Establishment of an experimental model of neurotuberculosis

A tuberculose (TB) é um grave problema de saúde pública. Somente no ano de 2004, cerca de 9 milhões de pessoas desenvolveram TB ativa e mais de 2 milhões de pessoas morreram da doença. O desenvolvimento de novos modelos experimentais de TB seriam de grande utilidade para para elucidar mecanismos fisiopatológicos da doença e testar esquemas terapêuticos para a prevenção e contenção da doença. Além disso, o desenvolvimento de novas vacinas torna-se indispensável como ferramenta de prevenção e controle da TB. A TB no sistema nervoso central (SNC), assim como em outros tecidos do organismo, promove a ativação de células inflamatórias. No SNC a micróglia desempenha este papel, sendo capaz de produzir ou ser influenciada por mediadores solúveis. Vários mediadores estão envolvidos nos mecanismos moleculares decorrentes da infecção e inflamação causados pela TB, entre eles: NFB, iNOS e VEGF. A ativação do NFB, um fator de transcrição citoplasmático que sob estímulo migra para o núcleo celular, tem íntima relação com a indução da iNOS e de VEGF. A resistência intracelular a patógenos, inclusive ao Mycobacterium tuberculosis, parece estar associada a expressão de iNOS em macrófagos. O óxido nítrico (NO) tem papel importante na comunicação intercelular, estimulando a síntese de mediadores inflamatórios, como as citocinas, e regulando sua própria produção endógena. Estas citocinas por sua vez também podem induzir a atividade do NFB e a expressão da iNOS e VEGF. O VEGF é um potente ativador de permeabilidade vascular e de angiogênese, envolvido na ruptura da barreira hemato-encefálica. Neste estudo, mostramos a caracterização morfológica e imuno-histoquímica de um modelo murino de TB no SNC, com a indução da doença pela inoculação de BCG. Com este modelo experimental obtivemos importantes resultados que podem esclarecer mecanismos envolvidos na fisiopatologia da neuro-TB humana. A indução de meningite e tuberculomas foi possível através da inoculação de 104 cfu de BCG no cerebelo de camundongos, por estereotaxia, e esta indução foi dependente do tempo. A confirmação do diagnóstico foi feita pela detecção de bacilos álcool-ácido resistentes (BAAR), nas lesões tuberculosas. Observamos, ao longo do tempo (1 a 6 dias; 1, 2, 4 e 8 semanas) o recrutamento de diferentes populações gliais (micróglia e astrócitos) no sítio de injeção. Houve aumento de produção e ativação NFB nas lesões tuberculosas, caracterizada pela translocação da molécula do citoplasma para o núcleo celular. Houve expressão de iNOS restrita às lesões tuberculosas, além do aumento de expressão de VEGF nestas lesões. Além disso, camundongos imunizados com a vacina gênica hsp65, contra a TB, não expressam VEGF em suas lesões. Esta vacina parece conferir um efeito protetor em nosso modelo experimental, reduzindo a expressão de VEGF, e consequentemente reduzindo seu efeito angiogênico decorrente do processo inflamatório. O recrutamento glial, e a produção de mediadores solúveis (NFB, iNOS e VEGF) pelo hospedeiro, em resposta à invasão do patógeno no SNC, parecem estar envolvidos na fisiopatologia da neurotuberculose, como demonstrado neste modelo experimental. Nosso modelo permitirá investigar fatores possivelmente responsáveis pelo desenvolvimento e manutenção de lesões tuberculosas no SNC. O objetivo final seria elucidar a fisiopatologia desta grave doença e compreender eventos moleculares envolvidos na produção de lesões. O conhecimento gerado poderá permitir o delineamento de terapias específicas e efetivas.Tuberculosis (TB) is a serious public health problem; in 2004, 9 million people developed active TB and the disease killed 2 million patients. Development of experimental models and new vaccines are essential both to elucidate physiopathological mechanisms and to control the disease. This infection in the central nervous system (CNS), as in other tissues of the organism, activates inflammatory cells. In CNS, this role is performed by the microglia, which is capable of producing or be influenced by soluble mediators. Several mediators are involved in the molecular mechanisms of the infection and inflammation by mycobacteria , such as NFB, iNOS and VEGF. NFB activation, a cytoplasmic transcriptional factor that migrates to the cellular nucleus under stimuli, is involved with the iNOS and VEGF induction of expression. The intracellular resistance to Mycobacterium tuberculosis has been associated with iNOS expression in macrophage cells. Nitric oxide (NO) is crucial in intercellular communication, modulating the synthesis of mediators of inflammation, such as cytokines, and modulation itself. These cytokines induces NFB activity, and induces iNOS and VEGF expression. VEGF is a potent activator of vascular permeability and of angiogenesis and it is a factor involved in the breakdown of the blood brain-barrier in tuberculous meningitis. In this study, we showed the morphologic and immunohistochemistry characterization of an experimental model of TB in the CNS, with inoculation of BCG in mice. In this model we elicited important outcome that can elucidate mechanisms involved in the physiopathology of human neuron-TB. Induction of meningitis and tuberculomas were possible with stereotaxic inoculation of 104 cfu of BCG in mice cerebellum, in a time-dependent way. Diagnostic was confirmed by detection of alcohol-acid resistant bacilli (BAAR), in tuberculous lesions. We observed, the time-course (1 to 6 days; 1, 2, 4 e 8 weeks) of the recruitment of different glial populations (microglia and astrocytes) in the injection site. There was increased production and activation of NFB in the tuberculous lesions, it was characterized by its nuclear translocation from cytoplasm. There was iNOS expression only in the tuberculous lesions, and expression increased of VEGF in these lesions. Furthermore, mice immunizated with vaccine DNA-hsp65 there was no expression of VEGF in its lesions. This vaccine seems confer a protector effect in our experimental model, reducing the expression of VEGF, and then reducing its angiogenic effect derived from inflammatory process. Glial recruitment, and the soluble mediators production (NFB, iNOS e VEGF) by the host, producing in response to invasion of the pathogen in the CNS, has been involved in the pathophysiology of the neuro-TB, such as demonstrated in this experimental model. Our model will allow investigate possible factors responsible for the development and maintenance of tuberculous lesions in the CNS. The final aim is to elucidate the physiopathology of this serious illness and understand the molecular events involved in the production of the lesions. The knowledge created may permit to pave the way to delineate specific and effective therapies