Riassunto analitico
La neuroinfiammazione è una condizione patologica del sistema nervoso centrale (SNC) che sembra essere coinvolta nell’eziologia di un numero sempre maggiore di patologie psichiatriche e neurodegenerative. Diversi studi stanno cercando di stabilire se una condizione infiammatoria a livello cerebrale può costituire un fattore di rischio per tali patologie e quanto possa influenzare la loro patogenesi o il loro decorso. Recenti studi indicano che anche stimolazioni periferiche possono indurre uno stato neuroinfiammatorio. Le infezioni batteriche infatti inducono la produzione di mediatori pro-infiammatori come TNFα, IL-1β e IL-6: queste citochine vengono rilasciate nel circolo sanguigno e, mentre alcune attraversano la barriera ematoencefalica, altre possono indurre l’attivazione della microglia, che a sua volta rilascia citochine nel SNC. Il cervello risponde all’infiammazione sistemica tramite una risposta adattativa nota come sickness behaviour syndrome, caratterizzata dalla comparsa di febbre, malessere, ridotto consumo di cibo e contatto sociale ed umore depresso. Numerose evidenze sostengono il coinvolgimento di un intricato network di citochine pro-infiammatorie alla base di questa sintomatologia. Tra queste, interleuchina 18 (IL-18) è stata oggetto dei nostri studi, essendo implicata in disturbi del sonno e dell’alimentazione, alterazioni cognitive e attivazione dell’asse ipotalamo-ipofisi-surrene. L’obiettivo di questo lavoro è stato investigare quale coinvolgimento IL-18 potesse avere nel mediare la sickness behaviour syndrome a livello centrale e periferico. Innanzitutto abbiamo valutato se una somministrazione intraperitoneale di lipopolisaccaride (LPS; 0.83 mg/Kg) in topi femmine appartenenti al ceppo C57BL6/J (wild type, WT) potesse modificare l’espressione delle principali citochine a livello centrale e periferico in confronto a topi trattati con salina: i nostri esperimenti hanno confermato un significativo innalzamento dei livelli di mRNA di TNFα, IL-1β e IL-6 sei ore dopo il trattamento con LPS in ippocampo e milza di topi WT, accompagnato da un aumento di livelli proteici per IL-1β e IL-6. In seguito, tramite l’utilizzo di topi knockout per IL-18, abbiamo valutato se la mancanza di questa citochina potesse influenzare il pattern di espressione citochinica dato dalla stimolazione con LPS. I livelli di mRNA e proteina per IL-1β risultavano aumentati rispetto ai topi di controllo sia in ippocampo che in milza, in modo simile a quanto avviene per i topi WT; parallelamente anche i livelli di mRNA di TNFα risultavano incrementati. Al contrario, i livelli ippocampali di mRNA e proteina per IL-6 negli animali transgenici non hanno mostrato nessun aumento rispetto ai controlli, mentre nella periferia l’espressione di IL-6 è significativamente incrementata. Quindi a livello centrale IL-6 non sembra essere indotta in mancanza di IL-18. Nelle cellule immunitarie periferiche, IL-18 e IL-6 sono indotte da stimoli immunitari come LPS o IL-1β, e alcuni studi hanno ipotizzato che gli effetti infiammatori di IL-18 siano in realtà mediati dalla sua capacità di indurre citochine quali IL-6 per l’appunto. Nei topi knockout per IL-18, né la stimolazione con LPS né il conseguente innalzamento dei livelli di IL-1β hanno causato un’induzione dell’espressione di IL-6 in ippocampo: sarà dunque necessario approfondire con ulteriori indagini la correlazione che esiste tra queste due citochine nel SNC. Essendo inoltre l’ippocampo profondamente coinvolto nella modulazione dei sintomi della sickness behaviour syndrome, sarebbe interessante indagare se l’assenza di IL-18 e i ridotti livelli di IL-6 possano alterare anche manifestazioni comportamentali di tale sintomatologia in topi transgenici rispetto ai wild type.
|
Abstract
Neuroinflammation is a pathological condition of the central nervous system which appears to be involved in the etiology of an ever-increasing number of neurodegenerative and psychiatric disorders. Plenty of studies are aiming to establish whether brain inflammation represents an actual risk for such diseases and to what extent this condition may underlie their pathophysiology. Recent data indicate that also peripheral infectious challenges, which lead to systemic inflammation, could induce an inflammatory state within the brain. In fact, bacterial challenges have been shown to induce peripheral pro-inflammatory mediators production like TNFα, IL-1β and IL-6. These cytokines are released into the bloodstream: some of them may cross the blood brain barrier, while another part may activate microglia, which start cytokines release within the CNS. Brain, in turn, manages systemic inflammation by inducing an adaptive response known as sickness behaviour syndrome, characterized by fever onset, malaise, decreased food consumption, social retirement and depressive mood. Actually, little is known about these processes, except that an intricate network of immune mediators is involved: between these players, interleukin 18 (IL-18) is one of the most interesting. It is involved in the occurrence of sickness symptoms like anorexia, altered sleep patterns, cognitive impairments and HPA axis activation. Based on these findings, the aim of this project was to unravel the role of IL-18 on peripheral and central manifestations of the sickness behaviour syndrome. First, we investigated if lipopolysaccharide (LPS; 0.83 mg/Kg) intraperitoneal administration in female mice C57BL6/J (wild type, WT) mice was able to affect the peripheral and central expression levels of the main pro-inflammatory cytokines with respect to saline-injected counterparts: our experiments confirmed that, 6 hours after an immune challenge, TNFα, IL-1β, and IL-6 mRNA levels were actually significantly increased in spleen and hippocampus of female WT mice receiving LPS; this increased expression was also associated with a major protein synthesis for IL-1β and IL-6. Then, by using IL-18 KO mice with the same genetic background, we evaluated if IL-18 deficiency may induce changes in the cytokines expression pattern following LPS stimulation. Six hours after the immune challenge, central and peripheral IL-1β mRNA and protein levels were increased with respect to control animals, similarly to what observed in WT mice. Also TNFα mRNA expression was similarly increased as well. In contrast to what observed in WT animals, in IL-18 null mice central mRNA and protein levels of IL-6 did not shown any increase with respect to saline-treated mice, while IL-6 expression was enhanced in the periphery. Hence, unlike in the spleen, in the hippocampus IL-6 seems to not be induced in the presence of an IL-18 null genotype. In peripheral immune cells, LPS or an IL-1β challenge have been demonstrated to increase IL-6 and IL-18 production; interestingly, some studies hypothesize that IL-18 pro-inflammatory effects may be mediated by the induction of second-wave cytokines, like IL-6. We observed that, in presence of an IL-18 deficiency, neither an LPS challenge nor the consequent increase in IL-1β levels were able to affect IL-6 expression in hippocampus of IL-18 null mice. Future studies will help to better understand the interplay between these two key cytokines in the CNS. In particular, given that the hippocampus is largely involved in the onset of sickness symptoms during neuroinflammation, it will be of interest to examine if impaired IL-18 and IL-6 expression may reflect on manifestations of sickness behaviour in transgenic mice compared with WT mice.
|