Entschlüsselung der pleiotropen Rolle des Immun-Checkpoint-Moleküls ICOS-Ligand bei der Immunkonversion von pro-inflammatorischen zu pro-seneszenten Endothelzellen bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen

1. Stand der Wissenschaft und zentrale Forschungsfrage(n): Die Pathophysiologie der koronaren Herzkrankheit (KHK) wird ausgelöst, wenn die Koronararterien, die das Herz mit Blut versorgen, durch die sich ansammelnden Plaques blockiert werden, die mehr oder weniger fettige Streifen bilden und aus Entzündungszellen bestehen, darunter von Monozyten abgeleitete Makrophagen und Lymphozyten [3-5]. Diese Immunzellen, die durch das Blut patrouillieren, erreichen einen entzündlichen Zustand als Reaktion auf die Signale, die von einem dysfunktionalen Endothel geliefert werden, das zunächst durch die Ablagerung und anschließende physikochemische Modifikation der zirkulierenden Lipoproteine niedriger Dichte (LDL) in den subendothelialen Räumen verursacht wird. Darüber hinaus produzieren die mit oxidierten Lipiden beladenen pathologischen Makrophagen, die sich in den subendothelialen Räumen aufhalten, übermäßig viele reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und proinflammatorische Zytokine, einschließlich IL-6, was die Bioverfügbarkeit von Stickstoffmonoxid verringert und den oxidativen Stress in der Mikroumgebung der Plaque erheblich erhöht. Unter diesen Umständen setzt das geschädigte Endothel VWF frei, der nicht nur für seine Rolle bei der Hämostase und Thrombose bekannt ist, indem er die Thrombozytenadhäsion und -aggregation unterstützt, sondern auch eine zentrale Rolle bei der vaskulären Entzündung spielt, indem er die Rekrutierung und Extravasation von Leukozyten begünstigt. Ein solcher ständiger Stimulus, einschließlich des oxidativen Stresses, löst im Gefäßsystem die endotheliale Seneszenz aus, einen Prozess, der durch eine Unterbrechung des Zellzyklus und Veränderungen der entzündungsfördernden Genexpression gekennzeichnet ist. Im Hinblick auf die vaskuläre Entzündung bei CAD-Patienten betrachten wir eine Verschiebung von einem pro-inflammatorischen zu einem pro-Seneszenz-Zustand des vaskulären Endothels als einen wichtigen Entscheidungspunkt, der fokussiert und gezielt angegangen werden muss, um die Umwandlung der Seneszenz zu mildern. Dies ist äußerst wichtig, da die mit dem Gefäßendothel verbundene Seneszenz neben vielen dramatischen Veränderungen auf intrazellulärer Ebene auch seneszenzassoziierte sekretorische Phänotypen (SASP) absondert. Darüber hinaus verschlimmert das Endothel-SASP die chronische Entzündung und hält sie während des gesamten Lebens eines KHK-Patienten aufrecht, was die Qualität der körpereigenen Gefäße verringert, wenn sie für eine koronare Bypass-Operation (CABG) verwendet werden, da die CABG immer noch als Goldstandard-Methode für die mehrgefäßige koronare Herzkrankheit gilt. Diese autologen Bypass-Transplantate (Gefäße) sind sehr anfällig für den Verschluss durch Thromben und weisen daher eine schlechte Langzeitwirkung auf, was natürlich die Frage nach der Qualität der autologen Gefäße aufwirft. Bemerkenswert ist, dass bei arteriellen Erkrankungen eine vaskuläre endotheliale Seneszenz zu beobachten ist. Außerdem wurde berichtet, dass der Ligand für den induzierbaren Kostimulator (ICOS-L) unter dem Einfluss von proinflammatorischen Zytokinen auf einem aktivierten Endothel verstärkt exprimiert wird. ICOS-L ist eines der Immun-Checkpoint-Moleküle, das an ICOS bindet, das auf aktivierten T-Zellen exprimiert wird, wobei die ICOS-L/ICOS-Achse eine vielschichtige Rolle bei der Immunfunktion spielt, einschließlich der Polarisierung in Richtung (i) TH₁-Immunität; (ii) TH₂-Immunität; (iii) TH₁₇-Immunität; (iv) Tregs-Immunität; (v) Keimzentrumsbildung und B-Zell-Immunität bei der Antikörperproduktion. Die mögliche Rolle von ICOS-L bei der Auslösung oder Verhinderung der endothelialen Seneszenz ist jedoch noch nicht erforscht und daher weitgehend unbekannt.
1.2 Ungelöste Schlüsselfragen: Da kardiovaskuläre Entzündungskrankheiten nach wie vor die weltweit häufigste Todesursache sind, wollen wir die kritische Fensterphase prägen, in der die Umwandlung des Gefäßendothels von einem pro-inflammatorischen in einen pro-Seneszenz-Zustand stattfindet, um die Qualität der Gefäße zu erhalten, eine weitere Verschlechterung durch chronische Entzündungen aufgrund von Seneszenz zu vermeiden und so die Durchgängigkeitsrate bei CABG-Operationen zu erhöhen. Zu diesem Zweck untersuchen wir die Rolle der ICOS-L/ICOS-Achse in der oben genannten Entscheidungsphase bei Vorliegen von atherosklerotischen Progressionsfaktoren.
A. Die mit der Atherosklerose zusammenhängenden löslichen Faktoren, einschließlich vWF, Blutgerinnungsfaktoren und immunzellassoziierte Zytokine, IL-6, IL-1ß, IL-8, die das endotheliale Transmembran-Expressionsniveau von ICOS-L erhöhen, sollen untersucht werden
[B. Trotz der erhöhten ICOS-L-Expression ist die funktionelle Bedeutung von ICOS-L für das vaskuläre Endothel weitgehend unbekannt und wird daher während des Zustands (i) der anfänglichen Entzündung, (ii) der fortschreitenden Entzündung und (iii) der Umwandlung der Entzündung in die Seneszenz untersucht werden. Zu diesem Zweck soll die Rekrutierung intrazellulärer Anti-Seneszenz-Moleküle, einschließlich SIRTUIN-1 und FOXO1, bestimmt werden, wobei diese Signalwege gründlich untersucht werden sollen. Hier wollen wir das ApoE^-/--Atherosklerose-Mausmodell, die transgene ICOS-L-Maus und die Knockout-Maus einsetzen, um die senomorphe Rolle von ICOS-L sowohl in vivo als auch in vitro mit Endothelzellkultursystemen, mit ICOS-L-Überexpression und ICOS-L-Knockout unter Verwendung von CRIPSR-Cas9-Tools zu untersuchen.
Dieser Text wurde mit DeepL übersetzt am 27.03.2026

Decrypting the pleiotropic role of the immune checkpoint molecule, ICOS-Ligand, in immunoconversion of pro-inflammatory to pro-senescence endothelial cell phenotype in cardiovascular diseases

1. State-of the Art and Key Research Question(s): Coronary Artery Disease (CAD) pathophysiology is initiated when coronary arteries supplying blood to the heart are being blocked with the accumulating plaques, forming varying degree of fatty streaks, built from inflammatory cells, including monocytes derived macrophages and lymphocytes [3-5]. These blood patrolling immune cells attain an inflammatory state in response to the signals delivered by a dysfunctional endothelium, which is initially caused by deposition and subsequent physicochemical modification of circulating low-density lipoproteins (LDL) in subendothelial spaces. Further, the oxidized lipid ladened pathological macrophages residing at subendothelial spaces produce excessive reactive oxygen species (ROS) and proinflammatory cytokines, including IL-6, which decreases nitric oxide bioavailability and substantially increases oxidative stress in the plaque microenvironment. Under these circumstances, the damaged endothelium releases VWF, which is not only best known for its role in hemostasis and thrombosis, supporting platelet adhesion and aggregation, but also plays a central role in vascular inflammation, favoring leukocyte recruitment and extravasation. Such a constant stimulus, including oxidative stress, initiates endothelial senescence, the process characterized by cell cycle arrest and changes in pro-inflammatory gene expression, in the vasculature. With regard to vascular inflammation in CAD patients, we consider a shift from pro-inflammatory to the pro - senescence state of a vascular endothelium as a key decision point that must be focused and targeted to mitigate the conversion of senescence. This is highly essential because senescence associated with vascular endothelium secretes senescence associated secretory phenotypes (SASP), in addition to many dramatic changes occurring at the intracellular level. Further, endothelial-SASP aggravates and sustain chronic inflammation throughout the lifetime of a CAD patient, which lowers the quality of autologous vessel when used for coronary artery bypass graft (CABG) surgery, as CABG still is considered as a gold standard method for multivessel coronary artery disease. These autologous bypass grafts (vessels) are highly prone to getting occluded with thrombus and therefore exhibit a poor long-term potency, which evidently raises the question on the quality of autologous vessel. Of note, vascular endothelial senescence was evident in arterial diseases. Apart, it has been reported that the ligand for inducible costimulator (ICOS-L) were increasingly expressed on an activated endothelium, under the influence of proinflammatory cytokines. The ICOS-L is one of the immune checkpoint molecule that binds to ICOS, expressed on activated T cells, where the ICOS-L/ICOS axis exhibits multifaceted role in immune function, including polarization towards (i) TH₁ immunity; (ii) TH₂ immunity; (iii) TH₁₇ immunity; (iv) Tregs immunity; (v) germinal center formation and B cell immunity in antibody production. However, the potential role of ICOS-L in inducing or preventing endothelial senescence is not yet explored and is therefore largely unknown.
1.2 Unresolved key questions: Since cardiovascular inflammation diseases remains to be the first leading cause of death globally, we intend to stamp on critical window phase where the transformation of vascular endothelium occurs from pro-inflammatory to pro-senescence state, with the aim of preserving the quality of vessels, thereby avoiding further worsening from chronic inflammation due to senescence and thereby to subsequently increase the patency rate when used for CABG surgery. For this purpose, we explore an in-depth role of ICOS-L/ICOS axis in this above-mentioned decision phase in the presence of atherosclerotic progressive factors.
A. The atherosclerosis related soluble factors, including vWF, blood clotting factors and immune cell associated cytokines, IL-6, IL-1ß, IL-8 increase the endothelial transmembrane expression level of ICOS-L will be explored
B. Despite increased ICOS-L expression, the knowledge of its functional significance on vascular endothelium is largely unknown and will therefore be addressed during the state of (i) initial inflammation, (ii) progressive inflammation and (iii) transformation of inflammation to senescence. This will be achieved by determining the recruitment of intracellular anti-senescence molecules, including SIRTUIN-1 and FOXO1, where these pathways will be thoroughly investigated. Here, we intend to employ the ApoE^-/-atherosclerotic mouse model, ICOS-L transgenic and knockout mouse to investigate the senomorphic role of ICOS-L in vivo as well as in vitro, with endothelial cell culture systems, with ICOS-L overexpression and ICOS-L knockout using CRIPSR-Cas9 tools.