[論文レビュー] Cyclooxygenase Inhibition Limits Blood-Brain Barrier Disruption following Intracerebral Injection of Tumor Necrosis Factor-alpha in the Rat

Eduardo Candelario‐Jalil, Saeid Taheri+6 more|ArXiv.org|Nov 13, 2007

Barrier Structure and Function Studies参考文献 35被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、特にCOX-1阻害がラットにおける脳内腫瘍ネクロシス因子アルファ（TNF-α）誘因の血脳関門（BBB）障害を顕著に制限することを示している。インドメタシンおよび感受性COX阻害薬を用いて、COX阻害がBBB透過性を低下させ、MMP-9およびMMP-3の活性化を軽減し、グルタチオンレベルを維持することを明らかにした。これにより、COX-1が神経炎症性BBB障害の主要な媒介因子であることが示唆された。

ABSTRACT

Increased permeability of the blood-brain barrier (BBB) is important in neurological disorders. Neuroinflammation is associated with increased BBB breakdown and brain injury. Tumor necrosis factor-a (TNF-a) is involved in BBB injury and edema formation through a mechanism involving matrix metalloproteinase (MMP) upregulation. There is emerging evidence indicating that cyclooxygenase (COX) inhibition limits BBB disruption following ischemic stroke and bacterial meningitis, but the mechanisms involved are not known. We used intracerebral injection of TNF-a to study the effect of COX inhibition on TNF-a-induced BBB breakdown, MMP expression/activity and oxidative stress. BBB disruption was evaluated by the uptake of 14C-sucrose into the brain and by magnetic resonance imaging (MRI) utilizing Gd-DTPA as a paramagnetic contrast agent. Using selective inhibitors of each COX isoform, we found that COX-1 activity is more important than COX-2 in BBB opening. TNF-a induced a significant upregulation of gelatinase B (MMP-9), stromelysin-1 (MMP-3) and COX-2. In addition, TNF-a significantly depleted glutathione as compared to saline. Indomethacin (10 mg/kg; i.p.), an inhibitor of COX-1 and COX-2, reduced BBB damage at 24 h. Indomethacin significantly attenuated MMP-9 and MMP-3 expression and activation, and prevented the loss of endogenous radical scavenging capacity following intracerebral injection of TNF-a. Our results show for the first time that BBB disruption during neuroinflammation can be significantly reduced by administration of COX inhibitors. Modulation of COX in brain injury by COX inhibitors or agents modulating prostaglandin E2 formation/signaling may be useful in clinical settings associated with BBB disruption.

研究の動機と目的

• ラット脳へのTNF-αの脳内投与に続く血脳関門（BBB）障害におけるシクロオキシゲナーゼ（COX）アイソフォームの役割を調査すること。
• COX阻害が神経炎症モデルにおいてBBB透過性、マトリックスメタロプロテアーゼ（MMP）の活性化、酸化的ストレスを制限できるかどうかを特定すること。
• TNF-α誘因の炎症におけるBBB障害を媒介するCOX-1とCOX-2の相対的寄与を明確にすること。
• BBB障害および神経炎症を伴う状態におけるCOX阻害薬の神経保護的潜在能力を評価すること。

提案手法

• ラット脳へのTNF-αの脳内投与により神経炎症およびBBB障害を誘導すること。
• COX-1およびCOX-2の感受性阻害薬を用いて、アイソフォーム特異的寄与を評価すること。
• 14C-スクロースの取り込みおよびGd-DTPA対照剤を用いた磁気共鳴画像法（MRI）を用いてBBBの整合性を測定すること。
• ゲラチンゾイムグラフィーおよびウェスタンブロッティングを用いてMMP-9およびMMP-3の発現および活性を評価すること。
• 脳グルタチオン濃度の定量により酸化的ストレスおよび抗酸化能を評価すること。
• インドメタシン（10 mg/kg、腹腔内投与）を投与して非感受性COX阻害効果を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 COX阻害は、ラットにおける脳内TNF-α投与に続くBBB障害を軽減するか？
• RQ2 COXアイソフォーム（COX-1またはCOX-2）のどちらがTNF-α誘因のBBB障害においてより顕著な役割を果たすか？
• RQ3 神経炎症の文脈において、COX阻害はMMP-9およびMMP-3の発現および活性化を軽減するか？
• RQ4 COX阻害はグルタチオンの枯渇を防ぐことで、内因性抗酸化能を維持できるか？
• RQ5 COX活性、MMP上昇、酸化的ストレスの間には、BBB障害にかかわるメカニズム的関連があるか？

主な発見

• COX-1阻害はCOX-2阻害よりも、TNF-α投与に続くBBB障害の制限においてより効果的であった。
• インドメタシン（10 mg/kg、腹腔内投与）は、投与後24時間における脳への14C-スクロース取り込みを顕著に低下させ、BBB透過性の低下を示した。
• TNF-αは脳におけるMMP-9、MMP-3およびCOX-2発現の有意な上昇を誘発した。
• インドメタシンはMMP-9およびMMP-3の両方の発現および活性化を顕著に軽減した。
• TNF-αは脳グルタチオンの有意な枯渇を引き起こしたが、インドメタシン投与によりこれを防げた。
• COX阻害は内因性のラジカル scavenging 機能を維持した。神経炎症における酸化的ストレスに対する保護的役割が示唆された。