The Synergistic Effect of Resveratrol and Melatonin against β-Amyloid-Induced neurotoxicity through modulating ROS, GSK3β, and AMPK activities

Abstract

최근의 연구에서 resveratrol (RSV) 은 노화에 의한 황반 변성과 알츠하이머병, 뇌졸중의 발병률을 낮춘다고 알려졌고, melatonin (MEL) 는 알츠하이머병의 인지기능의 진행속도를 감소시킨다고 보고된 바 있다. 이 연구의 목적은 RSV와 MEL의 동시 투여가 아밀로이드 베타 단백질 (amyloid beta;Aβ) 로 유발된 신경 세포 사멸에 상승 작용을 하는지 알아보기 위한 것이다. 또한 이러한 효과가 어떤 경로를 통해 가능한지를 알아보기로 하였다. 본 연구는 murine HT22 해마세포주 (hippocampal cell line)에 Aβ1-42로 신경 독성과 함께 신경세포 사멸을 일으키고 RSV와 MEL을 투여하여 신경세포사멸과 관련된 여러 인자들을 관찰하였다. RSV와 MEL은 아밀로이드 베타 단백질 1-42로 유발된 활성 산소종 (Reactive Oxygen Species; ROS) 생산을 감소시키고, 사립체 막 전위(mitochondrial membrane potentials)의 파괴와 세포 사멸을 감소시키고, 감소된 환원형 글루타티온 (GSH) 농도를 회복시키는 것을 확인할 수 있었다. 생체내의 항산화 효과를 나타내는 heme-oxygenase-1(HO-1)의 생성은 일정농도의 RSV 를 단일 투여할 때 증가되었지만 MEL 단독으로는 이런 변화를 일으키지 않았고, 동시 투여 할 때 증가를 관찰할 수 있었다. Aβ1-42는 glycogen synthase kinase (GSK)3β를 활성화 시키면서 신경세포의 사멸을 가속시키는 반면, RSV와 MEL은 활성을 막는다. 또한 AMPK신호의 인산화에 영향을 주면서 신경 세포 사멸을 효과적으로 감소시킨다. 본 연구를 통해 RSV와 MEL는 산화성 손상, 사립체 기능의 조절, GSK3β와 AMPK 신호의 조절을 통해 Aβ로 인한 신경 세포 독성을 감소시킴을 알 수 있었고, RSV와 MEL은 서로 강화 효과를 나타냄을 알 수 있었다. 신경보호역할과 신경퇴행성 치료에 대한 임상적 사용을 위한 RSV와 MEL의 효과와 인체 적용에 대한 지속적인 연구가 되어야 할 것으로 생각된다.;Background: Recent studies have demonstrated that resveratrol (RSV) reduce the incidence of age-related macular degeneration, Alzheimer's disease (AD), and stroke, while melatonin (MEL) supplementation was found to reduce the progression of the cognitive impairment in AD patients. The purpose of this investigation was to assess whether the co-administration of RSV and MEL could show synergistic effects on their neuroprotective properties against Ab-induced neuronal death. Materials and Methods: Murine HT22 hippocampal cell line were treated either only with RSV or MEL or both after Aβ1-42 injection. The cell viability, intracellular ROS product, total GSH, expression of HO-1 mRNA, change in the mitochondrial membrane potential were measured after RSV or MEL or both after the neurotoxicity induced by Aβ1-42. Activation of MAPKs, GSK3β, AMPK signal were also observed. Results: The RSV and MEL significantly attenuated the reactive oxygen species (ROS) production, mitochondrial membrane-potential disruption and the neurotoxicity induced by Aβ1-42. While co-treatment of RSV and MEL potently increased the production of heme-oxygenase-1 (HO-1), MEL did not show any significant changes in HO-1 level independently. The RSV and MEL also recovered the depleted GSH level, induced by Aβ1-42, back to the normal range. Ab1-42 activated the GSK3β, while RSV and MEL reduced its activation and recovered the depletion of GSH by inhibition of GSK3β activation. The increase of AMPK activity followed by Aβ1-42 treatment is associated with subsequent neuronal death effectively attenuated by the administration of Ara-A, and we demonstrated that RSV and MEL treatment inhibited the phosphorylation of AMPK as much as Ara-A. Conclusion: our results suggest that co-administration of RSV and MEL may act as an potential therapeutic strategy for AD through attenuation of Aβ-induced oxidative stress, regulation of mitochondrial function, the inactivation of GSK3β, and the AMPK-dependent inhibition approach.