Les Metal·loproteïnases de matriu en el parènquima cerebral : implicació en la isquèmia cerebral humana

Consultable des del TDXTítol obtingut de la portada digitalitzadaL'ictus és un trastorn, transitori o permanent, en una zona del parènquima encefàlic que es produeix com a conseqüència d'una alteració aguda en el flux dels vasos sanguinis cerebrals. En les primeres hores del procés isquèmic s'inicia una complexa resposta inflamatòria que produeix l'activació d'alguns sistemes de proteolisi que amplifiquen el dany tissular inicial i activen processos d'apoptosi que duen a una mort neuronal secundària. Les metal·loproteïnases de matriu (MMPs), són una família de proteases que degraden substrats de la matriu extracel·lular/làmina basal amb un paper en la remodelació tissular. Després del procés isquèmic es produeix la sobreexpressió d'algunes MMPs (especialment de les gelatinases MMP-2 i MMP-9) i una regulació (no controlada) d'aquest sistema proteolític està implicat en el trencament de la barrera hematoencefàlica i la mort cel·lular. Un altre procés que s'activa és l'angiogènesi, en que es formen nous capil·lars a partir dels ja existents, i que necessita una remodelació tissular on també juguen un paper important les MMPs. Actualment, estan en discussió els possibles avantatges o inconvenients de la instauració fisiològica i/o farmacològica de l'angiogènesi en la fase aguda de l'ictus. Els objectius han estat: valorar els nivells plasmàtics de diferents MMPs en la fase hiperaguda de l'ictus i determinar el seu valor predictiu com a biomarcadors. Segon, valorar in vivo el contingut de gelatinases en l'espai extracel·lular de l'infart i de la penombra per microdiàlisi cerebral i la seva modulació en infarts malignes de l'artèria cerebral mitja. Tercer, determinar i localitzar in situ el contingut de gelatinases en diferents àrees del parènquima encefàlic després de l'ictus isquèmic i hemorràgic. Quart, analitzar el coneixement sobre l'angiogènesi en la fase aguda de l'ictus, així com la participació de les metal·loproteïnases en aquest procés. I cinquè, determinar, a nivell plasmàtic, el balanç entre un inhibidor (endostatina) i un promotor (VEGF) de l'angiogènesi, en la fase aguda de l'ictus isquèmic i la seva relació amb l'evolució neurològica. Els estudis s'han realitzat en pacients amb un ictus isquèmic o hemorràgic que es van incloure en diferents protocols segons el tractament que rebien o l'evolució clínica. S'han realitzat proves de neuroimatge i doppler transcranial i, segons l'estudi, s'han obtingut mostres de sang perifèrica, teixit cerebral post-mortem o microdializat cerebral. Les tècniques de laboratori realitzades han estat ELISAs, Protein Arrays, western blot, zimografia en gelatina, zimografia In situ o immunohistoquímica. Els resultats mostren que els nivells plasmàtics d'MMP-9 i d'MMP-13 es relacionen amb un increment de la lesió en difusió en les primeres 24 hores, essent predictors independents del creixement de l'infart en pacients posteriorment tractats amb rt-PA. Per primer cop en humans, s'han monitoritzat els nivells cerebrals de MMP-2 i MMP-9, in vivo, per tècniques de microdiàlisi cerebral, mostrant un pic de MMP-9 en la fase més aguda i en el core respecte l'àrea periinfart. A més, la hipotèrmia redueix els nivells tissulars de les dues gelatinases, mentre que, amb el recalentament, l'expansió de l'infart i la craniotomia descompressiva augmenten. Respecte al parènquima, hi ha una expressió màxima de MMP-9 en el core però també en les zones periinfart i perihematoma en relació a l'hemisferi contralateral. La producció de MMP-9 es localitza a la zona vascular/perivascular associada a la infiltració de neutròfils carregats de MMP-9 i en cèl·lules del teixit nerviós (microglia, neurones i macròfags). La modulació de l'angiogènesi és clau en la fase hiperaguda/aguda per mantenir estable la barrera hematoencefàlica durant la resposta neuroinflamatòria. La producció de VEGF i endostatina està incrementada en la fase hiperaguda i, nivells elevats d'endostatina es relacionen amb una pitjor evolució neurològica, mentre que nivells elevats de VEGF poden associar-se a l'aparició i extensió de complicacions hemorràgiques. Per tant, intentar bloquejar algunes MMPs, podria formar part, en el futur, de teràpies combinades en el tractament de l'ictus.Human stroke is a transient or permanent event that occurs in brain parenchyma as a result of cerebral blood flow disturbance in brain vessels. During the first hours after the ischemic event a complex inflammatory response takes place and as a consequence, proteolytic reactions are activated increasing brain injury that together with apoptosis mechanisms lead to secondary neuronal death. Matrix metalloproteinases (MMPs) are a family of proteases that degrade different components of the extracellular matrix and basal lamina, hence with an important role in tissue remodelation. After cerebral ischemia, there is an overexpression of some of these MMPs (mainly both gelatinases MMP-2 and MMP-9). The uncontrolled activation of this proteolytic system is implicated in blood brain barrier breakdown and cell death. Angiogenesis is another ischemia-induced mechanism by which new capillars sprout from others. This process requires an extracellular matrix remodelation where MMPs play an important role. Nowadays, advantages and disadvantages of the pharmacological and/or physiological instauration of this process are still under discussion. The main objectives of our research project were: 1) to assess plasma levels of different MMPs in the hyperacute phase of stroke and their predictive value as biomarkers. 2) to assess in vivo content of both gelatinases in the extracellular matrix in the infracted core and in the surrounding penumbra by means of cerebral microdyalisis and also study its regulation in malignant middle cerebral artery infarcts. 3) to determine and localize in situ gelatinases content in different brain tissue areas, both in ischemic and hemorrhagic strokes. 4) to analyse current knowledge about angiogenic process in the acute phase of stroke. 5) to assess in blood samples, angiogenic balance between an endogen inhibitor (endostatin) and an endogen promoter (VEGF), in acute stroke and its relation with neurological outcome in t-PA treated stroke patients. The studies performed in stroke patients, both ischemic and hemorrhagic, that were included in different protocols according to their treatment or neurological outcome. The protocols included neuroimaging, transcranial doppler and biological sampling from peripheral blood, post-mortem brain tissue or cerebral dialysate. Obtained samples were analysed by means of ELISAs, Protein Arrays, western blot, gelatine zymography, in situ zymography or immunohistochemistry. The results demonstrated that highest MMP-9 and MMP-13 pretreatment plasma levels were related to a DWI-lesion increase within the first 24 hours after stroke, becoming independent predictors of infarct growth in the studied group of t-PA treated patients. For the first time in human studies, MMP-2 and MMP-9 have been detected, in vivo, in human brain dialysates, showing a MMP-9 peak in the acute phase and in the infarct core compared to periinfarct areas. Moreover, hypothermic treatment diminished tissue levels of both gelatinases that increased after decompressive craniectomy. At the same time, during the rewarming phase an increase of both gelatinases was detected together with infarct expansion and neurological worsening. Regarding brain parenchyma, MMP-9 highest levels were found in infarcted tissue compared with the periinfarct and contralateral hemisphere. Moreover, periinfarct and perihematoma samples tended to show higher MMP-9 levels than contralateral hemispheres. In infarct cores, MMP-9 was mainly located around blood vessels (endothelial cell/peri-endothelial layer) together with the presence of perivascular immunoreactive neutrophils while in periinfarct and perihematoma areas MMP-9 immunoreactivity was predominantly located in several parenchymal cell types such as activated microglial cells and neutrophils. During the hyperacute/acute phase of stroke angiogenesis showed to be important modulating angiogenesis to maintain blood brain barrier stability during the neuroinflammatory response. Both VEGF and endostatin plasmatic levels were increased in the hyperacute phase and, highest levels of endostatin were related to worse neurological outcome while highest VEGF levels were associated to hemorrhagic transformation complications. Hence, the obtained results suggests a potential therapeutic role of MMP inhibition after acute human stroke