SUMMARY

Anti-inflammatory strategies during epileptogenesis

Linda Holtman

Nederlandse samenvatting
Epilepsie is een veelvoorkomende, chronische neurologische aandoening. Wereldwijd zijn er ongeveer 50 miljoen mensen die lijden aan epilepsie. Om epileptische aanvallen te onderdrukken, wordt meestal een behandeling gestart met anti-epileptica. De huidige anti-epileptica zijn voor ongeveer een derde van de patiënten echter ontoereikend;  deze patiënten blijven aanvallen houden. Daarnaast kunnen deze medicijnen epilepsie niet voorkomen of genezen .
De meest voorkomende vorm van epilepsie bij volwassenen is temporaalkwabepilepsie. Deze vorm van epilepsie kan ontstaan als gevolg van onder andere koortsstuipen, een langdurig epileptisch insult (status epilepticus), traumatisch hersenletsel of een hersenbloeding. De epilepsie openbaart zich vaak pas enkele jaren na het insult. Tijdens de aanvalsvrije periode (latente periode) die voorafgaat aan de eerste epileptische aanval, treden er al veranderingen op in het brein. In diermodellen voor temporaalkwabepilepsie komen tijdens deze periode vele ontstekingsprocessen in het brein verhoogd tot expressie. Ook in de chronische fase, wanneer epileptische aanvallen zich manifesteren, wordt in zowel patiënten als diermodellen een toename waargenomen van eiwitten die betrokken zijn bij ontstekingsprocessen in het brein. Dit suggereert dat ontstekingsprocessen in het brein kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van epilepsie (epileptogenese). Het is echter nog niet bekend wat het verband is tussen ontstekingsprocessen in het brein en epileptogenese. In dit proefschrift is onderzocht hoe inflammatie in het brein en epileptogenese samenhangen. Tevens zijn diverse anti-inflammatoire strategieën onderzocht met als doel  de epileptogenese te beïnvloeden.

In hoofdstuk 2 en 3 is het prostaglandine gemedieerde ontstekingsproces onderzocht tijdens epileptogenese in het post-status epilepticus (SE) model voor temporaalkwabepilepsie. Hiervoor is de zeer specifieke cyclo-oxygenase-2 (cox-2) remmer SC-58263 (SC) toegediend om het enzym cox-2 te remmen. Ondanks dat het product van cox-2, prostaglandine E2 (PGE2), effectief onderdrukt was in het brein, was er nog steeds ontsteking in het brein zichtbaar, in de vorm van geactiveerde microglia. De cox-2 remmer werd voor of na SE toegediend. Wanneer de cox-2 remmer voor SE werd toegediend, resulteerde dit in een verhoogde mortaliteit na SE. Daarentegen was de mortaliteit na SE niet veranderd als deze cox-2 remmer 7 dagen lang werd gegeven beginnende na SE inductie. Bij een deel van de chronisch epileptische ratten die twee weken lang waren behandeld met de cox-2 remmer ging de frequentie van spontane aanvallen omhoog. Omdat na effectieve remming van cox-2 de ontsteking in het brein niet is afgenomen en  er geen effecten gevonden zijn op epileptogenese, lijkt het remmen van cox-2 met SC niet geschikt als anti-epileptogene therapie.

In hoofdstuk 4 is onderzocht hoe het membrane attack complex (MAC), dat het eindproduct is van de complement signalerings route, de ontwikkeling van epileptische aanvallen en veranderingen in het brein beïnvloedt. MAC is een eiwitcomplex dat poriën kan vormen in het celmembraan, wat kan leiden tot membraan depolarisatie en uiteindelijk cel lysis kan veroorzaken. In het brein kan dit betekenen dat er neuronen afsterven of de exciteerbaarheid van neuronen wordt verhoogd. Om te onderzoeken hoe MAC een rol kan spelen na SE, zijn ratten gebruikt die het complement eiwit 6 (C6) niet kunnen aanmaken. C6 is cruciaal voor het vormen voor het eiwitcomplex MAC. C6-deficiëntie resulteerde niet in neuroprotectie of in een vermindering van activatie van microglia. De uitgroei van axonen van korrelcellen (mossy fibers) was ook niet veranderd. In het kindling model verliep de gedragsmatige ontwikkeling van geïnduceerde aanvallen in C6-deficiënte dieren langzamer dan in wild-type dieren. Zowel C6-deficiënte dieren als wild-type dieren bereikten uiteindelijk wel hetzelfde eindstadium, de zogenoemde ‘fully kindled state’. Deze data suggereren dat C6 niet cruciaal is voor de ontwikkeling van aanvallen of voor SE geïnduceerd verlies van neuronen.
Hoofdstuk 5 beschrijft experimenten in een muismodel voor temporaalkwabepilepsie, waarbij intrahippocampale injecties met kainaat zijn gebruikt om een SE te induceren. In deze studie is de rol van de chemokine receptor CXCR3 onderzocht, waarbij gebruik is gemaakt van CXCR3 knock-out (CXCR3-/-) muizen. Deze chemokine receptor speelt een rol in de communicatie tussen neuronen en microglia. Eerder is beschreven dat microglia activatie is verminderd als deze chemokine receptor afwezig is. Dit onderzoek laat zien dat de duur van de SE langer was in CXCR3-/- muizen dan in wild-type (WT) muizen. Verdere analyse liet zien dat CXCR3-/- muizen vergelijkbaar zijn met WT muizen wat betreft het verlies van neuronen of activatie van microglia, vier weken na SE. Ondanks dat CXCR3-/- muizen een langere SE hadden ondervonden, was de neuropathogie tussen CXCR3-/- muizen en WT muizen vergelijkbaar. Neurodegeneratie en brein inflammatie zijn niet voorkomen door de afwezigheid van CXCR3. In alle dieren is er microglia-activatie na SE, terwijl slechts enkele dieren spontane aanvallen hadden. Dit suggereert dat inflammatie in het brein niet noodzakelijk leidt tot aanvallen.

In hoofdstuk 6 is een breed-spectrum anti-inflammatoire stof gebruikt om inflammatie in het brein tijdens de epileptogenese te verminderen. Hiervoor zijn liposomen gecoat met glutathion en gevuld met het synthethische glucocorticoïde methylprednisolon (GSH-PEG liposomaal MP). De glutathion groep zorgt voor een betere opname in het brein. Een zelfde behandeling heeft eerder therapeutische effecten laten zien in een diermodel voor multiple sclerose. In het post-SE model had deze behandeling echter geen effect op de duur van SE of op de duur van de latente periode. Verder waren het verlies van neuronen, de activatie van microglia, het uitgroeien van de axonen van korrelcellen en de ontwikkeling van spontane aanvallen niet beïnvloed door GSH-PEG liposomaal MP. Deze gegevens suggereren dat GSH-PEG liposomaal MP geen effectieve anti-epileptogene therapie is in het post-SE model voor temporaalkwabepilepsie.
In hoofdstuk 7 is de aanwezigheid van een aantal bloedplasma eiwitten die betrokken zijn bij ontstekingsreacties tijdens de epileptogenese onderzocht in het post-SE model voor temporaalkwaabepilepsie. Eerder is een toename van plasma IL-1β gerapporteerd in het pilocarpine model van epilepsie en is er gesuggereerd dat IL-1β een antiepileptogeen target zal kunnen zijn. In ons post-SE model werd echter geen verhoging van IL-1β, IL-6 of C-reactive protein in plasma gevonden na elektrisch geïnduceerde SE. Dit suggereert dat de regulatie van deze eiwitten wellicht model specifiek zijn en dat plasma waardes van deze eiwitten niet geschikt zijn als biomarker voor temporaalkwabepilepsie. Hierdoor is het remmen van deze ontstekingseiwitten in het bloed waarschijnlijk geen geschikte anti-epileptogene therapie.

Samengevat leidden de verschillende anti-inflammatoire strategieën die beschreven staan in dit proefschrift niet tot het voorkomen van epileptogenese of het onderdrukken van aanvallen. Echter, recente studies laten zien dat het remmen van onstekingsprocessen aanvallen kan onderdrukken, zoals het remmen van IL-1β, ingrijpen in de HMGB1/TLR4 cascade of het blokkeren van het aangrijpen van witte bloedcellen aan het endotheel van de bloed-hersen barrière. Deze studies zijn hoopvol, maar een anti-epileptogeen effect is nog niet aangetoond. Onlangs is gesuggereerd dat het remmen van de mammalian target of rapamycin (mTOR) cascade een potentiële anti-epileptogene therapie is. Het toedienen van het immunosuppresivum rapamycine, een remmer van mTOR, onderdrukt spontane aanvallen, het uitgroeien van axonen van de korrelcellen en neurodegeneratie. Deze studies suggereren dat het remmen van ontstekingsprocessen mogelijk epileptogenese kunnen beïnvloeden.

Dit proefschrift laat zien dat ontstekingsprocessen in het brein tijdens epileptogenese complex en zeer dynamisch zijn. Dit maakt het moeilijk om op de juiste plaats en tijd deze processen te beïnvloeden. Omdat ontstekingsprocessen invloed kunnen hebben op de neuronale exciteerbaarheid, is het van belang om te begrijpen welke factoren cruciaal zijn in deze processen, teneinde een effectieve anti-epileptogene therapie te ontwikkelen. Inzicht in de tijdspanne waarbinnen ontstekingsprocessen epileptogenese beïnvloeden en het combineren van een anti-inflammatoire behandeling met andere anti-epileptogene strategieën zou een nieuwe aanpak kunnen opleveren om epileptogenese te voorkomen.