Stents, statins and sirolimus: a new approach to prevent restenosis

Abstract

Introdução: As doenças cardiovasculares continuam a ser a principal causa de morte no mundo, sendo a doença arterial coronária, responsável por 20%, anualmente, na Europa. O tratamento abrange abordagem conservadora, revascularização miocárdica cirúrgica e intervenção coronária percutânea, muito menos invasiva. Os stents farmacológicos implantados pela intervenção coronária percutânea foram um marco que reduziu significativamente a taxa de reestenose do stent e a trombose do stent associada aos primeiros stents metálicos usados; no entanto, os stents farmacológicos ainda apresentam algumas desvantagens. Além da inibição da proliferação das células musculares lisas, a completa reendotelização do vaso lesado após o implante do stent, com endotélio regenerado, mostrando características e funções morfológicas normais, é um objetivo estratégico para o stent. Uma grande desvantagem do uso de stents farmacológicos com compostos como a rapamicina (sirolimus), um inibidor do mTOR, é que não apenas atua nas células musculares lisas vasculares, mas também nas células endoteliais, o que poderá exacerbar a disfunção endotelial provocada pelo stent. Embora a autofagia possa ser ativada diretamente pela inibição da mTOR, ela pode ser ativada indiretamente, através da proteína quinase ativada por 5 ' monofosfato de adenosina (AMPK). Como as estatinas podem ativar a AMPK e melhorar a função endotelial, reduzindo a inflamação, nós colocamos a hipótese que as estatinas possam reduzir os efeitos deletérios dos stents farmacológicos de sirolimus, nas células endoteliais, melhorando a resposta arterial e reduzindo a taxa de reestenose.Métodos: Para abordar esta questão, utilizámos uma abordagem celular, com uma linhagem celular endotelial cardíaca imortalizada de ratos e uma cultura primária de células endoteliais. Estas células foram tratadas com estatinas (sinvastatina) ou rapamicina separadamente ou em combinação. Em seguida, avaliou-se a atividade endotelial por ensaio de tubulação de matrigel, ensaios de migração e fluxo de autofagia/atividade por western blot.Resultados: Os nossos resultados demonstraram que, quando em combinação com a rapamicina (ou sirolimus), a sinvastatina reverte parcialmente os efeitos negativos da rapamicina no potencial angiogénico das células endoteliais, observado por um aumento na capacidade de migração e tubulação. Além disso, observámos que a sinvastatina promoveu a autofagia.Discussão: O aumento da angiogénese pode ser atribuído a um aumento de neovasos de paredes finas e frágeis, que podem servir para o recrutamento de leucócitos para áreas de alto risco da placa. Por outro lado, a capacidade das células endoteliais para a angiogénese correlaciona-se com uma resposta arterial adequada e um endotélio funcional. Observou-se ainda um aumento da capacidade de migração das células endoteliais, o que significa que elas responderam a um estímulo quimiotácito e migraram através de uma barreira física em direção a ele, o que é desejável quando há lesão endotelial, nomeadamente aquela induzida pela impantação de um stent.Os resultados sugerem que comparando com a rapamicina, a adição de sinvastatina promove a autofagia, que tem sido associada à angiogénese nas células endoteliais, com melhor resposta arterial. Conclusão: Estes resultados abrirão caminho para novos entendimentos sobre os efeitos das estatinas nas células vasculares, e potencialmente um stent com eluição de estatina, o padrão na prática clínica, para um menor risco de reestenose e disfunção endotelial.

Introduction: Cardiovascular diseases remain the leading cause of death worldwide, being coronary artery disease accountable for up to 20% annually in Europe. The treatment encompasses conservative management, coronary artery bypass graft and the much less invasive percutaneous coronary intervention. The drug-eluting stents deployed by percutaneous coronary intervention were a milestone that significantly reduced the stent restenosis rate and stent thrombosis associated to the first-ever used bare-metal stents; however, drug-eluting stents still present some drawbacks. Besides smooth-muscle cells proliferation inhibition, achieving complete reendothelialization of injured vessel after stenting, with a regenerated endothelium showing normal morphologic characteristics and functions, is a strategic objective for a stent. One major disadvantage of the use of drug-eluting stents with compounds such as rapamycin, also known as sirolimus, a mTOR inhibitor, is that not only acts on the vascular smooth muscle cells, but also on endothelial cells, which might exacerbate the endothelial function impairment when the stent is deployed. Although autophagy can be directly activated by mTOR inhibition, it can be activated indirectly, namely through 5’ adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK). Since statins can activate AMPK and improve endothelial function, reducing inflammation, we hypothesize that statins can reduce the detrimental effects of sirolimus-eluting-stents on endothelial cells promoting a beneficial increase in endothelial function and consequentially a better arterial healing response, and reduced stent restenosis.Methods: To address this question, we used a cell-based approach, with an immortalized mouse cardiac endothelial cell line and an endothelial cell primary culture. These cells were treated with statins (simvastatin) or rapamycin separately or in combination. Afterwards we evaluated endothelial activity by matrigel tubulation assay, migration assays and autophagy flux/activity by western blot. Results: Our results demonstrated that when in combination with rapamycin (or sirolimus), simvastatin partially reverts the negative effects of rapamycin in the endothelial cells angiogenic potential, observed by an increased tubulation and migration capacity. Moreover, we observed that simvastatin potentiates autophagy regulation.Discussion: The increase on angiogenesis might be attributable to an increase of thin-walled and fragile neovessels that may serve as a pathway for recruitment of leukocytes to high-risk areas of the plaque. On the other hand, the capacity of endothelial cells for angiogenesis correlates with a proper arterial healing response and functional endothelium. There was an increase of the ability of endothelial cells to migrate and subsequently close a wound, what means that they were able to follow chemo-attractant and migrate through a physical barrier toward it, which is a desirable quality when there is endothelial damage, such as when a stent is deployed.Comparing to rapamycin alone, the addition of simvastatin seems to further increase autophagy, that has been associated with angiogenesis in endothelial cells, and with a better arterial healing response. Conclusion: These results will pave the way for new understandings on the effects of statins on the vascular cells, and potentially a statin-eluting stent the default one on clinical practice, for a lower risk of restenosis and endothelial dysfunction.