The Structural and Molecular Basis of Blast-Induced Vascular Injury

爆炸引起的血管损伤的结构和分子基础

• 批准号: 10455436
• 负责人: Gregory A. Elder
• 金额: --
• 依托单位: JAMES J PETERS VA MEDICAL CENTER
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2019-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10455436
• 关键词: Acute; Affect; Afghanistan; Alzheimer' s disease model; Area; Astrocytes; Basement membrane; Behavior; Behavioral; Biochemical Markers; Biotin; Blast Injuries; Blood - brain barrier anatomy; Blood Vessels; Brain Injuries; Cerebrovascular system; Cerebrum; Chronic; Chronic Phase; Cognitive; Complement; Computer software; Conflict (Psychology); Data; Dextrans; Electron Microscopy; Evolution; Glial Fibrillary Acidic Protein; Histologic; Hour; Immunohistochemistry; Injury; Intermediate Filament Proteins; Iraq; Label; Length; Mass Spectrum Analysis; Mental Health; Modeling; Molecular; Morbidity - disease rate; Nerve; Neurofilament-H; Neurons; Pathology; Pericytes; Post-Traumatic Stress Disorders; Preparation; Process; Property; Proteins; Proteomics; Rattus; Research; Research Personnel; Role; Scanning; Smooth Muscle; Surface; Techniques; Testing; Time; Traumatic Brain Injury; Veterans; Western Blotting; antagonist; aquaporin 4; attenuation; behavior test; behavioral phenotyping; blast exposure; density; improved; metabotropic glutamate receptor 2; microCT; mild traumatic brain injury; military service; mortality; mouse model; neurofilament; neurovascular; neurovascular unit; novel; novel therapeutic intervention; receptor; stress related disorder; trait; treatment strategy; vascular injury

Traumatic  brain  injury  (TBI)  has  been  a  major  cause  of  mortality  and  morbidity  in  the  recent  conflicts  in  Iraq  and  Afghanistan.  Much  concern  exists  over  the  role  of  TBI  in  the  chronic  cognitive and behavioral effects that can develop during or after military service. Most injuries in  the  recent  conflicts  have  been  mild  TBIs  (mTBIs)  due  to  blast  exposure.  Vascular  damage  is  well  established  as  a  significant  component  of  blast  injury.  Indeed  under  the  conditions  of  exposure in the model under study at the histological level the cerebral vasculature seems to be  selectively  vulnerable.  Using  micro  computed  tomography  (CT)  scanning  we  found  that  blast  induces  widespread  attenuation  of  the  brain  vasculature.  In  proteomic  studies  on  isolated  microvascular  preparations  obtained  two  months  following  injury  one  of  the  most  highly  altered  proteins  identified  by  mass  spec  (MS)  was  found  to  be  glial  fibrillary  acidic  protein  (GFAP),  which  was  decreased  by  blast-­exposure.  This  finding  was  confirmed  by  Western  blotting  on  isolated  microvascular  preps.  The  loss  of  GFAP  seemed  to  suggest  that  following  blast  injury  astrocytic  endfeet  were  becoming  detached  from  cerebral  vessels  and  immunostaining  of  isolated  microvascular  preps  supported  this  speculation.  Interestingly  of  the  first  9  proteins  identified  by  MS  several  others  were  neuronal  intermediate  filament  proteins  including  the  neurofilament heavy chain (NF-­H) and α-­ internexin, which like GFAP, were decreased following  blast  injury.  Loss  of  these  proteins  suggests  that  nerve  terminals  become  detached  from  cerebral  vessels  as  well.  Disrupted  gliovascular and  neurovascular  connections  could  affect  a  number  of  cerebral  functions.  The  proposed  studies  will  determine  the  chronic  structural  and  functional  consequences  of  blast  injury  on  the  vasculature  in  a  rat  model  of  low-­level  blast  exposure.  The  studies  will  utilize  quantitative  immunohistochemistry,  stereology,  electron  microscopy,  Western blotting  of  isolated  microvascular preps,  micro  CT  scanning and  behavior.  We  will  test  the  hypothesis  that  blast  injury  causes  widespread  loss  of  gliovascular  and  neurovascular connections and determine the functional consequences. We will also determine  whether  a  treatment  that  improves  the  post-­traumatic  stress  disorder  (PTSD)-­related behavioral  traits  that  develop  in  this  model  stimulates  gliovascular  and  neurovascular  connections  as  well  improves the vascular pathology observed on micro CT scanning. Three-­time points post-­ blast exposure  will  be  examined  (48 hours,  6  weeks  and  8  months)  to  capture the  evolution  of  the injury from acute into subacute and chronic phases.

创伤性脑损伤（TBI）是近年来脑损伤死亡和发病的主要原因之一。 在伊拉克和阿富汗的冲突中，人们对TBI在长期冲突中的作用表示担忧。 认知和行为的影响，可以在服役期间或之后发展。 最近的冲突是由于爆炸暴露造成的轻度TBI（mTBI）。 爆炸伤的一个重要组成部分。事实上， 在所研究的模型中，在组织学水平上， 选择性地脆弱。使用微型计算机断层扫描（CT），我们发现，爆炸 诱导脑血管的广泛衰减。在分离的蛋白质组学研究中， 在损伤后两个月获得的微血管制备物是最高度改变的之一， 通过质谱（MS）鉴定的蛋白质被发现是胶质细胞酸性蛋白（GFAP）， 这一发现通过Western blotting证实， GFAP的丢失似乎表明冲击伤后， 星形胶质细胞终足与脑血管分离， 分离的微血管制备物支持这一推测。有趣的是，前9种蛋白质 通过MS鉴定，其他几种是神经元中间丝蛋白，包括 与GFAP相似的神经丝重链（NF-κ B H）和α-κ B internexin在 这些蛋白质的丢失表明，神经末梢从 神经胶质血管和神经血管连接中断可能会影响脑血管。 脑功能的数量。拟议的研究将确定慢性结构和 低能量冲击波对大鼠血管功能影响的实验研究 这些研究将利用定量免疫组织化学，体视学，电子显微镜， 显微镜、分离的微血管制备物的蛋白质印迹、显微CT扫描和行为。 我们将检验爆炸伤导致胶质血管广泛损失的假设， 神经血管连接，并确定功能的后果。我们还将确定 一种治疗方法是否能改善创伤后应激障碍（PTSD）相关的行为， 在这个模型中产生的特征也刺激了胶质血管和神经血管的连接 改善了显微CT扫描观察到的血管病理学。 将检查冲击波暴露（48小时、6周和8个月），以记录 从急性期到亚急性期和慢性期。