Cholesterol crystal accumulation at the maternal-fetal interface in preeclampsia

Abstract

Bakgrunn: Preeklampsi rammer 2-8% av alle svangerskap og kan føre til alvorlig sykdom og i verste fall maternell og føtal død. Preeklampsi kan også gi langsiktige helseproblemer, som kardiovaskulær sykdom, hos både mor og barn. Patogenesen til preeklampsi er ikke fullstendig klarlagt, men defekt remodellering av spiralarteriene i livmorveggen (decidua) og inflammasjon i mor-fostersonen, er viktige mekanismer. Kolesterolmediert inflammasjon er involvert ved preeklampsi i følge nylige studier fra Forskningsgruppe for inflammasjon i svangerskap ved NTNU (InPreg), som viser at kolesterolkrystaller i mor-fostersonen aktiverer NLRP3-inflammasomet og resulterer i produksjon av IL-1β. Kolesterolmediert inflammasjonen er sentral ved aterosklerose, og preeklampsi er assosiert med ateroskleroselignende lesjoner kalt ateroser i ikke-remodellerte spiralarterier. Det er likevel uavklart hvordan maternelle og føtale celler er involvert i kolesterolkrystall-mediert inflammasjon ved preeklampsi. Formålet med denne studien er å karakterisere distribusjonen av kolesterolkrystaller i mor-fostersonen i normale svangerskap og ved preeklampsi, ved å vurdere krystallenes nærhet til maternelle og føtale celler og kar i decidua- og placentavev. Materiale og metode: Kvinner med normale (n = 36) og preeklamptiske svangerskap (n = 43) ble inkludert ved fødsel. Vevsprøver fra decidua og placenta ble analysert for uttrykk av CD31, CD45, CK7 og Flt-1 ved immunhistokjemi, og kolesterolkrystaller ble avbildet med vanlig og polarisert lysmikroskopi. Kvalitative og semi-kvantitative analyser av kolesterolkrystaller ble manuelt utført ved visuell inspeksjon blindet for klinisk informasjon. Resultater: Kolesterolkrystaller forekomspredt i deciduavev og nær deciduale kar. Disse karene hadde ofte fortykket karvegg med skumcelle-lignende celler, og kolesterolkrystaller som var assosiert med CD31+ og CD45+ celler. Preeklampsi var assosiert med høyere grad av kolesterolkrystaller, som oftere var lokalisert til deciduale kar og assosiert til CD31+ og CD45+ celler, sammenlignet med normale svangerskap. I placenta var kolesterolkrystallene akkumulert i cellefattige områder i føtale totter, og i noen tilfeller spredt i tottene. Mengden kolesterolkrystaller i placenta var signifikant høyere ved preeklampsi sammenlignet med normale svangerskap. Høyere nivå av noen ugunstige lipoproteiner i navlestrengsblod var assosiert med både preeklampsi, og høy forekomst av kolesterolkrystaller ved deciduale kar. Konklusjon: Våre funn viser at kolesterolkrystaller forekommer i decidua og placenta og ser ut til å være assosiert med henholdsvis maternelle og føtale kar. Denne studien har også avslørt at mengden kolesterolkrystaller i decidua og plaenta er høyere ved preeklampsi sammenlignet med normale svangerskap. En potensiell føtal påvirkning ble identifisert ved økning i ugunstige lipidnivåer i navlestrengsblod i svangerskap med kolesterolkrystaller lokalisert til maternelle deciduale kar.

Background: Preeclampsia complicates 2 to 8 % of pregnancies and can lead to severe disease and maternal and fetal death. It can also lead to long term health issues for the mother and child, especially cardiovascular disease. The pathogenesis of preeclampsia is not fully known, but defect remodeling of spiral arteries in the uterine wall decidua and inflammation at the maternal-fetal interface are important mechanisms. The importance of cholesterol mediated inflammation has been indicated in preeclampsia by recent studies from InPreg showing cholesterol crystals at the maternal-fetal interface activating the NLRP3 inflammasome and resulting in the production of IL-1β. This cholesterol crystal mediated inflammation is central to atherosclerosis, and preeclampsia is associated with atherosclerotic-like lesions termed atherosis in non-transformed spiral arteries. However, the maternal-fetal cellular involvement in cholesterol crystal mediated inflammation in preeclampsia is not fully identified. This study aims to characterize the tissue distribution of cholesterol crystals at the maternal-fetal interface in normal and preeclamptic pregnancies, by assessing the proximity of cholesterol crystals to maternal and fetal cells and vessels in the decidua and placenta. Materials and methods: Women with normal (n = 36) and preeclamptic pregnancies (n = 43) were included at delivery. Decidual and placental tissue sections were analyzed for CD31, CD45, CK7 and Flt-1 expression by immunohistochemistry, and cholesterol crystals were imaged by regular and polarized light microscopy. A qualitative and semi-quantitative analysis of the cholesterol crystals was manually performed by visual inspection blinded to clinical information. Results: Cholesterol crystals were localized scattered in the decidual tissue and near decidual vessels. These decidual vessels often had thickened vessel walls with foam cell like cells, and high amounts of cholesterol crystals that were associated with CD31+ and CD45+ cells. Preeclampsia was associated with higher amounts of cholesterol crystals that were more often localized near decidual vessel and associated to CD31+ and CD45+ cells compared to normal pregnancies. In the placenta, cholesterol crystals were accumulated in cell-poor structures in the villi, and in some cases scattered in the placental villi. The amounts of crystals in the placenta were significantly higher in preeclamptic pregnancies compared to normal pregnancies. Some unfavorable lipoproteins in cord blood were significantly higher in preeclampsia than in normal pregnancies, and in pregnancies with cholesterol crystals localized near decidual vessels compared to pregnancies with crystals scattered in the decidual tissue. Conclusion: Our findings show that cholesterol crystals are present in the decidua and the placenta, and that the crystals are associated with maternal decidual vessels and possibly fetal vessels in villi. This study also revealed that the amount of cholesterol crystals in the decidua and the placenta are higher in preeclamptic pregnancies compared to normal pregnancies. A potential fetal impact was identified by an increase of unfavorable cord blood lipid levels in the pregnancies with cholesterol crystals near maternal vessels in the decidua.