Evaluation of СХС chemokine levels in cerebrospinal fluid of patients with brain contusions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Traumatic brain injury (TBI) is among the most common forms of neurological pathology. In traumatic brain injury, axonal damage occurs not only as a result of direct cytotoxic interactions, but also due to activation of pro-inflammatory cytokines and chemokines, which play a crucial role in development and maintenance of neuroinflammation. At the early terms after brain trauma, there occurs both activation of microglia, and formation of a pool of T cell subsets able to produce various chemokines. The aim of this study was to assess the contents of chemokines (CXCL8/MIG, CXCL9/IP-10, CXCL10/I-TAC) in cerebrospinal fluid (CSF) of patients with brain contusion of varying severity within the first 24 hours after hospital admission. The study included 86 patients diagnosed with “TBI: brain contusion,” who were divided into three groups based on the injury severity. A comparison group consisted of patients with brain concussion (n = 24). Obtaining CSF from healthy individuals is challenging due to absence of clinical indications for lumbar puncture. Chemokine concentrations (pg/mL) were measured by means of multiplex analysis based on xMAP technology (Luminex, USA), using Milliplex MAP test systems (Millipore, USA). The results showed a trend toward increased chemokine levels correlating with more pronounces severity of brain injury. Notably, CXCL9/MIG levels were elevated in all patients with brain injury (p < 0.05), unlike CXCL8/IL-8, which showed significant increases only in the 4th group (severe TBI), and CXCL10/IP-10, which was significantly elevated in both the 3rd (moderate TBI) and 4th groups. Specifically, in the 4th group (severe TBI), levels of CXCL8/IL-8 were increased 3.5 times, CXCL9/MIG showed a 9-fold increase, and CXCL10/IP-10 was 3 times higher than in control group (1st group, mild TBI). To evaluate the diagnostic value of these changes, ROC analysis was performed, establishing a clinically significant chemokine thresholds that serve as highly informative markers of neural tissue damage. In conclusion, assessment of CXCL8, CXCL9, and CXCL10 levels in CSF following brain contusion provides valuable insights into their role in disease progression, i.e., recruiting T helper cells and neutrophils from peripheral blood into neural tissue and sustaining neuroinflammatory processes.

About the authors

Anna O. Norka

Saint Petersburg Pasteur Institute; First St. Petersburg Pavlov State Medical University

Author for correspondence.
Email: norka-anna@mail.ru

PhD (Medicine), Assistant Professor, Department of Immunology, First St. Petersburg Pavlov State Medical University; Neurologist, Medical Centre, Saint Petersburg Pasteur Institute

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

S. V. Vorobyev

Almazov National Medical Research Centre; St. Petersburg State Pediatric Medical University

Email: norka-anna@mail.ru

PhD, MD (Medicine), Associate Professor, Chief Researcher, Research Laboratory of Neurology and Neurorehabilitation, Almazov National Medical Research Centre; Professor, Department of Clinical Laboratory Diagnostics, St. Petersburg State Pediatric Medical University

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

R. N. Kuznetsova

Saint Petersburg Pasteur Institute; First St. Petersburg Pavlov State Medical University

Email: norka-anna@mail.ru

PhD (Medicine), Associate Professor, Department of Immunology, First St. Petersburg Pavlov State Medical University; Allergist-Immunologist, Medical Centre, Saint Petersburg Pasteur Institute

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

Z. R. Korobova

Saint Petersburg Pasteur Institute; First St. Petersburg Pavlov State Medical University

Email: norka-anna@mail.ru

Junior Researcher, Laboratory of Molecular Immunology, Saint Petersburg Pasteur Institute; Senior Assistant, Department of Immunology, First St. Petersburg Pavlov State Medical University

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

Areg A. Totolian

Saint Petersburg Pasteur Institute; First St. Petersburg Pavlov State Medical University

Email: norka-anna@mail.ru

PhD, MD (Medicine), Professor, Full Member, Russian Academy of Science, Head, Laboratory of Molecular Immunology, Director, Saint Petersburg Pasteur Institute; Head, Department of Immunology, First St. Petersburg Pavlov State Medical University

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

References

  1. Зудова А.И., Сухоросова А.Г., Соломатина Л.В. Черепно-мозговая травма и нейровоспаление: обзор основных биомаркеров // Acta Biomedica Scientifica, 2020. Т. 5, № 5. С. 60-67. [Zudova A.I., Sukhorosova A.G., Solomatina L.V. Traumatic Brain Injury and Neuroinflammation: Review of the Main Biomarkers. Acta Biomedica Scientifica = Acta Biomedica Scientifica, 2020, Vol. 5, no. 5, pp. 60-67. (In Russ.)]
  2. Кетлинский С.А.,Симбирцев А.С. Цитокины. Санкт-Петербург: Фолиант, 2008. 550 с. [Ketlinsky S.A., Simbirtsev A.S. Cytokines]. St. Petersburg: Foliant, 2008. 550 p.
  3. Кудрявцев И.В., Борисов А.Г., Кробинец И.И., Савченко А.А., Серебрякова М.К., Тотолян Арег А. Хемокиновые рецепторы на Т-хелперах различного уровня дифференцировки: основные субпопуляции // Медицинская иммунология, 2016. Т. 18, № 3. С. 239-250. [Kudryavtsev I.V., Borisov A.G., Krobinets I.I., Savchenko A.A., Serebriakova M.K., Totolian Areg A. Chemokine receptors at distinct differentiation stages of T-helpers from peripheral blood. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2016, Vol. 18, no. 3, pp. 239-250. (In Russ.)] doi: 10.15789/1563-0625-2016-3-239-250.
  4. Литвиненко И.В., Емелин А.Ю., Лобзин В.Ю. Роль нейровоспаления в развитии болезни Альцгеймера // Анналы клинической и экспериментальной неврологии, 2010. Т. 4, № 1. С. 4-12. [Litvinenko I.V., Emelin A.Yu., Lobzin V.Yu. The role of neuroinflammation in the development of Alzheimer’s disease. Annaly klinicheskoy i eksperimentalnoy nevrologii = Annals of Clinical and Experimental Neurology, 2010, Vol. 4, no. 1, pp. 4-12. (In Russ.)]
  5. Норка А.О., Воробьев С.В., Кузнецова Р.Н., Лапин С.В., Коробова З.Р., Монашенко Д.Н., Тотолян А.А. Роль IL-6 в иммунопатогенезе ушиба головного мозга различной степени тяжести // Медицинская иммунология, 2023. T. 25, № 5. С. 1219-1224. [Norka A.O., Vorobyev S.V., Kuznetsova R.N., Lapin S.V., Korobova Z.R., Monashenko D.N., Totolian A.A. Role of IL-6 in the immunopathogenesis of mild, moderate and severe TBI. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2023, Vol. 25, no. 5, pp. 1219-1224. (In Russ.)] doi: 10.15789/1563-0625-ROI-2805.
  6. Норка А.О., Воробьев С.В., Кузнецова Р.Н., Серебрякова М.К., Кудрявцев И.В., Коваленко С.Н., Монашенко Д.Н. Изменения субпопуляционного состава Т-хелперов 17-го типа в зависимости от степени тяжести черепно-мозговой травмы // Российский иммунологический журнал, 2024. Т. 27, № 3. C. 613-620. [Norka A.O., Vorobyev S.V., Kuznetsova R.N., Serebriakova M.K., Kudryavtsev I.V., Kovalenko S.N., Monashenko D.N. Severity of traumatic brain injury governs alterations in type 17 T helper cell subset composition. Rossiyskiy immunologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Immunology, 2024, Vol. 27, no. 3, pp. 613-620. (In Russ.)] doi: 10.46235/1028-7221-16629-SOT.
  7. Arrer C., Otto F., Radlberger R.F., Moser T., Pilz G., Wipfler P., Harrer A. The CXCL13/CXCR5 Immune axis in health and disease-implications for intrathecal B cell activities in neuroinflammation. Cells, 2022, Vol. 11, no. 17, 2649. doi: 10.3390/cells11172649.
  8. Cipollini V, Anrather J., Orzi F., Iadecola C. Th17 and cognitive impairment: possible mechanisms of action. Front. Neuroanat., 2019, Vol. 13, 95. doi: 10.3389/fnana.2019.00095.
  9. Gupta D.L., Bhoi S., Mohan T., Galwnkar S., Rao D.N. Coexistence of Th1/Th2 and Th17/Treg imbalances in patients with post traumatic sepsis. Cytokine, 2016, Vol. 88, pp. 214-221.
  10. Derecki N.C., Cardani A.N., Yang C.H., Quinnies K.M., Crihfield A., Lynch K.R., Kipnis J. Regulation of learning and memory by meningeal immunity: a key role for IL-4. J. Exp. Med., 2010, Vol. 207, no. 5, pp. 1067-1080.
  11. Hayashi T., Ago K., Nakamae T., Higo E., Ogata M. Interleukin (IL-)8 immunoreactivity of injured axons and surrounding oligodendrocytes in traumatic head injury. Forensic Sci. Int., 2016, Vol. 263, pp. 48-54.
  12. Jassam Y.N., Izzy S., Whalen M., McGavern D.B., El Khoury J. Neuroimmunology of traumatic brain injury: time for a paradigm shift. Neuron, 2017, Vol. 95, no. 6, pp. 1246-1265.
  13. Lassarén P., Lindblad C., Frostell A., Carpenter K.L.H., Guilfoyle M.R., Hutchinson P.J.A., Helmy A., Thelin E.P. Systemic inflammation alters the neuroinflammatory response: a prospective clinical trial in traumatic brain injury. J. Neuroinflammation, 2021, Vol. 18, no. 1, 221. doi: 10.1186/s12974-021-02264-2.
  14. Ladak A.A, Enam S.A, Ibrahim M.T. A review of the molecular mechanisms of traumatic brain injury.World Neurosurg., 2019, Vol. 131, pp. 126-132.
  15. Rodney T., Osier N., Gill J. Pro- and anti-inflammatory biomarkers and traumatic brain injury outcomes: A review. Cytokine, 2018, Vol. 110, pp. 248-256.
  16. Sowa J. E., Tokarski K. Cellular, synaptic, and network effects of chemokines in the central nervous system and their implications to behavior. Pharmacol. Rep., 2021., Vol. 73, no. 6, pp. 1595-1625.
  17. Vliet E.A., Ndode-Ekane X.E., Lehto L.J., Gorter J.A., Andrade P., Aronica E., Gröhn O., Pitkänen A. Long-lasting blood-brain barrier dysfunction and neuroinflammation after traumatic brain injury. Neurobiol. Dis., 2020, Vol. 145, 105080. doi: 10.1016/j.nbd.2020.105080.
  18. Shi Y., Wei B., Li L., Wang B., Sun M. Th17 cells and inflammation in neurological disorders: Possible mechanisms of action. Front. Immunol., 2022, Vol. 13, 932152. doi: 10.3389/fimmu.2022.932152.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. ROC curves and AUC of CXCL9/MIG (pg/mL) in the cerebrospinal fluid

Download (257KB)
3. Figure 2. ROC curves and AUC of CXCL10/IP-10 (pg/mL) in the cerebrospinal fluid

Download (174KB)
4. Figure 3. ROC curve and AUC of CXCL8/IL-8 (pg/mL) in patients with severe head injury in the cerebrospinal fluid

Download (90KB)

Copyright (c) 2025 Norka A.O., Vorobyev S.V., Kuznetsova R.N., Korobova Z.R., Totolian A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».