Региональные особенности активации фагоцитоза в мозге крыс в условиях сепсис-ассоциированной энцефалопатии

Авторы

  • T. V. Shulyatnikova Zaporizhzhia State Medical University, Ukraine
  • V. O. Shavrin Zaporizhzhia State Medical University, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.14739/2310-1210.2021.1.224921

Ключевые слова:

сепсис-ассоциированная энцефалопатия, фагоцитоз, микроглия, CD68, просвечивающая электронная микроскопия

Аннотация

Региональные особенности активации фагоцитоза в мозге крыс в условиях сепсис-ассоциированной энцефалопатии

В условиях сепсис-ассоциированной энцефалопатии (САЭ) внутримозговой нейровоспалительный ответ считают одним из главенствующих механизмов тканевого повреждения и нарушения мозгового гомеостаза. Основная клеточная популяция мозга, отвечающая за иммунный ответ, – микроглия, а ее фагоцитарная активность является основополагающей функцией, обеспечивающей ее и гомеостатические, и повреждающие свойства.

Цель работы – определение иммуногистохимических и ультраструктурных особенностей активации фагоцитоза в разных областях головного мозга крыс в условиях экспериментального сепсиса.

Материалы и методы. Исследование проведено на крысах линии Вистар: 5 ложнооперированных животных и 20 крыс с перевязкой и пункцией слепой кишки (CLP). Проведено иммуногистохимическое исследование экспрессии маркера CD68 в коре, белом веществе, гиппокампе, таламусе, хвостатом ядре/скорлупе в срок 20–48 ч послеоперационного периода. С помощью трансмиссионной электронной микроскопии исследована кора больших полушарий.

Результаты. В срок после 20 часов послеоперационного периода отмечают существенное динамическое повышение значений относительной площади экспрессии CD68, количества иммунопозитивных клеток, а также процента иммунопозитивных клеток с амебоидной морфологией у всех животных CLP группы с преобладанием показателей у крыс летальной группы. Наиболее высокие показатели активности фагоцитоза отмечены в белом веществе и хвостатом ядре/скорлупе в группе и умерших, и выживших животных. Ультраструктурно для микроглиоцитов группы умерших животных характерны признаки активно фагоцитирующих клеток и распространенное глио-нейрональное взаимодействие; у выживших животных фагоцитирующая микроглия показала активное участие в процессах элиминации некротического детрита в сосудистое русло.

Выводы. В условиях САЭ в мозге отмечено раннее и динамическое нарастание признаков активации фагоцитоза с преимущественной локализацией в белом веществе и хвостатом ядре/скорлупе. Предположительно, это может указывать на особую роль этих областей мозга в механизмах нейровоспалительного ответа в условиях системного воспаления. В мозге умерших животных показатели фагоцитоза имеют более высокие значения по сравнению с группой выживших. Скорее всего, это свидетельствует о закономерной реакции микроглии на более выраженные процессы деструкции, но не исключает одновременное нейротоксическое воздействие CD68-позитивных клеток на окружающую нервную ткань.

Библиографические ссылки

Shuliatnikova, T. V., & Shavrin, V. O. (2018). Sepsis associated encephalopathy and abdominal sepsis: current state of problem. Art of Medicine, (3), 158-165.

Lamar, C. D., Hurley, R. A., & Taber, K. H. (2011). Sepsis-Associated Encephalopathy: Review of the Neuropsychiatric Manifestations and Cognitive Outcome. The Journal of Neuropsychiatry and Clinical Neurosciences, 23(3), 237-241. https://doi.org/10.1176/jnp.23.3.jnp237

Lannes, N., Eppler, E., Etemad, S., Yotovski, P., & Filgueira, L. (2017). Microglia at center stage: a comprehensive review about the versatile and unique residential macrophages of the central nervous system. Oncotarget, 8(69), 114393-114413. https://doi.org/10.18632/oncotarget.23106

Li, Q., & Barres, B. A. (2018). Microglia and macrophages in brain homeostasis and disease. Nature Reviews Immunology, 18(4), 225-242. https://doi.org/10.1038/nri.2017.125

Michels, M., Sonai, B., & Dal-Pizzol, F. (2017). Polarization of microglia and its role in bacterial sepsis. Journal of Neuroimmunology, 303, 90-98. https://doi.org/10.1016/j.jneuroim.2016.12.015

Michels, M., Danielski, L. G., Dal-Pizzol, F., & Petronilho, F. (2014). Neuroinflammation: Microglial Activation During Sepsis. Current Neurovascular Research, 11(3), 262-270. https://doi.org/10.2174/1567202611666140520122744

Hoogland, I. C., Houbolt, C., van Westerloo, D. J., van Gool, W. A., & van de Beek, D. (2015). Systemic inflammation and microglial activation: systematic review of animal experiments. Journal of Neuroinflammation, 12, Article 114. https://doi.org/10.1186/s12974-015-0332-6

Shuliatnikova, T. V., & Shavrin, V. O. (2020). Ul'trastrukturnye osobennosti sostoyaniya astroglial'noi endosomal'noi sistemy pri sepsis-assotsiirovannoi entsefalopatii [Ultrastructural features of astroglial endosomal system state in sepsis-associated encephalopathy]. Pathologia, 17(1), 60-67. https://doi.org/10.14739/2310-1237.2020.1.203742 [in Russian].

De Biase, L. M., & Bonci, A. (2019). Region-Specific Phenotypes of Microglia: The Role of Local Regulatory Cues. The Neuroscientist, 25(4), 314-333. https://doi.org/10.1177/1073858418800996

Lee, J., Hamanaka, G., Lo, E. H., & Arai, K. (2019). Heterogeneity of microglia and their differential roles in white matter pathology. CNS Neuroscience & Therapeutics, 25(12), 1290-1298. https://doi.org/10.1111/cns.13266

Yeo, H. G., Hong, J. J., Lee, Y., Yi, K. S., Jeon, C. Y., Park, J., Won, J., Seo, J., Ahn, Y. J., Kim, K., Baek, S. H., Hwang, E. H., Kim, G., Jin, Y. B., Jeong, K. J., Koo, B. S., Kang, P., Lim, K. S., Kim, S. U., Huh, J. W., … Lee, S. R. (2019). Increased CD68/TGFβ Co-expressing Microglia/ Macrophages after Transient Middle Cerebral Artery Occlusion in Rhesus Monkeys. Experimental Neurobiology, 28(4), 458-473. https://doi.org/10.5607/en.2019.28.4.458

Liddelow, S. A., Guttenplan, K. A., Clarke, L. E., Bennett, F. C., Bohlen, C. J., Schirmer, L., Bennett, M. L., Münch, A. E., Chung, W. S., Peterson, T. C., Wilton, D. K., Frouin, A., Napier, B. A., Panicker, N., Kumar, M., Buckwalter, M. S., Rowitch, D. H., Dawson, V. L., Dawson, T. M., Stevens, B., … Barres, B. A. (2017). Neurotoxic reactive astrocytes are induced by activated microglia. Nature, 541(7638), 481-487. https://doi.org/10.1038/nature21029

O'Neil, S. M., Witcher, K. G., McKim, D. B., & Godbout, J. P. (2018). Forced turnover of aged microglia induces an intermediate phenotype but does not rebalance CNS environmental cues driving priming to immune challenge. Acta Neuropathologica Communications, 6(1), Article 129. https://doi.org/10.1186/s40478-018-0636-8

Doyle, K. P., Cekanaviciute, E., Mamer, L. E., & Buckwalter, M. S. (2010). TGFβ signaling in the brain increases with aging and signals to astrocytes and innate immune cells in the weeks after stroke. Journal of Neuroinflammation, 7, Article 62. https://doi.org/10.1186/1742-2094-7-62

Shulyatnikova, T., & Verkhratsky, A. (2020). Astroglia in Sepsis Associated Encephalopathy. Neurochemical Research, 45(1), 83-99. https://doi.org/10.1007/s11064-019-02743-2

Hoogland, I., Westhoff, D., Engelen-Lee, J. Y., Melief, J., Valls Serón, M., Houben-Weerts, J., Huitinga, I., van Westerloo, D. J., van der Poll, T., van Gool, W. A., & van de Beek, D. (2018). Microglial Activation After Systemic Stimulation With Lipopolysaccharide and Escherichia coli. Frontiers in Cellular Neuroscience, 12, Article 110. https://doi.org/10.3389/fncel.2018.00110

Li, Y., Zhang, R., Hou, X., Zhang, Y., Ding, F., Li, F., Yao, Y., & Wang, Y. (2017). Microglia activation triggers oligodendrocyte precursor cells apoptosis via HSP60. Molecular Medicine Reports, 16(1), 603-608. https://doi.org/10.3892/mmr.2017.6673

Michels, M., Abatti, M. R., Ávila, P., Vieira, A., Borges, H., Carvalho Junior, C., Wendhausen, D., Gasparotto, J., Tiefensee Ribeiro, C., Moreira, J., Gelain, D. P., & Dal-Pizzol, F. (2020). Characterization and modulation of microglial phenotypes in an animal model of severe sepsis. Journal of Cellular and Molecular Medicine, 24(1), 88-97. https://doi.org/10.1111/jcmm.14606

Michels, M., Ávila, P., Pescador, B., Vieira, A., Abatti, M., Cucker, L., Borges, H., Goulart, A. I., Junior, C. C., Barichello, T., Quevedo, J., & Dal-Pizzol, F. (2019). Microglial Cells Depletion Increases Inflammation and Modifies Microglial Phenotypes in an Animal Model of Severe Sepsis. Molecular Neurobiology, 56(11), 7296-7304. https://doi.org/10.1007/s12035-019-1606-2

Brown, G. C., & Neher, J. J. (2014). Microglial phagocytosis of live neurons. Nature Reviews Neuroscience, 15(4), 209-216. https://doi.org/10.1038/nrn3710

Fricker, M., Oliva-Martín, M. J., & Brown, G. C. (2012). Primary phagocytosis of viable neurons by microglia activated with LPS or Aβ is dependent on calreticulin/LRP phagocytic signalling. Journal of Neuroinflammation, 9, Article 196. https://doi.org/10.1186/1742-2094-9-196

Загрузки

Опубликован

2021-02-18

Выпуск

Раздел

Оригинальные исследования