Inflammatory and lipoprotein-related biomarkers associated with carotid plaque vulnerability in ischemic stroke patients

Abstract

Degut a l'elevat risc de recurrència, estudiar la vulnerabilitat de la placa caròtida després d'un ictus aterotrombòtic és essencial per determinar els tractaments disponibles actualment. El grau d'estenosi és el marcador més utilitzat per a l'estratificació del risc de ruptura d'una placa carotídia, però sol no és suficient per decidir el millor tractament en algunes situacions clíniques. Algunes tècniques d'imatge, com la tomografia d'emissió de positrons amb 18F-fluorodeoxyglucosa (18F-FDG PET) a la caròtida, afegeixen valuosa informació per a la presa de decisions. No obstant, aquestes tècniques són cares, complexes i/o requereixen tecnologia avançada. Per tant, l'objectiu d'aquest estudi va ser identificar biomarcadors plasmàtics relacionats amb les lipoproteïnes i la inflamació, el nivell dels quals s'associessin a característiques de vulnerabilitat de la placa carotídia avaluades per tècniques d'imatge en pacients amb ictus isquèmic.

Es va realitzar un estudi prospectiu de pacients adults amb un ictus isquèmic de circulació anterior (<7 dies) i almenys una placa de aterosclerosis a l'artèria caròtida interna ipsilateral. Es van incloure 64 pacients, dels quals 57,8% van mostrar estenosi caròtida >= 50%, i 27 controls sans. Es va obtenir una mostra de sang als 7 ± 1 dies de l'ictus. Tots els pacients es van sotmetre a: ultrasonografia a la caròtida, ultrasonografia amb contrast (CEUS), angiografia per tomografia computada i 18F-FDG PET.

Es va analitzar la concentració plasmàtica de 16 molècules relacionades amb la inflamació en un sistema Luminex. La lipoproteïna oxidada de baixa densitat (oxLDL) es va quantificar mitjançant ELISA. La LDL electronegativa (LDL(-)) es va avaluar mitjançant cromatografia d'intercanvi aniònic. Els paràmetres lipídics es van mesurar mitjançant un autoanalitzador automàtic o per tècniques enzimàtiques.

Els anàlisis de regressió lineal multivariant es van realitzar per avaluar l'associació entre biomarcadors plasmàtics i el valor màxim de captació (SUVmax) de 18F-FDG (marcador subrogat de inflamació intraplaca). Els anàlisis de regressió logística multivariant es van realitzar per avaluar l'associació entre biomarcadors plasmàtics/LDL modificades amb altres característiques de vulnerabilitat de la placa. Finalment, es va utilitzar la regressió de Cox per avaluar l'associació entre biomarcadors i la recurrència d'ictus.

La molècula d'adhesió intercel·lular-1 soluble (sICAM-1), la molècula d'adhesió vascular-1 soluble (sVCAM-1) i la fractalquina (FKN) es van associar de manera independent amb la inflamació de la placa en els pacients ([Beta] = 0,121 IC: 0,061-0,181 p <0,001; [Beta] = 0,144 IC: 0,012-0,276 p = 0,033; [Beta] = 0,136 IC: 0,037-0,235 p = 0,008). Els nivells més elevats de sICAM-1 es van associar amb la recurrència de l'ictus (HR = 1,03 IC: 1,00-1,05 p = 0,002).

Respecte els paràmetres lipídics, els pacients presentaven una proporció més elevada d'oxLDL i LDL(-) en plasma en comparació amb els controls. L'única diferència entre pacients amb estenosi >=50% i <50% va ser la proporció de LDL(-), més elevada en els primers. Els nivells de LDL(-), però no els d'oxLDL ni el d'altres paràmetres relacionats amb els lípids, es van associar de manera independent amb el grau d'estenosi carotídia (OR: 5,40 IC: 1,15-25,44 p <0,033), la presència de placa hipoecoica (OR: 7,52 IC: 1,26-44,83 p <0,027), i la presència de neovascularització intraplaca difusa (OR: 10,77 IC: 1,21-95,93 p <0,033), observacions que indiquen que una proporció augmentada de LDL(-) està associada a placa vulnerable.

En resum, les concentracions elevades de sICAM-1, sVCAM-1 i FKN es van associar amb inflamació de la placa carotídia en pacients amb ictus isquèmic. Els nivells més elevats de sICAM-1 també es van associar amb un augment del risc de recurrència d'ictus i a la presència de placa carotídia altament inflamada. Les concentracions elevades de LDL(-) es van associar a altres característiques de vulnerabilitat de la placa, com ara hipoecogenicitat i neovascularització.

Debido al alto riesgo de recurrencia, estudiar la vulnerabilidad de la placa carótida tras un ictus aterotrombótica es esencial para determinar los tratamientos disponibles. El grado de estenosis es el marcador más utilizado para la estratificación del riesgo de ruptura de una placa carotídea, pero por sí solo no es suficiente para decidir el mejor tratamiento en algunas situaciones clínicas. Algunas técnicas de imagen, como la tomografía de emisión de positrones con 18F-fluorododeoxyglucosa (18F-FDG PET) en la carótida, aportan valiosa información para la toma de decisiones. Sin embargo, estas técnicas son caras, complejas y/o requieren tecnología avanzada. Por tanto, el objetivo del estudio fue identificar biomarcadores plasmáticos relacionados con lipoproteínas e inflamación, cuyo nivel se asociasen con características de vulnerabilidad de la placa de ateroma carotídea, evaluada por técnicas de imagen en pacientes con ictus isquémico.

Se realizó un estudio prospectivo de pacientes adultos con un ictus isquémico de circulación anterior (<7 días) y al menos una placa de aterosclerosis en la arteria carótida interna ipsilateral. Se incluyeron 64 pacientes, de los cuales el 57,8% mostró estenosis carotídea >= 50% y 27 controles sanos. Se obtuvo una muestra de sangre a 7 ± 1 días del ictus. Todos los pacientes se sometieron a: ultrasonografía carotídea, ultrasonografía con contraste (CEUS), angiografía por tomografía computarizada y 18F-FDG PET.

Se analizó la concentración plasmática de 16 moléculas relacionadas con la inflamación en un sistema Luminex. La lipoproteína oxidada de baja densidad (oxLDL) se cuantificó por ELISA. La LDL electronegativa (LDL(-)) se evaluó mediante cromatografía de intercambio aniónico. Los parámetros lipídicos se midieron por autoanalizador automático o técnicas enzimáticas.

Se realizaron análisis de regresión lineal multivariante para evaluar la asociación entre biomarcadores plasmáticos y el valor máximo de captación (SUVmax) de 18F-FDG (marcador subrogado de inflamación intraplaca). Se realizaron análisis de regresión logística multivariante para evaluar la asociación entre biomarcadores plasmáticos/LDL modificada con características de vulnerabilidad de la placa. Finalmente, la regresión de Cox se utilizó para evaluar la asociación entre biomarcadores y la recurrencia de ictus.

La molécula de adhesión intercelular-1 soluble (sICAM-1), la molécula de adhesión vascular-1 soluble (sVCAM-1) y la Fractalquina (FKN) se asociaron independientemente con inflamación de la placa en los pacientes ([Beta] = 0,121 IC: 0,061-0,181 p <0,001; [Beta] = 0,144 IC: 0,012-0,276 p = 0,033; [Beta] = 0,136 IC: 0,037-0,235 p = 0,008). Los niveles más altos de sICAM-1 se asociaron con la recurrencia de ictus (HR = 1,03, IC: 1,00-1,05, p = 0,002).

Con respecto a los parámetros lipídicos, los pacientes tenían una mayor proporción de oxLDL y LDL(-) en plasma en comparación con los controles. La única diferencia entre los pacientes con estenosis >=50% y <50% fue la proporción LDL(-), más elevada en los primeros. Los niveles de LDL(-), pero no los de oxLDL u otros parámetros relacionados lipídicos, se asociaron independientemente con el grado de estenosis carotídea (OR: 5,40 IC: 1 15-25,44 p <0,033), la presencia de placa hipoecóica (OR: 7,52 IC: 1,26-44,83 p <0,027), y la presencia de neovascularización intraplaca difusa (OR: 10,77 IC: 1,21-95,93 p <0,033), lo que indica que una proporción aumentada de LDL(-) está asociada con placa vulnerable.

En resumen, las concentraciones elevadas de sICAM-1, sVCAM-1 y FKN se asociaron con la inflamación de la placa carótida en pacientes con ictus isquémico. Los niveles altos de sICAM-1 también se asociaron con un aumento en el riesgo de recurrencia de ictus y la presencia de placa carotídea altamente inflamada. Las elevadas concentraciones de LDL(-) se asociaron con otras características de vulnerabilidad de la placa carótida, como hipoecogenicidad y neovascularización.

Owing to the high risk of recurrence, studying carotid plaque vulnerability following an atherothrombotic stroke, is essential to guide currently available treatments. The degree of stenosis is the most widely used marker for risk stratification in the setting of a carotid plaque. However, the degree of stenosis alone is not sufficient to decide upon the best treatment in some frequent clinical situations. Some imaging techniques such as 18F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography (18F-FDG PET) in the carotid, add valuable complementary information that may help in the decision-making process. Nevertheless, these techniques are expensive, complex, and/or require advanced technology. For these reasons, the aim of this study was to identify lipoprotein-related and inflammatory plasma biomarkers associated with features of carotid plaque vulnerability, as evaluated by imaging techniques, in patients with ischemic stroke.

A prospective study was conducted on consecutive adult patients who had suffered a recent (< 7 days) anterior circulation ischemic stroke and in whom at least one atherosclerotic plaque in the ipsilateral internal carotid artery had been detected. The study was conducted in 64 patients, 57.8% of whom had carotid stenosis >= 50%, and in 27 healthy individuals. All of the patients underwent a Doppler ultrasound, a contrast-enhanced ultrasound (CEUS), a computed tomography-angiography, and an 18F-FDG PET. Blood samples were obtained at days 7 ± 1 from the stroke.

The plasma concentration of 16 inflammation-related molecules was analyzed in Luminex equipment using xMAP technology; oxidized low-density lipoprotein (oxLDL) was quantified using ELISA technique; electronegative LDL (LDL(-)) was evaluated using anion exchange chromatography, and lipid-related parameters were quantified using an autoanalyzer and enzymatic techniques.

Multivariable linear regression analyses were performed to assess the association between plasma biomarkers and the maximal standardized uptake value (SUVmax) of 18F-FDG (a surrogate marker for intraplaque inflammation); multivariable logistic regression analyses were conducted to assess the association between plasma biomarkers and modified LDL with other features of plaque vulnerability; multivariable Cox regression was used to assess the association between biomarkers and the recurrence of stroke.

Soluble intercellular adhesion molecule-1 (sICAM-1), soluble vascular adhesion molecule-1 (sVCAM-1), and fractalkine (FKN) concentrations were increased in ischemic stroke patients and were independently associated with plaque inflammation ([Beta] = 0.121, CI: 0.061-0.181, p < 0.001; [Beta] = 0.144, CI: 0.012-0.276, p = 0.033; [Beta] = 0.136, CI: 0.037-0.235, p = 0.008). Higher levels of sICAM-1 were associated with SUVmax >= 2.85 g/mL (OR = 1.02, CI: 1.00-1.03, p = 0.020) and stroke recurrence (HR = 1.03, CI: 1.00-1.05, p = 0.002).

The patients had higher levels of lipid-related parameters oxLDL and LDL(-) in their plasma than the controls. The only difference between patients with stenosis >= 50% and < 50% was the higher proportion of LDL(-) in the former. The levels of LDL(-), but not of oxLDL and other lipid-related parameters, were independently associated with the degree of carotid stenosis (OR: 5.40, CI: 1.15-25.44, p < 0.033), the presence: of hypoechoic plaque (OR: 7.52, CI: 1.26-44.83, p < 0.027), and diffuse intraplaque neovascularization (OR: 10.77, CI: 1.21-95.93, p < 0.033), indicating that an increased proportion of LDL(-) is associated with vulnerable atherosclerotic plaque.

In summary, elevated concentrations of sICAM-1, sVCAM-1, and FKN were associated with carotid plaque inflammation in patients with recent ischemic stroke and carotid atherosclerosis. Higher levels of sICAM-1 were also associated with an increased risk of recurrence of stroke and the presence of highly inflamed carotid plaque. Elevated LDL(-) concentrations were associated with other characteristics of carotid plaque vulnerability, such as hypoechoic plaque and diffuse neovessels.