Proteomics en Metabolomics voor Preventie, Diagnose en Mechanistische Inzichten in Hart- en Vaatziekten

Hart- en vaatziekten zijn multifactoriële aandoeningen wat betekent dat zij door genetica, gedrag, sociaal-economische factoren en omgeving beïnvloed worden. Preventieve cardiologie, inclusief de aanpak van beïnvloedbare risicofactoren, heeft de laatste jaren aanzienlijke vooruitgang geboekt. Desondanks blijven hart- en vaatziekten de belangrijkste doodsoorzaak op basis van de meest recente algoritmes voor risicoberekening. Daarom wordt geijverd om aanvullende biomerkers te gebruiken om deze risicoberekeningen te verfijnen. Biomerkers op basis van de eiwitten in een organisme (proteomische biomerkers) of afgeleid van de stofwisseling (metabolomische biomerkers) zijn handige hulpmiddelen voor meer nauwkeurige fenotypering, die moleculaire kenmerken weerspiegelen en gepersonaliseerde interventies mogelijk maken. Het gebruik van proteomica en metabolomica kan aldus het inzicht in onderliggende biologische processen verbeteren, meer dan waarneembare klinische afwijkingen. Dit proefschrift had als doel a) proteomica kenmerken van gezonde bloedvaten en hun prognostische waarde voor cardiovasculaire aandoeningen te onderzoeken; b) proteomische biomerkers in urine te gebruiken om langetermijncomplicaties na harttransplantatie te voorspellen en de onderliggende ziektemechanismen te begrijpen; c) metabolomica te gebruiken om het vetmetabolisme van het bovenlichaam bij obesitas en de metabolische veranderingen in ‘gezonde obesitas’ te bestuderen.

De gezondheid van bloedvaten (vasculaire gezondheid) wordt slechter met ouder worden. In dit proefschrift (Hoofdstuk I) hebben we het urinair proteomisch profiel bestudeerd voor drie vasculaire veranderingen: arteriële stijfheid, vasculaire verkalking en coronaire atherosclerose. Arteriële stijfheid is een kenmerk van vasculaire veroudering en een gekende risicofactor voor hart- en vaatziekten. Polsgolfsnelheid is een standaardmeting voor arteriële stijfheid. We identificeerden een urinair proteomisch profiel dat sterk gecorreleerd is met de polsgolfsnelheid en dit kan een alternatieve benadering zijn om arteriële stijfheid te kwantificeren (Hoofdstuk I, Deel I). Het urinair proteomisch profiel omvatte diverse eiwitten die betrokken zijn bij collageenmetabolisme, celadhesie, ontsteking en lipidenmetabolisme. Het urinair proteomisch profiel had bovendien een voorspellende waarde voor cardiovasculaire aandoeningenen en sterfte.

Vasculaire verkalking is een belangrijke pathologische verandering geassocieerd met arteriële stijfheid en atherosclerose. Matrix Gla-eiwit is een belangrijke remmer van vasculaire verkalking. Hoofdstuk I, Deel II toont aan dat verhoogd urinair matrix Gla-eiwit correleert met een verhoogd risico op algemene en cardiovasculaire mortaliteit.  De risicostratificatie was nauwkeuriger wanneer urinair matrix Gla-eiwit toevoegd werd aan de risicoberekening. Factoren die de urinaire uitscheiding van matrix Gla-eiwit beïnvloeden zijn circulerend matrix Gla-eiwit (gedefosforyleerd-ongecarboxyleerd, dp-ucMGP), geslacht, leeftijd, urinair microalbumine, roken en totaal cholesterol.

Naar analogie werd het urinair proteomisch handteken geassocieerd met coronair lijden bestudeerd (Hoofdstuk I, Deel III). We ontwikkelden een nieuwe proteomische classificeerder bestaande uit 160 urinaire peptiden en valideerden de voorspellende waarde ervan in een onafhankelijk cohorte van 893 deelnemers. Onze classificeerder kon de risicoclassificatie op basis van de meest recente algoritmes voor risicoberekening (de Framingham-score en SCORE2). De nieuwe proteomische classificeerder bleef zijn voorspellende kracht voor coronair lijden behouden na het in rekening brengen van klinische risicofactoren. Met name peptiden afkomstig van collageenafbraak, ontstekingsreacties en lipidenmetabolisme bleken talrijk aanwezig in ons urinaire proteomische classificeerder.

We gebruikten urinaire proteoomanalyse ook om twee frequente complicaties na harttransplantatie op te sporen die de functie van het getransplanteerde hart aantasten en het risico op overlijden verhogen (Hoofdstuk II). Vasculopathie van het transplanthart is een progressieve verdikking van de kransslagaders van de donor. De incidentie neemt toe met de tijd na harttransplantatie en de screening gebeurt door een kransslagaderonderzoek. In Hoofdstuk II, Deel I, identificeerden we een urinair proteomisch handteken voor de detectie van vasculopathie van het transplanthart en valideerden we dit in een onafhankelijke cohorte. De betrokken peptiden wezen op fibrose, aggregatie van bloedplaatjes en bloedstolling, wat mogelijk een rol speelt bij het ontstaan van vasculopathie van het transplanthart.

Het gebruik van medicatie tegen afstoting verhoogt het risico op kanker na harttransplantatie. Het opsporen van kankers bij patiënten die een harttransplantatie hebben ondergaan is een multidisciplinaire onderneming. Daarom zochten we in Hoofdstuk II, Deel II urinaire proteomische merkers typisch voor kanker na harttransplantatie. Onze bevindingen toonden aan dat analyse van het urinair proteoom kanker kan detecteren en tevens hierbij solide kankers kan onderscheiden van huidkankers. Het urinair proteomisch handteken van solide kankers was gerelateerd aan collageenafbraak, celadhesie, -apoptose, en tumorvorming. Bovendien was dit geassocieerd met een verhoogd risico op overlijden.

In Hoofdstuk III hebben we metabolomica gebruikt om de metabole veranderingen in obesitas te karakteriseren. We toonden aan dat VLDL de lipoproteïnecomponent is die het sterkst correleert met de taille-tot-heupverhouding en dat LDL het gestoord vetmetabolisme bij mensen met obesitas mogelijks onderschat (Hoofdstuk III, Deel I). De associatie tussen taille-tot-heupverhouding en VLDL-deeltjes werd in belangrijke mate bepaald door insuline-gevoeligheid. Deze studie benadrukte het belang van taille-tot-heupverhouding en een behandeling gericht op VLDL en insulinegevoeligheid bij abdominale obesitas-gerelateerde dyslipidemie.

Mensen met obesitas hebben een uiteenlopend cardiometabool risico. In Hoofdstuk III, Deel II voerde we een grote prospectieve populatie-gebaseerde metabolomische studie uit. We ontdekten dat er toch ongunstige metabole veranderingen waren bij personen met metabolisch ‘gezonde obesitas’, hoewel hun cardiovasculaire risico gedurende een periode laag kan blijven. Onze bevindingen ondersteunden dat vroege interventie moet worden aanbevolen voor elke vorm van obesitas om cardiovasculaire risico’s op lange termijn te voorkomen.

Samengevat suggereren onze bevindingen duidelijk dat urinaire proteoomanalyse en analyse van het circulerend metaboloom de moleculaire fenotypering van hart- en vaatziekten en bijkomende verfijning van risicoberekeningen op basis van klinische karakteristieken mogelijk maakt. Deze omica-handtekeningen kunnen gebruikt worden om de risicostratificatie van cardiovasculaire aandoeningen te verbeteren, nieuwe diagnostische hulpmiddelen te ontwikkelen voor het opsporen van complicaties na harttransplantatie en inzicht te verschaffen in pathologische processen die hierbij de verdere ontwikkeling van gepersonaliseerde behandelingsstrategieën mogelijk maken.