Ischemic stroke leads to significant morbidity and mortality in the Western world. Early reperfusion strategies remain the treatment of choice but can initiate and augment an inflammatory response causing secondary brain damage. The understanding of postischemic inflammation is very limited. The objectives of this study were to define the temporal and spatial infiltration of immune cell populations and their activation patterns in a murine cerebral ischemia-reperfusion injury model.Transient middle cerebral artery occlusion was induced for 1 hour followed by 12-hour to 7-day reperfusion in C57/BL6 mice. Immunohistochemistry and flow cytometry were used to quantify the infiltrating immune cell subsets.Accumulation of microglia and infiltration of the ischemic hemisphere by macrophages, lymphocytes, and dendritic cells (DCs) preceded the neutrophilic influx. DCs were found to increase 20-fold and constituted a substantial proportion of infiltrating cells. DCs exhibited a significant upregulation of major histocompatibility complex II and major histocompatibility complex II high-expressing DCs were found 100 times more abundant than in sham conditions. Upregulation of the costimulatory molecule CD80 was observed in DCs and microglial cells but did not further increase in major histocompatibility complex II high-expressing DCs. No lymphocyte activation was observed. Additionally, regulatory immune cells (natural killer T-cells, CD4(-)/CD8(-)T lymphocytes) cumulated in the ischemic hemisphere.This study provides a detailed analysis of the temporal dynamics of immune cell accumulation in a rodent stroke model. The peculiar activation pattern and massive increase of antigen-presenting cells in temporal conjunction with regulatory cells might provide additional insight into poststroke immune regulation.

The innate immune system senses the invasion of pathogenic microorganisms and tissue injury through Toll-like receptors (TLR), a mechanism thought to be limited to immune cells. We now report that neurons express several TLRs, and that the levels of TLR2 and -4 are increased in neurons in response to IFN-γ stimulation and energy deprivation. Neurons from both TLR2 knockout and -4 mutant mice were protected against energy deprivation-induced cell death, which was associated with decreased activation of a proapoptotic signaling cascade involving jun N-terminal kinase and the transcription factor AP-1. TLR2 and -4 expression was increased in cerebral cortical neurons in response to ischemia/reperfusion injury, and the amount of brain damage and neurological deficits caused by a stroke were significantly less in mice deficient in TLR2 or -4 compared with WT control mice. Our findings establish a proapoptotic signaling pathway for TLR2 and -4 in neurons that may render them vulnerable to ischemic death.

Although lymphocyte recruitment and activation are associated with cerebral ischemia-reperfusion (I/R) injury, the contributions of specific lymphocyte subpopulations and lymphocyte-derived interferon-gamma (IFN-gamma) to stroke remain unknown. The objectives of this study were to define the contribution of specific populations of lymphocytes to the inflammatory and prothrombogenic responses elicited in the cerebral microvasculature by I/R and to investigate the role of T-cell-associated IFN-gamma in the pathogenesis of ischemic stroke.Middle cerebral artery occlusion was induced for 1 hour (followed by 4 or 24 hours of reperfusion) in wild-type mice and mice deficient in lymphocytes (Rag1(-/-)), CD4+ T cells, CD8+ T cells, B cells, or IFN-gamma. Platelet and leukocyte adhesion was assessed in cortical venules with intravital video microscopy. Neurological deficit and infarct volume were determined 24 hours after reperfusion. Rag1(-/-), CD4+ T-cell(-/-), CD8+ T-cell(-/-), and IFN-gamma(-/-) mice exhibited comparable significant reductions in I/R-induced leukocyte and platelet adhesion compared with wild-type mice exposed to I/R. Infarct volume was reduced and I/R-induced neurological deficit was improved in immunodeficient Rag1(-/-) mice. These protective responses were reversed in Rag1(-/-) mice reconstituted with either wild-type or, to a lesser extent, IFN-gamma(-/-) splenocytes. B-cell-deficient mice failed to show improvement against ischemic stroke injury.These findings indicate that CD4+ and CD8+ T lymphocytes, but not B lymphocytes, contribute to the inflammatory and thrombogenic responses, brain injury, and neurological deficit associated with experimental stroke. Although IFN-gamma plays a pivotal role in stroke-induced inflammatory responses, T lymphocytes appear to be a minor source of this cytokine.

Many organ systems are adversely affected by diabetes, including the brain, which undergoes changes that may increase the risk of cognitive decline. Although diabetes influences the hypothalamic-pituitary-adrenal axis, the role of this neuroendocrine system in diabetes-induced cognitive dysfunction remains unexplored. Here we demonstrate that, in both insulin-deficient rats and insulin-resistant mice, diabetes impairs hippocampus-dependent memory, perforant path synaptic plasticity and adult neurogenesis, and the adrenal steroid corticosterone contributes to these adverse effects. Rats treated with streptozocin have reduced insulin and show hyperglycemia, increased corticosterone, and impairments in hippocampal neurogenesis, synaptic plasticity and learning. Similar deficits are observed in db/db mice, which are characterized by insulin resistance, elevated corticosterone and obesity. Changes in hippocampal plasticity and function in both models are reversed when normal physiological levels of corticosterone are maintained, suggesting that cognitive impairment in diabetes may result from glucocorticoid-mediated deficits in neurogenesis and synaptic plasticity.

Stroke is the world's second leading cause of mortality, with a high incidence of severe morbidity in surviving victims. There are currently relatively few treatment options available to minimize tissue death following a stroke. As such, there is a pressing need to explore, at a molecular, cellular, tissue, and whole body level, the mechanisms leading to damage and death of CNS tissue following an ischemic brain event. This review explores the etiology and pathogenesis of ischemic stroke, and provides a general model of such. The pathophysiology of cerebral ischemic injury is explained, and experimental animal models of global and focal ischemic stroke, and in vitro cellular stroke models, are described in detail along with experimental strategies to analyze the injuries. In particular, the technical aspects of these stroke models are assessed and critically evaluated, along with detailed descriptions of the current best-practice murine models of ischemic stroke. Finally, we review preclinical studies using different strategies in experimental models, followed by an evaluation of results of recent, and failed attempts of neuroprotection in human clinical trials. We also explore new and emerging approaches for the prevention and treatment of stroke. In this regard, we note that single-target drug therapies for stroke therapy, have thus far universally failed in clinical trials. The need to investigate new targets for stroke treatments, which have pleiotropic therapeutic effects in the brain, is explored as an alternate strategy, and some such possible targets are elaborated. Developing therapeutic treatments for ischemic stroke is an intrinsically difficult endeavour. The heterogeneity of the causes, the anatomical complexity of the brain, and the practicalities of the victim receiving both timely and effective treatment, conspire against developing effective drug therapies. This should in no way be a disincentive to research, but instead, a clarion call to intensify efforts to ameliorate suffering and death from this common health catastrophe. This review aims to summarize both the present experimental and clinical state-of-the art, and to guide future research directions.

Multi-protein complexes called inflammasomes have recently been identified and shown to contribute to cell death in tissue injury. Intravenous immunoglobulin (IVIg) is an FDA-approved therapeutic modality used for various inflammatory diseases. The objective of this study is to investigate dynamic responses of the NLRP1 and NLRP3 inflammasomes in stroke and to determine whether the NLRP1 and NLRP3 inflammasomes can be targeted with IVIg for therapeutic intervention. Primary cortical neurons were subjected to glucose deprivation (GD), oxygen–glucose deprivation (OGD) or simulated ischemia-reperfusion (I/R). Ischemic stroke was induced in C57BL/6J mice by middle cerebral artery occlusion, followed by reperfusion. Neurological assessment was performed, brain tissue damage was quantified, and NLRP1 and NLRP3 inflammasome protein levels were evaluated. NLRP1 and NLRP3 inflammasome components were also analyzed in postmortem brain tissue samples from stroke patients. Ischemia-like conditions increased the levels of NLRP1 and NLRP3 inflammasome proteins, and IL-1β and IL-18, in primary cortical neurons. Similarly, levels of NLRP1 and NLRP3 inflammasome proteins, IL-1β and IL-18 were elevated in ipsilateral brain tissues of cerebral I/R mice and stroke patients. Caspase-1 inhibitor treatment protected cultured cortical neurons and brain cells in vivo in experimental stroke models. IVIg treatment protected neurons in experimental stroke models by a mechanism involving suppression of NLRP1 and NLRP3 inflammasome activity. Our findings provide evidence that the NLRP1 and NLRP3 inflammasomes have a major role in neuronal cell death and behavioral deficits in stroke. We also identified NLRP1 and NLRP3 inflammasome inhibition as a novel mechanism by which IVIg can protect brain cells against ischemic damage, suggesting a potential clinical benefit of therapeutic interventions that target inflammasome assembly and activity.

Abstract The devastating effect of ischemic stroke is attenuated in mice lacking conventional and unconventional T cells, suggesting that inflammation enhances tissue damage in cerebral ischemia. We explored the functional role of αβ and γδ T cells in a murine model of stroke and distinguished 2 different T cell–dependent proinflammatory pathways in ischemia-reperfusion injury. IFN-γ produced by CD4+ T cells induced TNF-α production in macrophages, whereas IL-17A secreted by γδ T cells led to neutrophil recruitment. The synergistic effect of TNF-α and IL-17A on astrocytes resulted in enhanced secretion of CXCL-1, a neutrophil chemoattractant. Application of an IL-17A–blocking antibody within 3 hours after stroke induction decreased infarct size and improved neurologic outcome in the murine model. In autoptic brain tissue of patients who had a stroke, we detected IL-17A–positive lymphocytes, suggesting that this aspect of the inflammatory cascade is also relevant in the human brain. We propose that selective targeting of IL-17A signaling might provide a new therapeutic option for the treatment of stroke.

Age and excessive energy intake/obesity are risk factors for cerebrovascular disease, but it is not known if and how these factors affect the extent of brain damage and outcome in ischemic stroke. We therefore determined the interactions of age and energy intake on the outcome of ischemic brain injury, and elucidated the underlying mechanisms.We utilized a novel microchip-based immunoaffinity capillary electrophoresis technology to measure a panel of neurotrophic factors, cytokines, and cellular stress resistance proteins in brain tissue samples from young, middle-aged, and old mice that had been maintained on control or energy-restricted diets prior to middle cerebral artery occlusion and reperfusion.Mortality from focal ischemic stroke was increased with advancing age and reduced by an intermittent fasting (IF) diet. Brain damage and functional impairment were reduced by IF in young and middle-aged mice, but not in old mice. The basal and poststroke levels of neurotrophic factors (brain-derived neurotrophic factor and basic fibroblast growth factor), protein chaperones (heat shock protein 70 and glucose regulated protein 78), and the antioxidant enzyme heme oxygenase-1 were decreased, whereas levels of inflammatory cytokines were increased in the cerebral cortex and striatum of old mice compared with younger mice. IF coordinately increased levels of protective proteins and decreased inflammatory cytokines in young, but not in old mice.Reduction in dietary energy intake differentially modulates neurotrophic and inflammatory pathways to protect neurons against ischemic injury, and these beneficial effects of IF are compromised during aging, resulting in increased brain damage and poorer functional outcome.

The Concise Guide to PHARMACOLOGY 2021/22 is the fifth in this series of biennial publications. The Concise Guide provides concise overviews, mostly in tabular format, of the key properties of nearly 1900 human drug targets with an emphasis on selective pharmacology (where available), plus links to the open access knowledgebase source of drug targets and their ligands (www.guidetopharmacology.org), which provides more detailed views of target and ligand properties. Although the Concise Guide constitutes over 500 pages, the material presented is substantially reduced compared to information and links presented on the website. It provides a permanent, citable, point-in-time record that will survive database updates. The full contents of this section can be found at http://onlinelibrary.wiley.com/doi/bph.15537. In addition to this overview, in which are identified 'Other protein targets' which fall outside of the subsequent categorisation, there are six areas of focus: G protein-coupled receptors, ion channels, nuclear hormone receptors, catalytic receptors, enzymes and transporters. These are presented with nomenclature guidance and summary information on the best available pharmacological tools, alongside key references and suggestions for further reading. The landscape format of the Concise Guide is designed to facilitate comparison of related targets from material contemporary to mid-2021, and supersedes data presented in the 2019/20, 2017/18, 2015/16 and 2013/14 Concise Guides and previous Guides to Receptors and Channels. It is produced in close conjunction with the Nomenclature and Standards Committee of the International Union of Basic and Clinical Pharmacology (NC-IUPHAR), therefore, providing official IUPHAR classification and nomenclature for human drug targets, where appropriate.