Effects of CD4+ T cells on tissue remodeling and autoreactive responses after experimental stroke

Abstract

Lymphocytes, mainly CD4+ T cells, have been identified as one of the key mediators of tissue damage and autoreactivity after stroke. However, potential therapies targeting delayed infiltration of CD4+ T cells are largely unexplored. Here, I investigated the effects of delayed infiltration of CD4+ T cells on tissue remodeling, functional recovery and autoreactive responses by B cells post stroke.

Ischemic stroke was induced by 60 minute middle cerebral artery occlusion (MCAo) in wild type (WT) C57Bl/6 and 2D2 mice in which CD4+ T cells had been genetically modified so that their autoreactive T cell receptors recognize myelin oligodendrocyte glycoprotein. Delayed infiltration of CD4+ T cells was blocked by monoclonal antibodies starting on day 3 after stroke. Tissue remodeling was evaluated by quantitative real-time polymerase chain reaction and histology. Leukocyte infiltration and B-cell autoreactivity were quantified by histology and flow cytometry. Functional recovery was monitored by gait analysis and neurological scoring.

CD4+ T cells infiltrated earlier and accumulated significantly more in the ischemic hemisphere on day 14 in 2D2 mice compared with WT mice. Additionally, the infarct size on day 1 post stroke in 2D2 mice was also significantly larger than in WT mice. The anti-mouse CD4 antibody completely depleted CD4+ cells in the blood, spleen and ischemic brain. Even though infarct size was not significantly reduced, CD4 depletion significantly impaired the entry of B cells as well as the proliferation of activated macrophages and periendothelial cells in 2D2 mice on day 14 post stroke. However, the absence of CD4+ T cells and subsequent blockage of B-cell infiltration had limited influence on tissue fibrosis and motor recovery. The inhibition of B-cell infiltration by CD4 depletion was not significant in WT mice on day 14 post stroke.

In both 2D2 and WT mice with control treatment, infiltrating B cells formed follicle-like aggregates in the ischemic hemispheres. In WT mice, B cells could form follicle-like aggregates up to 7 weeks post stroke. Interestingly, the delayed impairment of memory was more severe at 7 weeks than at 2 weeks post stroke.

In conclusion, migration of B cells towards the ischemic brain depended on the infiltration of autoreactive CD4+ T cells. Follicle-like B cell aggregates temporally correlated with cognitive decline post stroke. Therefore, approaches to prevent delayed infiltration of adaptive immune cells might serve as a potential treatment for stroke patients. Further investigation into improving the understanding and development of novel therapies is warranted.

Lymphozyten, hauptsächlich CD4+ T-Zellen, wurden als einer der Schlüsselfaktoren für Gewebeschäden und Autoreaktivität nach Schlaganfall identifiziert. Potentielle Therapien, die die verzögerte Infiltration von CD4+ T-Zellen verhindern, sind jedoch weitgehend unerforscht. In meiner Doktorarbeit untersuchte ich die Auswirkungen der verzögerten Infiltration von CD4+ TZellen auf die Gewebeumstrukturierung, die funktionelle Erholung und die Autoreaktivität von BZellen nach Schlaganfall. Ein ischämischer Schlaganfall wurde durch 60 minütige Okklusion der mittleren zerebralen Arterie (middle cerebral artery occlusion, MCAo) in Wildtyp (WT) C57Bl/6- und 2D2 Mäusen induziert. 2D2 Mäuse besitzen genetisch modifizierte CD4+ T-Zellen so, dass ihre T-Zell-Rezeptoren das Myelin Oligodendrozyten Glykoprotein erkennen und die somit hohes autoreaktives Potenzial aufweisen. Die verzögerte Infiltration von CD4+ T-Zellen wurde in den Mäusen durch Verabreichung monoklonaler Antikörper blockiert, beginnend am Tag 3 nach dem Schlaganfall. Die Gewebeumstrukturierung wurde mittels quantitativer real-time Polymerase-Kettenreaktion und Histologie untersucht. Leukozyteninfiltration und B-Zell-Autoreaktivität nach Schlaganfall wurden durch Histologie und Durchflusszytometrie quantifiziert. Zur Untersuchung der funktionellen Erholung wurden Ganganalyse und neurologische Scores eingesetzt. In 2D2 Mäusen infiltrierten CD4+ T-Zellen früher und an Tag 14 in größerer Zahl in die ischämische Hemisphäre verglichen mit WT-Mäusen. Zusätzlich war die Infarktgröße am Tag 1 nach Schlaganfall in 2D2-Mäusen signifikant größer als die in WT-Mäusen. Der anti-Maus CD4 Antikörper führte zur vollständigen Depletion von CD4+ Zellen in Blut, Milz und im ischämischen Gehirn. Obwohl die Infarktgröße durch die Behandlung nicht signifikant reduziert wurde, beeinträchtigte die CD4-Depletion signifikant den Eintritt von B-Zellen, die Proliferation von aktivierten Makrophagen sowie periendothelialen Zellen in 2D2-Mäusen am Tag 14 nach dem Schlaganfall. Die Abwesenheit von CD4+ T-Zellen und die resultierende Blockierung von B-Zellen hatten jedoch einen begrenzten Einfluss auf die Gewebsfibrose und die motorische Erholung. Die Hemmung der B-Zell-Infiltration durch CD4-Depletion war am Tag 14 nach Schlaganfall in WT-Mäusen nicht signifikant. Sowohl in 2D2 Kontrollen als auch in WT Mäusen mit Kontrollbehandlung bildeten B-Zellen follikelartige Aggregate in ischämischen Hemisphären. In WT-Mäusen konnten B-Zellen bis zu 7 Wochen nach Schlaganfall follikelartige Aggregate aufrechterhalten. Die längerfristige Beeinträchtigung des Gedächtnisses nach 7 Wochen war dabei schwerer als 2 Wochen nach dem Schlaganfall. Zusammenfassend konnte ich in dieser Arbeit zeigen, dass die Migration von B-Zellen ins ischämische Gehirn von der Infiltration autoreaktiver CD4+ T-Zellen abhängt. Follikelartige B-Zell- Aggregate korrelieren zeitlich mit kognitiver Beeinträchtigung nach Schlaganfall. Daher könnten Ansätze zur Verhinderung einer verzögerten Infiltration von adaptiven Immunzellen als potentielle Behandlung von Schlaganfallpatienten dienen. Weitere Untersuchungen zur Verbesserung unseres Verständnisses und der Entwicklung neuer Therapien stehen in den nächsten Jahren an.