Parkinson's Disease (PD) is a common neurodegenerative disease characterized by the progressive degeneration of nigrostriatal dopaminergic (DA) neurons. Although the causative factors of PD remain elusive, many studies on PD animal models or humans suggest that glial activation along with neuroinflammatory processes contribute to the initiation or progression of PD. Additionally, several groups have proposed that dysfunction of the blood-brain barrier (BBB) combined with infiltration of peripheral immune cells play important roles in the degeneration of DA neurons. However, these neuroinflammatory events have only been investigated separately, and the issue of whether these phenomena are neuroprotective or neurotoxic remains controversial. We here review the current knowledge regarding the functions of these neuroinflammatory processes in the brain. Finally, we describe therapeutic strategies for the regulation of neuroinflammation with the goal of improving the symptoms of PD.
Caffeic acid phenethyl ester (CAPE), derived from honeybee hives, is a bioactive compound with strong antioxidant activity. This study was designed to test the neuroprotective effect of CAPE in 3-nitropropionic acid (3NP)-induced striatal neurotoxicity, a chemical model of Huntington's disease (HD). Initially, to test CAPE's antioxidant activity, a 2,2'-azino-bis-3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid (ABTS) antioxidant assay was employed, and CAPE showed a strong direct radical-scavenging effect. In addition, CAPE provided protection from 3NP-induced neuronal cell death in cultured striatal neurons. Based on these observations, the in vivo therapeutic potential of CAPE in 3NP-induced HD was tested. For this purpose, male C57BL/6 mice were repeatedly given 3NP to induce HD-like pathogenesis, and 30 mg/kg of CAPE or vehicle (5% dimethyl sulfoxide and 95% peanut oil) was administered daily. CAPE did not cause changes in body weight, but it reduced mortality by 29%. In addition, compared to the vehicle-treated group, robustly reduced striatal damage was observed in the CAPE-treated animals, and the 3NP-induced behavioral deficits on the rotarod test were significantly rescued after the CAPE treatment. Furthermore, immunohistochemical data showed that immunoreactivity to glial fibrillary acidic protein (GFAP) and CD45, markers for astrocyte and microglia activation, respectively, were strikingly reduced. Combined, these data unequivocally indicate that CAPE has a strong antioxidant effect and can be used as a potential therapeutic agent against HD.
Status epilepticus is the most common serious neurological condition triggered by abnormal electrical activity, leading to severe and widespread cell loss in the brain. Lithium has been one of the main drugs used for the treatment of bipolar disorder for decades, and its anticonvulsant and neuroprotective properties have been described in several neurological disease models. However, the therapeutic mechanisms underlying lithium's actions remain poorly understood. The muscarinic receptor agonist pilocarpine is used to induce status epilepticus, which is followed by hippocampal damage. The present study was designed to investigate the effects of lithium post-treatment on seizure susceptibility and hippocampal neuropathological changes following pilocarpine-induced status epilepticus. Status epilepticus was induced by administration of pilocarpine hydrochloride (320 mg/kg, i.p.) in C57BL/6 mice at 8 weeks of age. Lithium (80 mg/kg, i.p.) was administered 15 minutes after the pilocarpine injection. After the lithium injection, status epilepticus onset time and mortality were recorded. Lithium significantly delayed the onset time of status epilepticus and reduced mortality compared to the vehicle-treated group. Moreover, lithium effectively blocked pilocarpine-induced neuronal death in the hippocampus as estimated by cresyl violet and Fluoro-Jade B staining. However, lithium did not reduce glial activation following pilocarpine-induced status epilepticus. These results suggest that lithium has a neuroprotective effect and would be useful in the treatment of neurological disorders, in particular status epilepticus.
Statins mediate vascular protection and reduce the prevalence of cardiovascular diseases. Recent work indicates that statins have anticonvulsive effects in the brain; however, little is known about the precise mechanism for its protective effect in kainic acid (KA)-induced seizures. Here, we investigated the protective effects of atorvastatin pretreatment on KA-induced neuroinflammation and hippocampal cell death. Mice were treated via intragastric administration of atorvastatin for 7 days, injected with KA, and then sacrificed after 24 h. We observed that atorvastatin pretreatment reduced KA-induced seizure activity, hippocampal cell death, and neuroinflammation. Atorvastatin pretreatment also inhibited KA-induced lipocalin-2 expression in the hippocampus and attenuated KA-induced hippocampal cyclooxygenase-2 expression and glial activation. Moreover, AKT phosphorylation in KA-treated hippocampus was inhibited by atorvastatin pretreatment. These findings suggest that atorvastatin pretreatment may protect hippocampal neurons during seizures by controlling lipocalin-2-associated neuroinflammation.
Park, Sang-kyu;Jung, Eun-sun;Cha, Ji-yoon;Cho, Hyun-kyoung;Yoo, Ho-ryong;Kim, Yoon-sik;Seol, In-chan
The Journal of Internal Korean Medicine
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v.40
no.3
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pp.425-442
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2019
Objectives: This study aimed to reveal the pharmacological properties of the newly prescribed herbal mixture, Chenmadansamgamibokhap-tang(CDBT), against hypoxia-induced neuronal cell injury (especially mouse hippocampal neuronal cell line, HT-22 cells) and their corresponding mechanisms. Methods: A cell-based in vitro experiment, in which a hypoxia condition induced neuronal cell death, was performed. Various concentrations of the CDBT were pre-treated to the HT-22 cells for 4 h before 18 h in the hypoxia chamber. The glial cell BV-2 cells were stimulated with $IFN{\gamma}$ and LSP to produce inflammatory cytokines and reactive oxygen species. When the neuronal HT-22 cells were treated with this culture solution, the drug efficacy against neuronal cell death was examined. Results: CDBT showed cytotoxicity in the normal condition of HT-22 cells at a dose of $125{\mu}g/mL$ and showed a protective effect against hypoxia-induced neuronal cell death at a dose of $31.3{\mu}g/mL$. CDBT prevented hypoxia-induced neuronal cell death in a dose-dependent manner in the HT-22 cells by regulating $HIF1{\alpha}$ and cell death signaling. CDBT prevented neuronal cell death signals and DNA fragmentation due to the hypoxia condition. CDBT significantly reduced cellular oxidation, cell death signals, and caspase-3 activities due to microglial cell activations. Moreover, CDBT significantly ameliorated LPS-induced BV-2 cell activation and evoked cellular oxidation through the recovery of redox homeostasis. Conclusions: CDBT cam be considered as a vital therapeutic agent against neuronal cell deaths. Further studies are required to reveal the other functions of CDBT in vivo or in the clinical field.
Objectives : Modified Bo-Yang-Hwan-O-Tang (mBHT) is a polyherbal medicine of twelve herbs traditionally used in the treatment of cerebral and cardiac stroke and vascular dementia. The purpose of this study was to evaluate the neuroprotective effect, pyramidal neuronal cell, inflammation and apoptosis of mBHT against global ischemia in rats. Methods : Global ischemia was produced by two-vessel occlusion(2-VO) in SD male rats. mBHT at dose of 500 mg/kg was orally administrated for 2 weeks or 6 weeks after global ischemia. The histopathological changes of ischemic brain were observed by staining of hematoxylin and eosin (H&E) and Nissl and immunohistochemisty with anti-GFAP (glial fibrillary acidic protein) antibody as a astrocyte marker. The expression of inducible nitric oxide synthase (iNOS) and apoptotic proteins such as Bax, Bcl-2 and caspase-3 was determined by western blot. Results : mBHT treatment significantly inhibited the pyramidal neuronal loss in CA1 of hippocampus of global ischemic rats by 2-VO. mBHT also suppressed the activation of astrocytes in the CA1 at 6 weeks after ischemia. In addition, mBHT significantly increased the expression of anti-apoptotic protein, Bcl-2 on iscemic brain, and significantly attenuated the expression of apoptotic proteins, Bax and caspase-3. Conclusions : These results indicate that mBHT inhibits neuronal cell damage induced in global ischemia by 2-VO, suggesting that mBHT may be a potential candidate for the treatment of vascular dementia.
Objectives : The aim of this study was to investigate the neuroprotective effects and mechanisms of Cyperi Rhizoma extracts (CRE) using in vitro and in vivo models of Parkinson's disease (PD). Methods : We evaluated the neuroprotective effect of CRE against 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+) toxicity using tyrosine hydroxylase immunohistochemistry (IHC) in primary rat mesencephalic dopaminergic neurons. In addition, the effect of CRE was evaluated in mice PD model induced by 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP). For evaluations, C57bl/6 mice were orally treated with CRE 50 mg/kg for 5 days and were injected intraperitoneally with MPTP (20 mg/kg) at 2 h intervals on the last day. To identify the CRE affects on MPTP-induced neuronal loss of dopaminergic neurons in substantia nigra pars compacta (SNpc) and striatum of mice, the behavioral tests and IHC analysis were carried out. Also, we conducted nitric oxide (NO) and tumor necrosis factor-alpha (TNF-${\alpha}$) assay in dopaminergic neurons and IHC using glial markers in SNpc of mice to assess the anti-inflammation effects. Results : In primary mesencephalic culture system, CRE protected dopaminergic cells against $10{\mu}M$ MPP+-induced toxicity at 0.2 and $1.0{\mu}g/mL$. In the behavior tests, CRE treated group showed improved motor deteriorations than those in the MPTP only treated group. CRE significantly protected striatal dopaminergic damage from MPTP-induced neurotoxicity in mice. Moreover, CRE inhibited productions of NO and TNF-${\alpha}$ in dopaminergic culture system and activation of astrocyte and microglia in SNpc of the mice. Conclusion : We concluded that CRE shows anti-parkinsonian effect by protecting dopaminergic neurons against MPP+/MPTP toxicities through anti-inflammatory actions.
Kim, Chung Kwon;Park, Jee Soo;Kim, Eunji;Oh, Min-Kyun;Lee, Yong-Taek;Yoon, Kyung Jae;Joo, Kyeung Min;Lee, Kyunghoon;Park, Young Sook
BMB Reports
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v.55
no.10
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pp.512-517
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2022
Traumatic brain injury (TBI) is brain damage which is caused by the impact of external mechanical forces. TBI can lead to the temporary or permanent impairment of physical and cognitive abilities, resulting in abnormal behavior. We recently observed that a single session of early exercise in animals with TBI improved their behavioral performance in the absence of other cognitive abnormalities. In the present study, we investigated the therapeutic effects of continuous exercise during the early stages of TBI in rats. We found that continuous low-intensity exercise in early-stage improves the locomotion recovery in the TBI of animal models; however, it does not significantly enhance short-term memory capabilities. Moreover, continuous early exercise not only reduces the protein expression of cerebral damage-related markers, such as Glial Fibrillary Acid Protein (GFAP), Neuron-Specific Enolase (NSE), S100β, Protein Gene Products 9.5 (PGP9.5), and Heat Shock Protein 70 (HSP70), but it also decreases the expression of apoptosis-related protein BAX and cleaved caspase 3. Furthermore, exercise training in animals with TBI decreases the microglia activation and the expression of inflammatory cytokines in the serum, such as CCL20, IL-13, IL-1α, and IL-1β. These findings thus demonstrate that early exercise therapy for TBI may be an effective strategy in improving physiological function, and that serum protein levels are useful biomarkers for the predicition of the effectiveness of early exercise therapy.
Park, Ki Ho;Kang, Seok Yong;Jung, Hyo Won;Park, Yong-Ki
The Korea Journal of Herbology
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v.35
no.4
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pp.9-16
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2020
Objective : To identify the effects of the water extract of Liriope platyphylla tuber (Liriopis tuber, LT) on the activation of astocytes, we investigated the regulatory effects of LT extract on H2O2-induced oxidative damage in C6 rat astrocytes. Methods : LT extract was extracted with boiling water. C6 cell line were treated with LT extract at 1, 2, and 3 mg/㎖ or without for 30 min and then stimulated with H2O2 at 5 ㎛ for 24 hr. The cell viability was measured by MTT assay. The expression of glial fibrillary acidic protein (GFAP), signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3), phospho-STAT3 (pSTAT3), cyclooxygenase (COX-2), Nuclear factor-κB (NF-κB), superoxide dismutase 2 (SOD2), heme oxygenase-1 (HO-1), catalase, Akt, phospho-Akt (p-Akt) phosphoinositide 3-kinases (PI3K), and protein kinase C alpha (PKCα) proteins were determined by Western blot, respectively. GFAP expression was also observed with immunocytochemistry under a fluorescence microscope. Results : LT extract induced cell proliferation in H2O2-stimulated C6 cells. LT extract significantly inhibited the expression of GFAP, NF-κB and COX-2 and increased the expression of HO-1 and the phosphorylation of STAT3 in H2O2-stimulated C6 cells. LT extract also significantly increased the phosphorylation of Akt and decreased the expression of PKCα in a dose-dependent manner in H2O2-stimulated C6 cells. Conclusions : LT extract can regulate H2O2-induced activation of astrocytes through inhibiting the expression of NF-κB, COX-2 and regulating Akt / HO-1, STAT3 or PKCα signaling pathway.
Park, Gunhyuk;Kim, Hyo Geun;Ju, Mi Sun;Kim, Ae-Jung;Oh, Myung Sook
The Korea Journal of Herbology
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v.29
no.3
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pp.27-33
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2014
Objectives : The aim of this study was to investigate the protective effect of extract of Thuja orientalis leaves (TOFE) against 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP)-induced neurotoxicity by inhibition of inflammation in in vitro and in vivo models of Parkinson's disease (PD). Methods : We evaluated the effect of TOFE against lipopolysaccharide (LPS)/1-methyl-4-phenylpyridinium ($MPP^+$) toxicity using nitric oxide (NO) assay, inducible NO synthase and cyclooxygenase 2 western blot, tyrosine hydroxylase and microglia activation immunohistochemistry (IHC) in BV2 cell, primary rat mesencephalic neurons, or C57BL/6 mice. We also evaluated the effect of TOFE in mice PD model induced by MPTP. C57BL/6 mice were treated with TOFE 50 mg/kg for 5 days and were injected intraperitoneally with four administrations of MPTP on the last day. We conducted behavioral tests and IHC analysis to see how TOFE affect MPTP-induced neuronal loss of dopaminergic neurons in substantia nigra pars compacta (SNpc) and striatum (ST) of mice. To assess the anti-inflammation effects, we carried out glial fibrillary acidic protein and macrophage-1 antigen integrin alpha M in IHC in SNpc and ST of mice. Results : In an in vitro system, TOFE decreasesd NO generations in BV2 cells. TOFE protected dopaminergic cells against LPS or $MPP^+$-induced toxicity in primary mesencephalic dopaminergic neurons. In vivo system, TOFE at 50 mg/kg treated group showed improved motor deteriorations than the MPTP only treated group and TOFE significantly protected striatal dopaminergic damage from MPTP-induced neurotoxicity in mice. Moreover, TOFE inhibited activation of astrocyte and microglia in SNpc and ST of the mice. Conclusions : We concluded that TOFE showed anti-parkinsonian effect by protection of dopaminergic neurons against MPTP toxicity through anti-inflammatory actions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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