aterosclerosi. El recanvi de la matriu extracel·lular (ECM) també està involucrat en la remodelació vascular. A l’estudi 2, combinant histologia i proteòmica, vam observar que les artèries ateroscleròtiques tenien un perfil proteic on els components de l’ECM estaven menys expressats. D’entre un conjunt de neo-epítops, els fragments de degradació de versican i col·làgen tipus IV mostraven potencial com a biomarcador per a segregar patients amb diferents graus de MAP. L’alteració del metabolisme i la disfunció mitocondrial també poden predisposar a la malaltia. A l’estudi 3, vam utilitzar tècniques de metabolòmica en plasma de pacients amb MAP. La major part dels metabòlits mesurats es relacionaven amb les comorbiditats associades a la MAP. D’entre els metabòlits restants, l’(iso)citrat i el glutamat van resultar útils per al diagnòstic de la MAP i també per a una detecció primerenca de la malaltia.

La enfermedad arterial periférica (EAP) es una manifestación común de aterosclerosis sistémica que afecta a las arterias periféricas. Aunque su prevalencia es elevada, está infradiagnosticada porque los primero estadíos de la enfermedad son asintomáticos. El índice tobillo-brazo es el test más usado para el diagnóstico, aunque presenta limitaciones. Existen otros marcadores circulantes pero son para aterosclerosis en general. La inflamación, oxidación, remodelación vascular y disfunción mitocondrial tienen un papel clave en el desarrollo de la aterosclerosis. Creemos que un mejor conocimiento de estos procesos puede proporcionar marcadores circulantes de enfermedad y también posibles dianas terapéuticas. En el estudio 1, investigamos la expresión inmunohistoquímica de las paraoxonasas (PON) y quimiocinas en arterias de pacientes con EAP. Los resultados mostraron que PON1, PON3, la quimiocina CCL2 y los receptores inespecíficos (ACKRs) DARC y D6 estaban incrementados en arterias ateroscleróticas, sugiriendo que paraoxonasas y quimiocinas tienen un papel clave en el desarrollo de la enfermedad. El recambio de la matriz extracelular (ECM) también está involucrado en la remodelación vascular. En el estudio 2, combinando histología y proteómica, observamos que las arterias ateroscleróticas tenían un perfil proteico donde los componentes de la ECM estaban menos expresados. De entre un conjunto de neo-epítopos, los fragmentos de degradación de versican y colágeno IV mostraron potencial como biomarcadores para segregar pacientes con diferentes grados de EAP. La alteración del metabolismo y la disfunción mitocondrial también pueden predisponer a la enfermedad. En el estudio 3, utilizamos técnicas metabolómicas en el plasma de pacientes con EAP. La mayoría de metabolitos cuantificados se relacionaron con las comorbilidades asociadas a la EAP. De entre los metabolitos restantes, el (iso)citrato y glutamato resultaron útiles para el diagnóstico de la EAP, y también para una detección precoz de la enfermedad.

Peripheral artery disease (PAD) is a common manifestation of systemic atherosclerosis affecting peripheral arteries. Despite its high prevalence, PAD is often underdiagnosed because first stages of the disease are asymptomatic. The ankle-brachial index (ABI) is the most used test for PAD diagnosis although its limitations. There are additional circulating biomarkers of diagnosis not exclusively for PAD but for atherosclerosis in general.

Inflammation, oxidation, vascular remodeling and mitochondrial dysfunction play an important role in the development of atherosclerosis. We hypothesized that an increased knowledge on these processes may provide circulating biomarkers for the disease as well as possible therapeutic strategies.

In Study 1, we investigated the immunohistochemical expression of paraoxonases (PON) and chemokines in arteries of PAD patients. Results showed that PON1, PON3, chemokine (C-C motif) ligand 2 (CCL2) and atypical chemokine receptors (ACKR) DARC and D6 were increased in atherosclerotic arteries, suggesting that both paraoxonases and chemokines play a key role in the development of atherosclerosis.

Extracellular matrix (ECM) turnover is also involved in vascular remodeling. In Study 2, by combining histological and proteomics approaches, we observed that atherosclerotic arteries had a specific protein profile in which ECM-related components were underexpressed, suggesting a possible degradation of the ECM. Among a measured a panel of neo-epitopes, Versican and type IV collagen degradation fragments showed potential as biomarkers to segregate patients across the spectrum of PAD.

Impaired metabolism and mitochondrial dysfunction may also predispose to disease. In Study 3, we used a targeted metabolomics methodology to assess the plasma metabolome of PAD patients. Many of measured metabolites were connected not with PAD, but with associated comorbidities, age or body mass index. Among remaining metabolites, (Iso)citrate and glutamate were useful for PAD diagnosis and also for an early detection of the disease.