Kalsifik aort darlığı patogenezinde barsak mikrobiyotasının rolünün araştırılması
Role of gut microbiota in calcific aortic valve stenosis pathogenesis
Yazar: DUYGU KOÇYİĞİT
Danışman: PROF. DR. SADBERK LALE TOKGÖZOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Kardiyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2017
Konu: Kardiyoloji = Cardiology
Dizin: Aort kapak stenozu = Aortic valve stenosis ; Bağırsaklar = Intestines ; Betain = Betaine ; Etyopatogenez = Etiopathogenesis ; Gastrointestinal mikrobiyom = Gastrointestinal microbiome ; Kalp kapak hastalıkları = Heart valve diseases ; Kolin = Choline ; Nitrik oksit = Nitric oxide ; Trimetilamin = Trimethylamine

Özet:
Kalsifik aort kapak hastalığı (KAKH), en sık görülen kalp kapak hastalığıdır; ancak patogenezi halen net olarak bilinmemektedir. Son zamanlarda barsak mikrobiyotasının ateroskleroz ve bazı dejeneratif hastalıklar ile ilişkisi olduğu bildirilmiştir. Bu çalışmada, KAKH patogenezinde barsak mikrobiyotasının rolünün incelenmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla kalsifik aort darlığı (KAD) (n= 60), aort sklerozu (ASc) (n= 49) olan hastalar ile yaş ve cinsiyet eşlenik kontroller (n= 48) çalışmaya dahil edilmiştir. Rutin kardiyovasküler (KV) değerlendirmenin yanısıra arteriyel sertlik ve 2D speckle tracking ekokardiyografi (STE) gerçekleştirilmiştir. Kardiyak bilgisayarlı tomografi (BT) taramalarından koroner arter, aort kapak ve mitral annüler kalsifikasyon skorları kaydedilmiştir. Rutin laboratuvar testlerine ek olarak; kolin, betain, trimetilamin N- oksit (TMAO) adlı barsak mikrobiyota metabolitlerinin plazma düzeyleri ile ossifikasyon (osteopontin [OPN]) ve doku yeniden biçimlenmesi (matriks metalloproteinaz doku inhibitörü- 1 [TIMP- 1], matriks metalloproteinaz- 9 [MMP- 9]) ile ilişkili biyobelirteçlerin serum düzeyleri ölçülmüştür. Ciddi KAD veya aort kapağın darlık dışı herhangi bir hastalığı
nedeniyle yapılan aort kapak cerrahisi esnasında çıkarılan aort kapaklarında histopatolojik
incelemeler gerçekleştirilmiştir. Gruplar arasında geleneksel KV risk faktörleri, komorbiditeler ve ilaç tedavileri bakımından farklılık izlenmemiştir. Tüm çalışma grubunda kalsiyum- fosfor çarpımı, alkalen fosfataz, paratiroid hormon ve 25- hidroksivitamin D düzeyleri normal aralıkta saptanmıştır. Gruplar arasında sistemik inflamasyonun belirteci olan C- reaktif protein düzeylerinin de benzer olduğu görülmüştür. Orta- ciddi KAD hastalarında barsak mikrobiyota metabolizmasının göstergesi olan plazma kolin düzeyleri, ASc (p= 0.006) ve kontrol (p= 0.001) gruplarıyla kıyaslandığında anlamlı biçimde daha yüksek bulunmuştur. Orta- ciddi KAD hastalarında barsak mikrobiyota metabolizmasının bir diğer göstergesi olan plazma betain/kolin oranı ise, ASc (p= 0.009) ve kontrol (p= 0.002) gruplarıyla kıyaslandığında anlamlı biçimde daha düşük saptanmıştır. Plazma TMAO düzeyleri bakımından gruplar arasında farklılık gözlenmemiştir (p= 0.509). Plazma kolin düzeylerinin, KAD ciddiyetini belirlemede kullanılan aort kapağın zirve akım hızı (p< 0.001) ve aort kapak kalsiyum skoru (p< 0.001) ile anlamlı pozitif korelasyon gösterdiği, aort kapağın zirve akım hızının bağımsız öngörücüsü olduğu belirlenmiştir (p= 0.009). Betain/ kolin oranının ise KAD ciddiyetini yansıtan aort kapağın zirve akım hızı ile anlamlı negatif korelasyon gösterdiği izlenmiştir (p< 0.001). Histopatolojik incelemelerde daha yoğun lenfosit infiltrasyonu (p< 0.001), daha ciddi doku yeniden biçimlenmesi (p= 0.002) ile kalsifikasyon (p= 0.002), neovaskülarizasyon (p= 0.011) ve osteoid metaplazi (p= 0.004) gözlenen kapaklarda plazma kolin düzeylerinin anlamlı biçimde daha yüksek olduğu saptanmıştır. Bu kapaklarda CD11c+ dendritik hücre ve plazma hücre infiltrasyonunun da, hastalığın kronik inflamatuvar seyrini yansıtan biçimde, anlamlı olarak daha yoğun olduğu gözlenmiştir. Çalışmamız sonucunda barsak mikrobiyota metabolitleri ile ekokardiyografik, BT ve histopatolojik incelemelerle değerlendirilen KAKH varlığı ve ciddiyeti arasındaki ilişki; literatürde ilk defa ortaya konmuştur.

Abstract:
Calcific aortic valve disease (CAVD) is the most prevalent valvular heart disease. However, its pathogenesis has not been elucidated clearly. Gut microbiota has recently shown to be
associated with atherosclerosis and several degenerative diseases. In this study, we aimed
to investigate the role of gut microbiota in the pathogenesis of CAVD. We recruited eligible
subjects with calcific aortic stenosis (CAS) (n= 60), aortic sclerosis (ASc) (n= 49) and age and gender- matched control subjects (n= 48). Besides routine cardiovascular (CV)
examination; arterial stiffness and 2D speckle tracking echocardiography were performed.
Coronary artery, aortic valve and mitral annular calcium scores from computed tomographic
(CT) scans were recorded. Besides routine laboratory tests, plasma levels of gut microbiota
metabolites, namely choline, betaine and trimethylamine N- oxide (TMAO), and serum levels
of biomarkers related to calcification (osteopontin [OPN]) and tissue remodeling (tissue
inhibitor of matrix metalloproteinase- 1 [TIMP- 1], matrix metalloproteinase- 9 [MMP- 9]) were measured. Histopathological examinations were performed in aortic valves excised during
aortic valve surgery due to either severe CAS or any other non- stenotic disease of the aortic valve. Prevalence of traditional CV risk factors, co- morbidities or medications did not differ among groups. The study population had normal levels of calcium- phosphorus product, alkaline phosphatase, parathyroid hormone and 25- hydroxyvitamin D. Reflective of systemic inflammation, C- reactive protein levels were also similar among patient groups. Patients with moderate- severe CAS had significantly higher plasma levels of choline, a marker of gut microbiota metabolism, when compared to both ASc (p=0.006) and control (p<0.001) groups. Plasma betaine/ choline ratio, which is another marker of gut microbiota metabolism, was significantly lower in patients with moderate- severe CAS compared to both ASc (p= 0.009) and control (p= 0.002) groups. Plasma TMAO levels did not statistically differ between groups (p=0.509). Plasma choline levels were significantly correlated with determinants of CAS severity, namely aortic peak flow velocity (p< 0.001) and aortic valve calcium score (p< 0.001). Plasma choline levels were also independently associated with aortic peak flow velocity (p= 0.009). There was a significant negative correlation between betaine/ choline ratio and aortic peak flow velocity (p< 0.001). In histopathological examinations, plasma choline levels were significantly elevated in patients who had aortic valves with denser lymphocyte infiltration (p< 0.001), more severe tissue remodeling (p= 0.002) and calcification (p= 0.002), neovascularization (p= 0.011), and osteoid metaplasia (p=0.004). These valves also demonstrated significantly higher CD11c+ dendritic cell and plasma cell infiltration, reflecting the chronic inflammatory nature of the disease. Our study hereby demonstrates a significant association between gut microbiota metabolites and CAVD presence and severity evaluated with echocardiography, computed tomography and histopathological examinations for the first time in the literature.