Изменения иммунореактивности виментина в структурах гиппокампа у пациентов с фармакорезистентной эпилепсией

Эпилепсия является серьезной проблемой для здравоохранения во всем мире. У более чем 30 % пациентов заболевание прогрессирует до формирования лекарственно-устойчивой эпилепсии и нуждается в хирургическом лечении. Большое количество работ посвящено разработке патогенетического лечения с учетом молекулярно-генетического статуса, в частности экспрессии различных нейропротективных белков, в том числе большой интерес вызывает распределение в тканях мозга виментина, который относится к белкам промежуточных филаментов тканей мезодермального происхождения.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Изучить иммунореактивность виментина в структурах гиппокампа у пациентов с фармакорезистентной эпилепсией.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. Исследован биопсийный материал фрагментов гиппокампа 15 пациентов (6 женщин, 9 мужчин) с фармакорезистентной эпилепсией, средний возраст 32,6 лет. В качестве группы сравнения использовался аутопсийный материал от 7 пациентов, средний возраст которых 51 год. Изучались гистологические срезы, окрашенные гематоксилином и эозином, а также результаты иммуногистохимических реакций с антителами к виментину. Оценка результата реакции проводилась путем подсчета денситометрической плотности окрашенных клеток в 5 полях зрения зон зубчатой извилины, полей СА1 и СА4. Статистический анализ осуществлен с помощью программы Statistica v.10.

РЕЗУЛЬТАТЫ.. При изучении гистологического материала гиппокампа были выявлены атрофические изменения его структур вплоть до развития склероза разных типов. При проведении иммуногистохимических реакций с виментином выявлена яркая иммунопозитивность в цитоплазме ишемически изменённых нейронов, нейронах гранулярного слоя зубчатой извилины, астроцитах, а также микроглии. При исследовании денситометрической плотности виментин-окрашенных клеток выявлено: в ядре СА1 0,12–0,56 (μ = 0,028±0,008); в ядре СА4 0,014–0,044 (μ = 0,029±0,008); в зубчатой извилине 0,01–0,045 (μ = 0,027±0,009). При статистической обработке данных получено значимое различие по критериям Манна-Уитни, Колмогорова-Смирнова (p <0,05) во всех исследованных областях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Таким образом, в структурах гиппокампа у пациентов с ФРЭ достоверно отмечается усиление иммунореактивности виментина в нейронах ядер и дисперсных нейронах зубчатой извилины, связанное с активацией нейрогенеза. С другой стороны, виментин-ассоциированное ремоделирование астроцитов с образованием глиального рубца, препятствует репарации нервной ткани в зоне эпилептического очага и является патогенетическим звеном формирования склероза гиппокампа.

1. Sheng J., Liu S., Qin H., et al. Drug-Resistant epilepsy and surgery. Curr Neuropharmacol. 2018; 16(1): 17–28. https://doi.org/10.2174/1570159X15666170504123316. PMID: 28474565

2. Sone D. Making the Invisible Visible: Advanced Neuroimaging Techniques in Focal Epilepsy. Front Neurosci. 2021 Jul 27; 15:699176. https://doi.org/10.3389/fnins.2021.699176. PMID: 34385902

3. Crespel A, Rigau V, Coubes P, Rousset MC, de Bock F, Okano H, Baldy-Moulinier M, Bockaert J, Lerner-Natoli M. Increased number of neural progenitors in human temporal lobe epilepsy. Neurobiol Dis. 2005 Aug;19(3):436–50. doi: 10.1016/j.nbd.2005.01.020. PMID: 16023586

4. Qin Z, Kreplak L, Buehler MJ. Hierarchical structure controls nanomechanical properties of vimentin intermediate filaments. PLoS One. 2009 Oct 6;4(10): e7294. doi: 10.1371/journal.pone.0007294. PMID: 19806221; PMCID: PMC2752800

5. Yamada T, Kawamata T, Walker DG, McGeer PL. Vimentin immunoreactivity in normal and pathological human brain tissue. Acta Neuropathol. 1992;84(2):157–62. doi: 10.1007/BF00311389. PMID: 1523971

6. Levin EC, Acharya NK, Sedeyn JC, Venkataraman V, D’Andrea MR, Wang HY, Nagele RG. Neuronal expression of vimentin in the Alzheimer’s disease brain may be part of a generalized dendritic damageresponse mechanism. Brain Res. 2009 Nov 17;1298:194–207. doi: 10.1016/j.brainres.2009.08.072. Epub 2009 Sep 1. PMID: 19728994

7. Dahl D. The vimentin-GFA protein transition in rat neuroglia cytoskeleton occurs at the time of myelination. J Neurosci Res. 1981;6(6):741–8. doi: 10.1002/jnr.490060608. PMID: 7334533

8. Stichel CC, Müller CM, Zilles K. Distribution of glial fibrillary acidic protein and vimentin immunoreactivity during rat visual cortex development. J Neurocytol. 1991 Feb;20(2):97–108. doi: 10.1007/BF01279614. PMID: 2027041

9. Missler M, Eins S, Böttcher H, Wolff JR. Postnatal development of glial fibrillary acidic protein, vimentin and S 100 protein in monkey visual cortex: evidence for a transient reduction of GFAP immunoreactivity. Brain Res Dev Brain Res. 1994 Oct 14;82(1– 2):103–17. doi: 10.1016/0165–3806(94)901538. PMID: 7842498

10. Hutchins JB, Casagrande VA. Vimentin: changes in distribution during brain development. Glia. 1989;2(1):55–66. doi: 10.1002/glia.440020107. PMID: 2523339

11. Cope EC, Gould E. Adult Neurogenesis, Glia, and the Extracellular Matrix. Cell Stem Cell. 2019 May 2;24(5):690–705. doi: 10.1016/j.stem.2019.03.023. PMID: 31051133

12. Wilhelmsson U, Pozo-Rodrigalvarez A, Kalm M, de Pablo Y, Widestrand Å, Pekna M, Pekny M. The role of GFAP and vimentin in learning and memory. Biol Chem. 2019 Aug 27;400(9):1147–1156. doi: 10.1515/hsz2019–0199. PMID: 31063456

13. Morrow CS, Porter TJ, Xu N, Arndt ZP, Ako-Asare K, Heo HJ, Thompson EAN, Moore DL. Vimentin Coordinates Protein Turnover at the Aggresome during Neural Stem Cell Quiescence Exit. Cell Stem Cell. 2020 Apr 2;26(4):558–568.e9. doi: 10.1016/j.stem.2020.01.018. Epub 2020 Feb 27. PMID: 32109376; PMCID: PMC7127969

14. Bayir E, Sendemir A. Role of Intermediate Filaments in Blood-Brain Barrier in Health and Disease. Cells. 2021 Jun 5;10(6):1400. doi: 10.3390/cells10061400. PMID: 34198868; PMCID: PMC8226756

15. Yu YT, Chien SC, Chen IY, Lai CT, Tsay YG, Chang SC, Chang MF. Surface vimentin is critical for the cell entry of SARS-CoV. J Biomed Sci. 2016 Jan 22;23:14. doi: 10.1186/s1292901602347. PMID: 26801988; PMCID: PMC4724099

16. Zou Y, He L, Huang SH. Identification of a surface protein on human brain microvascular endothelial cells as vimentin interacting with Escherichia coli invasion protein IbeA. Biochem Biophys Res Commun. 2006 Dec 22;351(3):625–30. doi: 10.1016/j.bbrc.2006.10.091. Epub 2006 Oct 26. PMID: 17083913

17. Villarreal R, Manzer HS, Keestra-Gounder AM, Doran KS. Vimentin Regulates Chemokine Expression and NOD 2 Activation in Brain Endothelium during Group B Streptococcal Infection. Infect Immun. 2021 Nov 16;89(12): e0034021. doi: 10.1128/IAI.00340–21. Epub 2021 Sep 7. PMID: 34491787; PMCID: PMC8594594

18. Potokar M, Stenovec M, Gabrijel M, Li L, Kreft M, Grilc S, Pekny M, Zorec R. Intermediate filaments attenuate stimulationdependent mobility of endosomes/lysosomes in astrocytes. Glia. 2010 Aug;58(10):1208–19. doi: 10.1002/glia.21000. PMID: 20544856

19. Wilhelmsson U, Li L, Pekna M, Berthold CH, Blom S, Eliasson C, Renner O, Bushong E, Ellisman M, Morgan TE, Pekny M. Absence of glial fibrillary acidic protein and vimentin prevents hypertrophy of astrocytic processes and improves post-traumatic regeneration. J Neurosci. 2004 May 26;24(21):5016–21. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0820–04.2004. PMID: 15163694; PMCID: PMC6729371

20. O’Leary LA, Davoli MA, Belliveau C, Tanti A, Ma JC, Farmer WT, Turecki G, Murai KK, Mechawar N. Characterization of VimentinImmunoreactive Astrocytes in the Human Brain. Front Neuroanat. 2020 Jul 30;14:31. doi: 10.3389/fnana.2020.00031. PMID: 32848635; PMCID: PMC7406576

21. Jing R, Wilhelmsson U, Goodwill W, Li L, Pan Y, Pekny M, Skalli O. Synemin is expressed in reactive astrocytes in neurotrauma and interacts differentially with vimentin and GFAP intermediate filament networks. J Cell Sci. 2007 Apr 1;120(Pt 7):1267–77. doi: 10.1242/jcs.03423. Epub 2007 Mar 13. PMID: 17356066

22. Jing R, Pizzolato G, Robson RM, Gabbiani G, Skalli O. Intermediate filament protein synemin is present in human reactive and malignant astrocytes and associates with ruffled membranes in astrocytoma cells. Glia. 2005 Apr 15;50(2):107–20. doi: 10.1002/glia.20158. PMID: 15657940

23. Boison D, Steinhäuser C. Epilepsy and astrocyte energy metabolism. Glia. 2018 Jun;66(6):1235–1243. doi: 10.1002/glia.23247. Epub 2017 Oct 17. PMID: 29044647; PMCID: PMC5903956

24. Pekny M, Pekna M, Messing A, Steinhäuser C, Lee JM, Parpura V, Hol EM, Sofroniew MV, Verkhratsky A. Astrocytes: a central element in neurological diseases. Acta Neuropathol. 2016 Mar;131(3):323– 45. doi: 10.1007/s0040101515131. Epub 2015 Dec 15. PMID: 26671410

25. Patodia S, Paradiso B, Ellis M, Somani A, Sisodiya SM, Devinsky O, Thom M. Characterisation of medullary astrocytic populations in respiratory nuclei and alterations in sudden unexpected death in epilepsy. Epilepsy Res. 2019 Nov;157:106213. doi: 10.1016/j.eplepsyres.2019.106213. Epub 2019 Oct 1. PMID: 31610338; PMCID: PMC7002840

26. Jiang SX, Slinn J, Aylsworth A, Hou ST. Vimentin participates in microglia activation and neurotoxicity in cerebral ischemia. J Neurochem. 2012 Aug;122(4):764–74. doi: 10.1111/j.1471–4159.2012.07823.x. Epub 2012 Jun

27. Erratum in: J Neurochem. 2021 Jul;158(2):571–572. PMID: 22681613 27. Pekny M, Wilhelmsson U, Tatlisumak T, Pekna M. Astrocyte activation and reactive gliosis-A new target in stroke? Neurosci Lett. 2019 Jan 10;689:45–55. doi: 10.1016/j.neulet.2018.07.021. Epub 2018 Jul 17. PMID: 30025833

28. Wilhelmsson U, Li L, Pekna M, Berthold CH, Blom S, Eliasson C, Renner O, Bushong E, Ellisman M, Morgan TE, Pekny M. Absence of glial fibrillary acidic protein and vimentin prevents hypertrophy of astrocytic processes and improves post-traumatic regeneration. J Neurosci. 2004 May 26;24(21):5016–21. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0820–04.2004. PMID: 15163694; PMCID: PMC6729371