In an anesthetized canine model in which ischemia was induced by incremental air embolism, 16 animals were exposed to 1 hr of ischemia and monitored for 10 min (n = 4), 60 min (n = 6), or 240 min (n = 6). Fourteen animals were observed for corresponding periods without being subjected to ischemia 70 min (n = 4), 120 min (n = 4), or 300 min (n = 6). Autologous granulocytes were labeled with 111In and reinfused just before ischemia. At the conclusion of each experiment, a 14C-iodoantipyrine autoradiographic blood flow study was performed. Granulocyte accumulation measured by gamma scintigraphy (cpm/gm) occurred in the injured hemisphere of ischemic animals at 60 min in anterior brain segments and at 240 min in anterior, middle, and posterior segments. By means of a double-label autoradiography technique, clustering of punctate granulocyte images was detected in regions of low flow or heterogeneous flow in half of the animals at both 60 min and 240 min postischemia. Granulocyte clustering did not occur in the autoradiograms of nonischemic animals. The results implicate granulocyte participation in the acute phase of ischemic brain injury and signal a convergence of hemostatic and inflammatory processes during the immediate postischemic period.

Cerebral ischaemia initiates an inflammatory response in the brain and periphery. We assessed the relationship between peak values of plasma interleukin-6 (IL-6) in the first week after ischaemic stroke, with measures of stroke severity and outcome. Thirty-seven patients with ischaemic stroke were prospectively recruited. Plasma IL-6, and other markers of peripheral inflammation, were measured at pre-determined timepoints in the first week after stroke onset. Primary analyses were the association between peak plasma IL-6 concentration with both modified Rankin score (mRS) at 3 months and computed tomography (CT) brain infarct volume. Peak plasma IL-6 concentration correlated significantly (p < 0.001) with CT brain infarct volume (r = 0.75) and mRS at 3 months (r = 0.72). It correlated similarly with clinical outcome at 12 months or stroke severity. Strong associations were also noted between either peak plasma C-reactive protein (CRP) concentration or white blood cell (WBC) count, and all outcome measures. These data provide evidence that the magnitude of the peripheral inflammatory response is related to the severity of acute ischaemic stroke, and clinical outcome.

Neural stem cell (NSC) transplantation can influence immune responses and suppress inflammation in the CNS. Metabolites, such as succinate, modulate the phenotype and function of immune cells, but whether and how NSCs are also activated by such immunometabolites to control immunoreactivity and inflammatory responses is unclear. Here, we show that transplanted somatic and directly induced NSCs ameliorate chronic CNS inflammation by reducing succinate levels in the cerebrospinal fluid, thereby decreasing mononuclear phagocyte (MP) infiltration and secondary CNS damage. Inflammatory MPs release succinate, which activates succinate receptor 1 (SUCNR1)/GPR91 on NSCs, leading them to secrete prostaglandin E2 and scavenge extracellular succinate with consequential anti-inflammatory effects. Thus, our work reveals an unexpected role for the succinate-SUCNR1 axis in somatic and directly induced NSCs, which controls the response of stem cells to inflammatory metabolic signals released by type 1 MPs in the chronically inflamed brain.

Ischemic stroke results in a loss of tissue homeostasis and integrity, the underlying pathobiology of which stems primarily from the depletion of cellular energy stores and perturbation of available metabolites 1 . Hibernation in thirteen-lined ground squirrels (TLGS), Ictidomys tridecemlineatus , provides a natural model of ischemic tolerance as these mammals undergo prolonged periods of critically low cerebral blood flow without evidence of central nervous system (CNS) damage 2 . Studying the complex interplay of genes and metabolites that unfolds during hibernation may provide novel insights into key regulators of cellular homeostasis during brain ischemia. Herein, we interrogated the molecular profiles of TLGS brains at different time points within the hibernation cycle via RNA sequencing coupled with untargeted metabolomics. We demonstrate that hibernation in TLGS leads to major changes in the expression of genes involved in oxidative phosphorylation and this is correlated with an accumulation of the tricarboxylic acid (TCA) cycle intermediates citrate, cis-aconitate, and α-ketoglutarate-αKG. Integration of the gene expression and metabolomics datasets led to the identification of succinate dehydrogenase (SDH) as the critical enzyme during hibernation, uncovering a break in the TCA cycle at that level. Accordingly, the SDH inhibitor dimethyl malonate (DMM) was able to rescue the effects of hypoxia on human neuronal cells in vitro and in mice subjected to permanent ischemic stroke in vivo . Our findings indicate that studying the regulation of the controlled metabolic depression that occurs in hibernating mammals may lead to novel therapeutic approaches capable of increasing ischemic tolerance in the CNS.