脳由来神経栄養因子の選択的喪失は実験的髄膜炎における神経炎症を増強して脳損傷を悪化させる

Selective Loss of Brain-Derived Neurotrophic Factor Exacerbates Brain Injury by Enhancing Neuroinflammation in Experimental Meningitis.

• Shengnan Zhao
• Zhijie Zhang
• Danfeng Xu
• Yanfei Wang
• Ling Li

抄録

髄膜炎は生命を脅かす中枢神経系（CNS）の細菌感染症であり、その好ましくない予後は通常、激しい炎症反応に起因しています。最近の研究では、脳由来神経栄養因子（BDNF）が中枢神経系疾患における抗炎症作用や神経保護作用を担うことが明らかにされているが、肺炎球菌髄膜炎（PM）に対するBDNFの特異的な寄与については不明である。本研究では、実験的肺炎球菌髄膜炎における内因性BDNFの炎症反応と脳障害への影響を調べた。肺炎球菌髄膜炎は、大脳皮質と海馬から削除されたCamk2a-CreERT2マウスを用いて行われ、脳内感染によって髄膜炎が誘導された。急性髄膜炎の間に臨床パラメータを評価した。感染後24時間後の病理組織学、好中球顆粒球浸潤、脳組織のミクログリア/マクロファージ増殖を評価した。さらに、皮質損傷および海馬のアポトーシスを、それぞれNISSL染色および末端デオキシヌクレオチジル転移酵素dUTP-nick-end labeling（TUNEL）を用いて評価した。プロ炎症性サイトカインレベルはリアルタイムポリメラーゼ連鎖反応（RT-PCR）を用いて決定した。関連するシグナル伝達経路に関連する主要分子をRT-PCRとウエスタンブロットにより解析した。感染したＢＤＮＦ条件ノックアウトマウスにおけるミクログリア／マクロファージの役割を調べるために、ＧＷ２５８０をミクログリア／マクロファージ枯渇に使用した。この結果、BDNF条件付きノックアウトマウスでは、対照マウスと比較して、より重篤な臨床障害、病理学的重症度、神経細胞障害を示し、ミクログリア/マクロファージの増殖が亢進していることを初めて明らかにした。さらに、BDNF条件付きノックアウト群では、炎症性因子（α、β、）の発現が明らかに増加していた。メカニズム的には、BDNFの損失は、感染に関連するTLR2およびNOD2媒介下流核因子κB（NF-κB）p65およびp38マイトジェン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）経路を活性化した。さらに、ミクログリア/マクロファージ集団を標的的に減少させることで、BDNF条件付きノックアウトマウスのPMに対する抵抗性が低下し、神経炎症が減少した。以上の結果から、BDNFの欠損は、TLR2およびNOD2を介したシグナル伝達経路を調節することで炎症反応を亢進させ、PM時の脳障害の一因となる可能性が示唆され、細菌性髄膜炎の将来的な治療標的となる可能性があることが示唆された。

meningitis is a life-threatening bacterial infection of the central nervous system (CNS), and its unfavorable prognosis usually results from an intense inflammatory response. Recent studies have shown that brain-derived neurotrophic factor (BDNF) mediates anti-inflammatory and neuroprotective effects in CNS diseases; however, the distinct contribution of BDNF to pneumococcal meningitis (PM) remains unknown. In this study, we sought to investigate the effects of endogenous BDNF on the inflammatory response and brain damage in experimental PM. We used Camk2a-CreERT2 mice to delete from the cerebral cortex and hippocampus, and meningitis was induced by intracisternal infection with . Clinical parameters were assessed during acute meningitis. At 24 h post-infection, histopathology, neutrophil granulocytes infiltration, and microglia/macrophage proliferation of brain tissues were evaluated. Additionally, cortical damage and hippocampal apoptosis were assessed using Nissl staining and terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP-nick-end labeling (TUNEL), respectively. Pro-inflammatory cytokine levels were determined using real-time polymerase chain reaction (RT-PCR). Key molecules associated with the related signaling pathways were analyzed by RT-PCR and western blot. To investigate the role of microglia/macrophage in infected BDNF conditional knockout mice, GW2580 was used for microglia/macrophage depletion. Here, we, for the first time, found that BDNF conditional knockouts exhibited more profound clinical impairment, pathological severity, and neuron injury and enhanced microglia/macrophage proliferation than were observed in their littermate controls. Furthermore, the BDNF conditional knockouts showed an obviously increase in the expression of pro-inflammatory factors (α, β, and ). Mechanistically, loss of BDNF activated TLR2- and NOD2-mediated downstream nuclear factor kappa B (NF-κB) p65 and p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways associated with infection. Furthermore, targeted depletion of microglia/macrophage population decreased the resistance of mice to PM with diminishing neuroinflammation in BDNF conditional knockouts. Our findings suggest that loss of BDNF may enhance the inflammatory response and contribute to brain injury during PM at least partially by modulating TLR2- and NOD2-mediated signaling pathways, thereby providing a potential therapeutic target for future interventions in bacterial meningitis pathologies.

Copyright © 2020 Zhao, Zhang, Xu, Wang and Li.