DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-025-08636-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40783651
تاريخ النشر: 2025-08-10
المؤلف: Joshua H. Bourne وآخرون
الموضوع الرئيسي: آليات الالتهاب العصبي والتنكس العصبي
نظرة عامة
في هذه الدراسة، نحقق في دور الالتهاب العصبي في السكتة الدماغية الإقفارية، مع التركيز على عدم كفاية العلاجات الحالية التي تركز بشكل أساسي على إزالة الجلطات مع تجاهل الاستجابة الالتهابية. لم تسفر التجارب السريرية السابقة التي تستهدف خلايا المناعة المحيطية عن نتائج محسنة، مما يشير إلى وجود فجوة في فهم آليات الالتهاب العصبي. تبحث أبحاثنا في تركيبة خلايا المناعة ومستويات السيتوكينات في نموذج الفأر قبل السريري في مراحل فرط الحدة (3 ساعات) والحادة (24 ساعة) بعد السكتة. وجدنا أن السيتوكينات الالتهابية كانت مرتفعة في أنسجة الدماغ في وقت مبكر يصل إلى 3 ساعات بعد الحدث، قبل تسلل العدلات والوحيدات التي لوحظت بعد 24 ساعة.
علاوة على ذلك، لاحظنا أن استنفاد خلايا المناعة المحيطية لم يقلل من الالتهاب العصبي أو يعزز الوظيفة الحسية الحركية. كشفت التصوير الحي لفئران Cx3cr1 gfp/+ أن الميكروغليا، وهي خلايا المناعة المقيمة في الدماغ، أظهرت تغييرات شكلية سريعة وزيادة في إنتاج السيتوكينات بعد فترة وجيزة من بدء السكتة. تشير هذه النتائج إلى أن الميكروغليا هي وسطاء حاسمون في الالتهاب العصبي المبكر، وأن استهداف وظيفتها في نقاط زمنية ذات صلة سريرياً قد يقدم استراتيجية واعدة لتحسين التعافي بعد السكتة الدماغية الإقفارية.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام ذكور الفئران البالغة التي تتراوح أعمارها بين 7-10 أسابيع، والتي تم إيواؤها في منشأة خالية من مسببات الأمراض المحددة في منطقة موناش الصحية للترجمة (MHTP-AF) في كلايتون، أستراليا. تم تكييف الفئران لمدة لا تقل عن سبعة أيام قبل التجربة، مع الحفاظ على ظروف حياتها في بيئة خاضعة للرقابة تتميز بدورة ضوء/ظلام مدتها 12 ساعة والوصول غير المقيد إلى الطعام والماء. تم الحصول على فئران C57BL/6J من منصة أبحاث الحيوانات في موناش، بينما تم إنتاج فئران Cx3cr1 gfp/+ داخلياً من خلال تربية فئران Cx3cr1 gfp/gfp مع فئران C57BL/6J. بالإضافة إلى ذلك، تم تضمين فئران ناقلة العدلات (Catchup IVM-red) وفئران ناقصة CCR2 (Ccr2 rfp/rfp) في الدراسة.
اتبعت جميع الإجراءات التجريبية المعايير الأخلاقية التي وضعتها القوانين الأسترالية، وبشكل خاص قانون فيكتوريا لمنع القسوة على الحيوانات لعام 1986، وحصلت على موافقة من لجنة أخلاقيات الحيوانات في مركز موناش الطبي (MMCB/2021/32). تضمن هذه المنهجية الصارمة موثوقية ونزاهة أخلاقية لنتائج البحث.
النتائج
تظهر نتائج الدراسة أن نموذج السكتة الدماغية الضوئية (PT) يحفز بشكل فعال نقص تروية الدماغ السريع وعجز حركي كبير. بعد تحفيز السكتة عبر حقن الورد البنغالي الحساس للضوء وتطبيق الليزر البارد، لوحظ حجم احتشاء ملحوظ، حيث زاد من $2.7 \pm 0.6 \, \text{mm}^3$ بعد 3 ساعات إلى $15.2 \pm 4.0 \, \text{mm}^3$ بعد 24 ساعة. وقد صاحب هذا التقدم فقدان ملحوظ في سلامة الأوعية الدموية الدماغية، كما يتضح من تسرب صبغة إيفانز الأزرق وديكستران رودامين B إلى نسيج الدماغ خلال 30 دقيقة بعد السكتة. بالإضافة إلى ذلك، تم تسجيل زيادة بنسبة 10% في وزن الدماغ بسبب تسرب الأوعية الدموية والوذمة بعد 24 ساعة، مما تم تأكيده بواسطة التصوير بالرنين المغناطيسي الحي.
كشفت التقييمات العصبية أنه بينما ظلت الوظيفة الحسية الحركية، كما تم قياسها بواسطة اختبار إزالة الشريط اللاصق، غير متأثرة بعد 24 ساعة من السكتة، لوحظ عجز حركي كبير في اختبار تعليق السلك. على وجه التحديد، كانت الوظيفة الحركية متأثرة بشدة، مع ملاحظة عجز بنسبة 73.8% بعد 3 ساعات و81.5% بعد 24 ساعة مقارنة بالتحكم الوهمي. تؤكد هذه النتائج فعالية نموذج السكتة الدماغية الضوئية في تكرار العجز العصبي المرتبط بالسكتة الدماغية الإقفارية، مع تسليط الضوء بشكل خاص على العجز الحركي المستمر الناتج عن الإصابة الدماغية المحفزة.
المناقشة
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون في دور الالتهاب العصبي وتسلل خلايا المناعة المحيطية بعد السكتة الدماغية الضوئية (PT) في الفئران. وجدوا أن السيتوكينات الالتهابية، مثل الإنترلوكين (IL)-1α، IL-1β، وعامل نخر الورم (TNF)-α، كانت مرتفعة بشكل كبير في مركز الاحتشاء خلال 3 ساعات بعد السكتة، مع زيادة إضافية لوحظت بعد 24 ساعة. من المثير للاهتمام أن تسلل خلايا المناعة المحيطية، بما في ذلك العدلات والوحيدات، كان ضئيلاً بعد 3 ساعات ولكنه زاد بشكل كبير بعد 24 ساعة. يشير هذا إلى أن الاستجابة الالتهابية الأولية مدفوعة بشكل أساسي بواسطة خلايا الدماغ المقيمة، وخاصة الميكروغليا، بدلاً من خلايا المايلويد المحيطية.
كشفت التجارب الإضافية التي تضمنت استنفاد خلايا المايلويد المحيطية عن عدم وجود تغييرات كبيرة في ملف السيتوكينات الالتهابية أو نتائج الوظيفة الحركية، مما يشير إلى أن هذه الخلايا لا تساهم في الالتهاب العصبي أو التعافي في المرحلة الحادة بعد السكتة. بالإضافة إلى ذلك، أبرزت الدراسة أن الميكروغليا خضعت لتغييرات شكلية كبيرة بعد فترة وجيزة من السكتة، تتميز بتقليل تعقيد الشجيرات وزيادة حجم جسم الخلية، والتي استمرت وتفاقمت مع مرور الوقت. تؤكد هذه النتائج الدور الحاسم للميكروغليا في الاستجابة الالتهابية المبكرة للسكتة، مما يشير إلى أنها قد تكون المصدر الرئيسي للسيتوكينات الالتهابية خلال المرحلة الفرط حادة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-025-08636-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40783651
Publication Date: 2025-08-10
Author(s): Joshua H. Bourne et al.
Primary Topic: Neuroinflammation and Neurodegeneration Mechanisms
Overview
In this study, we investigate the role of neuroinflammation in ischemic stroke, emphasizing the inadequacy of current treatments that primarily focus on clot removal while neglecting the inflammatory response. Previous clinical trials targeting peripheral immune cells have not yielded improved outcomes, indicating a gap in understanding the mechanisms of neuroinflammation. Our research examines the immune cell composition and cytokine levels in a preclinical mouse model at hyperacute (3 hours) and acute (24 hours) stages post-stroke. We found that inflammatory cytokines were elevated in brain tissue as early as 3 hours after the event, prior to the infiltration of neutrophils and monocytes observed at 24 hours.
Furthermore, we observed that depleting peripheral immune cells did not reduce neuroinflammation or enhance sensorimotor function. Intravital imaging of Cx3cr1 gfp/+ mice revealed that microglia, the resident immune cells of the brain, exhibited rapid morphological changes and increased cytokine production shortly after stroke onset. These findings suggest that microglia are critical mediators of early neuroinflammation, and targeting their function at clinically relevant timepoints may offer a promising strategy to improve recovery following ischemic stroke.
Methods
In this study, adult male mice aged 7-10 weeks were utilized, housed in a specific pathogen-free facility at the Monash Health Translational Precinct (MHTP-AF) in Clayton, Australia. The mice were acclimatized for at least seven days prior to experimentation, with their living conditions maintained in a controlled environment featuring a 12-hour light/dark cycle and unrestricted access to food and water. The wild-type C57BL/6J mice were sourced from the Monash Animal Research Platform, while Cx3cr1 gfp/+ mice were produced in-house through the breeding of Cx3cr1 gfp/gfp mice with C57BL/6J mice. Additionally, neutrophil-reporter (Catchup IVM-red) and CCR2-deficient (Ccr2 rfp/rfp) mice were included in the study.
All experimental procedures adhered to the ethical standards set forth by Australian law, specifically the Victorian Prevention of Cruelty to Animals Act 1986, and received approval from the Monash Medical Center Animal Ethics Committee (MMCB/2021/32). This rigorous methodology ensures the reliability and ethical integrity of the research findings.
Results
The results of the study demonstrate that the photothrombotic (PT) stroke model effectively induces rapid cerebral ischemia and significant motor dysfunction. Following the induction of stroke via the injection of photosensitive rose bengal and cold laser application, a notable infarct volume was observed, increasing from $2.7 \pm 0.6 \, \text{mm}^3$ at 3 hours to $15.2 \pm 4.0 \, \text{mm}^3$ at 24 hours. This progression was accompanied by a marked loss of cerebral vascular integrity, evidenced by the leakage of Evans blue and Rhodamine B dextran into the brain parenchyma within 30 minutes post-stroke. Additionally, a 10% increase in brain weight due to vascular leakage and edema was recorded at 24 hours, corroborated by intravital MRI imaging.
Neurological assessments revealed that while sensorimotor function, as measured by the adhesive tape removal test, remained unaffected 24 hours post-stroke, significant motor impairment was observed in the wire hang test. Specifically, motor function was severely compromised, with a 73.8% impairment noted at 3 hours and an 81.5% impairment at 24 hours compared to sham controls. These findings underscore the efficacy of the PT stroke model in replicating the neurological deficits associated with ischemic stroke, particularly highlighting the sustained motor dysfunction resulting from the induced brain injury.
Discussion
In this study, the authors investigated the role of neuroinflammation and peripheral immune cell infiltration following photothrombotic (PT) stroke in mice. They found that inflammatory cytokines, such as interleukin (IL)-1α, IL-1β, and tumor necrosis factor (TNF)-α, were significantly elevated in the infarct core within 3 hours post-stroke, with further increases observed at 24 hours. Interestingly, the infiltration of peripheral immune cells, including neutrophils and monocytes, was minimal at 3 hours but increased substantially by 24 hours. This suggests that the initial inflammatory response is primarily driven by resident brain cells, particularly microglia, rather than peripheral myeloid cells.
Further experiments involving the depletion of peripheral myeloid cells revealed no significant changes in the inflammatory cytokine profile or motor function outcomes, indicating that these cells do not contribute to neuroinflammation or recovery in the acute phase following stroke. Additionally, the study highlighted that microglia underwent significant morphological changes shortly after stroke, characterized by reduced dendritic complexity and increased cell body volume, which persisted and worsened over time. These findings underscore the critical role of microglia in the early inflammatory response to stroke, suggesting that they may be the primary source of inflammatory cytokines during the hyperacute phase.