Hiperozmolar mannitol ile oluşturulan kan-beyin bariyeri hasarına katalazın etkisi
The effects of catalase on the disrupted blood-brain barrier integrity BY hyperosmolar mannitol
Yazar: NİLÜFER AYTÜRK
Danışman: PROF. DR. BÜLENT AHISHALI
İstanbul Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Histoloji ve Embriyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Histoloji ve Embriyoloji = Histology and Embryology
Dizin: Horseradish peroxidase = Horseradish peroxidase ; Kan beyin bariyeri = Blood brain barrier ; Katalaz = Catalase ; Mannitol = Mannitol ; Merkez sinir sistemi = Central nervous system

Özet:
Bu çalışmada, katalazın sıçanlarda hiperozmolar mannitol (%25) ile oluşturulmuş kan-beyin bariyeri (KBB) hasarına karşı koruyucu etki sağlayıp sağlamadığı araştırıldı. İntravenöz PEG-katalaz (2.500 IU/0,2 ml) enjeksiyonunun ardından sağ eksternal karotis arterine yerleştirilen kateter ile mannitol (0,25 ml/kg/sn) infüze edildi. KBB hasarını göstermek için Evans blue (EB) ve horseradish peroksidaz (HRP) izleyicileri kullanıldı. İpsilateral beyin bölgelerinde EB miktarı mannitol uygulaması ile artarken, katalaz+mannitol grubunda mannitol grubuna kıyasla anlamlı derecede düşük düzeyde kaldı (p<0,01). Klaudin-3 sıkı bağlantı (TJ) proteininin immünoreaktivitesi mannitol grubunda ipsilateral ve kontralateral beyin bölgelerinde azalırken, hipokampustaki azalmalar istatistiksel olarak anlamlı bulundu (p<0,01). Katalaz uygulamasıyla klaudin-3 immünoreaktivitesinin mannitol grubuna kıyasla kortekste anlamlı düzeyde olmak üzere tüm beyin bölgelerinde yüksek olduğu gözlendi (p<0,05). Mannitol grubunda beyin bölgelerinde izlenen klaudin-5 immünoreaktivite azalması (p<0,01), katalaz uygulamasıyla ortadan kalktı (p<0,01). GFAP immünoreaktivitesi mannitol uygulamasıyla yaygın bir değişiklik göstermezken, katalaz+mannitol grubunda ipsilateral beyin bölgelerinde sham ve mannitol gruplarına göre anlamlı düzeyde yüksek bulundu (p<0,05). Elektron mikroskobik değerlendirmede, mannitol uygulanan hayvanların korteks ve hipokampus bölgelerindeki kapilerlerin endotel hücreleri ile bazal membranlarında ve parankimal alanlarda HRP reaksiyon oluşumlarının sham grubuna kıyasla ipsilateral tarafta daha şiddetli olmak üzere (p<0,01) her iki tarafta anlamlı derecede arttığı görüldü. Bu bölgelerde endotel hücreleri arasındaki TJ'lerde açılma ve perivasküler alanda astrosit son-ayaklarında şişme ve ödem saptandı. Katalaz uygulamasıyla beyin bölgelerindeki kapilerlerin endotel hücrelerinde ve perivasküler alanda HRP reaksiyonu sham grubuna yakın düzeyde gözlendi. Bu çalışmanın sonuçları, katalazın hiperozmolar KBB hasarına karşı, beyin mikrodamarlarının bariyer fonksiyonunun düzenlemesinde geçerli paraselüler ve transselüler yolaklar üzerinde önemli bir rol oynayarak KBB bütünlüğünün korunmasında etkili olabileceğini göstermiştir.


Anahtar Kelimeler: Kan-beyin bariyeri, Mannitol, PEG-Katalaz, Evans blue, HRP

Abstract:
In this study, we investigated whether catalase exerts protection against blood-brain barrier (BBB) disruption induced by hyperosmolar mannitol (25%) in rats. Following intravenous catalase-PEG (2.500 IU/0.2 mL) pretreatment, mannitol (0.25 ml/kg/sec) was infused into the right external carotid artery. BBB integrity was assessed using Evans blue (EB) and horseradish peroxidase (HRP) tracers. In ipsilateral brain regions, mannitol-induced increase of EB content was significantly alleviated by catalase (p<0.01). While immunoreactivity for claudin-3 tight junction (TJ) protein was decreased in all brain regions by mannitol with differences being significant in hippocampus (p<0.01), higher immunostaining intensity was achieved by catalase with significant differences in cortex (p<0.05). The significantly decreased claudin-5 immunoreactivity of mannitol-treated animals was significantly increased by catalase (p<0.01). GFAP immunoreactivity showed no widespread alteration by mannitol whereas ipsilateral brain regions of catalase-pretreated animals had significantly higher immunostaining intensity than animals in sham and mannitol groups (p<0.05). Ultrastructurally, HRP reaction-products were significantly increased by mannitol in the endothelium and basement membranes of capillaries and parenchymal areas in all brain regions predominantly the ipsilateral side (p<0,01). In these regions, TJs between endothelial cells were mostly open and swelling and edema of the astrocytic end-feet were observed. The frequency of HRP reaction-products in the endothelium and perivascular parenchyma of catalase-pretreated animals was similar to that of sham animals. Our results suggest that catalase may be effective in protecting BBB integrity against hyperosmolar BBB injury through its activity on paracellular and transcellular pathways that are functional in the regulation of barrier function of brain microvessels.


Key Words: Blood-brain barrier, Mannitol, PEG-Catalase, Evans blue, HRP