Ischemic neurons activate astrocytes to disrupt endothelial barrier via increasing VEGF expression

Abstract

Blood brain barrier (BBB) disruption occurring within the first few hours of ischemic stroke onset is closely associated with hemorrhagic transformation following thrombolytic therapy. However, the mechanism of this acute BBB disruption remains unclear. In the neurovascular unit, neurons do not have direct contact with the endothelial barrier, however they are highly sensitive and vulnerable to ischemic injury, and may act as the initiator for disrupting BBB when cerebral ischemia occurs. Herein we employed oxygen-glucose deprivation (OGD) and an in vitro BBB system consisting of brain microvascular cells and astrocytes to test this hypothesis. Neurons (CATH.a cells) were exposed to OGD for 3-hours before co-culturing with endothelial monolayer (bEnd 3 cells), or endothelial cells plus astrocytes (C8-D1A cells). Incubation of OGD-treated neurons with endothelial monolayer alone did not increase endothelial permeability. However, when astrocytes were present, the endothelial permeability was significantly increased, which was accompanied by loss of occludin and claudin-5 proteins as well as increased VEGF secretion into the conditioned medium. Importantly, all these changes were abolished when VEGF was knocked down in astrocytes by siRNA. Our findings suggest that ischemic neurons activate astrocytes to increase VEGF production, which in turn induces endothelial barrier disruption.

Inhibition of MicroRNA‐155 Supports Endothelial Tight Junction Integrity Following Oxygen‐Glucose Deprivation

“…At 48 hours after seeding, HBMECs were subjected to 3 hours of oxygen‐glucose deprivation (OGD) as previously described 20. Complete growth medium was replaced by glucose‐ and phenol red–free Endothelial Cell Basal Medium (Cell Biologics, Cat# GPF1168b), preequilibrated with 95% N 2 , and 5% CO 2 .…”

Small-animal PET demonstrates brain metabolic change after using bevacizumab in a rat model of cerebral ischemic injury

“…In a recent study on candesartan, a drug currently used to treat hypertension, VEGF expression was found to signifi cantly increase at 2 weeks after MCAO compared to baseline [35] . Ischemic neurons increase VEGF expression by activating astrocytes, and the increase usually occurs within the first few hours of ischemic stroke [36] . Since the endpoint of our study was 28 days after bevacizumab administration, its effect on VEGF was assumed to be decreased after its biological half-life of ~5 days [37,38] .…”

The role of vascular endothelial growth factor in the regulation of development and functioning of the brain: new target molecules for pharmacotherapy

“…Кроме первостепенной роли в ангиогенезе, VEGF-A также вовлечён в целый ряд других процессов в центральной нервной системе, таких как: онтогенетическое развитие клеток нервной системы, включая процессы миграции, дифференцировки, синаптогенеза и миелинизации [22]; нейропротекция [23][24][25][26]; стимуляция нейрогенеза в зрелом возрасте [27][28][29][30]; постишемическое восстановление ткани головного мозга [14,31] и сосудов [32][33][34], стимуляция гиппокамп-зависимых механизмов формирования памяти [35]. VEGF-A также принимает участие в таких патологических процессах, как атерогенез [36,37] и формирование отёка головного мозга [2,[38][39][40][41][42].…”

“…По этой причине особое внимание уделяется способности VEGF-A повышать проницаемость церебральных сосудов. Основными механизмами этого процесса, по-видимому, служат: трансэндотелиальный транспорт малых молекул через фенестрации в цитоплазме и кавеолы плазмалеммы, а также потеря жидкости и белков плазмы и экстравазация клеток крови через межэндотелиальные плотные соединения [2,[38][39][40][41][42].…”

“…На культуре клеток головного мозга in vitro было выявлено, что при депривации кислорода и глюкозы нейроны стимулируют каскад биохимических реакций, приводящих к нарушению целостности ГЭБ, причём необходимым условием является активация астроцитов, которые увеличивают секрецию VEGF, что приводит к повреждению белков эндотелиальных клеток окклюдина и каудина-5 [42]. Подавление экспрессии VEGF в астроцитах с помощью малых интерферирующих РНК (small interfering RNA -siRNA) приводило к торможению этих процессов.…”