Systemische IL-4 Gabe nach traumatischer Rückenmarksverletzung begünstigt den funktionellen Outcome und wirkt immunmodulatorisch im Ratten-Modell

Einführung Eine traumatische Rückenmarksverletzung (SCI) verursacht eine lokale und systemische Entzündung, die die Neuroregeneration einschränkt und zu lebenslanger Behinderung und systemischen Komplikationen beiträgt. Die Bekämpfung systemischer Stresskaskaden nach SCI könnte deshalb ein Behandlungsansatz sein. Da Interleukin-4 (IL-4) ein entzündungshemmender Immunmodulator ist, wurden seine Auswirkungen bei systemischer Gabe auf die funktionelle Erholung sowie die lokale und systemische Entzündungsreaktion nach SCI bei Ratten untersucht.

Methoden 120 weibliche Wistar-Ratten wurde entweder einer Laminektomie mit einer thorakalen (Th10) Clip-Kompression-SCI (IL-4, Placebo) oder nur einer Laminektomie (Sham) unterzogen. Die SCI-Tiere erhielten dann 7 Tage lang zweimal täglich intraperitoneal IL-4 oder Placebo. Die neurologische Funktion wurde 3, 7, 14, 21 und 28 Tage nach der Verletzung (dpi) anhand der CatWalk XT Ganganalyse, der BBB (Basso, Beattie, Bresnahan) Openfield Rating Scale und des Gridwalk-Tests (nur bei 28 dpi) untersucht. Die Ratten wurden an 1, 3, 7, 14 und 28 dpi geopfert. Die Neuroinflammation, zelluläre Neurodegeneration und Astrogliose wurden in den explantierten Rückenmärkern mittels Immunhistochemie (IHC) untersucht. Es wurden Protein- und RNA-Level verschiedener Zytokine im Serum und in den peripheren Organen mittels Durchflusszytometrie/RT-PCR gemessen, um die systemische Entzündung zu beurteilen.

Ergebnisse Die mit IL-4 behandelten Ratten zeigten eine signifikant höhere Erholung der BBB-Werte im Vergleich zu den Placebo-Ratten nach 14 und 28 dpi. Die CatWalk XT-Ganganalyse zeigte eine signifikant besser Funktion der hinteren Gliedmaßen bei IL-4-Ratten, die ihr Maximum bei 14 dpi erreichte. Auch bot die IL-4-Gruppe nach 28 dpi im Vergleich zur Placebogruppe im Gridwalk-Test eine geringere Rate an Schrittfehlern. In den IHC-Analysen konnte bei den IL-4-behandelten Ratten im Vergleich zu den Placebo-Ratten nach 3 und 7 dpi ein signifikant höheres Verhältnis von anti-inflammatorischen M2- zu pro-inflammatorischen M1-Makrophagen festgestellt werden. Außerdem war die Astrogliose unter der IL-4-Behandlung nach 28 dpi signifikant reduziert. Die Placebo-SCI-Ratten zeigten signifikant höhere Werte an pro-inflammatorischen Serumzytokinen verglichen mit Sham-Ratten. Unter der IL-4-Behandlung konnte eine starke Verringerung pro-inflammatorischer Zytokine und ein Anstieg anti-inflammatorischer Zytokine beobachtet werden.

Schlussfolgerung Unsere Ergebnisse belegen einen Zusammenhang zwischen der systemischen Verabreichung von IL-4 und einer verbesserten funktionellen Erholung nach SCI bei Ratten, vermutlich durch seine lokale und systemische entzündungshemmende Wirkung. Darüber hinaus scheinen Neuroinflammation und Astrogliose durch die IL-4-Gabe wirksam reduziert zu werden. Somit könnte IL-4 ein vielversprechender Kandidat für weitere präklinische und schließlich translationale Studien zur SCI-Behandlung in Betracht gezogen werden.

Publikationsverlauf

Artikel online veröffentlicht:
06. März 2023