Cytoprotective effect of trans-caryophyllene against oxygen-glucose deprivation- or hydrogen peroxide-induced cytotoxicity

Abstract

trans-caryophyllene is a sesquiterpenoid isolated from the oil of cloves likely as pine needles and cinnamon leaves. The essential oils including trans-caryophyllene have been reported to have a variety of biological properties including anti-inflammation and anti-oxidation. In the present study, we investigated whether trans-caryophyllene protected the brain against ischemia in vivo and in vitro experimented models. trans-caryophyllene significantly attenuated the cerebral ischemic injury caused by 2-h MCAO and subsequent 24-h reperfusion. Also, trans-caryophyllene reduced neuronal cell death by oxygen-glucose deprivation(OGD)/reoxygenation but did not that by NMDA treatment. trans-caryophyllene reduced glial cell death induced by hydrogen peroxide(H2O2) treatment, although it did not directly scavenge free radicals. trans-caryophllene did not inhibit the depolarization of mitochondrial membrane potential and the release of cytochrome c release occurring after H2O2 treatment. However, trans-caryophyllene decreased H2O2-evoked intracellular influx of propidium iodide, indicating that trans-caryophyllene might deter the plasma membrane deterioration caused by H2O2.. Further studies are needed to deliberate the mechanism for the protection of trans-caryophyllene against H2O2 toxicity on plasma membrane.;trans-caryophyllene은 식물, 특히 허브와 약용 식물 등에서 추출된 정유(essential oil)의 구성 성분 중 하나이며 구조적으로는 세스퀴테르페노이드(sesquiterpenoid)로 분류된다. 최근에 trans-caryophyllene을 함유한 정유는 항균, 항산화, 항염증 등의 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 trans-caryophyllene이 허혈성 뇌졸중에 어떠한 작용을 하는지 알아보기 위해 다양한 동물실험과 세포실험을 실시하였다. 먼저 국소뇌허혈 모델인 중대뇌 동맥을 결찰하는 동물실험에서 trans-caryophyllene은 허혈에 의한 신경세포의 보호작용을 보였다. 또한 이러한 작용이 어떤 기전에 의하여 허혈성 뇌조직 손상으로부터 뇌를 보호할 수 있는지를 세포모델을 통하여 알아보고자 하였다. 세포실험에서 trans-caryophyllene은 산소 및 포도당의 결핍으로 인한 대뇌 신경세포의 손상을 줄였으나 이것은 대뇌 신경세포의 흥분성 신경독성(exitotoxicity)을 억제함으로써 비롯된 보호작용은 아니었다. 그리고 trans-caryophyllene이 허혈 후 나타나는 산화적 스트레스(oxidative stress)에 어떠한 영향을 주는지 알아보기 위해 다음과 같은 실험을 실시하였다. trans-caryophyllene은 산화적 스트레스를 일으키는데 널리 사용되고 있는 막 투과 활성 산소종(reactive oxygen species)인 과산화수소(H2O2)에 의해 유도된 신경 교세포의 사멸을 막았고 이는 약물자체의 직접적인 과산화수소 소거능에 의한 것은 아니었다. 전자공여능을 측정한 실험에서도 약물 자체의 화학적 자유라디칼 소거능은 없었다. 또한 LPS를 처리하여 활성화된 소교세포로부터 생성되는 nitric oxide(NO)를 막지 못하였고, 그로 인한 ROS/RNS도 막지 못했다. 신경 교세포에서 산화적 손상에 의한 미토콘드리아의 기능 저하와의 관련성을 알아보기 위해 미토콘드리아 막 전위의 탈분극을 측정하였으나 trans-caryophyllene은 막지 못하였고 이에 따른 cytochrome c의 방출도 막지 못했다. 그러나 형광염색을 통해 trans-caryophyllene이 세포막 유지에 영향을 주는지 알아본 결과 trans-caryophyllene이 세포막 손상에 따른 propidium iodide(PI)의 세포내 유입을 막는 것으로 관찰되었고 이것은 trans-caryophyllene이 세포막을 안정화시켜서 일어나는 것으로 예상된다.