DOI: https://doi.org/10.1038/s41420-025-02350-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39979243
تاريخ النشر: 2025-02-20
المؤلف: Xiaobo Zheng وآخرون
الموضوع الرئيسي: آليات العدلات، الميالوبيروكسيداز والأكسدة
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في دور خلل خلايا بطانة الدماغ (bEC) في انهيار الحاجز الدموي الدماغي (BBB) بعد إصابة الدماغ الرضحية (TBI). وتبرز أن الفخاخ خارج الخلوية للعدلات (NETs) مرتفعة بشكل كبير في كل من الأنسجة الدماغية المصابة والدورة الدموية بعد TBI، مما يساهم في تدمير BBB. توضح الدراسة أن NETs تنشط مسار الإشارة TLR4/NF-κB، مما يؤدي إلى الموت الخلوي النخر في bECs، مما يزيد من تفاقم فقدان سلامة BBB.
بالإضافة إلى ذلك، فإن تنشيط نينجورين-1 (NINJ1) في bECs النخرية يسهل إطلاق بروتين مجموعة الحركة العالية 1 (HMGB1) من خلال تمزق الغشاء البلازمي، مما يعزز تشكيل NETs ويخلق حلقة تغذية راجعة ضارة. من المهم أن يُظهر تقليل NINJ1 تقليل تشكيل NET، وتخفيف تسرب BBB، وتحسين النتائج العصبية بعد TBI. تشير هذه النتائج إلى أن استهداف NINJ1 قد يقدم استراتيجية علاجية جديدة لمكافحة ضرر BBB الناتج عن NET والإصابات المرتبطة بعد TBI.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على القضية الكبيرة للصحة العامة التي تطرحها إصابة الدماغ الرضحية (TBI)، والتي تنتج عن قوى ميكانيكية خارجية وتؤدي إلى معدلات عالية من الوفيات والمراضة. الإصابة الأولية الناتجة عن TBI تبدأ سلسلة من الإصابات الخلوية الثانوية، بما في ذلك خلل الميتوكوندريا والالتهاب العصبي، مما يهدد الحاجز الدموي الدماغي (BBB) ويزيد من خطر الأمراض العصبية. يتكون BBB من وصلات ضيقة بين خلايا بطانة الدماغ (bECs)، وينظم البيئة الداخلية للجهاز العصبي المركزي. ومع ذلك، فإن خلله، الذي تفاقم بسبب تسرب العدلات المفرط أثناء TBI، يساهم في الالتهاب العصبي وموت الخلايا العصبية، مما يؤدي في النهاية إلى نتائج عصبية سيئة.
تناقش الورقة أيضًا دور الفخاخ خارج الخلوية للعدلات (NETs) في علم الأمراض المرتبط بـ TBI، والتي يمكن أن تزيد من الالتهاب وإصابة الأوعية الدموية. تفترض الدراسة أن NETs قد تحفز انهيار BBB من خلال الموت الخلوي النخر لـ bECs، وهو شكل من أشكال موت الخلايا الالتهابي الذي يتوسطه غازدرمين D (GSDMD). يقترح المؤلفون أن مسار الإشارة TLR4/NF-κB، الذي يتم تنشيطه بواسطة NETs، قد يعزز بشكل أكبر الموت الخلوي النخر لـ bECs ونفاذية BBB. بالإضافة إلى ذلك، يستكشفون الدور المحتمل لنينجورين-1 (NINJ1) في تنظيم تمزق الغشاء البلازمي (PMR) لـ bECs النخرية، مما قد يعزز تشكيل NET ويزيد من تفاقم انهيار BBB. تهدف الدراسة إلى توضيح هذه الآليات لتحديد الأهداف العلاجية لتخفيف انهيار BBB وتحسين النتائج بعد TBI.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم جمع أنسجة الدماغ البشرية وعينات الدم بعد بروتوكول معتمد من لجنة الأخلاقيات من مستشفى جينلينغ (رقم الموافقة 2024DZGJJ-190). تم الحصول على أنسجة الدماغ من مرضى يعانون من إصابة دماغية رضحية شديدة (TBI) وغليوما، وتحديدًا أولئك الذين خضعوا لاستئصال أقصى للغليوما الخبيثة لتحسين نتائج البقاء. تم الحصول على عينات الدم، التي تبلغ 2 مل، من كل من المتبرعين الأصحاء والمرضى خلال أسبوع واحد من بداية TBI. تم تأمين الموافقة المستنيرة من جميع المشاركين، وتفاصيل الخصائص السريرية للمرضى والمتبرعين الأصحاء موجودة في الجدول التكميلي.
النتائج
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون في تحفيز الفخاخ خارج الخلوية للعدلات (NETs) حول الأوعية الدماغية بعد إصابة الدماغ الرضحية (TBI) في نموذج فأر. أظهرت النتائج فقدانًا كبيرًا في الأنسجة القشرية في الفئران المصابة بـ TBI مقارنةً بالمجموعة الضابطة، مما يؤكد النجاح في إنشاء نموذج WDI الخاص بـ Feeney. كشفت تحليلات Western blot عن زيادة ملحوظة في علامة العدلات المحددة، الإلاستاز العدلي (NE) في القشرة المصابة، حيث بلغت ذروتها بعد ثلاثة أيام من الإصابة، مما يشير إلى وجود كبير للعدلات. في الوقت نفسه، تم ملاحظة مستويات مرتفعة من الهيستون H3 المترسب (citH3)، وهو علامة NET محددة، مما يدعم المزيد من توليد NETs خلال هذه الفترة.
أكدت دراسات المناعة الفلورية التوزيع المشترك لـ NE وcitH3 وDNA، مع زيادات كبيرة في هذه العلامات في القشرة الجانبية للفئران المصابة بـ TBI مقارنةً بالمجموعة الضابطة. ومن الجدير بالذكر أن NETs وُجدت غنية حول الأوعية الدموية الدماغية، مما يشير إلى استجابة محلية للإصابة. امتدت التحقيقات إلى البشر، حيث أظهرت عينات الدماغ من مرضى TBI مستويات مرتفعة من citH3 مقارنةً بالمجموعة الضابطة. بالإضافة إلى ذلك، كشفت تحليلات البلازما عن تركيزات أعلى بكثير من الحمض النووي مزدوج الشريطة (dsDNA) في مرضى TBI مقارنةً بالمتبرعين الأصحاء، مما يتماشى مع النتائج في الفئران المصابة بـ TBI. تشير هذه النتائج مجتمعة إلى استجابة NET قوية بعد TBI، مع آثار محتملة لفهم الفيزيولوجيا المرضية لإصابة الدماغ.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في الورقة البحثية الضوء على الدور الضار للفخاخ خارج الخلوية للعدلات (NETs) في تعطيل سلامة الحاجز الدموي الدماغي (BBB) بعد إصابة الدماغ الرضحية (TBI). أظهرت التجارب في المختبر أن التعرض لـ NETs قلل بشكل كبير من تعبير بروتينات الوصلات الضيقة، الأوكلاودين وZO-1 في خلايا بطانة الأوعية الدقيقة الدماغية البشرية (hCMECs)، مما يشير إلى وظيفة بطانة مهددة. أكدت الدراسات الحية باستخدام مثبط PAD4 Cl-amidine أن تثبيط تشكيل NET قلل من انهيار BBB، كما يتضح من تقليل تسرب صبغة إيفانز الزرقاء واستعادة تعبير بروتينات الوصلات الضيقة في القشرة المصابة.
علاوة على ذلك، أوضحت الدراسة الآلية التي من خلالها تحفز NETs الموت الخلوي النخر في خلايا بطانة الدماغ من خلال مسار الإشارة TLR4/NF-κB. أدى تنشيط هذا المسار إلى زيادة تنظيم بروتينات مرتبطة بالموت الخلوي النخر، بما في ذلك GSDMD وكاسبيز-1. من الجدير بالذكر أن الدراسة حددت NINJ1 كوسيط حاسم في هذه العملية، مما يسهل تمزق الغشاء البلازمي (PMR) في الخلايا النخرية ويزيد من خلل BBB. لم يقلل تقليل NINJ1 في خلايا البطانة فقط من إطلاق HMGB1 وتسرب العدلات، بل أيضًا حسن النتائج العصبية بعد TBI. بشكل عام، تؤكد هذه النتائج أهمية استهداف NINJ1 لتخفيف تدمير BBB الناتج عن NET والاستجابات الالتهابية المرتبطة به بعد TBI.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41420-025-02350-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39979243
Publication Date: 2025-02-20
Author(s): Xiaobo Zheng et al.
Primary Topic: Neutrophil, Myeloperoxidase and Oxidative Mechanisms
Overview
The research investigates the role of brain endothelial cell (bEC) dysfunction in the breakdown of the blood-brain barrier (BBB) following traumatic brain injury (TBI). It highlights that neutrophil extracellular traps (NETs) are significantly elevated in both contused brain tissue and circulation post-TBI, contributing to BBB disruption. The study elucidates that NETs activate the TLR4/NF-κB signaling pathway, leading to pyroptosis in bECs, which further exacerbates BBB integrity loss.
Additionally, the activation of ninjurin-1 (NINJ1) in pyroptotic bECs facilitates the release of high mobility group box 1 protein (HMGB1) through plasma membrane rupture, promoting further NET formation and creating a detrimental feedback loop. Importantly, the knockdown of NINJ1 was shown to reduce NET formation, mitigate BBB leakage, and enhance neurological outcomes after TBI. These findings suggest that targeting NINJ1 may offer a novel therapeutic strategy to combat NET-induced BBB damage and associated injuries following TBI.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significant public health issue posed by traumatic brain injury (TBI), which results from external mechanical forces and leads to high rates of mortality and morbidity. The primary injury caused by TBI initiates a cascade of secondary cellular injuries, including mitochondrial dysfunction and neuroinflammation, which compromise the blood-brain barrier (BBB) and increase the risk of neurological diseases. The BBB, formed by tight junctions between brain endothelial cells (bECs), regulates the central nervous system’s internal environment. However, its dysfunction, exacerbated by excessive neutrophil infiltration during TBI, contributes to neuroinflammation and neuronal cell death, ultimately resulting in poor neurological outcomes.
The paper also discusses the role of neutrophil extracellular traps (NETs) in TBI pathology, which can aggravate inflammation and vascular injury. The study posits that NETs may induce BBB breakdown through pyroptosis of bECs, a form of inflammatory cell death mediated by gasdermin D (GSDMD). The authors propose that the TLR4/NF-κB signaling pathway, activated by NETs, may further enhance bEC pyroptosis and BBB permeability. Additionally, they explore the potential involvement of Ninjurin-1 (NINJ1) in regulating plasma membrane rupture (PMR) of pyropotic bECs, which could promote NET formation and exacerbate BBB disruption. The study aims to elucidate these mechanisms to identify therapeutic targets for mitigating BBB breakdown and improving outcomes following TBI.
Methods
In this study, human brain tissue and blood samples were collected following an ethics committee-approved protocol from Jinling Hospital (approval No. 2024DZGJJ-190). Brain tissues were sourced from patients with severe traumatic brain injury (TBI) and glioma, specifically those who underwent maximum resection of malignant glioma to enhance survival outcomes. Blood samples, totaling 2 mL, were obtained from both healthy donors and patients within one week of TBI onset. Informed consent was secured from all participants, and the clinical characteristics of the patients and healthy donors are detailed in the Supplementary Table.
Results
In this study, the authors investigated the induction of neutrophil extracellular traps (NETs) around cerebral vessels following traumatic brain injury (TBI) in a mouse model. The results demonstrated significant cortical tissue loss in TBI mice compared to sham controls, confirming the successful establishment of Feeney’s WDI model. Western blot analysis revealed a marked increase in the neutrophil-specific marker neutrophil elastase (NE) in the contused cortex, peaking at three days post-injury, indicating a substantial presence of neutrophils. Concurrently, elevated levels of citrullinated histone H3 (citH3), a specific NET marker, were observed, further supporting the generation of NETs during this period.
Immunofluorescence studies confirmed the colocalization of NE, citH3, and DNA, with significant increases in these markers in the ipsilateral cortex of TBI mice compared to sham controls. Notably, NETs were found to be enriched around cerebral blood vessels, suggesting a localized response to injury. The investigation extended to human subjects, where brain samples from TBI patients exhibited elevated citH3 levels compared to controls. Additionally, plasma analysis revealed significantly higher concentrations of double-stranded DNA (dsDNA) in TBI patients compared to healthy donors, paralleling findings in TBI mice. These results collectively indicate a robust NET response following TBI, with potential implications for understanding the pathophysiology of brain injury.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the detrimental role of neutrophil extracellular traps (NETs) in disrupting blood-brain barrier (BBB) integrity following traumatic brain injury (TBI). In vitro experiments demonstrated that exposure to NETs significantly reduced the expression of tight junction proteins occludin and ZO-1 in human cerebral microvascular endothelial cells (hCMECs), indicating compromised endothelial function. In vivo studies using the PAD4 inhibitor Cl-amidine confirmed that inhibiting NET formation mitigated BBB breakdown, as evidenced by reduced Evans blue dye leakage and restored expression of tight junction proteins in the contused cortex.
Furthermore, the study elucidated the mechanism by which NETs induce pyroptosis in brain endothelial cells through the TLR4/NF-κB signaling pathway. Activation of this pathway led to the upregulation of pyroptosis-related proteins, including GSDMD and caspase-1. Notably, the study identified NINJ1 as a critical mediator in this process, facilitating plasma membrane rupture (PMR) in pyroptotic cells and exacerbating BBB dysfunction. Knockdown of NINJ1 in endothelial cells not only reduced HMGB1 release and neutrophil infiltration but also improved neurological outcomes post-TBI. Overall, these findings underscore the importance of targeting NINJ1 to mitigate NET-induced BBB disruption and its associated inflammatory responses following TBI.