Enhanced extracellular matrix accumulation in the restenotic tissue of coronary arteries after stent implantation

Abstract

[한글]

연구배경: 관동맥질환의 중재적치료술로 도입된 스텐트시술은 기존의 풍선성형술에 비하여 재협착율을 감소시키며 임상적 결과를 호전시킴으로써 그 시술이 점차 증가되는 추세이나, 스텐트재협착율 역시 15-30%에 달하고 있다. 그간의 연구에 의하면 스텐트재협착의 기전은 혈관이나 스텐트의 반동(recoil)에 의한 협착은 경미한데에 비하여, 스텐트내부로의 새로운 신생내막의 침입이 중요한 기전으로 알려져 있으나, 아직 병태생리학적 기전은 잘 알려져 있지 않다. 본 연구의 목적은 관동맥 스텐트 재협착조직의 세포 및 세포외 기질의 병리학적 성분 분석을 통하여 스텐트 재협착기전을 이해하고자 하였다.

연구방법: 관동맥에서 Palmaz-Schatz tm텐트시술후 생성된 스텐트 재협착조직 29표본(스텐트시술 후 평균 5.7개월: 0.5-23개뭘)을 25명의 환자(남/여 18/7; 59±13세)에서 경피적동맥경화반제거술(DCA)을 이용하여 얻은후 조직병리학적 분석을 하였다. 조직병리학적인 분석은 H & E 염색, modified Movat 염색을 통하여 세포의 특징 및 밀도, 세포외 기질의 특징을 분석하였으며, 면역항체를 이용한 면역조직화학염색을 통하여, 세포의 성분(α-actin양성 평활근세포, CD68양성 탐식세포)과 세포외 기질성분으로 hyaluronan 및proteoglycan (versican, biglycan, perlecan), fibrin (T2Gl항체 및 AD1350항체)을 분석하고,Ki67 핵항원 및 PCNA에 대한 항체를 이용하여 세포의 증식율을 측정하였으며, TGF-β1의 발현여부를 조사하였다

연구결과: myxoid tissue가 69%의 조직표본에서 관찰되었는데, 스텐트 시술후 시간경과에 따라서 감소하는 경향을 보였다. 이러한 myxoid tissue를 구성하는 세포외기질로는 versican과 hyaluronan이 풍부하였다. 저세포밀도부위 (48-320/mm**2 )가 59%의 조직표본에서 관찰되었는데 이는 스텐트시술후 4개월 이전에 비하여 4개월 이후에 더 빈번하게 관찰되었다 (4/13 vs 13/16, p<0.01). 이러한 저세포밀도부위를 구성하는 세포외 기질은 주로 collagen (9예) 또는 proteoglycan (1예)으로 두가지 종류 모두 관찰된 예가 6예이었다.

26예의 표본을 Ki67 핵항원염색 결과 16예 (62%) 에서 음성이었으며, 8예는 1% 미만의 양성율을 보였으며, 최대치는 4%이었다. perlecan은 세포주위의 기질에서 염색되었으며, biglycan은 collagen이 주된 저세포밀도부위에서 collagen과 동일 부위에 국한되는 경향이 약 3분의 2예에서 관찰되었다. fibrin염색은 T2G1염색에서 29%, ADI350염색에서 50%의 표본에서 염색되었고, TGF-β1은 조사한 20예중 16예(80%)에서 양성을 보였는데 주로 세포내기질에서 발현되었으며, 2예에서는 세포외 기질에서도 관찰할 수 있었다.Ruthenium red로 염색된 proteoglycan은 전자현미경에서도 확인되었다.

결론: 본 연구결과 스텐트재협착은 세포의 증식보다는 증가된 세포외기질의 축적이 중요한 기전으로 작용할 가능성이 있으며, hyaluronan/versican이 풍부한 hygroscopic matrix를 함유하는 이러한 재협착조직을 풍선성형술로 치료함은 일시적인 조직의 압축을 유발함으로써 치료적 효과를 기대하기는 어려울 것으로 사료된다.

[영문]

Background Neointimal ingrowth rather than stent recoil is thought to be important for coronary arterial in-stent restenosis. However only limited pathologic data are available to address the mechanisms of in-stunt restenosis. With the specific aim of measuring cell replication rate and of assessing cellularity and extracellular matrix (ECM) composition, we analyzed atherectomized coronary areterial in-stent restenotic specimens.

Methods and Results In the present study, we analyzed 29 atherectomized coronary arterial in-stent restenotic tissue samples (14 LAD, 10 RCA, and 5 LCX) retrieved from 25 patients (m/f: 18/7; age 59±13 yr) at 0.5-23 (mean 5.7) months after deployment of Palmaz-Schatz stent. Histopathologic analysis of cellular composition and ECM was performed using H&E, modified Movat pentachrome, and immunocytochemical staining. Cellular proliferation rate, as estimated by use of antibodies to Ki-67

nuclear antigen showed low proliferation rate with the range of 0-4%, and no positive cells were found in 62% of cases. Myxoid tissue having ECM enriched with versican and hyaluronan was found in 69% of cases, and decreased over time after stenting, Foci of cell poor areas were found in 57% of cases, and could be classified into as: (1) containing collagen-rich ECM and (2) containing a proteoglycan rich ECM. Versican, biglycan, perlecan, and hyaluronan were identified with varying individual distributions in the proteoglycan rich area. Specimens with

foci of cell poor area tended to increase over time after stenting (31% in <4 mo vs 81% in ≥4mo after stenting, p<0.01). α-smooth muscle actin staining identified the majority of cells as smooth muscle cells (SMCs) and occasional macrophages (712

cells per section) were detected by CD68 antibody. The nature of the ECM was confirmed by electron microscopic study, and shown to be enriched in ruthenium red positive proteoglycans. Positive TGF-β1 staining, mostly intracytoplasmic, was found in 80% of cases.

Conclusions These data suggest that enhanced ECM accumulation rather than cell proliferation may be important mechanism for stent restenosis. Angioplasty of stent restenosis may therefore foil due to transient compression of this hygroscopic matrix