Eje cerebro-intestino en el ictus: estudio de Ia respuesta inmune, microbiota y barrera intestinal

Abstract

El eje cerebro-intestino es una comunicación bidireccional entre ambos órganos que incluye mediadores inmunológicos, nerviosos, endocrinos y respuesta microbiana. Una desregulación de esta comunicación podría estar detrás de enfermedades como la enfermedad de Párkinson, la enfermedad de Alzheimer, la depresión, o incluso el ictus o infarto cerebral. El ictus se produce por la interrupción brusca de la circulación sanguínea en una zona de cerebro, y es la primera causa de muerte en mujeres y primera causa de discapacidad adquirida en adultos. El campo de investigación de la relación cerebro- intestino en el contexto del ictus es reciente, con un aumento de las publicaciones en los últimos cinco años. En estas investigaciones se ha constatado que el ictus es capaz de

modificar la composición bacteriana intestinal, que la alteración de la microbiota intestinal mediante intervención externa (como uso de tratamientos antibióticos o trasplantes fecales) puede modular la lesión cerebral vía respuesta inmune y que el ictus actúa sobre la integridad de la barrera intestinal. Dada la corta vida de este campo, quedan varios aspectos que abordar, resolver y aclarar, ya que entre las diferentes investigaciones hay resultados controvertidos y aspectos de la respuesta inmunológica en el intestino que no se conocen. Con el objetivo de esclarecer los efectos del ictus sobre el intestino, en esta tesis doctoral se han utilizado modelos experimentales de isquemia cerebral en ratón y se han analizado los cambios de las poblaciones celulares del sistema inmune después del ictus mediante citometría de flujo. Se ha estudiado el efecto de la isquemia cerebral sobre las poblaciones bacterianas intestinales mediante PCR cuantitativa y sus metabolitos por cromatografía de gases, y la regulación de las mismas mediante tratamientos para el bloqueo de la vía adrenérgica. Además, se ha estudiado la integridad física de la barrera intestinal mediante técnicas de análisis de permeabilidad in vivo y ex vivo. Los resultados muestran que después del ictus se produce un aumento a nivel de linfocitos intraepiteliales de células Tγδ, implicadas en el mantenimiento de la integridad de la barrera intestinal, además de un incremento de la citocina proinflamatoria IFNγ en ganglios mesentéricos, situación que se evita previo tratamiento con el β-bloqueante propranolol. De forma consistente, observamos un aumento de la familia de enterobacterias en muestras de heces y de ciego de los animales que habían sufrido un ictus, además de un aumento de la detección del número de colonias bacterianas en muestras de ganglios mesentéricos, situación no dependiente de la vía adrenérgica. En paralelo a estos resultados de translocación bacteriana, confirmamos presencia de bacterias bioluminiscentes procedentes del tracto intestinal en pulmones de animales isquémicos. Finalmente, también hemos comprobado que la isquemia aumenta la secreción iónica intestinal en tiempos cortos después del ictus, y que además podría producir pequeñas alteraciones de las uniones celulares del epitelio intestinal.

The gut-brain axis is a bidirectional communication between both organs that includes immune, nervous, endocrine mediators and a microbial response. Disruptions in this communication could trigger diseases such as Parkinson's disease, Alzheimer's disease, depression, or even stroke, which is caused by the interruption of the brain blood circulation. The research between the gut and the brain in the context of stroke is recent, with most of the research performed in the last 4 years. As a consequence, there are several aspects to be addressed, resolved and clarified. In order to clarify the effects of stroke on the intestine, we performed the stroke experimental model of transient middle cerebral artery occlusion in mice and analysed changes in the intestinal immune system populations by flow cytometry. We also studied the effect of the cerebral ischemia on the gut bacteria and its metabolites by qPCR and gas chromatography, respectively, as well as its regulation by drug treatments. Furthermore, we identified changes in gut epithelial integrity trough in vivo and ex vivo permeability tests. Our results show an increase in intraepithelial γδ T cells, involved in maintaining the integrity of the intestinal barrier, in addition to an increase in the proinflammatory cytokine IFNγ in mesenteric lymph nodes, what ultimately is avoided after treatment with the β-blocker propranolol. Consistently, we observed an increase in the Enterobacteriaceae family in stool and cecum samples from stroke animals. In addition, we observed higher numbers of bacterial colonies in samples of mesenteric lymph nodes from stroke animal in comparison to control animals, a situation that was not dependent on the adrenergic pathway. This results suggested some bacterial translocation and, accordingly, we confirmed the presence of bioluminescent bacteria from the intestinal tract in the lungs of ischemic animals. Finally, we also detected alterations in the intestinal epithelium after stroke, such as an increase in intestinal ion secretion, and changes in the gut permeability, suggesting that ischemia could produce small alterations in the cellular junctions of the intestinal epithelium. These results show the relationship between the brain and the intestine after stroke and the possibility to regulate this response by pharmacological treatment.