Reperfuusio. MMP, TIMP ja veriaivoeste BBB

Miten aivokalvot  ( meninges) pysyvät integroituina ja  veriaivo-este BBB  funktionaalisena?

(Luonnollisesti täytyy asialla olla jotenkin jatkuva fysiologinen molekyylien  uudistuminen, turnover,  debriksen poisto ja geneettinen korjausluku ja  rakenteen säilyttäminen iänmukaisesti  optimaalisena. Tähän korvausjärjestelmään kuuluu  sorvausjärjestelmä: Jos tässä on epätasapainoa esim sorvaus on korvausta suurempi seuraa mm osteoporoosi tai kudosten tuhoutuminen ja katoaminen. Toisaalta taas  sikiöaikana  sorvauksen tulosta on sippoinen vauva eikä niin että ihmissikiöt  kasvaisivat kohdussa  kuin kasvi  esim äidin ravinnosta  riippuvalla energialla  ilman geneettistä sorvausta. Kukaan ei pystyisi runsaan ravinnon keskellä  länsimailla edes synnyttämään tai  kantamaan lasta joka ei muokkautuisi tällä sorvausjärjestelmällä koko ajan sippoiseksi ja optimaaliseksi  äidin keholle.  Toisaalta taas  nälkämaissakin  vauvat ovat  hyvä kuntoisia, koska ne ottavat ravinnon äidin kehosta ja  muokkautuvat normaaleiksi geeniohjelmalla  syntymähetkeen asti.

 Kalvojen metalloproteinaasit ovat  eräitä tällaisia muokkavia molekyylejä:  (MMPs ja TIMPs), mutta miten? niiden funktiota on pystytty havaitsemaan   patologisesta tilasta. Tässä otan esiin  erään eläinkokeen, jossa on tutkittu asiaa reperfuusiovaurion jälkitilan yhteydessä luonnollisen korjautumisprosessin aikana.

Tiivistelmä (Abstract)

• Tausta ja tarkoitus: Reperfusoitumisessa  (verenkierron palauttamisessa vaurioituneeseen kohtaan) rikkoutuu aivojen hiusverisuonistoa ja siitä seuraa aivoihin turvotusta ja verenvuotoa.Tiedettiin, että jos keskimmäinen aivovaltimo (Arteria cerebri media) tukkeutuu, tämä aiheuttaa kalvoa hajoittavien metalloproteinaasien (MMP) aktivoitumisen. Mutta metalloproteinaasien (MMP)  osuutta reperfuusion jälkeisiin kapiollaarivauriotapahtumiin ei oltu aiemmin tutkittu ja tähän tutkijat kiinnittivät nyt huomionsa. 

BACKGROUND and PURPOSE: Reperfusion disrupts cerebral capillaries, causing cerebral edema and hemorrhage. Middle cerebral artery occlusion (MCAO) induces the matrix-degrading metalloproteinases, but their role in capillary injury after reperfusion is unknown.

• Matrix metalloproteinaasit (MMP) ja kudosperäiset MMP-estäjät (TIMP) moduloivat hiussuonien läpäisevyyttä. 

Matrix metalloproteinases (MMPs) and tissue inhibitors to metalloproteinases (TIMPs) modulate capillary permeability.

• Nyt  tutkijat mittasivat   veri-aivo esteen permeabiliteettia,  aivojen vesipitoisuutta ja elektrolyyttejä, MMP- entsyymeitä ja TIMP entsyymeitä useaan otteeseen reperfuusion jälkeen.( Menetelmissä oli mm. zymografisia mittauksia  , synteettisen MMP-estäjän käyttöä. Mittauksia tehtiin 3 tunnin, 48 tunnin ja  14 päivän päästä reperfuusiohetkestä.  Vaikutusta aivoturvotukseen mitattiin myös.

Therefore, we measured blood-brain barrier (BBB) permeability, brain water and electrolytes, MMPs, and TIMPs at multiple times after reperfusion. METHODS: Adult rats underwent MCAO for 2 hours by the suture method. Brain uptake of 14C-sucrose was measured from 3 hours to 14 days after reperfusion. Levels of MMPs and TIMPs were measured by zymography and reverse zymography, respectively, in contiguous tissues. Other rats had water and electrolytes measured at 3, 24, or 48 hours after reperfusion. Treatment with a synthetic MMP inhibitor, BB-1101, on BBB permeability and cerebral edema was studied.

•  Tuloksissa oli seuraavia havaintoja:  Sokerinottoa mitattaessa havaitiin, että sokerinotto nousi 3 ja 48 tuntia reperfuusiosta ja maksimaalinen permeabiliteetin lisääntyminen tapahtui 48 tunnin päästä sekä paluu normaaliin 14 päivän päästä .( Vapaa sokeri on toksinen aivoille, joten sen pääsy on normaalisti hyvin tarkasti säädeltyä. Jos veri-aivonesteen  pitävyys  laskee, sokeria  pääse enemmän läpi ilman kontrollia).

RESULTS: Brain sucrose uptake increased after 3 and 48 hours of reperfusion, with maximal opening at 48 hours and return to normal by 14 days.

• Havaittiin että sokerin nousuihin korreloiden 3 tunnin kohdalla nousi gelatinaasi A pitoisuus ( matrix metalloproteinaasi-2, MMP-2). 
•  Gelatinaasi-B ja  TIMP-1 olivat maksimaalisesti koholla  koholla 48 tunnin päästä
•   MMP-2  oli maksimaalisesti kohonnut 5. päivänä.
•  Gelatinaasi B ja TIMP-1 olivat maksimaalisesti kohonneet 48 tunnin päästä ( 2 vrk päästä)
•  TIMP-2 oli korkeimmillaan 5. päivänä-

There was a correlation between the levels of gelatinase A at 3 hours and the sucrose uptake. 
Gelatinase B and TIMP-1 were maximally elevated at 48 hours.
 The inhibitor of gelatinase B, TIMP-1, was also increased at 48 hours.

Tutkijoitten käyttämä aivoveriesteen avautumisen estoaine BB-1101 vähensi 3 tunnin päästä tapahtuvaa permeabiliteetin lisääntymää; aivoödemaa se vähensi 24 tunnin kohdalla, mutta se ei vaikuttanut 48 tunnin päästä tapahtuviin seikkoihin.

Treatment with BB-1101 reduced BBB opening at 3 hours and brain edema at 24 hours, but neither was affected at 48 hours.
JOHTOPÄÄTÖKSET:Alkuavautuminen veri-aivoesteessä 3 tunnin kohdalla johtui GELATINAASI A-pitoisuuksista ja sitä saattoi estää synteettinen MMP-inhibiittori.

Viivästynyt aivoverinesteen avautuminen, mikä johtui kohonneista GELATINAASI B- määristä ei reagoinut suotuisasti mainittuun MMP-inhibiittoriin, mistä voi päätellä että aivoveriesteen (BBB) vaurio on bifaasinen mekanismiltaan.

CONCLUSIONS:
The initial opening at 3 hours correlated with gelatinase A levels and was blocked by a synthetic MMP inhibitor. The delayed opening, which was associated with elevated levels of gelatinase B, failed to respond to the MMP inhibitor, suggesting different mechanisms of injury for the biphasic BBB injury.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9756602