Matrix metalloproteinases (MMPs) are zinc-dependent endopeptidases that regulate cell-matrix composition and are also involved in processing various bioactive molecules such as cell-surface receptors, chemokines, and cytokines. Our group recently reported that MMP-3, -8, and -9 are upregulated during microglial activation and play a role as proinflammatory mediators (Lee et al., 2010, 2014). In particular, we demonstrated that MMP-8 has tumor necrosis factor alpha (TNF-${\alpha}$)-converting enzyme (TACE) activity by cleaving the prodomain of TNF-${\alpha}$ and that inhibition of MMP-8 inhibits TACE activity. The present study was undertaken to compare the effect of MMP-8 inhibitor (M8I) with those of inhibitors of other MMPs, such as MMP-3 (NNGH) or MMP-9 (M9I), in their regulation of TNF-${\alpha}$ activity. We found that the MMP inhibitors suppressed TNF-${\alpha}$ secretion from lipopolysaccharide (LPS)-stimulated BV2 microglial cells in an order of efficacy: M8I>NNGH>M9I. In addition, MMP inhibitors suppressed the activity of recombinant TACE protein in the same efficacy order as that of TNF-${\alpha}$ inhibition (M8I>NNGH>M9I), proving a direct correlation between TACE activity and TNF-${\alpha}$ secretion. A subsequent pro-TNF-${\alpha}$ cleavage assay revealed that both MMP-3 and MMP-9 cleave a prodomain of TNF-${\alpha}$, suggesting that MMP-3 and MMP-9 also have TACE activity. However, the number and position of cleavage sites varied between MMP-3, -8, and -9. Collectively, the concurrent inhibition of MMP and TACE by NNGH, M8I, or M9I may contribute to their strong anti-inflammatory and neuroprotective effects.
Immunological mechanisms involving the release of inflammatory factors by HIV-1 infected microglia in the brain have been implicated in the pathogenesis of HIV dementia (HIVD). Since the regulation of matrix metalloproteinases (MMPs) activity can be influenced by variety of inflammatory mediators, this study was undertaken to look for a correlation between the MMP-9 release and the production of TNF-${\alpha}$ in response to HIV-1 p24 in the human monocyte cell line THP-1 as a model for microglia. First, it was shown that HIV-l core p24 antigen induced THP-1 to secrete MMP-9 in a dose response manner while it elicited a little effect on MMP-2 release in human astroglial cell line T98G. Next, it was found that p24 induced THP-1 to secrete TNF-${\alpha}$ without prior differentiation into macrophages by phorbol myristate acetate (PMA) treatment. Furthermore, anti-TNF-${\alpha}$ neutralizing antibodies significantly blocked p24-induced MMP-9 release in a dose dependent manner. Our data indicate that p24 antigen induces monocytic MMP-9 release by triggering up-regulation of TNF-${\alpha}$ secretion.
Lee, Kang Pa;Choi, Nan Hee;Kim, Hyun-Soo;Ahn, Sanghyun;Park, In-Sik;Lee, Dea Won
Nutrition Research and Practice
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제12권1호
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pp.13-19
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2018
BACKGROUND/OBJECTIVES: One of the mechanisms considered to be prevalent in the development of Alzheimer's disease (AD) is hyper-stimulation of microglia. Black chokeberry (Aronia melanocapa L.) is widely used to treat diabetes and atherosclerosis, and is known to exert anti-oxidant and anti-inflammatory effects; however, its neuroprotective effects have not been elucidated thus far. MATERIALS/METHODS: We undertook to assess the anti-inflammatory effect of the ethanolic extract of black chokeberry friut (BCE) in BV2 cells, and evaluate its neuroprotective effect in the lipopolysaccharide (LPS)-induced mouse model of AD. RESULTS: Following stimulation of BV2 cells by LPS, exposure to BCE significantly reduced the generation of nitric oxide as well as mRNA levels of numerous inflammatory factors such as inducible nitric oxide synthase (iNOS), cyclooxygenase 2 (COX-2), interleukin 1 beta ($IL-1{\beta}$), and tumor necrosis factor alpha ($TNF-{\alpha}$). In addition, AD was induced in a mouse model by intraperitoneal injection of LPS ($250{\mu}g/kg$), subsequent to which we investigated the neuroprotective effects of BCE (50 mg/kg) on brain damage. We observed that BCE significantly reduced tissue damage in the hippocampus by downregulating iNOS, COX-2, and $TNF-{\alpha}$ levels. We further identified the quinic acids in BCE using liquid chromatography-mass spectrometry (LCMS). Furthermore, we confirmed the neuroprotective effect of BCE and quinic acid on amyloid beta-induced cell death in rat hippocampal primary neurons. CONCLUSIONS: Our findings suggest that black chokeberry has protective effects against the development of AD.
Background: Neuropathic pain is a global clinical problem; nevertheless, nerve injury treatment methods remain limited. Olanzapine has antinociceptive and anti-nueropathic properties; however, its preventive effects have not been assessed in nerve injury models. Methods: We prepared a partial sciatic nerve ligation (Seltzer model) or sham-operated model in male Sprague-Dawley rats under isoflurane anesthesia. In a pre-treatment study, we administered olanzapine (10 mg/kg) intraperitoneally 1 h before nerve ligation. In post-treatment and dose-dependent studies, we injected 3 different doses of olanzapine intraperitoneally 1 h after nerve ligation. Mechanical allodynia was measured before and 7 days after surgery. Immunohistochemical analysis using anti-Iba-1 antibody was used to assess the effect of olanzapine at the spinal level. Results: In the pre-treatment study, median withdrawal thresholds of the normal saline groups were significantly lower than those of the sham-operated groups; however, those of the olanzapine (10 mg/kg) and sham-operated groups were not different. In the post-treatment and dose-dependent studies, the median withdrawal thresholds of the olanzapine (2.5 mg/kg) and normal saline groups were not different; however, those of the olanzapine (10 and 50 mg/kg) groups were significantly higher than those of the normal saline groups. Olanzapine did not have a significant effect on the density of Iba-1 staining. Conclusions: Olanzapine attenuated mechanical allodynia dose-dependently in the Seltzer model. This anti-allodynic effect of olanzapine was observed even when injected 1 h after nerve ligation. This effect of olanzapine appeared to be unrelated to microglia activation in the ipsilateral dorsal horn of the lumbar spinal cord.
Lee, Min Jung;Chang, Byung Joon;Oh, Seikwan;Nah, Seung-Yeol;Cho, Ik-Hyun
Journal of Ginseng Research
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제42권4호
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pp.436-446
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2018
Background: The potential therapeutic values of Korean Red Ginseng extract (KRGE) in autoimmune disorders of nervous system have not been fully investigated. Methods: We used an acute experimental autoimmune encephalomyelitis animal model of multiple sclerosis and determined the effects and mechanism of KRGE on spinal myelination. Results: Pretreatment with KRGE (100 mg/kg, orally) for 10 days before immunization with myelin basic protein $(MBP)_{68-82}$ peptide exerted a protective effect against demyelination in the spinal cord, with inhibited recruitment and activation of immune cells including microglia, decreased mRNA expression of detrimental inflammatory mediators (interleukin-6, interferon-${\gamma}$, and cyclooxygenase-2), but increased mRNA expression of protective inflammatory mediators (insulin-like growth factor ${\beta}1$, transforming growth factor ${\beta}$, and vascular endothelial growth factor-1). These results were associated with significant downregulation of p38 mitogen-activated protein kinase and nuclear factor-${\kappa}B$ signaling pathways in microglia/macrophages, T cells, and astrocytes. Conclusion: Our findings suggest that KRGE alleviates spinal demyelination in acute experimental autoimmune encephalomyelitis through inhibiting the activation of the p38 mitogen-activated protein kinase/nuclear factor-${\kappa}B$ signaling pathway. Therefore, KRGE might be used as a new therapeutic for autoimmune disorders such as multiple sclerosis, although further investigation is needed.
Objectives : Forsythiae Fructus (Forsythia koreana Nakai) has been used anti-inflammatory, diuretics, antidote, and antibacterials in traditional herbal medicine. The present study is focused on the inhibitory effect of Forsythiae Fructus ethanol extract (FF-E) on the production of inflammatory mediators such as NO, iNOS and proinflammatory cytokines ($TNF-{\alpha}$, $IL-1{\beta}$ and IL-6) in LPS-stimulated BV-2 cells, a mouse microglial cell line, and investigated the scavenging activity of FF-E. Methods : BV-2 cells were pre-incubated with FF-E for 30 min and then stimulated with LPS (1 ${\mu}g/m{\ell}$) at indicated times. Cell toxicity of GCF was determined by MTT assay. The levels of NO, PGE2 and cytokines were measured by Griess assay and ELISA. The mRNA and protein expressions of iNOS and cytokines were determined by RT-PCR and Western blotting. Free radical scavenging activity of GCF was determined by DPPH assay in tube test. Results : FF-E significantly inhibited the excessive production of NO, $PGE_2$, $TNF-{\alpha}$, and $IL-1{\beta}$ in LPS-stimulated BV-2 cells. In addition, FF-E attenuated the mRNA and protein expressions of iNOS, and proinflammatory cytokines. FF-E also significantly scavenged the DPPH free radicals in a dose-dependent manner. Conclusions : These results indicate that FF-E exhibits anti-inflammatory property by suppressing the transcription of inflammatory mediator genes, suggesting the anti-inflammatory property of FF-E may make it useful as a therapeutic agent for the treatment of human neurodegenerative diseases.
Kim, Ho;Lee, Shin-Rye;Park, Hae-Chul;Lee, Won-Ha;Lee, Myung-Shik;Suk, Kyoung-Ho
IMMUNE NETWORK
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제11권6호
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pp.342-347
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2011
Background: Glial cells are involved in immune and inflammatory responses in the central nervous system (CNS). Glial cells such as microglia and astrocytes also provide structural and functional support for neurons. Migration and morphological changes of CNS cells are associated with their physiological as well as pathological functions. The secreted protein lipocalin-2 (LCN2) has been previously implicated in regulation of diverse cellular processes of glia and neurons, including cell migration and morphology. Methods: Here, we employed a zebrafish model to analyze the role of LCN2 in CNS cell migration and morphology in vivo. In the first part of this study, we examined the indirect effect of LCN2 on cell migration and morphology of microglia, astrocytes, and neurons cultured in vitro. Results: Conditioned media collected from LCN2-treated astrocytes augmented migration of glia and neurons in the Boyden chamber assay. The conditioned media also increased the number of neuronal processes. Next, in order to further understand the role of LCN2 in the CNS in vivo, LCN2 was ectopically expressed in the zebrafish spinal cord. Expression of exogenous LCN2 modulated neuronal cell migration in the spinal cord of zebrafish embryos, supporting the role of LCN2 as a cell migration regulator in the CNS. Conclusion: Thus, LCN2 proteins secreted under diverse conditions may play an important role in CNS immune and inflammatory responses by controlling cell migration and morphology.
To isolate and identify the constituents of the fruit galls of Actinidium polygama as well as evaluate the anti-inflammatory effects of the isolated compounds, a total of five triterpenes were isolated including $2{\alpha},3{\alpha},24$-trihydroxy-12-ursene-23-al-28-oic acid (1), corosolic acid (2), $2{\alpha},3{\alpha},24$-trihydroxyurs-12,20(30)-dien-28-oic acid (3), $2{\alpha},3{\alpha},24$-trihydroxyolean-12-en-28-oic acid (4), and $2{\alpha},3{\alpha},24$-trihydroxyurs-12-en-28-oic acid (pygenic acid B) (5). Compounds 1, 3, and 4 were isolated from the fruit galls of A. polygama for the first time. Compound 3 decreased NO production in LPS-stimulated RAW264.7 macrophages and mouse microglia BV2 cells in a concentration-dependent manner.
The mammalian target of rapamycin (mTOR) plays a role in various cellular phenomena, including autophagy, cell proliferation, and differentiation. Although recent studies have reported its involvement in nociceptive responses in several pain models, whether mTOR is involved in orofacial pain processing is currently unexplored. This study determined whether rapamycin, an mTOR inhibitor, reduces nociceptive responses and the number of Fos-immunoreactive (Fos-ir) cells in the trigeminal nucleus caudalis (TNC) in a mouse orofacial formalin model. We also examined whether the glial cell expression and phosphorylated p38 (p-p38) mitogen-activated protein kinases (MAPKs) in the TNC are affected by rapamycin. Mice were intraperitoneally given rapamycin (0.1, 0.3, or 1.0 mg/kg); then, 30 min after, 5% formalin (10 μl) was subcutaneously injected into the right upper lip. The rubbing responses with the ipsilateral forepaw or hindpaw were counted for 45 min. High-dose rapamycin (1.0 mg/kg) produced significant antinociceptive effects in both the first and second phases of formalin test. The number of Fos-ir cells in the ipsilateral TNC was also reduced by high-dose rapamycin compared with vehicle-treated animals. Furthermore, the number of p-p38-ir cells the in ipsilateral TNC was significantly decreased in animals treated with high-dose rapamycin; p-p38 expression was co-localized in microglia, but not neurons and astrocytes. Therefore, the mTOR inhibitor, rapamycin, reduces orofacial nociception and Fos expression in the TNC, and its antinociceptive action on orofacial pain may be associated with the inhibition of p-p38 MAPK in the microglia.
Social requirements are needed for living in an aging society and individual longevity. Among them, improved health and medical cares, appropriate for an aging society are strongly demanded. Human cord blood-derived plasma (hUCP) has recently emerged for its unique anti-aging effects. In this study, we investigated brain rejuvenation, particularly olfactory function, that could be achieved by a systemic administration of young blood and its underlying mechanisms. Older than 24-month-old mice were used as an aged group and administered with intravenous injection of hUCP repetitively, eight times. Anti-aging effect of hUCP on olfactory function was evaluated by buried food finding test. To investigate the mode of action of hUCP, brain, serum and spleen of mice were collected for further ex vivo analyses. Systemic injection of hUCP improved aging-associated olfactory deficits, reducing time for finding food. In the brain, although an infiltration of activated microglia and its expression of cathepsin S remarkably decreased, significant changes of proinflammatory factors were not detected. Conversely, peripheral immune balance distinctly switched from predominance of Type 1 helper T (Th1) cells to alternative regulatory T cells (Tregs). These findings indicate that systemic administration of hUCP attenuates age-related neuroinflammation and subsequent olfactory dysfunction by modulating peripheral immune balance toward Treg cells, suggesting another therapeutic function and mechanism of hUCP administration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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