Enterocolita necrotizantă este asociată cu răspunsuri acute ale creierului la porcii prematuri SpringerLink
Abstract
fundal
Enterocolita necrotizantă (NEC) este o afecțiune inflamatorie intestinală acută care apare la sugarii prematuri în primele săptămâni după naștere. Sugarii care supraviețuiesc NEC prezintă adesea afectarea neurodezvoltării. Mecanismele care leagă leziunile NEC de neurodezvoltarea ulterioară sunt slab înțelese, dar pot include semnalizarea proinflamatorie în creierul imatur. Folosind porcii prematuri ca model pentru sugarii prematuri, am emis ipoteza că leziunile NEC intestinale severe sunt asociate cu efecte acute asupra hipocampului în curs de dezvoltare.
Metode
Porcii prematuri livrați prin cezariană ( = 117) au fost crescuți timp de 8 zile și au dezvoltat spontan severitatea variabilă a leziunilor NEC. Excitația neonatală, activitatea fizică și efectele neuritogene in vitro ale lichidului cefalorahidian (LCR) au fost investigate la porcii care prezintă leziuni NEC în colon (Co-NEC) sau în intestinul subțire (Si-NEC). Analiza transcriptomului hipocampic și qPCR au fost utilizate pentru a evalua expresiile genetice și relația lor cu procesele biologice, inclusiv neuroinflamarea și plasticitatea neuronală. Activarea Microglia a fost cuantificată prin stereologie. Răspunsul neuritogen la proteinele selectate a fost investigat în culturile primare de neuroni hipocampici.
Rezultate
Dezvoltarea NEC a redus rapid activitatea fizică a porcilor, mai ales atunci când au apărut leziuni în intestinul subțire. Si-NEC și Co-NEC au fost asociate cu 27 și, respectiv, 12 gene hipocampale exprimate diferențial (DEG). Acestea au inclus gene legate de neuroinflamare (adică., S100A8, S100A9, IL8, IL6, MMP8, SAA, TAGLN2) și hipoxie (adică., PDK4, IER3, TXNIP, AGER) și toți au fost reglementați în sus la porci Si-NEC. Gene legate de protecția împotriva stresului oxidativ (HBB, ALAS2) și oligodendrocite (OPALINE) au fost reglate în jos la porcii Si-NEC. LCR colectat de la porci NEC a promovat creșterea neuritei in vitro, iar proteinele S100A9 și S100A8/S100A9 pot media efectele neuritogene ale LCR legate de NEC asupra neuronilor hipocampici. Leziunile NEC nu au afectat numărul total de celule microgliene, dar au crescut semnificativ proporția de celule microgliale ameboide pozitive Iba1.
Concluzii
Leziunile NEC, în special atunci când sunt prezente în intestinul subțire, sunt asociate cu modificări ale expresiei genelor hipocampice care pot media neuroinflamarea și perturbarea formării circuitului neuronal prin diferențierea neuronală îmbunătățită. Intervențiile timpurii de protecție a creierului pot fi critice pentru sugarii prematuri afectați de leziuni NEC intestinale pentru a reduce disfuncțiile neurologice ulterioare.
fundal
Enterocolita necrotizantă (NEC) este o boală inflamatorie intestinală devastatoare acută care apare în principal la sugarii prematuri la scurt timp după naștere [1]. Studiile epidemiologice arată că 45% dintre supraviețuitorii NEC au fost afectați neurologic la vârsta de 20 de luni, cu un risc mai mare de paralizie cerebrală, auz, vizual, cognitiv și psihomotric [2, 3]. NEC severă care necesită intervenție chirurgicală este un factor de risc independent pentru leziunile cerebrale severe detectate la RMN, dezvoltarea mentală și psihomotorie slabă la aproximativ 2 ani [4, 5] și diferite deficite cognitive la vârsta școlară [6]. Este de conceput că NEC poate provoca leziuni acute în creierul în curs de dezvoltare și tulburări neurodezvoltare de durată ulterioare. Cu toate acestea, mecanismele subiacente și efectele acute asupra creierului asociate NEC sunt în mare parte necunoscute.
Porcii prematuri livrați la 90% gestație prezintă afectarea dezvoltării intestinului, imunității și creierului cu o susceptibilitate ridicată la infecții neonatale (adică NEC și sepsis) și deficite comportamentale și de învățare [21,22,23]. Astfel, o proporție mare de porci prematuri dezvoltă NEC spontan în prima săptămână după naștere atunci când sunt hrăniți cu diete sub-optime (de exemplu, formulă pentru sugari sau lapte donator uman) [24]. Spre deosebire de modelele de rozătoare, acest model nu necesită tratamente de hipotermie și hipoxie excesive [21]. Folosind porcii prematuri ca model pentru sugarii prematuri, am emis ipoteza că leziunile NEC ar induce modificări imediate ale hipocampului în curs de dezvoltare care ar putea ajuta la explicarea deficitelor neurodezvoltării ulterioare la supraviețuitorii NEC. Arătăm că în mod specific leziunile NEC localizate la nivelul intestinului subțire sunt asociate cu o activitate fizică redusă și reglarea în sus a genelor legate de inflamație în hipocamp. Expunerea neuronilor hipocampici la LCR de la porci cu NEC a favorizat creșterea neuritei in vitro, probabil prin factori legați de NEC în LCR, cum ar fi proteinele VEGF, CINC-3 și S100A9. Astfel, rezultatele noastre susțin ipoteza că leziunile NEC duc la efecte imediate asupra creierului în curs de dezvoltare la sugarii prematuri.
Metode
Model NEC spontan la porcii prematuri
O sută șaptesprezece purcei prematuri au fost eliberați de la opt scroafe prin operație cezariană în ziua 106 (90% din gestație, rasa daneză x White Large x Duroc, ferma Askelygaard, Danemarca). Porcii au fost adăpostiți în incubatoare individuale cu temperatură reglată (37-38 ° C) și alimentare cu oxigen (0,5-2,1/min, în primele 24 de ore). Porcii au fost introduși cu un tub orogastric de hrănire și un cateter ombilical pentru nutriția părintească și infuzie de plasmă de scroafă, așa cum s-a descris anterior [25]. Pentru a induce NEC spontan [21], porcii prematuri au fost hrăniți cu doze crescânde treptat de diferite tipuri de lapte donator uman (0-135 ml/kg/zi) și cu scăderea treptată a dozelor de nutriție parenterală (96-48 ml/kg/zi) timp de 8 zile, așa cum s-a descris anterior [24, 25].
Activitate în cușcă la domiciliu și înregistrări de excitare neonatală
În timpul perioadei de studiu, activitatea fizică a tuturor purceilor a fost înregistrată folosind camere video cu infraroșu conectate la un aparat de înregistrare a detectării mișcării. Proporția timpului activ a fost analizată cu software-ul aplicației PIGLWin (Ellegaard System, Faaborg, Danemarca), așa cum a fost descris anterior [26]. Excitația neonatală a fiecărui purcel a fost înregistrată ca timp de la naștere până la prima deschidere a ochilor, prima în picioare și prima plimbare, așa cum sa descris anterior [26].
Colectarea țesuturilor, evaluarea NEC și expresia citokinelor intestinale
Porcii au fost anesteziați, iar sângele a fost extras prin puncție cardiacă, urmată de eutanasie printr-o injecție intracardică de pentobarbital de sodiu (60 mg/kg). Fracțiile plasmatice heparinate au fost colectate și depozitate la - 80 ° C. Probele de LCR au fost colectate prin puncție sub-occipitală imediat după eutanasie, alicotate și depozitate la - 80 ° C. După determinarea greutății umede pe creier, creierul a fost disecat rapid și formațiunile de hipocamp stâng au fost înghețate rapid în azot lichid și depozitate la - 80 ° C până la prelucrarea ulterioară. Emisfera dreaptă a fost fixată în paraformaldehidă 4%. Greutatea uscată a creierului și conținutul de apă au fost determinate după uscarea restului de țesuturi cerebrale la o greutate constantă.