Intraplaque hemorrhage is common in advanced coronary atherosclerotic lesions. The relation between hemorrhage and the vulnerability of plaque to disruption may involve the accumulation of free cholesterol from erythrocyte membranes.We stained multiple coronary lesions from 24 randomly selected patients who had died suddenly of coronary causes with an antibody against glycophorin A (a protein specific to erythrocytes that facilitates anion exchange) and Mallory's stain for iron (hemosiderin), markers of previous intraplaque hemorrhage. Coronary lesions were classified as lesions with pathologic intimal thickening, fibrous-cap atheromas with cores in an early or late stage of necrosis, or thin-cap fibrous atheromas (vulnerable plaques). The arterial response to plaque hemorrhage was further defined in a rabbit model of atherosclerosis.Only traces of glycophorin A and iron were found in lesions with pathologic intimal thickening or fibrous-cap atheromas with cores in an early stage of necrosis. In contrast, fibroatheromas with cores in a late stage of necrosis or thin caps had a marked increase in glycophorin A in regions of cholesterol clefts surrounded by iron deposits. Larger amounts of both glycophorin A and iron were associated with larger necrotic cores and greater macrophage infiltration. Rabbit lesions with induced intramural hemorrhage consistently showed cholesterol crystals with erythrocyte fragments, foam cells, and iron deposits. In contrast, control lesions from the same animals had a marked reduction in macrophages and lipid content.By contributing to the deposition of free cholesterol, macrophage infiltration, and enlargement of the necrotic core, the accumulation of erythrocyte membranes within an atherosclerotic plaque may represent a potent atherogenic stimulus. These factors may increase the risk of plaque destabilization.

Background— The long-term safety of drug-eluting stents (DES) for acute myocardial infarction (AMI) remains uncertain. Using autopsy data, we evaluated the pathological responses of the stented segment in patients treated with DES for AMI and compared with patients with stable angina. Methods and Results— From the CVPath Registry of 138 DES autopsies, we identified 25 patients who presented with AMI and had an underlying necrotic core with a ruptured fibrous cap. Twenty-six patients who had stable angina with thick-cap fibroatheroma treated by DES were selected as controls. Histomorphometric analysis was performed in patients with >30-day stent duration. We compared the response to stenting at the culprit site in these 2 groups and to nonculprit sites within each stent. Late stent thrombosis was significantly less frequent in stable (11%) than in AMI (41%; P =0.04) patients. Although neointimal thickness in the AMI culprit site was significantly less (median, 0.04 mm; interquartile range [IQR], 0.02 to 0.09 mm), the prevalence of uncovered struts (49%; IQR, 16% to 96%), fibrin deposition (63±28%), and inflammation (35%; IQR, 27% to 49%) were significantly greater compared with the culprit site in stable patients (neointimal thickness: 0.11 mm [IQR, 0.07 to 0.21 mm], P =0.008; uncovered struts: 9% [IQR, 0% to 39%], P =0.01; fibrin: 36±27%, P =0.008; inflammation, 17% [IQR, 7% to 25%], P =0.003) and the nonculprit site within each stent. Conclusions— Vessel healing at the culprit site in AMI patients treated with DES is substantially delayed compared with the culprit site in patients receiving DES for stable angina, emphasizing the importance of underlying plaque morphology in the arterial response to DES. Our data suggest an increased risk of thrombotic complications in patients treated with DES for AMI.

Background— Clinical trials have demonstrated that the second-generation cobalt-chromium everolimus-eluting stent (CoCr-EES) is superior to the first-generation paclitaxel-eluting stent (PES) and is noninferior or superior to the sirolimus-eluting stent (SES) in terms of safety and efficacy. It remains unclear whether vascular responses to CoCr-EES are different from those to SES and PES because the pathology of CoCr-EES has not been described in humans. Methods and Results— A total of 204 lesions (SES=73; PES=85; CoCr-EES=46) from 149 autopsy cases with duration of implantation >30 days and ≤3 years were pathologically analyzed, and comparison of vascular responses was corrected for duration of implantation. The observed frequency of late and very late stent thrombosis was less in CoCr-EES (4%) versus SES (21%; P =0.029) and PES (26%; P =0.008). Neointimal thickness was comparable among the groups, whereas the percentage of uncovered struts was strikingly lower in CoCr-EES (median=2.6%) versus SES (18.0%; P <0.0005) and PES (18.7%; P <0.0005). CoCr-EES showed a lower inflammation score (with no hypersensitivity) and less fibrin deposition versus SES and PES. The observed frequency of neoatherosclerosis, however, did not differ significantly among the groups (CoCr-EES=29%; SES=35%; PES=19%). CoCr-EES had the least frequency of stent fracture (CoCr-EES=13%; SES=40%; PES=19%; P =0.007 for CoCr-EES versus SES), whereas fracture-related restenosis or thrombosis was comparable among the groups (CoCr-EES=6.5%; SES=5.5%; PES=1.2%). Conclusions— CoCr-EES demonstrated greater strut coverage with less inflammation, less fibrin deposition, and less late and very late stent thrombosis compared with SES and PES in human autopsy analysis. Nevertheless, the observed frequencies of neoatherosclerosis and fracture-related adverse pathological events were comparable in these devices, indicating that careful long-term follow-up remains important even after CoCr-EES placement.

Objective— Children with Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS) exhibit dramatically accelerated cardiovascular disease (CVD), causing death from myocardial infarction or stroke between the ages of 7 and 20 years. We undertook the first histological comparative evaluation between genetically confirmed HGPS and the CVD of aging. Methods and Results— We present structural and immunohistological analysis of cardiovascular tissues from 2 children with HGPS who died of myocardial infarction. Both had features classically associated with the atherosclerosis of aging, as well as arteriolosclerosis of small vessels. In addition, vessels exhibited prominent adventitial fibrosis, a previously undescribed feature of HGPS. Importantly, although progerin was detected at higher rates in the HGPS coronary arteries, it was also present in non-HGPS individuals. Between the ages of 1 month and 97 years, progerin staining increased an average of 3.34% per year ( P <0.0001) in coronary arteries. Conclusion— We find concordance among many aspects of cardiovascular pathology in both HGPS and geriatric patients. HGPS generates a more prominent adventitial fibrosis than typical CVD. Vascular progerin generation in young non-HGPS individuals, which significantly increases throughout life, strongly suggests that progerin has a role in cardiovascular aging of the general population.

Although lipoprotein-associated phospholipase A2 (Lp-PLA2) has received recent attention as a biomarker of inflammation and risk for acute coronary events, its relative expression in coronary plaque phenotypes, including unstable lesions, has not been established.Coronary segments (n=30) were prospectively collected from 25 sudden coronary death patients for immunolocalization of Lp-PLA2. Lesion morphologies were classified as pathologic intimal thickening, fibroatheromas, thin-cap fibroatheromas (fibrous cap thicknesses <65 microm), and rupture. The expression of Lp-PLA2 was detected using a specific monoclonal antibody. Apoptosis was identified by DNA end-labeling using terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT). Lp-PLA2 staining in early plaques was absent or minimally detected. In contrast, thin-cap fibroatheromas and ruptured plaques showed intense Lp-PLA2 expression within necrotic cores and surrounding macrophages including those in the fibrous cap. The degree of macrophage apoptosis was greater in thin-cap fibroatheroma and ruptures compared with less advanced plaques with additional double labeling studies showing Lp-PLA2 present in apoptotic cells in regions of high macrophage density.Lp-PLA2 is strongly expressed within the necrotic core and surrounding macrophages of vulnerable and ruptured plaques, with relatively weak staining in less advanced lesions. These findings together with the association of Lp-PLA2 in apoptotic macrophages suggest a potential role in promoting plaque instability.

Intake of hemoglobin by the hemoglobin-haptoglobin receptor CD163 leads to a distinct alternative non-foam cell antiinflammatory macrophage phenotype that was previously considered atheroprotective. Here, we reveal an unexpected but important pathogenic role for these macrophages in atherosclerosis. Using human atherosclerotic samples, cultured cells, and a mouse model of advanced atherosclerosis, we investigated the role of intraplaque hemorrhage on macrophage function with respect to angiogenesis, vascular permeability, inflammation, and plaque progression. In human atherosclerotic lesions, CD163+ macrophages were associated with plaque progression, microvascularity, and a high level of HIF1α and VEGF-A expression. We observed irregular vascular endothelial cadherin in intraplaque microvessels surrounded by CD163+ macrophages. Within these cells, activation of HIF1α via inhibition of prolyl hydroxylases promoted VEGF-mediated increases in intraplaque angiogenesis, vascular permeability, and inflammatory cell recruitment. CD163+ macrophages increased intraplaque endothelial VCAM expression and plaque inflammation. Subjects with homozygous minor alleles of the SNP rs7136716 had elevated microvessel density, increased expression of CD163 in ruptured coronary plaques, and a higher risk of myocardial infarction and coronary heart disease in population cohorts. Thus, our findings highlight a nonlipid-driven mechanism by which alternative macrophages promote plaque angiogenesis, leakiness, inflammation, and progression via the CD163/HIF1α/VEGF-A pathway.

Background: Cardiac injury is common in patients who are hospitalized with coronavirus disease 2019 (COVID-19) and portends poorer prognosis. However, the mechanism and the type of myocardial damage associated with severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) remain uncertain. Methods: We conducted a systematic pathological analysis of 40 hearts from hospitalized patients dying of COVID-19 in Bergamo, Italy, to determine the pathological mechanisms of cardiac injury. We divided the hearts according to presence or absence of acute myocyte necrosis and then determined the underlying mechanisms of cardiac injury. Results: Of the 40 hearts examined, 14 (35%) had evidence of myocyte necrosis, predominantly of the left ventricle. Compared with subjects without necrosis, subjects with necrosis tended to be female, have chronic kidney disease, and have shorter symptom onset to admission. The incidence of severe coronary artery disease (ie, >75% cross-sectional narrowing) was not significantly different between those with and without necrosis. Three of 14 (21.4%) subjects with myocyte necrosis showed evidence of acute myocardial infarction, defined as ≥1 cm 2 area of necrosis, whereas 11 of 14 (78.6%) showed evidence of focal (>20 necrotic myocytes with an area of ≥0.05 mm 2 but <1 cm 2 ) myocyte necrosis. Cardiac thrombi were present in 11 of 14 (78.6%) cases with necrosis, with 2 of 14 (14.2%) having epicardial coronary artery thrombi, whereas 9 of 14 (64.3%) had microthrombi in myocardial capillaries, arterioles, and small muscular arteries. We compared cardiac microthrombi from COVID-19–positive autopsy cases to intramyocardial thromboemboli from COVID-19 cases as well as to aspirated thrombi obtained during primary percutaneous coronary intervention from uninfected and COVID-19–infected patients presenting with ST-segment–elevation myocardial infarction. Microthrombi had significantly greater fibrin and terminal complement C5b-9 immunostaining compared with intramyocardial thromboemboli from COVID-19–negative subjects and with aspirated thrombi. There were no significant differences between the constituents of thrombi aspirated from COVID-19–positive and –negative patients with ST-segment–elevation myocardial infarction. Conclusions: The most common pathological cause of myocyte necrosis was microthrombi. Microthrombi were different in composition from intramyocardial thromboemboli from COVID-19–negative subjects and from coronary thrombi retrieved from COVID-19–positive and –negative patients with ST-segment–elevation myocardial infarction. Tailored antithrombotic strategies may be useful to counteract the cardiac effects of COVID-19 infection.

Polygenic risk scores (PRS) for coronary artery disease (CAD) potentially improve cardiovascular risk prediction. However, their relationship with histopathologic features of CAD has never been examined systematically.From 4,327 subjects referred to CVPath by the State of Maryland Office Chief Medical Examiner (OCME) for sudden death between 1994 and 2015, 2,455 cases were randomly selected for genotyping. We generated PRS from 291 known CAD risk loci. Detailed histopathologic examination of the coronary arteries was performed in all subjects. The primary study outcome measurements were histopathologic plaque features determining severity of atherosclerosis, including %stenosis, calcification, thin-cap fibroatheromas (TCFA), and thrombotic CAD.After exclusion of cases with insufficient DNA sample quality or with missing data, 954 cases (mean age 48.8±14.7; 75.7% men) remained in the final study cohort. Subjects in the highest PRS quintile exhibited more severe atherosclerosis compared to subjects in the lowest quintile, with greater %stenosis (80.3%±27.0% vs. 50.4%±38.7%; adjusted p<0.001) and a higher frequency of calcification (69.6% vs. 35.8%; adjusted p=0.004) and TCFAs (26.7% vs. 9.5%; adjusted p=0.007). Even after adjustment for traditional CAD risk factors subjects within the highest PRS quintile had higher odds of severe atherosclerosis (i.e., ≥75% stenosis; adjusted OR 3.77; 95%CI 2.10-6.78; p<0.001) and plaque rupture (adjusted OR 4.05; 95%CI 2.26-7.24; p<0.001). Moreover, subjects within the highest quintile had higher odds of CAD-associated cause of death, especially among those aged 50 years and younger (adjusted OR 4.08; 95%CI 2.01-8.30; p<0.001). No associations were observed with plaque erosion.This is the first autopsy study investigating associations between PRS and atherosclerosis severity at the histopathologic level in subjects with sudden death. Our pathological analysis suggests PRS correlates with plaque burden and features of advanced atherosclerosis and may be useful as a method for CAD risk stratification, especially in younger subjects.In this autopsy study including 954 subjects within the CVPath Sudden Death Registry, high PRS correlated with plaque burden and atherosclerosis severity.The PRS showed differential associations with plaque rupture and plaque erosion, suggesting different etiologies to these two causes of thrombotic CAD.PRS may be useful for risk stratification, particularly in the young. Further examination of individual risk loci and their association with plaque morphology may help understand molecular mechanisms of atherosclerosis, potentially revealing new therapy targets of CAD.A polygenic risk score, generated from 291 known CAD risk loci, was assessed in 954 subjects within the CVPath Sudden Death Registry. Histopathologic examination of the coronary arteries was performed in all subjects. Subjects in the highest PRS quintile exhibited more severe atherosclerosis as compared to subjects in the lowest quintile, with a greater plaque burden, more calcification, and a higher frequency of plaque rupture.