Auflösung der zerebralen Inflammation nach Subarachnoidalblutung

Abstract

Einleitung: Zerebrale Inflammation und neuronaler Zelltod spielen eine wichtige pa-thophysiologische Rolle bei der Entwicklung einer Hirnschädigung nach Subarachno-idalblutung (SAB). In früheren Studien wurden eine Reihe von SAB-induzierten Ent-zündungsprozessen im Gehirn nachgewiesen: Mikroglia-Akkumulation, Freisetzung von proinflammatorischen Zytokinen und neuronaler Zelltod. Die Beendigung dieser entzündlichen Prozesse ist von größter Bedeutung für die Wiederherstellung der Gewebehomöostase nach SAB. Daher wurde in dieser Arbeit die Resolutionsphase dieser Inflammationsprozesse experimentell im SAB-Mausmodell untersucht, wobei die Möglichkeit einer mögliche tertiären Hirnschädigung bei unvollständiger Rückbildung der Inflammation berücksichtigt wurde.

Methoden: Die Auslösung der experimentellen SAB wurde durch das endovaskuläre Filament-Perforationsmodell bei Mäusen durchgeführt. Die Tiere wurden an den Ta-gen 1, 7, 14 und nach 1, 2 und 3 Monaten nach der SAB sakrifiziert. Histologische Gehirnschnitte wurden anschließend in den jeweiligen Gruppen für Iba-1 (Mikroglia/Makrophagen), für NeuN (Neuronen) und mittels TUNEL-Färbung (Apoptose) immunmarkiert. Die Anzahl der Mikroglia und Neuronen wurde in allen Versuchsgruppen zu allen Zeitpunkten in den definierten Regionen erfasst. Zusätzlich wurde die Genexpression verschiedener proinflammatorischer Zytokine in Ganzhirnlysaten mittels qPCR sowie die IL6-Proteinmenge mittels ELISA untersucht. Sham-Mäuse dienten hier als Kontrollen.

Ergebnisse: Es konnte eine wiederhergestellte Gewebehomöostase aufgrund einer signifikanten Verringerung der Mikroglia-/Makrophagenanzahl, der neuronalen Apoptose und der IL6-Proteinkonzentration auf Sham-Niveau einen Monat nach SAB beobachtet werden. Allerdings war die Genexpression von IL6 und TNFα nach einem bzw. zwei Monaten nach SAB weiterhin signifikant erhöht. Die Genexpression von IL1β erreicht am Tag 1 ihr Maximum, wohingegen zu späteren Zeitpunkten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen festgestellt werden konnten.

Diskussion: Obwohl eine Auflösung der Entzündung auf histologischer Ebene beobachtet werden konnte, deutet die Überexpression der untersuchten proinflammatorischen Zytokine auf eine potenzielle tertiäre Hirnschädigung durch unvollständige Auflösung auf molekularer Ebene hin. Die vorliegenden Ergebnisse deuten darauf hin, dass die ablaufenden Prozesse - Inflammation und Resolution – über einen deutlich längeren Zeitraum ablaufen als zunächst angenommen. Die Auflösung der Inflammation und die Wiederherstellung der Gewebehomöostase spielen insbesondere eine wichtige Rolle in der Pathophysiologie der Krankheit und zeigen mögliche Auswirkungen auf die Hirnschädigung und das Outcome nach SAB. Daher ist davon auszugehen, dass ein neuer therapeutischer Ansatz bei der Behandlung von zerebralen Entzündungen nach SAB sorgfältig überdacht werden sollte. Eine Beschleunigung der Auflösungsphase auf zellulärer und molekularer Ebene könnte in diesem Zusammenhang ein möglicher Ansatz sein.

Objective: Cerebral inflammation and neuronal cell death play an important role in the development of brain injury after aneurismal subarachnoid hemorrhage (SAH). SAH remains, despite the improvement through therapeutic interventions, a devastating cerebrovascular disorder with high rates of mortality and long-term disability. Cerebral inflammation is promoted through microglial accumulation and phagocytosis, but also through pro-inflammatory cytokine release and neuronal cell death, among other processes. The termination of these inflammation processes and restoration of tissue homeostasis are of utmost importance regarding a possible chronicity of cerebral inflammation and the improvement of clinical outcomes for affected patients post-SAH. The aim of this study was to analyze the inflammatory resolution phase post-SAH and consider indications for potential tertiary brain damage in the case of incomplete resolution.

Methods: The endovascular filament perforation mouse model was used to induce experimental SAH. On days 1, 7 and 14, and after 1, 2 and 3 months post-SAH induction, animals were sacrificed. Brain cryosections were immunolabeled for NeuN to visualize neurons, Iba-1 to detect microglia. TUNEL staining was also used to identify apoptotic cells. In all experimental groups (SAH- and sham-operated mice), the num-bers of microglia and neuronal cells were counted in regions of interest. Additionally, the gene expression of various proinflammatory cytokines in whole brain samples was analysed using qPCR, and the IL6 protein was quantified using ELISA.

Results: A restoration of tissue homeostasis due to a lowered microglial/macrophage accumulation and neuronal cell death one month after insult was observed. However, mRNA expression of IL6 was still elevated for up to one month post-SAH and TNFα for up to two months. The gene expression of IL1β reached its maximum on day 1, whereas at later time points, no significant differences were detected between the groups.

Conclusions: Although a resolution of inflammation could be observed on the histological level, the overexpression of pro-inflammatory cytokines suggested a potential tertiary brain injury by incomplete resolution on the molecular level. Inflammatory resolution and tissue homeostasis particularly represent an important contribution to the disease pathology and define the impact on brain damage and outcome after SAH. Therefore, a novel complementary or even superior therapeutic approach should be carefully rethought in the management of cerebral inflammation after SAH. In addition, SPMs as high potent anti-inflammatory factors may play an important role in the treatment of inflammatory cerebrovascular diseases and in the sensible interaction between inflammation and resolution. An acceleration of the resolution phase on the cellular and the molecular level could serve as a therapeutic avenue in this context.