Inflammation Systémique
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Réponse à l’agression et neuroinflammation Vincent DEGOS INSERM U676 GH Pitié Salpetrière. Quatre “Take Home” messages • L’inflammation systémique génère un profil neuro-inflammatoire • Le profil neuro-inflammatoire est caractérisé par le recrutement macrophagique, l’activation microgliale et la production cytokinique • L’inflammation systémique sensibilise les lésions cérébrales aigues par la modulation direct du phénotype neuronal. • L’inflammation systémique sensibilise le cerveau sain par le recrutement macrophagique Lésions cérébrales aiguës Lésions cérébrales en Anesthésie Réanimation adulte AVC Incidence Mortalité 30 jours 20-25/10000 5-8/10000 (12000 DC / an en F) Trauma crânien 20-30/10000 0.5-1/10000 (2500 DC / an en F) Arrêt cardiaque, état de choc, hypoperfusion cérébrale….. Lésions cérébrales péri-opératoires: chirurgie carotidienne, CEC, neurochirurgie…. Problème de santé publique et thérapeutique Agressions cérébrales secondaires d’origine systémique Critères identifiés Efficacité thérapeutique connue Critères non contrôlés ?? HypoPPC Hyperglycémie Hypoglycémie Hypoxémie Hyperthermie Hypocapnie Hypercapnie Anémie Hyponatrémie Crises épileptiques Polymorphisme génétique Statut Hormonal Sexe Sress inflammatoire …. Inflammation systémique et Infection PAMPS: Pathogen-associated molecule pattern Ex: LPS, flagellin, double-stranded DNA SIRS INFECTION Pathogens invasion Bacteria Ligands-receptor interaction (PAMPS-TLR) Innate immune cells activation and cytokines release Inflammation systémique et trauma tissulaire DAMPS: Damage-associated molecule pattern Ex: Heat-shock protein, HMGB1 CELL NECROSIS Hypoxia, Ischemia, trauma SIRS Ligands-receptor interaction (DAMPS-TLR) Innate immune cells activation and cytokines release Communication inflammation systémique et cerveau 1-Barrière Hémato Encéphalique -infiltration cellulaire -production active cytokinique 2-Plexus Choroïdes -passif vers le LCR Communication entre inflammation périphérique et cerveau 3-Nerf Vague Nerf vague Afférent Nerf vague Efférent Lésion périphérique Inflammatoire Production cytokinique IL-1β, TNF-α….. Lésion tissulaire Cicatrisation Ach Ach récepteur Inhibition Macrophage Tracey, JCI, 2007 Pathways to cross the brain barrier Systemic inflammation remote effects Blood-Cerebrospinal fluid “neuroinflammation profile” Peripheric nervous system Blood-endothelium Correlation entre inflammation systémique et pronostic des lésions cérébrales aigues BMC Neurol, 2004 Inflammation Systémique: -Fréquent dans l’AVC (+50% dans cette série) -Conséquences des lésions cérébrales aigues ou Cause du mauvais pronostic ??? L’inflammation systémique est-elle impliquée dans les lésions secondaires ? Inflammation Systémique ??? Mort Neuronale ?? Partenaires impliqués dans la Neuroinflammation Cerebrovascular Inflammation Cytokines and chemokines Toxic Effects ? Excitability and neuronal death Leucocytes Infiltration Microglial Activation Positive Effects ? Local Infection healing Immune response control Non-sterile systemic inflammation generates intracerebral cytokines expression Mouse adult P45 LPS 1X/ day during 2 days Degos V, sous presse Hemispheric cortex Sterile systemic inflammation generates intracerebral cytokines expression IL6 IL1beta Tibia’s fracture +osteosynthesis model Cibelli, AON 2010 Hippocampus Effet sensibilisant de l’inflammation systémique dans l’AVC et le TC McColl, Rothwell, Jneurosciences 2007 Retrouvé aussi dans le TC avec le LPS Hang, Brain Res. 2004 L’inflammation systémique est-elle impliquée dans les lésions secondaires ? Inflammation systémique Communication périphérie-cerveau (BHE) Production cytokinique Intra-cérébrale ?? Mort Neuronale ?? Modèles expérimentaux de lésions cérébrales aigues Traumatique Ischémique Hypoperfusion Agression Hypoxique-Ischémique Dépletion ATP intra-cellulaire Dépolarisation membranaire ↑ massive glutamate L’excitotoxité neuronale ↑ massive glutamate AMPA/KA-R NMDA-R Mglu-R G Influx Na+ Dépolarisation membranaire Mort neuronale précoce Influx Ca++ ACTIVATION: protéases lipases endonucléases NO synthase stress oxydatif Mort neuronale tardive Modèle expérimental: Augmentation concentration glutamate pour mimer la libération massive du glutamate Agoniste glutamatergique ± stress inflammatoire Quantification de la taille de la lésion Agoniste glutamatergique ± stress inflammatoire Culture primaire neurones Quantification de la survie cellulaire Effet sensibilisant: Inflammation systémique aggrave les lésions excitotoxiques Souriceau P5 Taille lésion (µm) 2000 *** 1000 0 500 Taille lésion (µm) Taille lésion (µm) *** 750 500 250 0 PBS LPS S Grise *** 1000 1000 0 IL1 Raton P5 Souris Adulte 1500 PBS PBS LPS S Grise Modèle d’injection intracrânienne d’agoniste glutamatergique Degos V, sous presse L’IL-1β exacerbe la mort neuronale excitotoxique Primary Isolated Neuronal culture (cortex, E14.5) Cell viability (%) 125 100 *** 75 50 Actin 25 0 CT CT Ibotenate IL-1β during 4 days before Ibotenate clived caspase 3 IL1 IL-1β Ibotenate Degos V, sous presse Les neurones corticaux: une cible de l’effet sensibilisant IL-1b: sensibilisation fonctionnelles au stress excitotoxique Degos V, sous presse Le blocage de la voie IL-1β: IL-1ra IL-1ra: antagoniste endogène des récepteurs à l’IL-1 IL-1ra exogène (IP): neuroprotecteur dans modèle d’AVC de souris Rothwell, 2004 Rothwell, 2006 L’inflammation systémique majore les lésions excitotoxiques murines Inflammation systémique Communication périphérie-cerveau Production cytokinique Intra-cérébrale Mort Neuronale Partenaires impliqués dans la Neuroinflammation Cerebrovascular Inflammation Cytokines and chemokines Toxic Effects ? Excitability and neuronal death Leucocytes Infiltration Microglial Activation Positive Effects ? Local Infection healing Immune response control Relative risk AVC et trauma osseux Hip fracture At stroke Male Female At 6 months N=270 000, Kanis, Stroke, 2001 Bone Fracture is one of the major complications after stroke Between 3 to 7% of stroke will experience hip fracture Bone fracture increased CD68+ activated macrophages recruitment pMCAO-SHAM 40X pMCAO+bone fracture 40X CD68 cells (%DAPI) 100 pMCAO 75 *** 50 25 0 SHAM Bone Fracture Degos V, Anesthesiology, accepté Depletion of phagocytosis cells with clodrolip in the perilesional zone CLODRO-LIP pMCAO+Bone fracture pMCAO+Bone fracture 100 75 50 *** 25 0 CT-LIP CLODRO 50 Infarct volume (%) CD68 cells (% DAPI) CD68+ CT-LIP 40 30 *** 20 10 0 CT-LIP CLODRO Degos V, Anesthesiology, accepté Partenaires impliqués dans la Neuroinflammation Cerebrovascular Inflammation Cytokines and chemokines Toxic Effects ? Excitability and neuronal death Leucocytes Infiltration Microglial Activation Positive Effects ? Local Infection healing Immune response control Modèles animaux de lésions cérébrales aigues: Activation Microgliale 25d 5d 3d 24h 8h 0 4h 25 2h Agoniste Glutamate Ibo 4h 50 0.5h Ctrl 4h Lectin+ cells / 0.03 mm² 75 Tahraoui, Brain Pathol 2001 Activation microgliale massive et rapide Activation Microgliale dans les lésions cérébrales aigues Lectin In vivo: 3 h après lésion glutamatergique Activation Microgliale Comment ?? Récepteurs NMDA Microgliaux in vivo Mouse P5 Mouse P60 Human Foetus NMDAR1 Iba1 Human Adult NMDAR1 Iba1 NMDAR1 Iba1 NMDAR1 Iba1 Co-localisation NMDAR1 et marqueurs spécifiques microgliaux Degos, Kaindl et Peineau, AON, 2012 Activation microgliale glutamatergique et toxicité neuronale Degos, Kaindl et Peineau, AON, 2012 KO Conditionnel NR1-microglial: effets neuroprotecteurs Injection IC, Agoniste au glutamate Agoniste Glutamate 1250 Lesion size (µm) 1000 750 *** *** 500 250 0 Ctrl souris P5 KO souris P45 Degos, Kaindl et Peineau, AON, 2012 Activation Microgliale glutamatergique Conséquences de la neuro-inflammation aigue Inflammation cérébrale Infiltration Leucocytaire Cytokines iNOS/NO Activation Microgliale R. Libres Eicosanoïdes MMPs Chémokines Œdème cérébral, Mort neuronale Sensibilisation Neuronale par IL1 Cerveau “non lésé” Aggression péri-opératoire du cerveau non-lésé: POCD Anesthesiology, 2008 POCD: Plus de 10% des malades de plus de 60 ans Associé avec la mortalité à 1 an Nouvel enjeu péri-opératoire Modèle murin de fractureostéosynthèse tibiale Tibia’s fracture +osteosynthesis model L’IL-1β entraine une modification de la fonction neuronale Systemic inflammation generates microglial/macrophage activation CD11b staining 24 hours after NAIVE LPS SHAM Tibia # Cibelli, AON 2010 and Terrando CC 2010 Depletion of CCR2+ in the Hippocampus C clodrolip CCR2-DAPI CCR2-DAPI CT-lip Relative CCR2+ cells (%) D. Gyrus CA.3 CX3CR1 CCR2-DAPI B A 200 D.Gyrus CA.3 150 100 * 50 0 clodrolip - + ** - + Degos V, Anesthesiology, 2013 Clodrolip prevents surgery-induced cognitive decline 75 50 25 0 clodrolip Tibia fracture § 100 Freezing time (%) Freezing time (%) 100 - + - + + + * 75 50 25 0 clodrolip Tibia fracture 15 - 15 + - 20 20 + + + Degos V, Anesthesiology, 2013 Role causal des cytokines pro-inflammatoires TNF TNF Terrando et al. Cibelli, AoN, 2010 Terrando, PNAS, 2010 Neuro-inflammation Chirurgie osseuse MCP-1 Hippocampus BMDphagocyte activation BBB LTP disruption CCR2 Cytokines Pro-inflammatoires POCD Glial activation Cytokine release Neuro-inflammation aigue Inflammation périphérique Communication périphérique-cerveau Production cytokinique intracérébrale Récepteurs cytokiniques voies signalisations Astrocytes Neurones Interaction intercellulaire Microglies Leucocytes Endothelium Neuroinflammation aigue en Anesthésie Réanimation Inflammation systémique: -Association fréquente avec lésions cérébrales aigues chez l’Homme (AVC, TC) -Facteur pronostique identifiée -Impliquée dans troubles cognitifs postopératoires Inflammation cérébrale: -Production cytokinique intracérébrale: effet sensibilisant par exacerbation des mécanismes excitotoxiques -Activation microgliale mise en jeux rapidement dans l’agression cérébrale -Recrutement leucocytaire intra-cérébral: impliqué dans l’aggravation des lésions cérébrales et dans la réponse au stress chirurgical Agression inflammatoire cérébrale: nouvelle cible pharmacologique Nouvel axe de recherche pour prévenir l’apparition de lésions cérébrales Equipe INSERM ouverte à toute les bonnes volontés…… Contact : [email protected]
