Anti-inflammatory and Antioxidant Mechanism of Ginsenoside Rh1 in Brain microglia

Abstract

Microglia activation plays an important role in the progression of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease and Parkinson's disease. Therefore, controlling microglial activation may be an effective therapeutic strategy for neurodegenerative diseases. In the present study, I found that ginsenoside Rh1 inhibited iNOS, COX-2, and proinflammatory cytokine expressions in LPS-stimulated BV2 cells and rat primary microglia. Moreover, Rh1 increased the anti-inflammatory cytokine IL-10 and hemeoxygenase-1 (HO-1) expressions. Further mechanistic studies revealed that Rh1 inhibited LPS-induced MAPK phosphorylation and NF-κB-mediated transcription without affecting NF-κB DNA binding activity. Since pCREB is known to compete with p65 subunit of NF-κeB for limited amount of CBP and thus inhibit NF-κB-mediated transcription instead of directly affecting NF-κB DNA binding, I examined the effect of Rh1 on pCREB levels. As expected, Rh1 increased CREB phosphorylation in LPS-stimulated microglia. PKA inhibitors significantly attenuated Rh1-mediated inhibition of iNOS and upregulation of IL-10 and HO-1, suggesting that PKA pathway may be involved in anti-inflammatory mechanism of Rh1. Furthermore, HO-1 siRNA attenuated the inhibition of NO and ROS by Rh1. Since CREB binding site is resided on the promoter region of HO-1, the effect of Rh1 on CREB and HO-1 appears to be closely related. In order to further investigate whether Rh1 also suppresses IFN-γ-induced microglial activation, the effect on proinflammatory cytokines and iNOS were examined. Rh1 significantly repressed the IFN-γ-mediated activation of ERK and JNK, with no effect on p38 MAPK phosphorylaiton. In particular, Rh1-mediated inhibition of iNOS expression appears to be mediated through transcription factors such as NF-κB, IRF, STAT3 and AP-1. In conclusion, the present study demonstrates an anti-inflammatory effects of ginsenoside Rh1 in LPS and IFN-γ-stimulated microglia. PKA pathway and enhanced HO-1 expression are shown to be involved in Rh1-mediated anti-inflammatory effects in LPS-stimulated microglia. In addition, data suggest that ERK, JNK and several transcription factors are be involved in Rh1-mediated iNOS expression in IFN-γ-stimulated microglia. Therefore, inhibition of microglial activation by ginsenoside Rh1 may have therapeutic potential for various neurodegenerative diseases caused by neuroinflammation.;뇌소교세포의 활성화는 Alzhehimer's disease (AD), Parkinson's disease (PD) 와 같은 신경퇴행성질환의 진행에 있어 중요한 역할을 하게 된다. 따라서, 뇌소교세포의 활성화를 억제하는 것이 퇴행성 신경질환의 치료에 중요하다. 본 연구에서는, LPS에 의해 활성화된 BV2 소교세포주와 랫트 일차배양 소교세포에서 유도되는 iNOS, COX-2와 pro-inflammatory cytokine의 발현에 대해 인삼의 대사유도체인 Rh1의 억제효과를 발견하였다. 또한 Rh1은 항염증 사이토카인인 IL-10과 항산화 효소인 HO-1의 발현을 증가시켰다. 흥미로운 것은, Rh1은 LPS에 의한 MAPK의 인산화를 억제할 뿐만 아니라, LPS에 의해 유도된 NF-κB (염증반응을 조절하는 것으로 알려진 신호전달 인자)의 DNA binding 활성화와는 관계없이 NF-κB의 전사과정에 관여함으로써 항염증 효과를 나타낸다는 점이었다. CREB이 coactivator인 CBP와 NF-κB의 p65 서브유닛에 대해 경쟁한다고 알려져 있기 때문에, Rh1이 CREB의 인산화에 영향을 미치는지 살펴본 결과, 예상했던 대로 LPS에 의해 활성화된 뇌소교세포에서 CREB 의 인산화가 증가되었다. 이에 PKA pathway의 연관성을 가정하고 PKA 억제제를 같이 처리하였을 때, iNOS와 IL-10, HO-1발현에 대한 Rh1의 효과가 두드러지게 약화되는 현상을 발견하였다. 이러한 결과는 PKA pathway가 Rh1의 항염증 메카니즘에 관여한다는 것을 보여준다. 더 나아가, Rh1이 IFN-γ에 의해 활성화된 뇌소교세포에서도 iNOS, ROS 발현과 proinflammatory cytokines의 발현을 현저히 감소시켰다. 또한 Rh1은 IFN-γ에 의해 유도되는 ERK와 JNK 의 인산화를 조절하는 반면 p38 MAPK에는 영향을 미치지 않았다. 특이적으로, Rh1에 의한 iNOS의 발현 억제 효과는 iNOS의 전사조절인자인 NF-κB, IRF, STAT3, AP-1의 조절을 통해 나타났다. 결론적으로, 본 연구에서는 LPS와 IFN-γ에 의해 활성화된 뇌소교세포에서 Rh1의 항염증 메카니즘을 규명하였다. LPS에 의한 뇌소교세포 활성화시 Rh1의 항염증 작용에 PKA pathway와 HO-1 의 발현증가가 관여함을 보였고 IFN-γ에 의해 활성화된 뇌소교세포에서 Rh1이 항염증 효과 및 iNOS 발현 조절 기전을 구체적으로 규명하였다. 이러한 연구결과는 인삼유도체인 Rh1의 퇴행성 뇌신경질환의 잠재적 치료제로 사용될 수 있음을 보여준다.