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Background: Granulocytes and monocytes are the first cells to invade the brain post stroke and are also being discussed as important cells in early neuroinflammation after seizures. We aimed at understanding disease specific and common pathways of brain-immune-endocrine-interactions and compared immune alterations induced by stroke and seizures. Therefore, we compared granulocytic and monocytic subtypes between diseases and investigated inflammatory mediators. We additionally investigated if seizure type determines immunologic alterations.
Material and Methods: We included 31 patients with acute seizures, 17 with acute stroke and two control cohorts. Immune cells were characterized by flow cytometry from blood samples obtained on admission to the hospital and the following morning. (i) Monocytes subpopulations were defined as classical (CD14++CD16−), (ii) intermediate (CD14++CD16+), and (iii) non-classical monocytes (CD14dimCD16+), while granulocyte subsets were characterized as (i) “classical granulocytes” (CD16++CD62L+), (ii) pro-inflammatory (CD16dimCD62L+), and (iii) anti-inflammatory granulocytes (CD16++CD62L−). Stroke patient's blood was additionally drawn on days 3 and 5. Cerebrospinal fluid mitochondrial DNA was quantified by real-time PCR. Plasma High-Mobility-Group-Protein-B1, metanephrine, and normetanephrine were measured by ELISA.
Results: HLA-DR expression on monocytes and their subpopulations (classical, intermediate, and non-classical monocytes) was reduced after stroke or seizures. Expression of CD32 was increased on monocytes and subtypes in epilepsy patients, partly similar to stroke. CD32 and CD11b regulation on granulocytes and subpopulations (classical, anti-inflammatory, pro-inflammatory granulocytes) was more pronounced after stroke compared to seizures. On admission, normetanephrine was upregulated in seizures, arguing for the sympathetic nervous system as inducer of immune alterations similar to stroke. Compared to partial seizures, immunologic changes were more pronounced in generalized tonic-clonic seizures.
Conclusion: Seizures lead to immune alterations within the immediate postictal period similar but not identical to stroke. The type of seizures determines the extent of immune alterations.
Epileptische Anfälle zählen weltweit zu den häufigsten neurologischen Symptomen. Obwohl bereits sehr viele Daten belegen, dass andere neurologische, akut die Hirnfunktion beein-trächtigende Erkrankungen, wie der Schlaganfall, zu einer systemisch peripheren Immunal-teration führen, existieren bisher wenige humane Daten über den Einfluss epileptischer An-fälle auf das erworbene und angeborene Immunsystem. Ziel der vorliegenden Arbeit war es herauszufinden, ob ein epileptischer Anfall ebenfalls zu Veränderungen der erworbenen und angeborenen Immunantwort führt.
Im Rahmen dieser explorativ prospektiven Kohortenstudie wurden Immunparameter im EDTA-Blut von 31 Patient*innen an Tag 0 und 1 nach einem gesicherten epileptischen An-fall (fokale Anfälle oder generalisiert tonisch-klonische Anfälle) analysiert. Als Kontroll-gruppe (n = 18) dienten mehrheitlich Patient*innen mit Kopfschmerzen ohne entzündliche Genese sowie Patient*innen vor einer Katarakt Operation. Die Analyse von Quantitäts-, Charakterisierungs- und Aktivierungszustand der Lymphozyten, Monozyten und Granulozy-ten erfolgte mittels fluoreszenzmarkierter Antikörper (verwendete Marker: CD3, CD4, CD8, HLA-DR, CD32, CD14, CD16 und CD62-L). Zusätzlich wurden die Werte mit bereits publizierten Daten von Patient*innen nach einem Mediainfarkt, die nach demselben Protokoll untersucht wurden, verglichen. Die Auswertung der Facs-Rohdaten erfolgte mittels der Flow-Jo10-Software. Als statistische Tests dienten der Kruskal-Wallis-Test sowie der Dunns-Test als Post-Hoc-Test. (GraphPad Prism 6.0).
Parallel zum Schlaganfall traten nach einem epileptischen Anfall eine Reduktion der Lym-phozytenzahl, eine Monozytose, eine reduzierte monozytäre HLA-DR-Expressionsdichte sowie eine erhöhte Expressionsdichte des Rezeptors CD32 auf. Unterschiede in der Immun-antwort nach Schlaganfall und epileptischem Anfall bestanden in der zeitlichen Dauer der Veränderungen sowie der Zusammensetzung der Monozyten-Subpopulationen.
Diese Studie liefert Daten zu strukturellen und molekularen Veränderungen der unmittelba-ren Immunantwort nach einem epileptischen Anfall. Die erworbene und angeborene postik-tale Immunreaktion ist abhängig von der Art der Anfälle. Sie scheint aber unabhängig davon zu sein, ob ein erstmaliger Anfall oder eine bereits diagnostizierte Epilepsie vorliegt. Lym-phozyten, Monozyten und Granulozyten sind essentielle Elemente der humanen Immunab-wehr. Gezeigte Immunalterationen durch epileptische Anfälle könnten bei Patient*innen zu einer passager reduzierten Abwehrlage führen. Ausgehend von diesen grundlegenden Er-kenntnissen können in Folgestudien umfassendere Zellfunktionsanalysen durchgeführt wer-den, um die tatsächliche klinische Relevanz und Folgen dieser beobachteten Immunalterati-onen zu prüfen.