Investigating systemic inflammation and hypercoagulability in psoriasis: implications for cardiovascular disease
Date
2022-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: Psoriasis (PsO) is a common immune-mediated inflammatory disease of the skin, typically presenting
as erythematous plaques covered with silvery scales. The condition is of multifactorial aetiology,
encompassing interactions between environmental factors, genetic susceptibility, and dysregulated
immune responses. The pathogenesis of PsO is predominantly driven by interleukin (IL)-17. In
addition, inflammatory mediators associated with T helper (TH) 1, TH17, and TH22 subsets are also
overexpressed in psoriatic skin. Moreover, these inflammatory molecules may also be detected in the
systemic circulation of patients with PsO. The disease is not solely limited to cutaneous sites, as
multiple comorbidities have been linked to the condition. Notably, patients with PsO have been
reported to have a significantly increased risk of cardiovascular disease (CVD). A potential
mechanism that might contribute to this association is the presence of a hypercoagulable state –
driven by persistent systemic inflammation – in these individuals. A pro-inflammatory milieu may
favour coagulation, while suppressing natural anticoagulant mechanisms. In addition, inflammation
may also alter – albeit indirectly – the fibrin clot structure and, by extension, the properties of
the fibrin network. Therefore, the aim of this study was to assess the haemostatic profile and
investigate potential alterations in fibrin clot structure in patients with PsO, compared to
healthy individuals.
Whole blood samples were collected from patients with PsO (n=20) and healthy control subjects
(n=20). The concentrations of blood-based markers of inflammation and endothelial and platelet
activation were determined using enzyme-linked immunosorbent assays. Coagulation status was
assessed by thromboelastography. The fibrin network architecture was analysed by scanning electron
microscopy. Fibrin secondary structure was assessed through the examination of formalin-fixed,
paraffin-embedded plasma clot sections using fluorescence microscopy and Fourier transform infrared
(FTIR) spectroscopy. In order to detect areas rich in β-sheet structures, Congo red staining was
performed, and sections were examined with brightfield and fluorescence microscopy. To determine if
there were quantitative differences in the distribution of specific secondary structural elements
in fibrin clots, FTIR analysis was conducted.
Elevated levels of inflammatory molecules (C-reactive protein, serum amyloid A, soluble
intercellular adhesion molecule-1, and soluble P-selectin) were associated with PsO, thereby
confirming the presence of systemic inflammation in patients with PsO. Thromboelastographic
analysis revealed an increased tendency towards clot formation, that was also associated with
disease presence. Moreover, the ultrastructure of fibrin clots from patients with PsO was
altered – these clots were denser and consisted of thicker fibrin fibres, as compared to control
subjects. Regarding the secondary structure of fibrin, the presence of β-sheet-rich areas, as
identified by Congo red fluorescence, was detected in fibrin clots from both groups. Accordingly,
FTIR analysis also did not show any significant differences between the secondary structure
composition of fibrin clots from patients with PsO and those of healthy control subjects.
Taken together, the results of this study indicate that a hypercoagulable state is present in
patients with PsO. This hypercoagulability seems to be a result of persistent systemic
inflammation, rather than alterations to the molecular structure of fibrin. The hypercoagulable
state in PsO might have implications for the management of CVD risk for individuals living with
the condition.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Psoriase (PsO) is ’n algemene immuun-bemiddelde inflammatoriese velsiekte wat tipies voorkom as rooierige verhewe vlekke bedek met silwerkleurige skubbe. Die toestand is van multifaktoriale etiologie, wat interaksies tussen omgewingsfaktore, genetiese vatbaarheid en wangereguleerde immuunresponse insluit. Die patogenese van PsO word hoofsaaklik deur interleukin (IL)-17 aangedryf. Daarbenewens word inflammatoriese mediators wat met T-helper (TH) 1, TH17 en TH22 subversamelings geassosieer word, ook ooruitgedruk in psoriatiese vel. Boonop kan hierdie inflammatoriese molekules ook in die sistemiese sirkulasie van pasiënte met PsO opgespoor word. Die siekte is nie net beperk tot kutane areas nie, aangesien veelvuldige komorbiditeite aan die toestand gekoppel is. Daar is veral gerapporteer dat pasiënte met PsO ’n aansienlik verhoogde risiko vir kardiovaskulêre siekte (KVS) het. ’n Moontlike meganisme wat tot hierdie assosiasie kan bydra, is die teenwoordigheid van ’n hiperstolbare toestand – aangedryf deur kroniese sistemiese inflammasie – in hierdie individue. ’n Pro-inflammatoriese milieu kan stolling bevoordeel, terwyl natuurlike antistollingsmeganismes onderdruk word. Daarbenewens kan inflammasie ook die fibrienklontstruktuur – alhoewel indirek – en, by uitbreiding, die eienskappe van die fibriennetwerk verander. Daarom was die doel van hierdie studie om die hemostatiese profiel te assesseer en potensiële veranderinge in fibrienklontstruktuur in pasiënte met PsO, in vergelyking met gesonde individue, te ondersoek. Heelbloed monsters is versamel vanaf pasiënte met PsO (n=20) en gesonde individue (n=20). Die konsentrasies van bloedgebaseerde inflammasiemerkers en merkers van endoteel- en bloedplaatjieaktivering is bepaal deur gebruik te maak van ensiemgekoppelde immunosorbenttoetse. Stollingstatus is deur trombo-elastografie geanaliseer. Fibriennetwerkargitektuur is deur skandeerelektronmikroskopie geanaliseer. Die sekondêre struktuur van fibrien is ondersoek deur die analise van formalien-gefikseerde paraffien- ingebedde plasma klontsnitte deur gebruik te maak van fluoressensiemikroskopie en Fourier transform infrarooi (FTIR) spektroskopie. Om areas ryk aan β-plaat strukture op te spoor, is Kongorooi kleuring uitgevoer, en snitte is ondersoek met helderveld- en fluoressensiemikroskopie. Om te bepaal of daar kwantitatiewe verskille in die verspreiding van spesifieke sekondêre strukturele elemente in fibrienklonte was, is FTIR-analise uitgevoer. Verhoogde vlakke van inflammatoriese molekules (C-reaktiewe proteïen, serumamiloïed A, oplosbare intersellulêre adhesiemolekule-1 en oplosbare P-selektien) is met PsO geassosieer en die teenwoordigheid van sistemiese inflammasie in pasiënte met PsO word sodoende bevestig. Trombo-elastografiese analise het ’n verhoogde neiging tot klontvorming aan die lig gebring, wat ook geassosieer is met siekte teenwoordigheid. Boonop was die ultrastruktuur van fibrienklonte van pasiënte met PsO veranderd – hierdie klonte was digter en het bestaan uit dikker fibrienvesels, in vergelyking met kontrolegroeppasiënte. Met betrekking tot die sekondêre struktuur van fibrien is die teenwoordigheid van β-plaatryke areas, soos geïdentifiseer deur Kongorooi fluoressensie, opgespoor in fibrienklonte van beide groepe. Gevolglik het FTIR-analise ook geen betekenisvolle verskille tussen die sekondêre struktuursamestelling van fibrienklonte van pasiënte met PsO en dié van gesonde kontrolepasiënte getoon nie. In samevatting dui die resultate van hierdie studie aan dat ’n hiperstolbare toestand teenwoordig is in pasiënte met PsO. Hierdie hiperstolbaarheid wil voorkom om 'n resultaat te wees van konstante sistemiese inflammasie, eerder as gevolg van veranderinge aan die molekulêre struktuur van fibrien. Die hiperstolbare toestand in PsO kan implikasies hê vir die besturing van KVS risiko in individue wat lewe met die kondisie.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Psoriase (PsO) is ’n algemene immuun-bemiddelde inflammatoriese velsiekte wat tipies voorkom as rooierige verhewe vlekke bedek met silwerkleurige skubbe. Die toestand is van multifaktoriale etiologie, wat interaksies tussen omgewingsfaktore, genetiese vatbaarheid en wangereguleerde immuunresponse insluit. Die patogenese van PsO word hoofsaaklik deur interleukin (IL)-17 aangedryf. Daarbenewens word inflammatoriese mediators wat met T-helper (TH) 1, TH17 en TH22 subversamelings geassosieer word, ook ooruitgedruk in psoriatiese vel. Boonop kan hierdie inflammatoriese molekules ook in die sistemiese sirkulasie van pasiënte met PsO opgespoor word. Die siekte is nie net beperk tot kutane areas nie, aangesien veelvuldige komorbiditeite aan die toestand gekoppel is. Daar is veral gerapporteer dat pasiënte met PsO ’n aansienlik verhoogde risiko vir kardiovaskulêre siekte (KVS) het. ’n Moontlike meganisme wat tot hierdie assosiasie kan bydra, is die teenwoordigheid van ’n hiperstolbare toestand – aangedryf deur kroniese sistemiese inflammasie – in hierdie individue. ’n Pro-inflammatoriese milieu kan stolling bevoordeel, terwyl natuurlike antistollingsmeganismes onderdruk word. Daarbenewens kan inflammasie ook die fibrienklontstruktuur – alhoewel indirek – en, by uitbreiding, die eienskappe van die fibriennetwerk verander. Daarom was die doel van hierdie studie om die hemostatiese profiel te assesseer en potensiële veranderinge in fibrienklontstruktuur in pasiënte met PsO, in vergelyking met gesonde individue, te ondersoek. Heelbloed monsters is versamel vanaf pasiënte met PsO (n=20) en gesonde individue (n=20). Die konsentrasies van bloedgebaseerde inflammasiemerkers en merkers van endoteel- en bloedplaatjieaktivering is bepaal deur gebruik te maak van ensiemgekoppelde immunosorbenttoetse. Stollingstatus is deur trombo-elastografie geanaliseer. Fibriennetwerkargitektuur is deur skandeerelektronmikroskopie geanaliseer. Die sekondêre struktuur van fibrien is ondersoek deur die analise van formalien-gefikseerde paraffien- ingebedde plasma klontsnitte deur gebruik te maak van fluoressensiemikroskopie en Fourier transform infrarooi (FTIR) spektroskopie. Om areas ryk aan β-plaat strukture op te spoor, is Kongorooi kleuring uitgevoer, en snitte is ondersoek met helderveld- en fluoressensiemikroskopie. Om te bepaal of daar kwantitatiewe verskille in die verspreiding van spesifieke sekondêre strukturele elemente in fibrienklonte was, is FTIR-analise uitgevoer. Verhoogde vlakke van inflammatoriese molekules (C-reaktiewe proteïen, serumamiloïed A, oplosbare intersellulêre adhesiemolekule-1 en oplosbare P-selektien) is met PsO geassosieer en die teenwoordigheid van sistemiese inflammasie in pasiënte met PsO word sodoende bevestig. Trombo-elastografiese analise het ’n verhoogde neiging tot klontvorming aan die lig gebring, wat ook geassosieer is met siekte teenwoordigheid. Boonop was die ultrastruktuur van fibrienklonte van pasiënte met PsO veranderd – hierdie klonte was digter en het bestaan uit dikker fibrienvesels, in vergelyking met kontrolegroeppasiënte. Met betrekking tot die sekondêre struktuur van fibrien is die teenwoordigheid van β-plaatryke areas, soos geïdentifiseer deur Kongorooi fluoressensie, opgespoor in fibrienklonte van beide groepe. Gevolglik het FTIR-analise ook geen betekenisvolle verskille tussen die sekondêre struktuursamestelling van fibrienklonte van pasiënte met PsO en dié van gesonde kontrolepasiënte getoon nie. In samevatting dui die resultate van hierdie studie aan dat ’n hiperstolbare toestand teenwoordig is in pasiënte met PsO. Hierdie hiperstolbaarheid wil voorkom om 'n resultaat te wees van konstante sistemiese inflammasie, eerder as gevolg van veranderinge aan die molekulêre struktuur van fibrien. Die hiperstolbare toestand in PsO kan implikasies hê vir die besturing van KVS risiko in individue wat lewe met die kondisie.
Description
Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2022.
Keywords
Psoriasis -- Pathogenesis, Inflammation -- Mediators, Cardiovascular diseases, Hypercoagulable state, Fibrin, UCTD