S100A8/A9-Charakterisierung eines neuen inflammatorischen Markers in der koronaren Herzerkrankung

Abstract

S100 Proteine sind kalzium-bindende Proteine der EF-Hand Familie. Sie bestehen aus zwei α-Helices (E- und F-Helix), die durch eine kalziumbindende Schleife miteinander verbunden sind. Derzeit sind etwa 20 verschiedene S100 Proteine, die in vielen physiologischen Prozessen wie Zelldifferenzierung, Zellzyklusregulation und Signaltransduktion beteiligt sind, bekannt. Zu den S100 Proteinen zählen S100A9 und sein Bindungspartner S100A8, denen eine proinflammatorische Wirkung bei entzündlichen Erkrankungen wie rheumatoider Arthritis, chronisch entzündlichen Darmerkrankungen sowie der Transplantatrejektion zugeschrieben werden. S100A8/A9 scheinen auch im Prozess der Atherogenese eine Rolle zu spielen, so sind S100A8/A9 im Tiermodell in immunkompetenten Zellen der atherosklerotischen Läsion nachweisbar. Ferner finden sich S100A8/A9 auch in menschlichen atherosklerotischen Plaques. Ziel der vorliegenden Arbeit war es zu untersuchen, ob S100A8/A9 Proteine in der stabilen koronaren Herzerkrankung eine Rolle spielen und ob sie nach einer Koronarintervention (PCI) freigesetzt werden und anschließend im zirkulierenden Blut nachweisbar sind. Die durch die Koronarintervention induzierte „Plaqueruptur“ dient dabei als Modellsystem, um unter zeitlich genau kontrollierbaren Bedingungen die Freisetzungskinetik von S100A8/A9 Proteinen zu bestimmen. In die Studie wurden insgesamt 64 Patienten (81% Männer, 19 % Frauen, mittleres Alter: 63 Jahre) eingeschlossen. Bei 33 Patienten erfolgte eine PCI, 31 Patienten unterzogen sich einer diagnostischen Katheterisierung ohne PCI und dienten als Kontrollgruppe. Vor der Untersuchung sowie nach 1, 2, 4, 8 und 24 Stunden nach Katheterisierung mit und ohne PCI erfolgte die Bestimmung der S100A8/A9 Proteine im periphervenösen Blut. Parallel zu S100A8/A9 wurden zusätzlich proinflammatorische Marker wie IL-6, TNFα und hsCRP gemessen. Zur Abschätzung einer möglichen Freisetzung von S100A8/A9 aus dem Koronarendothel/Läsion wurde bei einer Subgruppe von 5 Patienten zusätzlich S100A8/A9 in Koronarsinusblut im Zeitverlauf über 4 Stunden bestimmt. Wir konnten in dieser Studie erstmals zeigen, dass es nach PCI mit mechanisch bedingter „Plaqueruptur“ im periphervenösen Blut zu einem raschen, signifikanten Anstieg von S100A8/A9 nach bereits einer Stunde kommt. Dieser Anstieg erreicht mit einer Zunahme um den Faktor 1,9 gegenüber dem Ausgangswert sein Maximum bereits nach 2 Stunden. Im Vergleich dazu kommt es erst nach 24 Stunden zu einem signifikanten Anstieg von hsCRP und IL-6, etablierten Markern der frühen Inflammationsreaktion. Der Vergleich der S100A8/A9 Konzentrationen im koronarvenösen und periphervenösen Blut ließ keine eindeutige Schlussfolgerung zu, ob es zu einer Freisetzung von S100A8/A9 aus der koronaren Läsion kommt. Somit scheint die durch Endothelverletzung induzierte systemische inflammatorische Reaktion der Hauptmechanismus dieses S100A8/A9 Anstiegs im peripheren Blut zu sein. Aufgrund der schnellen Kinetik mit Erreichen des Maximums bereits nach 2 Stunden erscheint S100A8/A9 als früher Marker eines vaskulären Schadens besonders geeignet zu sein und könnte in Zukunft eine diagnostische Wertigkeit beim akuten koronaren Syndrom erlangen.

S100 proteins belong to the calcium-binding EF-Hand family. They consist of two α-helices (E and F) connected over a calcium-binding loop. More than 20 different S-100 proteins have been described to be involved in various physiological processes such as cell differentiation, cell cycle regulation and signal transduction. The monomer proteins S100A8 and S100A9 reflect the activity status in inflammatory diseases such as rheumatoid arthritis, chronic inflammatory bowel disease or in transplant rejection. The heterodimer S100A8/A9 seems to be also involved in atherogenesis, being present in immune cells like neutrophils and macrophages. Studies of animal atherosclerosis models and human vascular material showed positive staining for S100A8/A9 in atherosclerotic plaques. The purpose of the present study was to investigate whether S100A8/A9 protein is also involved in stable coronary artery disease, if it is released into circulation and can be detected in peripheral venous blood after a percutaneous coronary intervention (PCI). In our model of mechanically induced plaque rupture (by balloon angioplasty) serial blood samples were obtained in a predefined time course over 24 hours after PCI. We included in our study 64 patients (81% male, 19% female, mean age 63 years). 33 patients underwent PCI whereas 31 patients received only a diagnostic coronary angiogram and represented the control group. We obtained peripheral venous blood samples before PCI and after 1,2,4,8 and 24 hours, we determined S100A8/A9 serum concentrations (Elisa) and also the serum levels of known inflammation markers such as IL-6, hsCRP and TNFα. We hypothesized that one possible origin of the circulating S100A8/A9 was secretion from ruptured coronary artery plaque. In a small group of 5 patients the investigator placed a coronary sinus catheter before performing the PCI. Over a time course of 4 hours after the intervention we obtained blood samples from the coronary sinus and measured S100A8/A9, hsCRP, IL-6 and TNFα concentrations. In this study we showed for the first time that after a mechanically induced plaque rupture during PCI serum levels of S100A8/A9 increase significantly, reaching a maximum after 2 hours. In parallel, hsCRP and IL-6 levels increase constantly during 24 hours. Comparing peripheral venous and coronary sinus concentrations of S100A8/A9 did not offer reliable proof of the coronary origin of S100A8/A9. In conclusion we consider the systemic inflammatory reaction induced by the endothelial lesion to be the main source of circulating S100A8/A9. Because of its rapid increase with a maximum after 2 hours, S100A8/A9 seems to be a promising early marker of vascular lesion and could find a place in future within the biomarker diagnosis of acute coronary syndrome.