Immunohistochemical analysis of the glial fibrillary acidic protein expression in the experimental acute hepatic encephalopathy

Abstract

Background. Pathophysiology of acute hepatic encephalopathy (AHE) is complex and fine links of its devel-opment are still to be recognized. It is believed that AHE mechanisms are commonly focused on the ammonia neurotoxicity associated with neuroinflammation, neurotransmitter disbalance and severe astrocytic swelling leads to generalized brain edema. Astroglia, principal homeostatic cell population in the brain are suggested to be the primary target for hyperammonemia in this condition. Being highly region- and context-dependently heterogenic, its response to various patho-logical actions is also supposed to be highly diverse. The objective determining the immunohistochemical features of glial fibrillary acidic protein (GFAP) expression in different rat brain regions in the conditions of experimental acute hepatic en-cephalopathy. Methods. The study was conducted in Wistar rats: 5 sham (control) animals and 10 rats with acetaminophen induced liver failure model (AILF). The immunohistochemical study of GFAP expression in the sensorimotor cortex, white matter, hippocampus, thalamus, caudate nucleus/putamen region was carried out in the period of 12-24 h after injection. Results. Beginning from the 6th hour after injection all animals of AILF-group showed the progressive increase in clinical signs of acute brain disfunction finished in 6 rats by comatose state up to 24 h; they constituted subgroup AILF-B, “non-survived”. Four animals survived until the end of the experiment, 24 h (subgroup AILF-A “survived”). In the AILF-B group, starting from 16 to 24 hours after the AILF-procedure, a significant (relative to control) regionally-specific dynamic decrease in the level of GFAP expression was observed in the brain: in the subcortical white matter by 125.65%, in the thalamus by 526.66%, in the caudate nucleus/putamen by 103.12%, in the hippocampus by 176.31%, from 18th hour in the cortex, by 537.5% with the most substantive reduction in the cortex and thalamus: by 6.47 and 6.26 times, respectively. Conclusion. In the conditions of experimental AILF, there is early dynamic decrease in astroglial reactivity in the cortex, thalamus, hippo-campus, white matter and caudate nucleus/putamen region. The most significant decrease in GFAP indices in the cortex and thalamus indicates these areas as more vulnerable to systemic aggressive factors and more susceptible to toxic and metabolic load in conditions of acute liver failure, and on the other hand, emphasizes relatively more pronounced sensitivity and reac-tivity of local astroglia to the action of damaging substances in this state and at this time period of the pathology develop-ment. The dynamic decrease in the level of GFAP in the rat brain, associated with the same dynamic deterioration in the state of animals, indicates the importance of such pathological astroglial remodeling in the mechanisms of AHE development in rats.

Актуальність. Патогенез гострої печінкової енцефалопатії (ОПЕ) представляється ком-плексним, і тонкі ланки її розвитку все ще вимагають свого з'ясування. Вважається, що механізми ОПЕ в цілому зосереджені на нейротоксичности аміаку, нейрозапаленні, дисбалансі нейромедіаторів і важкому астроцитарному набуханні, що приводить до генерализованного набряку мозку. Вважається, що астроглія, будучи основною популяцією клітин мозку, що відповідає за всі види тканинного гомеостазу, є основною мішенню для підвищених рівнів аміаку в даних умовах. Будучи досить неоднорідною в залежності від мозкового регіону і контексту подій, астрогліальная реакція на різні патологічні впливи також представляється гетерогенною. Мета визначення імуногістохімічних особливостей експресії гліального фібрилярного кислого протеїну (GFAP) в різних відділах мозку щурів в умовах експериментальної гострої печінкової енцефалопатії. Матеріали та методи. Дослідження проводилося на щурах лінії Вістар: 5 контрольних і 10 щурів з відтворенням моделі ацетамінофен індукованої печінкової недостатності (AILF). Імуногістохімічне дослідження експресії GFAP в сенсомоторної корі, білій речовині, гіпокампі, таламусі, хвостатому ядрі/скорлупі проводили в період 12-24 год після ін'єкції. Результати. Починаючи з 6-ї години після ін'єкції у всіх тварин AILF-групи спостерігалося прогресуюче наростання клінічних ознак гострої мозкової дисфункції, яка завершилася у 6 щурів до 24 годин коматозним станом; вони склали підгрупу AILF-B, «загиблі тварини». Чотири тварини вижили до кінця експерименту, 24 ч (підгрупа AILF-A «тварини, що вижили»). У групі AILF-B, починаючи з 16-24 годин після процедури AILF, в головному мозку спостерігалося статистично значуще (щодо контролю) регіонзалежне динамічне зниження рівня експресії GFAP: в підкірковій білій речовині на 125,65%, в таламусі на 526,66%, в хвостато му ядрі/скорлупі на 103,12%, в гіпокампі на 176,31%, з 18-ої години в корі головного мозку, на 537,5% при найбільш значному зниженні показників в корі і таламусі: відповідно в 6,47 і 6,26 рази. Висновки. В умовах експериментальної AILF спостерігається раннє динамічне зниження реактивності астроглії в ко-рі, таламусі, гіпокампі, білій речовині й області хвостатого ядра/скорлури. Найбільш істотне зниження показників GFAP в корі і таламусі позначає ці області як більш уразливі для системних агресивних чин-ників і токсико-метаболічного навантаження в умовах гострої печінкової недостатності, з іншого боку, підкреслює відносно більш виражену чутливість і реактивність місцевої астроглії у відповідь на дію пошкоджуючих речовин в цьому стані і на даному часовому етапі розвитку патології. Динамічне зниження рівня GFAP в головному мозку щурів, асоційоване з таким же динамічним погіршенням стану тварин, вказує на значення такого патологічного астрогліального ремоделювання в механізмах розвитку ОПЕ у щурів.