Некротизуючий ентероколіт асоціюється з гострими реакціями мозку у недоношених свиней SpringerLink
Анотація
Передумови
Некротизуючий ентероколіт (НЕК) - це гострий запальний розлад кишечника, який виникає у недоношених дітей у перші тижні після народження. Немовлята, які пережили НЕК, часто виявляють порушення нервового розвитку. Механізми, що пов'язують ураження НЕК з пізнішим нейророзвитком, недостатньо вивчені, але можуть включати прозапальну сигналізацію в незрілому мозку. Використовуючи недоношених свиней як модель для недоношених дітей, ми висунули гіпотезу про те, що важкі ураження кишкового тракту пов'язані з гострим впливом на розвивається гіпокамп.
Методи
Недоношені свині, доставлені кесаревим розтином ( = 117) вирощували протягом 8 днів і спонтанно розвивали змінну тяжкість уражень НЕК. Збудження новонароджених, фізична активність та нейротогенні ефекти цереброспінальної рідини in vitro досліджували у свиней, що виявляли ураження NEC в товстій кишці (Co-NEC) або в тонкій кишці (Si-NEC). Аналіз транскриптома гіпокампа та qPCR використовували для оцінки експресії генів та їхнього відношення до біологічних процесів, включаючи нейрозапалення, та нейронну пластичність. Активація мікроглії була кількісно визначена стереологією. Нейрітогенну реакцію на вибрані білки досліджували в первинних культурах нейронів гіпокампа.
Результати
Розвиток НЕК швидко знизив фізичну активність свиней, особливо коли ураження відбувалися в тонкому кишечнику. Si-NEC та Co-NEC були пов'язані з 27 та 12 диференційовано експресованими генами гіпокампа (DEG) відповідно. Сюди входили гени, пов’язані з нейрозапаленням (тобто., S100A8, S100A9, IL8, IL6, MMP8, SAA, TAGLN2) та гіпоксія (тобто., PDK4, IER3, TXNIP, АГЕР), і всі вони були регульованими у свиней Si-NEC. Гени, пов'язані із захистом від окисного стресу (HBB, ALAS2) та олігодендроцити (ОПАЛІН) були знижені у свиней Si-NEC. ЦСЖ, зібрана у свиней NEC, сприяла зростанню нейритів in vitro, а білки S100A9 та S100A8/S100A9 можуть опосередковувати нейритогенні ефекти пов'язаної з NEC ЦСЖ на нейрони гіпокампа. Поразки NEC не впливали на загальну кількість клітин мікрогліальних клітин, але помітно збільшили частку Iba1-позитивних амебоїдних мікрогліальних клітин.
Висновки
Ураження NEC, особливо коли вони присутні в тонкому кишечнику, пов'язані зі змінами експресії гена гіпокампа, які потенційно опосередковують нейрозапалення та порушують формування нервових ланцюгів за рахунок посиленої нейрональної диференціації. Ранні втручання у захист мозку можуть бути критично важливими для недоношених дітей, уражених кишковими ураженнями НЕК, для зменшення їх пізніх неврологічних дисфункцій.
Передумови
Некротизуючий ентероколіт (НЕК) - це гостре руйнівне запальне захворювання кишечника, яке переважно виникає у недоношених дітей незабаром після народження [1]. Епідеміологічні дослідження показують, що 45% тих, хто вижив із НЕК, мали неврологічні порушення у віці 20 місяців з вищим ризиком розвитку ДЦП, слуху, зору, когнітивних та психомоторних порушень [2, 3]. Важкий НЕК, що вимагає хірургічного втручання, є незалежним фактором ризику важкої травми головного мозку, виявленої при МРТ, поганого психічного та психомоторного розвитку приблизно у віці 2 років [4, 5] та різних когнітивних дефіцитів у шкільному віці [6]. Цілком можливо, що НЕК може спричинити гострі пошкодження головного мозку та подальші тривалі порушення нервового розвитку. Проте основні механізми та пов'язані з NEC гострі ефекти мозку в основному невідомі.
Недоношені свині, виведені в період вагітності 90%, виявляють порушення розвитку кишечника, імунітету та мозку з високою чутливістю до новонароджених інфекцій (тобто НЕК та сепсис) та дефіциту поведінки та навчання [21,22,23]. Таким чином, велика частка недоношених свиней розвиває НЕК спонтанно протягом першого тижня після народження, коли їх годують неоптимальними дієтами (наприклад, дитячими сумішами чи молоком для донорів людини) [24]. На відміну від моделей гризунів, ця модель не вимагає надмірного лікування переохолодження та гіпоксії [21]. Використовуючи недоношених свиней як модель для недоношених новонароджених, ми висунули гіпотезу, що ураження NEC можуть спричинити негайні зміни в гіпокампі, що розвивається, що може допомогти пояснити пізні дефіцити нейророзвитку у тих, хто вижив. Ми показуємо, що конкретно ураження NEC, розташовані в тонкому кишечнику, пов'язані зі зниженою фізичною активністю та підвищенням регуляції генів, пов'язаних із запаленням, в гіпокампі. Вплив нейронів гіпокампа на СЧС свиней з НЕК сприяв переростанню невритів in vitro, можливо, через пов'язані з НЕК фактори ЦСЖ, такі як білки VEGF, CINC-3 та S100A9. Таким чином, наші результати підтверджують гіпотезу про те, що ураження НЕК призводять до негайного впливу на мозок, що розвивається у недоношених дітей.
Методи
Спонтанна модель NEC у недоношених свиней
Сто сімнадцять недоношених поросят були доставлені від восьми свиноматок шляхом кесаревого розтину на 106 день (90% вагітності, данський ландрас x Large White x Duroc, ферма Askelygaard, Данія). Свиней утримували в індивідуальних інкубаторах з регульованою температурою (37–38 ° C) та подачею кисню (0,5–2,1/хв, протягом перших 24 годин). Свиням вводили орогастральний зонд для годування та пупковий катетер для батьківського харчування та інфузії плазми свиноматки, як описано раніше [25]. Для індукування спонтанного НЕК [21] недоношених свиней годували поступово зростаючими дозами людського донорського молока (0–135 мл/кг/день) та поступово зменшуючи дозами парентерального харчування (96–48 мл/кг/день) протягом 8 днів, як описано раніше [24, 25].
Активність домашньої клітки та записи збудження новонароджених
Протягом періоду дослідження фізичну активність усіх поросят реєстрували за допомогою інфрачервоних відеокамер, підключених до реєстратора руху. Частка активного часу була проаналізована за допомогою прикладного програмного забезпечення PIGLWin (Ellegaard System, Фаборг, Данія), як описано раніше [26]. Збудження новонароджених у кожного поросяти реєстрували як час від народження до першого відкривання очей, першого стояння та першої ходьби, як описано раніше [26].
Збір тканин, оцінка NEC та експресія цитокінів у кишечнику
Свиням знеболювали, а кров брали шляхом серцевої пункції з подальшою евтаназією внутрішньосерцевою ін’єкцією пентобарбіталу натрію (60 мг/кг). Фракції гепаринізованої плазми збирали і зберігали при - 80 ° C. Зразки ліквору відбирали підпотиличною пункцією відразу після евтаназії, розподіляли їх аликвотами та зберігали при - 80 ° C. Після визначення мокрої ваги мозку мозок швидко розсікали, а ліві утворення гіпокампа швидко заморожували у рідкому азоті та зберігали при - 80 ° C до подальшої обробки. Праву півкулю фіксували у 4% параформальдегіді. Суху вагу мозку та вміст води визначали після висихання решти тканин мозку до постійної маси.