Dexmedetomidine displays multiple mechanisms of neuroprotection in ameliorating ischemic brain injury. In this study, we explored the beneficial effects of dexmedetomidine on blood-brain barrier (BBB) integrity and neuroinflammation in cerebral ischemia/reperfusion injury. Sprague-Dawley rats were subjected to middle cerebral artery occlusion (MCAO) for 1.5 h and reperfusion for 24 h to establish a rat model of cerebral ischemia/reperfusion injury. Dexmedetomidine (9 ㎍/kg) was administered to rats 30 min after MCAO through intravenous injection, and SB203580 (a p38 MAPK inhibitor, 200 ㎍/kg) was injected intraperitoneally 30 min before MCAO. Brain damages were evaluated by 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride staining, hematoxylin-eosin staining, Nissl staining, and brain water content assessment. BBB permeability was examined by Evans blue staining. Expression levels of claudin-5, zonula occludens-1, occludin, and matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) as well as M1/M2 phenotypes-associated markers were assessed using immunofluorescence, RT-qPCR, Western blotting, and gelatin zymography. Enzyme-linked immunosorbent assay was used to examine inflammatory cytokine levels. We found that dexmedetomidine or SB203580 attenuated infarct volume, brain edema, BBB permeability, and neuroinflammation, and promoted M2 microglial polarization after cerebral ischemia/reperfusion injury. Increased MMP-9 activity by ischemia/reperfusion injury was inhibited by dexmedetomidine or SB203580. Dexmedetomidine inhibited the activation of the ERK, JNK, and p38 MAPK pathways. Moreover, activation of JNK or p38 MAPK reversed the protective effects of dexmedetomidine against ischemic brain injury. Overall, dexmedetomidine ameliorated brain injury by alleviating BBB permeability and promoting M2 polarization in experimental cerebral ischemia/reperfusion injury model by inhibiting the activation of JNK and p38 MAPK pathways.
Cognitive dysfunction is relatively less considered a complication of hypertension. However, there is sufficient evidence to show that high blood pressure in middle age increases the risk of cognitive decline and dementia in old age. The greatest impact on cognitive function in those with hypertension is on executive or frontal lobe function, similar to the area most damaged in vascular dementia. Possible cognitive disorders associated with hypertension are vascular dementia, Alzheimer disease, and Lewy body dementia, listed in decreasing strength of association. The pathophysiology of cognitive dysfunction in individuals with hypertension includes brain atrophy, microinfarcts, microbleeds, neuronal loss, white matter lesions, network disruption, neurovascular unit damage, reduced cerebral blood flow, blood-brain barrier damage, enlarged perivascular damage, and proteinopathy. Antihypertensive drugs may reduce the risk of cognitive decline and dementia. Given the high prevalence of dementia and its impact on quality of life, treatment of hypertension to reduce cognitive decline may be a clinically relevant intervention.
Lysophosphatidic acid receptor 1 (LPA1) plays a critical role in brain injury following a transient brain ischemic stroke. However, its role in permanent brain ischemic stroke remains unknown. To address this, we investigated whether LPA1 could contribute to brain injury of mice challenged by permanent middle cerebral artery occlusion (pMCAO). A selective LPA1 antagonist (AM152) was used as a pharmacological tool for this investigation. When AM152 was given to pMCAO-challenged mice one hour after occlusion, pMCAO-induced brain damage such as brain infarction, functional neurological deficits, apoptosis, and blood-brain barrier disruption was significantly attenuated. Histological analyses demonstrated that AM152 administration attenuated microglial activation and proliferation in injured brain after pMCAO challenge. AM152 administration also attenuated abnormal neuroinflammatory responses by decreasing expression levels of pro-inflammatory cytokines while increasing expression levels of anti-inflammatory cytokines in the injured brain. As underlying effector pathways, NF-κB, MAPKs (ERK1/2, p38, and JNKs), and PI3K/Akt were found to be involved in LPA1-dependent pathogenesis. Collectively, these results demonstrate that LPA1 can contribute to brain injury by permanent ischemic stroke, along with relevant pathogenic events in an injured brain.
To determine the magnetic resonance (MR) imaging findings and natural history of cerebral fat embolism in a cat model, and to correlate the MR imaging and histologic fmdings. Intemel carotid artery of 11 cats was injected with 0.1 ml of triolein. T2-weighted, T1-weighted and Gd-enhanced T1-weighted images were obtained serially for 2 hours, 1 days, 4 days, 1 week, 2 weeks and 3 weeks after embolization. Any abnormal signal intensity was evaluated. After MR imaging at 3 weeks, brain tissue was obtained for light microscopic (LM) examination using hematoxylin-eosin (HE) and Luxol fast blue staining, and for electron microscopic examination. The LM examination with HE staining revealed normal histological findings in the greater part of an embolized lesion. Cystic change was observed in the gray matter of 8 cats, while in the gray and white matter of 3 cats. At LM examination, Luxol fast blue, staining demonstrated demyelination around the cystic change occurring in the white matter, and EM examination of the embolized cortex revealed sporadic intracapillary fat vacuoles (n=11) and disruption of the blood-brain barrier (n=4). Most lesions were normal, however, and perivascular interstitial edema and cellular swelling were mild compared with the control side. The greater part of an embolized lesion showed reversible findings at MR and histological examination. Irreversible focal necrosis was, however, observed in gray and white matter at weeks 3.
Kim, Seonmin;Kim, Do Gyeong;Gonzales, Edson luck;Mabunga, Darine Froy N.;Shin, Dongpil;Jeon, Se Jin;Shin, Chan Young;Ahn, TaeJin;Kwon, Kyoung Ja
Biomolecules & Therapeutics
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v.27
no.2
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pp.168-177
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2019
Dysregulation of excitatory neurotransmission has been implicated in the pathogenesis of neuropsychiatric disorders. Pharmacological inhibition of N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors is widely used to model neurobehavioral pathologies and underlying mechanisms. There is ample evidence that overstimulation of NMDA-dependent neurotransmission may induce neurobehavioral abnormalities, such as repetitive behaviors and hypersensitization to nociception and cognitive disruption, pharmacological modeling using NMDA has been limited due to the induction of neurotoxicity and blood brain barrier breakdown, especially in young animals. In this study, we examined the effects of intraperitoneal NMDA-administration on nociceptive and repetitive behaviors in ICR mice. Intraperitoneal injection of NMDA induced repetitive grooming and tail biting/licking behaviors in a dose- and age-dependent manner. Nociceptive and repetitive behaviors were more prominent in juvenile mice than adult mice. We did not observe extensive blood brain barrier breakdown or neuronal cell death after peritoneal injection of NMDA, indicating limited neurotoxic effects despite a significant increase in NMDA concentration in the cerebrospinal fluid. These findings suggest that the observed behavioral changes were not mediated by general NMDA toxicity. In the hot plate test, we found that the latency of paw licking and jumping decreased in the NMDA-exposed mice especially in the 75 mg/kg group, suggesting increased nociceptive sensitivity in NMDA-treated animals. Repetitive behaviors and increased pain sensitivity are often comorbid in psychiatric disorders (e.g., autism spectrum disorder). Therefore, the behavioral characteristics of intraperitoneal NMDA-administered mice described herein may be valuable for studying the mechanisms underlying relevant disorders and screening candidate therapeutic molecules.
Lee, Min Jung;Choi, Jong Hee;Oh, Jinhee;Lee, Young Hyun;In, Jun-Gyo;Chang, Byung-Joon;Nah, Seung-Yeol;Cho, Ik-Hyun
Journal of Ginseng Research
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v.45
no.3
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pp.433-441
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2021
Background: Multiple sclerosis (MS) and its animal model, the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), are primarily characterized as dysfunction of the blood-brain barrier (BBB). Ginsenoside-Rg3-enriched Korean Red Ginseng extract (Rg3-KRGE) is known to exert neuroprotective, anti-inflammatory, and anti-oxidative effects on neurological disorders. However, effects of Rg3-KRGE in EAE remain unclear. Methods: Here, we investigated whether Rg3-KRGE may improve the symptoms and pathological features of myelin oligodendroglial glycoprotein (MOG)35-55 peptide - induced chronic EAE mice through improving the integrity of the BBB. Results: Rg3-KRGE decreased EAE score and spinal demyelination. Rg3-KRGE inhibited Evan's blue dye leakage in spinal cord, suppressed increases of adhesion molecule platelet endothelial cell adhesion molecule-1, extracellular matrix proteins fibronection, and matrix metallopeptidase-9, and prevented decreases of tight junction proteins zonula occludens-1, claudin-3, and claudin-5 in spinal cord following EAE induction. Rg3-KRGE repressed increases of proinflammatory transcripts cyclooxygenase-2, inducible nitric oxide synthase, interleukin (IL)-1 beta, IL-6, and tumor necrosis factor-alpha, but enhanced expression levels of anti-inflammatory transcripts arginase-1 and IL-10 in the spinal cord following EAE induction. Rg3-KRGE inhibited the expression of oxidative stress markers (MitoSOX and 4-hydroxynonenal), the enhancement of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase 2 (NOX2) and NOX4, and NADPH activity in the spinal cord of chronic EAE mice. Furthermore, apocynin, a NOX inhibitor, mimicked beneficial effects of Rg3-KRGE in chronic EAE mice. Conclusion: Our findings suggest that Rg3-KRGE might alleviate behavioral symptoms and pathological features of MS by improving BBB integrity through modulation of NOX2/4 expression.
Cerebral microvessel endothelial cells that form blood-brain barrier (BBB) have tight junction for maintaining brain homeostasis. Occludin, one of tight junction protein, is crucial for BBB function. $H_2O_2$ induced occludin changes and effects in bovine brain BBB endothelial cells were examined in this study. The decrease of transendothelial electrical resistance (TEER) by $H_2O_2$ was due to disruption of occludin localization. Cytotoxicity test revealed that $H_2O_2$ did not cause cell death below 1 mM $H_2O_2$ within 4 hr. $H_2O_2$ caused intermittent disruption and loss of occludin at tight junctions and occludin disappeared with dose dependent manner from tight junction in confocal laser microscopy. But Western blot revealed that the total amounts of occludin increased by $H_2O_2$ administration. Transmission electron microscopy revealed that the ultrastructure of tight junction was not changed by $H_2O_2$. These data suggest that functional disruption of BBB by $H_2O_2$ was due to the localized loss of occludin in tight junction, but the expression of occludin increased in order to compensate the disrupted function in BBB.
The pathogenesis and pathophysiology of Acanthamoeba infections remain incompletely understood. Phospholipases are known to cleave phospholipids, suggesting their possible involvement in the host cell plasma membrane disruption leading to host cell penetration and lysis. The aims of the present study were to determine phospholipase activities in Acanthamoeba and to determine their roles in the pathogenesis of Acanthamoeba. Using an encephalitis isolate (T1 genotype), a keratitis isolate (T4 genotype), and an environmental isolate (T7 genotype), we demonstrated that Acanthamoeba exhibited phospholipase $A_2$ (PLA$_2$). and phospholipase D (PLD) activities in a spectrophotometry-based assay. Interestingly, the encephalitis isolates of Acanthamoeba exhibited higher phospholipase activities as compared with the keratitis isolates, but the environmental isolates exhibited the highest phospholipase activities. Moreover, Acanthamoeba isolates exhibited higher PLD activities compared with the PLA$_2$. Acanthamoeba exhibited optimal phospholipase activities at $37^{\circ}C$ and at neutral pH indicating their physiological relevance. The functional role of phospholipases was determined by in vitro assays using human brain microvascular endothelial cells (HBMEC), which constitute the blood-brain barrier. We observed that a PLD-specific inhibitor, i.e., compound 48/80, partially inhibited Acanthamoeba encephalitis isolate cytotoxicity of the host cells, while PLA$_2$-specific inhibitor, i.e., cytidine 5'-diphosphocholine, had no effect on parasite-mediated HBMEC cytotoxicity. Overall, the T7 exhibited higher phospholipase activities as compared to the T4. In contract, the T7 exhibited minimal binding to, or cytotoxicity of, HBMEC.
Kim, Joo-Han;Lee, Jang-Bo;Chung, Yong-Gu;Park, Jung-Yul;Lee, Hun-Kap;Suh, Jung-Keun
Journal of Korean Neurosurgical Society
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v.30
no.5
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pp.638-641
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2001
Carboplatin intra-arterial chemotherapy(IAC) has an advantage of increased uptake during the first passage of the drugs through tumor capillaries. Although not common, this type of therapy is known to cause neurological complications, myelosuppression, and ototoxicity. However, the incidence of ocular toxicity is reported to be rare. Eleven of our patients with glioma(Grade II Astrocytoma : 3, Grade III Astrocytoma : 1, Grade IV Astrocytoma : 5, Gliofibroma : 1, Oligodendroglioma : 1) underwent IAC regimen with carboplatin($300mg/m^2$) which were administrated after blood-brain barrier disruption. Of there, 3 patients had ocular complications after supra-ophthalmic IAC injection of carboplatin but fully recovered following steroid therapy. Although our results from IAC seem to be favorable for these patients, we suggest that its complications, such as ocular toxicity, need to be carefully considered prior to treatment.
Objectives : This study aimed at evaluation of the effects of Rhodiola rosea on brain edema and expressions of matrix metalloproteinases (MMPs) related to blood-brain barrier (BBB) disruption. Methods : Brain edema following intracerebral hemorrhage (ICH) was induced by the stereotaxic intrastriatal injection of bacterial collagenase type VII in rats (Sprague-Dawley). Then ethanol extract of Rhodiola rosea was treated once a day for 3 days. Brain edema % and water contents, and BBB leakage were examined. Immunohistochemistry was processed for MMP-9, MMP-12, and iNOS expressions in the brain sections and each immuno-labeled cells were analyzed with image analysis software. Results : 1. Ethanol extract of Rhodiola rosea reduced brain edema following ICH in rats significantly. 2. Ethanol extract of Rhodiola rosea reduced excessive brain tissue water contents following ICH in rats significantly. 3. Ethanol extract of Rhodiola rosea reduced BBB leakage in the cerebral cortex following ICH in rats. 4. Ethanol extract of Rhodiola rosea reduced cellular edema of neurons in peri-hematoma and the cerebral cortex following ICH in rats significantly. 5. Ethanol extract of Rhodiola rosea reduced MMP-9 positive cells in the cerebral cortex following ICH in rats significantly. 6. Ethanol extract of Rhodiola rosea reduced MMP-12 positive vessels in the cerebral cortex following ICH in rats significantly. 7. Ethanol extract of Rhodiola rosea reduced iNOS positive cells in the cerebral cortex and external capsule following ICH in rats significantly. Conclusions : These results suggest that Rhodiola rosea reveals protective effect against brain edema and cytotoxic edema of neurons by means of down-regulation of MMPs and iNOS expressions, and inhibition of BBB leakage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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