Els macròfags perivasculars i la infiltració leucocitària en la isquèmia cerebral

[cat] La isquèmia cerebral es produeix com a conseqüència de la reducció sobtada del flux sanguini en una zona del cervell a causa de l'oclusió d'una artèria cerebral. En aquesta patologia vascular cerebral es produeixen una sèrie d'esdeveniments coordinats en el temps que permeten diferenciar una primera fase aguda caracteritzada per una resposta inflamatòria accentuada seguida d'una fase subaguda i una fase crònica on es produeixen processos de resolució i reparació tissular. En les diferents fases es veuen involucrades diferents cèl·lules del sistema immunitari, així com també les pròpies cèl·lules del sistema nerviós. El principal objectiu d'aquesta tesi doctoral ha estat esbrinar els mecanismes implicats en la infiltració de leucòcits al cervell isquèmic i la seva contribució a la lesió cerebral i dèficit neurològic. El primer treball estudia la migració dels neutròfils al cervell isquèmic, les vies anatòmiques implicades i la seva infiltració en el parènquima cerebral afectat. Els resultats identifiquen, tant en models experimentals en ratolí com en mostres post-mortem de pacients amb ictus, una nova via d'entrada de leucòcits al cervell isquèmic a través de les leptomeninges i els espais de Virchow-Robin, on s'acumulen, s'activen, desenvolupen processos de degranulació i formació de NETs i finalment s'infiltren al parènquima cerebral. El treball mostra la capacitat dels neutròfils d'accedir al cervell a través de les leptomeninges sense necessitat de creuar la barrera hematoencefàlica intracerebral, la qual cosa pot tenir importància a l'hora de dissenyar estratègies per prevenir la infiltració d'aquestes cèl·lules al cervell. El segon treball posa de manifest que l'atracció de neutròfils als espais perivasculars després de la isquèmia està intervinguda, al menys en part, per l'activació dels macròfags perivasculars en resposta a la hipòxia. Aquesta resposta modifica el patró d'expressió gènica, generant quimiocines i VEGF, pel que contribueix al trencament de la barrera hematoencefàlica. La depleció dels macròfags perivasculars mitjançant injecció intracerebroventricular de liposomes amb clodronat redueix la infiltració de neutròfils, atenua la disrupció de la barrera hematoencefàlica i millora la funció neurològica en la fase aguda de la isquèmia cerebral. Finalment, el tercer treball identifica un paper beneficiós i pro-reparador dels macròfags infiltrants al cervell isquèmic mitjançat per la seva activitat proangiogènica que afavoreix l'aparició de nous vasos cerebrals en les fases cròniques que segueixen a una etapa proinflamatòria inicial i transitòria. Aquest estudi també mostra que la població de monòcits CCR2+ infiltrants al cervell isquèmic és fenotípicament heterogènia i suggereix que els macròfags amb potencial angiogènic no es troben en la medul·la òssia. Aquests resultats poden ser rellevants pel disseny de teràpies cel·lulars basades en cèl·lules mieloides. Globalment aquesta tesi mostra el paper actiu dels leucòcits en la progressió de la lesió isquèmica, la migració de neutròfils al parènquima afectat i el paper dels macròfags residents en aquest procés, la capacitat dels macròfags perivasculars de desestabilitzar la barrera hematoencefàlica en la fase aguda de la isquèmia, i, a més llarg termini, el paper proangiogènic i reparador dels macròfags infiltrants. L'estudi suggereix que alguns components de l'etapa inflamatòria inicial induïda per la isquèmia poden ser necessaris per a desencadenar processos posteriors de reparació tissular.[eng] Cerebral ischemia occurs as a result of a sudden reduction of blood flow to a brain area due to occlusion of a cerebral artery. In this cerebrovascular disease, a series of time-coordinated events take place: an acute phase characterized by an accentuated inflammatory response, followed by a subacute and a chronic phase in which tissue resolution and repair processes develop. Different cells of the immune system are involved in these different phases, as well as cells of the nervous system. The main objective of this doctoral dissertation was to elucidate the mechanisms involved in leukocyte infiltration into the ischemic brain and its contribution to brain injury and neurological deficit. The first work shows the ability of neutrophils to accumulate in the leptomeninges and in Virchow-Robin spaces, where they activate, and to ultimately access the ischemic brain parenchyma without having to cross the blood brain barrier. The second work highlights how the depletion of perivascular macrophages by intracerebroventricular injection of liposomes carrying clodronate reduces neutrophil infiltration, attenuates disruption of the blood-brain barrier, and improves neurological function in the acute phase of cerebral ischemia. The third work identifies a beneficial and pro-reparative role of brain-infiltrating macrophages mediated by their proangiogenic activity that favours the emergence of new cerebral vessels in the chronic phase after ischemic stroke. This work also unveils the phenotypic heterogeneity of CCR2+ infiltrating monocytes and suggests that the proangiogenic macrophages are not bone marrow-derived. Overall, this thesis shows the active role of leukocytes in the progression of ischemic injury, the migration of neutrophils to the affected brain parenchyma, the role of resident macrophages in this process, the ability of perivascular macrophages to destabilize the blood-brain barrier in the acute phase of the ischemia, and, in the longer term, the proangiogenic and reparative role of infiltrating macrophages. The study suggests that some components of the ischemia-induced early inflammatory stage may be needed to trigger subsequent tissue repair processes

CNS-border associated macrophages respond to acute ischemic stroke attracting granulocytes and promoting vascular leakage

The central nervous system (CNS) contains several types of immune cells located in specific anatomic compartments. Macrophages reside at the CNS borders surrounding the brain vessels, in leptomeningeal spaces and the choroid plexus, where they interact with the vasculature and play immunological surveillance and scavenging functions. We investigated the phenotypic changes and role of these macrophages in response to acute ischemic stroke. Given that CD163 expression is a hallmark of perivascular and meningeal macrophages in the rat and human brain, we isolated CD163+ brain macrophages by fluorescence activated cell sorting. We obtained CD163+ cells from control rats and 16 h following transient middle cerebral artery occlusion, after verifying that infiltration of CD163+ peripheral myeloid cells is negligible at this acute time point. Transcriptome analysis of the sorted CD163+ cells identified ischemia-induced upregulation of the hypoxia inducible factor-1 pathway and induction of genes encoding for extracellular matrix components and leukocyte chemoattractants, amongst others. Using a cell depletion strategy, we found that CNS border-associated macrophages participate in granulocyte recruitment, promote the expression of vascular endothelial growth factor (VEGF), increase the permeability of pial and cortical blood vessels, and contribute to neurological dysfunction in the acute phase of ischemia/reperfusion. We detected VEGF expression surrounding blood vessels and in some CD163+ perivascular macrophages in the brain tissue of ischemic stroke patients deceased one day after stroke onset. These findings show ischemia-induced reprogramming of the gene expression profile of CD163+ macrophages that has a rapid impact on leukocyte chemotaxis and blood-brain barrier integrity, and promotes neurological impairment in the acute phase of stroke