Human Brain Chemokine and Cytokine Expression in Sepsis: A Report of Three Cases. (11th November 2016)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Warford, Jordan; Lamport, Anna-Claire; Kennedy, Barry; Easton, Alexander S.
• Is Part Of: Canadian journal of neurological sciences. Volume 44:Number 1(2017)
• Page Start: 96
• Page End: 104
• Publication Date: 2016-11-11
• Subjects: Biomarkers, -- brain injury, -- CNS inflammation, -- infectious diseases, -- neuroinflammation, -- sepsis; Neurology -- Periodicals; Nervous system -- Surgery -- Periodicals; Electronic journals; 616.8
• DOI: 10.1017/cjn.2016.310
• Languages: English
• ISSNs: 0317-1671

Abstract

ABSTRACT: Background: Sepsis is a systemic response to infection that can affect brain function by inducing resident cells (including astrocytes and microglia) to generate brain chemokines and cytokines. However, there are few studies on the human brain. Since this information may shed further light on pathogenesis, our study objective was to measure the expression of 36 chemokines and cytokines in autopsied brain from 3 cases of sepsis and 10 controls, and to relate this to astrocyte and microglial activation. Methods: The right frontal pole was removed at autopsy and chemokine and cytokine expression measured by multiplexed enzyme-linked immunosorbent assay and real-time quantitative polymerase chain reaction (qPCR). Immunohistochemistry and image analysis were carried out to determine the expression of glial fibrillary acidic protein (GFAP), a marker of activated astrocytes, and CD68 and CD45, markers of activated microglial cells. Results: Concentrations of the chemokines CXCL8, CXCL10, CXCL12, CCL13 and CCL22 were increased in pooled data from the three cases of sepsis ( p <0.05); however, their messenger RNA (mRNA) expression was unaltered. CXCL13, CXCL1, CXCL2, CCL1, CCL2, CCL8, CCL20, (interleukin) IL-16, IL-1β and (tumour necrosis factor) TNF concentrations showed increases in two of three sepsis cases. Additionally, individual sepsis cases showed increases in mRNA expression for HDAC (histone deacetylase) 6 and EIF (eukaryotic translation initiation factor) 4A2. Brain GFAP expression was significantly increased ( p <0.05) in pooled data from the three sepsis cases. Individual sepsis cases showed increases in CD68 or CD45 expression. Conclusions: These expression patterns add to our understanding of the pathogenesis of sepsis and its effects on the brain. RÉSUMÉ: Expression de chimiokines et de cytokines dans le cerveau humain chez 3 patients atteints de septicémie. Contexte: La septicémie est une réponse systémique à une infection qui peut toucher la fonction cérébrale en induisant les cellules résidentes du cerveau, incluant les astrocytes et la microglie, à produire des chimiokines et des cytokines. Cependant, il y a peu d'études à ce sujet sur le cerveau humain. Étant donné que cette information peut éclairer davantage la pathogenèse, le but de notre étude était de mesurer l'expression de 36 chimiokines et cytokines dans des cerveaux prélevés à l'autopsie chez 3 patients atteints de septicémie et chez 10 sujets témoins, et de relier l'information obtenue à l'activation des astrocytes et de la microglie. Méthodologie: Le pôle frontal gauche a été prélevé à l'autopsie des sujets et l'expression des chimiokines et des cytokines a été mesurée par la méthode immuno-enzymatique ELISA et par la méthode quantitative en temps réel de réaction en chaîne par polymérase (qPCR). L'immunohistochimie et l'analyse d'images ont été réalisées afin de déterminer l'expression de la protéine acide fibrillaire gliale (GFAP), un marqueur des astrocytes activés, ainsi que de CD68 et CD45, des marqueurs des cellules microgliales activées. Résultats: Les concentrations des chimiokines CXCL8, CXCL10, CXCL12, CCL13 et CCL22 étaient augmentées lorsque les données des trois cas de septicémie étaient regroupées (p<0, 05); cependant, l'expression de leur ARN messager (ARNm) demeurait inchangée. Les concentrations de CXCL13, CXCL1, CXCL2, CCL1, CCL2, CCL8, CCL20, IL-16, IL-1β et de TNF (cachectine) étaient augmentées chez deux des trois cas de septicémie. De plus, ils présentaient individuellement des augmentations de l'expression de l'ARNm de l'HDAC (histone-désacétylase) 6 et de l'EIF (facteur de démarrage de la traduction eucaryotique) 4A2. L'expression de GFAP dans le cerveau était significativement augmentée (p<0, 05) lorsque les données des trois cas de septicémie étaient regroupées. Individuellement, les cas de septicémie présentaient des augmentations de CD68 ou de CD45. Conclusions: Ces profils d'expression ajoutent à notre compréhension de la pathogenèse de la septicémie et de ses effets sur le cerveau.