Role of microglia-mediated neuroinflammation in dysfunction of blood-brain barrier in glioblastoma

Abstract

A microglia (MG) tem um papel importante na neuroinflamação protegendo o sistema nervoso central (CNS, do inglês cental nervous system) contra agentes patogénicos e lesões. No entanto, num microambiente tumoral cerebral, a MG adquire um fenótipo de ativação M2 distinto que promove o crescimento e invasão tumoral, através da libertação de citocinas e outros mediadores inflamatórios. Recentemente, a ativação da MG e consequente neuroinflamação parece estar relacionada com a disfunção da barreira hematoencefálica (BBB, do inglês blood-brain barrier) geralmente observada em várias doenças do CNS, incluindo tumores cerebrais. No entanto o papel da resposta inflamatória desencadeada pela interação da MG com as células tumorais na disfunção da BBB não é conhecido. Este trabalho teve como principal objetivo avaliar o efeito das interações reciprocas entre a MG e as células tumorais de glioblastoma (GBM) na integridade da monocamada de células endoteliais (EC, do inglês endothelial cells). A exposição da monocamada de células humanas endoteliais hCMEC/D3 ao meio condicionado recolhido da co-cultura de células da MG BV2 com células de GBM U87, induziu uma diminuição da resistência eléctrica transendotelial (TEER, do inglês transendothelial eletrical resistance) e um aumento na permeabilidade da monocamada a dextranos de 4 kDa e 70 kDa, em relação ao controlo. Estes efeitos foram acompanhados pela diminuição e alteração na distribuição celular da claudina-5 e da ZO-1, elementos importantes na estrutura das tight junctions. Além disso, a interação dinâmica entre a MG e as células tumorais desencadeou a libertação de IL-6 e consequente activação da via JAK/STAT. O bloqueio da actividade da IL-6 através da inibição da via JAK/STAT com AG490, preveniu a disfunção das EC. Em conclusão, os nossos resultados sugerem que a IL-6 presente no meio condicionado da co-cultura de MG-GBM afeta a integridade da monocamada de EC. Em geral, demonstramos que a MG, sob a influência de células de GBM, induz alterações na integridade da monocamada de EC com ruptura das tight junctions, através da libertação de IL-6 e consequente activação da via de JAK/STAT. Estes resultados fornecem novos dados sobre os mecanismos subjacentes às alterações na permeabilidade da BBB no GBM.

Microglia (MG) has an important role in neuroinflammation protecting the central nervous system (CNS) against pathogens and injuries. However, in a brain tumor microenvironment, MG acquire a distinct M2 activation phenotype that promote the tumor growth and invasiveness through the release of cytokines and other inflammatory mediators. Recently, microglial activation and consequent neuroinflammation might be related with the blood-brain barrier (BBB) dysfunction commonly observed in several CNS diseases, including brain tumors. Several studies pointing out for the role of activated MG in BBB disruption, however the role of the inflammatory response triggered by the interaction between MG and glioma cells in BBB dysfunctions is unknown. In this work we evaluated the effects of reciprocal interactions between MG and GBM cells in the integrity of endothelial cells (EC) monolayer. The exposure of human endothelial hCMEC/D3 cells monolayer to conditioned medium harvested from the co-culture of BV-2 microglia with U87 glioblastoma induced a decrease in the transendothelial electric resistance (TEER) and an increase in 4 kDa and 70 kDa-dextrans permeability across the EC monolayer in relation to control cells. These effects were accompanied by a decrease in the expression and changes in the cellular distribution of claudin-5 and zonula occludens (ZO) -1 that are important elements to tight junction structure. Moreover, the dynamic interaction between MG and tumor cells triggered the release of IL-6 and consequent activation of JAK/STAT. The blockade of IL-6 activity via inhibition of JAK/STAT pathway with AG490, prevented the EC dysfunction. Overall, we demonstrated that MG under the influence of GBM cells, impaired the integrity of the EC monolayer by disrupting of tight junctions, through the release of IL-6 and subsequent activation of the JAK/STAT pathway. These results provide new insights into the mechanisms underlying the disruption of BBB permeability in GBM.