Simvastatin attenuates Lipopolysaccharide-induced Cerebral Ischemic Injury by Inhibition of Nuclear Factor-kappa B

Abstract

We have previously demonstrated that lipopolysaccharide (LPS) microinjected into rat corpus callosum accelerated ischemic injury caused by middle cerebral artery occlusion followed by reperfusion via excess activation of induced pro-inflammatory macrophageal/microglial cells. In the present study we investigated the effect of simvastatin, a 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A (HMG-CoA) reductase inhibitor, on LPS-induced inflammatory processes and cerebral ischemic injury. ED1- or myeloperoxidase-positive cells with round shape were abundantly observed in ipsilateral side at 1 day after LPS (5 μg/5 μl) microinjection into rat corpus callosum. RNAase protection assay, RT-PCR and Western blot showed that LPS microinjection rapidly increased mRNA and protein expression of pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL-1β, IL-6), iNOS and cyclooxygenase-2 (COX-2). Treatment of simvastatin (20 mg/kg, i.p.) for 2 days before LPS injection did not reduce the number of the immune cells. Consistently, simvastatin did not inhibit the expression of TNF-α, IL-1β, and IL-6 in LPS-injected rats. Interestingly, however, simvastatin significantly diminished the expression of iNOS and COX-2. We further found that the decrease of iNOS and COX-2 expression was caused by inhibition of LPS-induced NF-κB nuclear translocation by simvastatin. Treatment of simvastatin prior to LPS injection significantly reduced the infarct volume. The results indicate that simvastatin may reduce the LPS-induced increase of ischemic injury by decreasing iNOS and COX-2 expression through inhibition of NF-κB.;허혈성 뇌졸중에는 뇌졸중에 의한 직접적인 뇌 손상과 그에 따르는 이차적인 뇌손상이 포함된다. 앞선 실험에서 이차적인 뇌 손상에 관여하는 염증을 Lipopolysaccharide(LPS)를 이용하여 인위적으로 허혈 유발부위에 증가시킨 후 중간대뇌동맥을 결찰하여 뇌허혈을 유도하면 허혈에 의한 뇌 손상이 가중되는 것을 확인, 보고하였다. 심바스타틴은 콜레스테롤 합성 저해제로서 현재 고지혈증 치료제로 사용되고 있으며, 항 염증효과, 항 산화효과, 항 응고효과 등 다양한 효과를 가지고 있음이 밝혀져 왔다. 또한, 일부 발표된 논문에 의하면 허혈성 뇌졸중에서 심바스타틴이 신경보호효과가 있음을 보고한 바가 있다. 본 실험에서는, 뇌에 인위적으로 염증을 유발하고 중간대뇌동맥을 결찰 하였을때, 뇌 경색의 가중을 심바스타틴이 감소 시킬 수 있는지, 그리고 감소를 시킨다면 어떠한 작용에 의해 감소 되었는지를 알아보았다. 뇌에 인위적으로 염증을 유발 시키기 위하여 LPS (5ug/5ul)를 뇌 교량에 미세주입 하였다. 이로 인하여 뇌 내에 소교세포나 대식세포가 다량으로 증가하였고 이들 세포들은 염증에 관련된 다양한 단백질들을 분비, 발현시켰다. 과도하게 분비, 발현된 염증성 단백질들은 중간대뇌동맥 결찰시 뇌 손상을 가중시킴을 확인, 보고하였다. 본 실험에서 심바스타틴은 뇌 내에 활성화된 소교세포나 대식세포의 수를 감소시키지 못하였지만, 활성화된 소교세포나 대식세포로 인한 뇌손상은 현저하게 감소시키는 것을 확인하였다. 이에 뇌 내에 활성화된 소교세포나 대식세포의 수를 감소시키지 못하였음에도 불구하고 어떠한 작용으로 뇌 손상 보호 작용이 있었는지를 알아보았다. 우선, 염증성 단백질의 분비, 발현을 조절하는 유전자 전사인자 (gene transcription factor)를 알아보았다. 대표적인 NF-κB를 확인한 결과 심바스타틴을 처리한 그룹에서 현저하게 NF-κB 유전자 전사인자가 억제되는 것을 확인 하였다. NF-κB 유전자 전사인자를 통해 발현되는 염증성 단백질 중에 iNOS, COX-2, pro-/anti-inflammatory cytokine을 관찰하였다. 심바스타틴을 처리한 그룹에서 iNOS, COX-2의 발현은 감소하였지만, pro-/anti-cytokine 발현에는 영향을 주지 못한 것으로 관찰되었다. 아마도 LPS로 인하여 증가된 허혈성 뇌졸중 동물모델에서 Cytokine은 NF-κB 유전자 전사인자를 통하여 조절되지 않은 것으로 보인다. 대부분 뇌졸중 동물모델에서 뇌졸중에 효과가 있는 약물은 많았지만, 임상실험에서는 효과가 그리 크지 않았다. 이는 아마도 허혈성 뇌졸중에 수반되는 이차적인 염증 반응을 조절하는데 있어 효과가 약하기 때문이라고 생각한다. 심바스타틴과 같은 이차적인 염증 수반을 조절하는 약물의 개발이 뇌졸중 치료에 크게 공헌할 것이라고 생각한다.