[논문 리뷰] Cyclooxygenase Inhibition Limits Blood-Brain Barrier Disruption following Intracerebral Injection of Tumor Necrosis Factor-alpha in the Rat

Eduardo Candelario‐Jalil, Saeid Taheri외 6명|ArXiv.org|2007. 11. 13.

Barrier Structure and Function Studies참고 문헌 35인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 코로이그레네이트산(코엑시다제, COX) 억제, 특히 COX-1 차단을 통해 뇌내 종양 necrosis factor-alpha (TNF-α)에 의해 유도된 혈뇌장벽(BBB) 파괴가 유의하게 제한됨을 보여준다. 인도메타신과 선택적 COX 억제제를 사용하여 저자들은 COX 억제가 BBB 투과성 감소, MMP-9 및 MMP-3 활성 감소, 글루타티온 수치 유지와 관련이 있음을 밝혀내었으며, 이는 COX-1이 신경염증성 BBB 파괴의 핵심 매개체임을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 코로이그레네이트산(COX) 이소형이 뇌내 TNF-α 주입 후 혈뇌장벽(BBB) 파괴에 미치는 역할을 조사하기 위해.
• COX 억제가 신경염증 모델에서 BBB 투과성, 매트릭스 아연화성단백질(MMP) 활성화 및 산화 스트레스를 제한할 수 있는지 확인하기 위해.
• TNF-α에 의한 염증에서 COX-1과 COX-2가 BBB 파괴를 매개하는 데 기여하는 상대적 기여도를 명확히 하기 위해.
• BBB 파괴 및 신경염증을 동반한 상태에서 COX 억제제의 신경보호 잠재력 평가하기 위해.

제안 방법

• 실험용 쥐 뇌에 TNF-α를 뇌내 주입하여 신경염증 및 BBB 파괴를 유도하기 위해.
• COX-1 및 COX-2 선택적 억제제를 사용하여 이소형 특이적 기여도 평가하기 위해.
• 14C-설탕 투여 및 Gd-DTPA 대조제를 사용한 자기공명영상(MRI)을 통해 BBB의 정상성 측정하기 위해.
• 젤라틴 지모그래피 및 웨스턴 블롯팅을 이용한 MMP-9 및 MMP-3 발현 및 활성도 평가하기 위해.
• 산화 스트레스 및 항산화 능력을 평가하기 위해 뇌 글루타티온 농도 정량 분석하기 위해.
• 비선택적 COX 억제 효과 평가를 위해 인도메타신(10 mg/kg, 복강내 투여) 투여하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 뇌내 TNF-α 주입 후 COX 억제는 BBB 파괴를 완화하는가?
• RQ2 TNF-α에 의한 BBB 파괴에서 COX 이소형(COX-1 또는 COX-2) 중 어느 것이 더 두드러진 역할을 하는가?
• RQ3 신경염증 환경에서 COX 억제는 MMP-9 및 MMP-3의 발현과 활성화를 감소시키는가?
• RQ4 COX 억제는 글루타티온 고갈을 방지함으로써 내재된 항산화 능력을 유지하는가?
• RQ5 COX 활성, MMP 증가 및 산화 스트레스 간에 BBB 파괴의 기전적 연관성이 존재하는가?

주요 결과

• TNF-α 주입 후 COX-1 억제가 COX-2 억제보다 BBB 파괴를 더 효과적으로 제한하였다.
• 인도메타신(10 mg/kg, 복강내 투여) 투여로 24시간 후 뇌 내 14C-설탕 투여가 유의하게 감소하여 BBB 투과성 감소를 나타내었다.
• TNF-α는 뇌에서 MMP-9, MMP-3 및 COX-2 발현을 유의하게 증가시켰다.
• 인도메타신은 MMP-9 및 MMP-3의 발현과 활성 모두를 뚜렷하게 감소시켰다.
• TNF-α는 뇌 글루타티온을 유의하게 감소시켰으며, 이는 인도메타신 치료로 방지되었다.
• COX 억제는 내재된 자유 라디칼 제거 능력을 유지하여, 신경염증에서 산화 스트레스에 대한 보호적 역할을 한다고 시사한다.