Detection and Proinflammatory Effects of BTEX within the Human Atherosclerotic Plaque
Abstract
Background.
Circulating levels of benzene, toluene, xylene (the sum of the ortho-, meta- and para- isomers) and ethylbenzene, collectively known as BTEX, have been linked to a higher incidence of cardiovascular disease, but the mechanisms involved were unknown. The authors tested the hypothesis that these pollutants accumulate inside human atherosclerotic plaque and trigger a local proinflammatory response.
Methods.
Carotid plaque specimens obtained from 147 individuals with asymptomatic carotid stenosis undergoing endarterectomy were analysed retrospectively. BTEX were quantified by gas chromatography with flame ionisation detector and 1,4-benzoquinone, a benzene metabolite, by high-performance liquid chromatography. Patients were classified as BTEX-positive or BTEX-negative and plaque inflammatory markers were compared between the two groups. To investigate the mechanism, human monocytes were exposed in vitro to concentrations of the four compounds comparable to those measured in tissue.
Results.
At least one BTEX pollutant was detected in 93 of the 147 plaques examined. Benzene was the most represented and its concentration correlated positively with that of 1,4-benzoquinone. Compared with BTEX-negative patients, those with pollutants inside the atheroma showed higher plaque levels of CD68, MMP9, NLRP3, IL-1β and TNF-α, as well as higher systemic inflammatory indices such as white blood cell count and neutrophil-to-lymphocyte ratio. BTEX levels correlated with NLRP3, IL-1β and triglycerides, and were higher in patients with a previous diagnosis of dyslipidaemia and in those who subsequently experienced a major cardiovascular event. In vitro, five days of exposure to benzene, xylene and ethylbenzene, but not toluene, produced a consistent proinflammatory response without cytotoxicity, an effect reproduced by 1,4-benzoquinone. Both BTEX and 1,4-benzoquinone also promoted foam cell formation in monocyte-derived macrophages.
Conclusions.
These findings provide the first demonstration that BTEX pollutants accumulate within carotid plaque tissue, a phenomenon associated with increased local inflammation and possibly with the activation of proatherogenic pathways at tissue level.
Sintesi in italiano dello studio
Che l’esposizione a benzene, toluene, xilene ed etilbenzene, gli idrocarburi noti con l’acronimo BTEX, si accompagni a un aumento delle malattie cardiovascolari era già noto dagli studi epidemiologici. Mancava però la prova di un meccanismo diretto. Questo lavoro colma il vuoto analizzando le placche carotidee di 147 pazienti con stenosi asintomatica sottoposti a endoarterectomia.
In 93 placche su 147 è stato individuato almeno uno dei quattro inquinanti. Il benzene è risultato il più abbondante e la sua concentrazione correlava con quella del 1,4-benzochinone, suo metabolita. I pazienti con BTEX nel tessuto ateromasico presentavano livelli più alti di marcatori infiammatori nella placca (CD68, MMP9, NLRP3, IL-1β, TNF-α) e anche indici sistemici di infiammazione più elevati, come conta leucocitaria e rapporto neutrofili/linfociti. Non solo: concentrazioni maggiori di BTEX si associavano a dislipidemia nota e a una maggiore incidenza di eventi cardiovascolari maggiori nel periodo successivo.
Per capire se il nesso fosse causale, i ricercatori hanno esposto monociti umani a concentrazioni di inquinanti simili a quelle misurate nei tessuti. Benzene, xilene ed etilbenzene, ma non il toluene, hanno indotto una risposta infiammatoria stabile in assenza di tossicità cellulare, effetto riprodotto anche dal 1,4-benzochinone. Entrambi hanno inoltre favorito la trasformazione dei macrofagi in cellule schiumose, passaggio chiave nella formazione della placca.
È la prima dimostrazione che gli inquinanti BTEX si accumulano fisicamente nella placca carotidea umana e vi mantengono uno stato infiammatorio attivo. Un risultato che sposta l’inquinamento da fattore di rischio statistico a elemento biologicamente presente nella lesione aterosclerotica.
Autori
Cardiologo
Il Prof. Dottor Celestino Sardu Cardiologo, dal momento della sua presa in servizio, ha svolto attività di ricerca presso cattedra di Medicina Interna dell’Università della Campania “Luigi Vanvitelli” e in collaborazione con Centri esteri degli Stati Uniti d’ America (Tample University, Philadelphia; A. Einstein College of Medicine, NYC; Stanford University, Paolo Alto; USA)
