Identification of key genes and immune infiltration in peripheral blood biomarker analysis of delayed cerebral ischemia: Valproic acid as a potential therapeutic drug.

BACKGROUND: Delayed cerebral ischemia (DCI) is a common and serious complication of subarachnoid hemorrhage (SAH). Its pathogenesis is not fully understood. Here, we developed a predictive model based on peripheral blood biomarkers and validated the model using several bioinformatic multi-analysis methods. METHODS: Six datasets were obtained from the GEO database. Characteristic genes were screened using weighted correlation network analysis (WGCNA) and differentially expressed genes. Three machine learning algorithms, elastic networks-LASSO, support vector machines (SVM-RFE) and random forests (RF), were also used to construct diagnostic prediction models for key genes. To further evaluate the performance and predictive value of the diagnostic models, nomogram model were constructed, and the clinical value of the models was assessed using Decision Curve Analysis (DCA), Area Under the Check Curve (AUC), Clinical Impact Curve (CIC), and validated in the mouse single-cell RNA-seq dataset. Mendelian randomization(MR) analysis explored the causal relationship between SAH and stroke, and the intermediate influencing factors. We validated this by retrospectively analyzing the qPCR levels of the most relevant genes in SAH and SAH-DCI patients. This experiment demonstrated a statistically significant difference between SAH and SAH-DCI and normal group controls. Finally, potential small molecule compounds interacting with the selected features were screened from the Comparative Toxicogenomics Database (CTD). RESULTS: The fGSEA results showed that activation of Toll-like receptor signaling and leukocyte transendothelial cell migration pathways were positively correlated with the DCI phenotype, whereas cytokine signaling pathways and natural killer cell-mediated cytotoxicity were negatively correlated. Consensus feature selection of DEG genes using WGCNA and three machine learning algorithms resulted in the identification of six genes (SPOCK2, TRRAP, CIB1, BCL11B, PDZD8 and LAT), which were used to predict DCI diagnosis with high accuracy. Three external datasets and the mouse single-cell dataset showed high accuracy of the diagnostic model, in addition to high performance and predictive value of the diagnostic model in DCA and CIC. MR analysis looked at stroke after SAH independent of SAH, but associated with multiple intermediate factors including Hypertensive diseases, Total triglycerides levels in medium HDL and Platelet count. qPCR confirmed that significant differences in DCI signature genes were observed between the SAH and SAH-DCI groups. Finally, valproic acid became a potential therapeutic agent for DCI based on the results of target prediction and molecular docking of the characterized genes. CONCLUSION: This diagnostic model can identify SAH patients at high risk for DCI and may provide potential mechanisms and therapeutic targets for DCI. Valproic acid may be an important future drug for the treatment of DCI.

Endothelial EGLN3-PKM2 signaling induces the formation of acute astrocytic barrier to alleviate immune cell infiltration after subarachnoid hemorrhage.

BACKGROUND: Most subarachnoid hemorrhage (SAH) patients have no obvious hematoma lesions but exhibit blood-brain barrier dysfunction and vasogenic brain edema. However, there is a few days between blood‒brain barrier dysfunction and vasogenic brain edema. The present study sought to investigate whether this phenomenon is caused by endothelial injury induced by the acute astrocytic barrier, also known as the glial limitans. METHODS: Bioinformatics analyses of human endothelial cells and astrocytes under hypoxia were performed based on the GEO database. Wild-type, EGLN3 and PKM2 conditional knock-in mice were used to confirm glial limitan formation after SAH. Then, the effect of endothelial EGLN3-PKM2 signaling on temporal and spatial changes in glial limitans was evaluated in both in vivo and in vitro models of SAH. RESULTS: The data indicate that in the acute phase after SAH, astrocytes can form a temporary protective barrier, the glia limitans, around blood vessels that helps maintain barrier function and improve neurological prognosis. Molecular docking studies have shown that endothelial cells and astrocytes can promote glial limitans-based protection against early brain injury through EGLN3/PKM2 signaling and further activation of the PKC/ERK/MAPK signaling pathway in astrocytes after SAH. CONCLUSION: Improving the ability to maintain glial limitans may be a new therapeutic strategy for improving the prognosis of SAH patients.

Respuesta inmune locorregional y sistémica en hemorragia subaracnoidea aneurismática aguda / Locoregional and systemic immune response in acute aneurysmal subarachnoid hemorrhage

La hemorragia subaracnoidea aneurismática (HSAa) aguda es una enfermedad que afecta a todas las edades, pero fundamentalmente a mujeres jóvenes en torno a los 50 años. Su impacto individual, familiar y sanitario continúa siendo aún inaceptablemente elevado. Esto se debe, en parte, al conocimiento parcial de los mecanismos injuriantes y reparadores que se desencadenan una vez que el aneurisma se rompe y la sangre arterial se vuelca al espacio subaracnoideo y/o ventricular. La respuesta inmune locorregional y sistémica tiene, potencialmente, un rol protagónico como uno de los principales mecanismos en juego desde los primeros minutos (injuria precoz). Su posible rol como puente o enlace hacia la injuria diferida (vasoespasmo-isquemia) también ha sido postulado. La respuesta innata ha recibido mayor atención (investigación) a la fecha. Sin embargo, la respuesta inmune adquirida también ha captado el interés neurocientífico en los últimos años. No menos importante es la interacción neuro-sistémica que caracteriza a esta enfermedad como una entidad clínica con un impacto multiorgánico precoz. En la presente tesis exploramos tanto la respuesta inmune innata como adquirida. Hicimos énfasis en aquellos efectores celulares más importantes y lo complementamos con el análisis de las citoquinas relacionadas y aquellas variables clínicas de interés tales como severidad del sangrado, vasoespasmo, mortalidad y con la técnica seleccionada para el tratamiento del saco aneurismático. Los resultados encontrados son originales, en algunos casos, mientras que otros corroboran hechos ya conocidos, típicos de la enfermedad. Entre los mismos destacamos que la muestra de pacientes enrolados padeció una HSAa aguda grave tanto desde el punto de vista clínico (pobre grado clínico) como tomográfico (abundante sangre volcada al espacio subaracnoideo). En estas condiciones, observamos una hiperleucocitosis con un aumento de los neutrófilos con un mayor estado de activación, particularmente a nivel del LCR. Concomitantemente aumentaron los monocitos totales y sus subpoblaciones a nivel de la sangre periférica. Por otra parte, tanto las células dendríticas como Natural Killers disminuyeron a nivel de la sangre periférica. Particularmente interesante e intrigante resultó ser la objetivación del predominio en LCR de la subpoblación NK CD56brigth CD16-. Con respecto al análisis de los linfocitos y subpoblaciones, observamos un descenso relativo de los mismos a nivel de la sangre periférica, pero no a nivel del LCR. Sin duda alguna, entre los hallazgos originales más atractivos desde un punto de vista patogénico, se encuentran los referentes a las variaciones de las subpoblaciones de células T CD4+ y CD8+ y su mayor estado de activación tanto a nivel de la sangre periférica como del LCR. Pero, además, detectamos un disbalance proinflamatorio del eje Th17/Treg (aumento del cociente) tanto a nivel de la sangre periférica como del LCR. Concomitantemente, la IL-17A aumentó en ambos compartimentos y su incremento a nivel de la sangre periférica en la etapa precoz se asoció al desarrollo ulterior de vasoespasmo y mayor mortalidad. Las restantes citoquinas analizadas (IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, TNFα, INFγ) también se incrementaron significativamente tanto a nivel de la sangre periférica como del LCR, pero su incremento no se asoció estadísticamente con ninguna de las variables clínicas de interés mencionadas. Con respecto al posible impacto de la estrategia terapéutica seleccionada para el tratamiento del saco aneurismático sobre la respuesta inmune precoz y diferida, encontramos resultados potencialmente opuestos en las subpoblaciones Th1/Th2 a nivel del LCR, pero sin una asociación estadísticamente significativa con el perfil de citoquinas secretadas a dicho nivel. En suma, hemos demostrado, al igual que diversos investigadores alrededor del mundo, que la respuesta inmune innata tiene un papel protagónico en esta patología. Además, con el estudio del estado de activación hemos jerarquizado el rol de la respuesta inmune adaptativa CD4+ y CD8+. Postulamos al disbalance proinflamatorio del eje Th17/Treg como un potencial jugador patogénico clave y proponemos a la IL-17A como un prometedor biomarcador precoz de mayor morbimortalidad. Sin duda alguna, nuevas estrategias de investigación, experimental y clínica, podrán eventualmente, confirmar nuestros alentadores resultados preliminares comentados