Microglial reaction on brain invasive meningioma

Hirninvasion von Meningeomen stellt ein seltenes, aber prognostisch ungünstiges Verhalten dieser Tumore dar. Die Mikroglia ist ein empfindlicher Sensor für pathologische Prozesse im ZNS und mitverantwortlich für deren Abwehr. Da die genauen Vorgänge bei Hirninvasion nur wenig untersucht sind und keine Arbeiten zur mikroglialen Reaktion dabei bestanden, war das Ziel unserer Studie die Reaktion der Mikroglia an der Hirn-Tumorgrenze und im anliegenden Hirnparenchym zu untersuchen. Als Probengut wählten wir 18 invasive Meningeome des WHO-Grads I, 13 invasive Meningeome des WHO-Grads II und 7 invasive Meningeome des WHO-Grades III und untersuchten diese Präparate immunhistochemisch auf Reaktionen der Mikroglia an der Hirn-Tumorgrenze und im darauf folgenden ZNS-Gewebe. Färbungen mit Anti-CD68 und -CD45 dienten der Detektion ruhender Mikroglia, während Anti-CD14 und -MRP8 aktivierte Mikroglia anfärbten. MHCII nahm als Oberflächenmolekül auf ruhender und aktivierter Mikroglia eine Zwischenstellung ein. Um eine Korrelation mit dem Vorhandensein von Basalmembran an der Hirn-Tumorgrenze und dem Vorhandensein von Mikrogliazellen zu ermöglichen wiesen wir Basalmembran anhand Färbungen mit Anti-Collagen 4 Antikörpern nach. Dabei stellten wir fest, dass in allen von uns untersuchten ZNS-Arealen um die Meningeome herum, unabhängig von dem jeweiligen Malignitätsgrad, ruhende, CD68-positive Mikrogliazellen in einem diffusen Verteilungsmuster vorkommen. Bei den Markern für aktivierte Mikroglia, wie MHCII, CD14 und MRP8 war die Zahl der Mikrogliazellen im Hirnparenchym geringer, aber auch hier gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen den WHO-Graden. Die Untersuchung der Hirn-Tumorgrenze, die hier im Vordergrund stehen sollte, zeigte deutliche Unterschiede zwischen den Malignitätsgraden. Sowohl bei den Markern für ruhende Mikroglia, wie CD68 und CD45, als auch bei den Markern für aktivierte Mikroglia, wie MCHII, CD14 und MRP8 war die mikrogliale Aktivität an der Hirn-Tumorgrenze bei Meningeomen des WHO-Grades III stets signifikant stärker ausgeprägt, als an der Hirn-Tumorgrenze von Meningeomen mit WHO-Grad I oder II. Bei den Meningeomen des Malignitätsgrades III bildeten Mikrogliazellen eine gut abgrenzbare Demarkationslinie zwischen Meningeom und ZNS-Gewebe, so dass die Hirn-Tumorgrenze deutlich hervortrat. Daraus lässt sich ableiten, dass Hirninvasion eines Grad III Meningeoms einen stärkeren pathologischen Stimulus auf die Mikroglia ausübt, als die Invasion niedrig maligner Meningeome. Unsere Untersuchungen bezüglich des Vorhandenseins von Basalmembran und dem vermehrten Auftreten von Mikroglia an der Hirn-Tumorgrenze ergaben eine signifikante Korrelation zwischen dem Fehlen von Basalmembran und einer verstärkten mikroglialen Reaktion an der Hirn-Tumorgrenze, die durch die Marker CD68, MHCII und CD14 nachgewiesen werden konnte. Diese Ergebnisse reihen sich in vorhergehende Untersuchungen zur Intaktheit der Basalmembran von Fritz und Mitarbeitern 2005 und Schittenhelm und Mitarbeitern 2006 ein (Fritz et al 2005; Schittenhelm et al 2006). Demnach bedeutet Hirninvasion eines Meningeoms mit WHO-Grad III eine frühe Zerstörung der Basalmembran, während die Hirninvasion eines Meningeoms mit WHO-Grad I und II zunächst eine intakte Basalmembran beinhaltet. Diese Studien und unsere Ergebnisse lassen darauf schließen, dass der Durchbruch der Basalmembran einer mikroglialen Reaktion an der Hirn-Tumorgrenze vorausgehen muss, wie es vermehrt bei Meningeomen mit WHO-Grad III der Fall ist.Brain invasion is a rare but prognostically bad sign in meningioma. Microglia detect pathological processes in the central nervous system and is responsible for defence mechanisms. Our aim was to investigate microglial reaction on brain invasion at the tumor brain border and the surrounding parenchyma. We used 18 invasive meningioma WHO-grade I, 13 invasive meningioma WHO-grade II and 7 invasive meningioma WHO-grade III for immunohistochemistry. Stainings with anti- CD68 and –CD45 antibodies were used to detect resting microglia, while stainings with anti-CD14 und –MRP8 antibodies were used to show activated microglia. MHCII, a surface protein expressed on resting, as well as on activated microglia was detected on both forms. To be able to correlate microglial reaction with the presence of basal membrane at the tumor brain border we used anti- collagen 4 antibodies to show basal membrane. In all our biopsies independent of malignancy grade, we found resting, CD68 positive microglia in a diffuse pattern in surrounding brain parenchyma. Active microglia represented by stainings with MHCII, CD14 and MRP8 showed less positive cells in brain parenchyma, but there were also no significant differences between WHO-grades. Investigations at the tumor brain border, which was our main region of interest, showed significant differences of microglial reaction between malignancy grades. As well as with stainings for resting microglia, such as CD68 or C 45, as with stainings for activated microglia, such as MHCII, CD14 or MRP8, microglia reaction at the tumor brain border of invasive meningioma grade III was stronger than in meningioma WHO-grade I or II. In invasive meningioma grade III microglial cells formed a well distinguishable line between tumor and brain parenchyma, so that the tumor brain border was stressed. In conclusion we showed that brain invasion in high grade meningioma imposes a greater pathological stimulus on microglial cells than invasion in low grade meningioma. Our investigations on the presence of basal membrane and the microglial reaction at the tumor brain border showed a significant correlation between rupture of basal membrane and an increased microglial activation shown by stainings against CD68, MHCII and CD14. Therefore we assume that the rupture of the basal membrane must take place before microglia are activated at the tumor brain border, as it is seen in meningioma WHO-grade III