Norepinephrine differentially modulates the innate inflammatory response provoked by amyloid-β peptide via action at β-adrenoceptors and activation of cAMP/PKA pathway in human THP-1 macrophages

Abstract

알츠하이머병은 가장 흔하면서도 치유할 수 없는 형태의 치매로서 60대 이상의 노인에게 주로 나타나고 있는 질병이다. 알츠하이머병은 아밀로이드반 (amyloid plaque)과 신경 섬유원 농축제 형성(neurofibrillary tangle formation) 그리고 뇌염증을 주요 병리학적 특징으로 가지고 있을 뿐 아니라, 청반에서 noradrenergic nuclei가 점진적으로 퇴화되는 것 또한 주요 특징으로 가지고 있다. 청반 세포의 퇴화는 노르에피네프린 (norepinephrine(NE))의 결핍으로 이어지게 되는데, NE는 항염증 기능뿐만 아니라 염증반응에 대한 신경보호 기능 또한 가지고 있는 신경전달물질이다. 따라서 본 논문에서는 NE의 항염증 기능과 신경보호 기능에 초점을 맞추어 Ab1-42에 의해 유발되는 선천면역반응을 NE가 어떻게 조절하는지를 분화된 인간 THP-1 세포주를 이용해 연구하였다. NE는 Ab1-42에 의해 유도되는 세포독성과 단핵세포주화성 단백질 (MCP-1)의 생산을 감소시키며, Ab 1-42에 의해 유도되는 IL-1b의 생산은 증가시킨다. 이 같은 결과는 NE가 Ab 1-42에 의해 일어나는 염증반응과 세포독성을 조절할 수 있음을 의미한다. 또, MCP-1과 IL-1b 중화항체를 이용해 MCP-1과 IL-1b를 중화시켰을 경우 Ab1-42에 의해 나타나는 세포독성이 감소하지 않음을 볼 수 있었고, 외부에서 MCP-1과 IL-1b를 처리했을 때 역시 Ab1-42와 비교해 다른 어떤 직접적 세포독성도 유발되지 않음을 볼 수 있었다. 이것은 Ab1-42를 처리한 세포에서 분비되는 MCP-1과 IL-1b가 Ab1-42에 의해 유발되는 세포독성에 대해 직접적으로 관여하지 않음을 의미하는 결과라 할 수 있다.이어지는 실험에서는 b-adrenoceptor 효능제인 Isoproterenol이 NE의 효과를 그대로 재현하고, b-adrenoceptor 길항제인 DL-propranolol에 의해 NE의 효과가 억제됨을 보임으로써 Ab1-42에 의해 유도되는 면역 반응을 조절하는 NE의 기능이 b-adrenoceptor들에 의해 조절됨을 밝혀냈다. 또한 Ab1-42에 의한 반응들에 대한 NE의 효과가 dbcAMP과 foskolin에 의해 그대로 재현되며, PKA inhibitor인 H89에 의해 저해되는 것뿐만 아니라 Ab1-42에 의한 cAMP response element binding (CREB) phosphorylation 의 감소 또한 NE에 의해 방지되는 것을 보임으로써 NE의 효과가 cAMP/PKA pathway와 CREB의 활성화를 통해 일어나는 일임을 밝혀냈다. 따라서 위의 모든 실험결과들을 종합하면 분화된 인간 THP-1 세포주에서 Ab1-42에 의해 일어나는 염증 반응과 세포독성은 NE에 의해 조절 가능하고, 이 같은 기능은 b-adrenoceptor의 활성화 그리고 cAMP/PKA pathway와 CREB의 활성화를 통해 일어나는 현상이라고 결론 지을 수 있다.;Evidence indicates that norepinephrine (NE) has anti-inflammatory activities and plays a neuroprotective role where inflammatory events contribute to Alzheimer's disease pathology. Here, I evaluated the effects of NE on amyloid beta 1-42 (Ab1-42)-induced cytotoxicity and pro-inflammatory cytokine/chemokine secretion, and determined the mechanisms through which NE exerts its actions in human THP-1 macrophages. NE clearly reduced the Ab1-42-mediated production of the pro-inflammatory chemokine, monocytic chemotactic protein-1 (MCP-1/CCL2). In contrast to its ability to reduce MCP-1 secretion, NE enhanced the amounts of the pro-inflammatory cytokine interleukin (IL)-1b secreted from Ab1-42 treated cells. NE significantly reduced the Ab1-42-induced cytotoxicity in situations where it contributed to the increased IL-1b and decreased MCP-1 during Ab1-42 stimulation. The ability of NE to differentially modulate the Ab1-42-induced immune responses was mediated by b-adrenoceptors, as the aforementioned effects were replicated by the b-adrenoceptor agonist, isoproterenol, and blocked by the b-adrenoceptor antagonist, DL-propranolol. Of note, the NE effects on Ab1-42-induced responses were mimicked by dbcAMP and forskolin, but significantly blocked by H89, an inhibitor of PKA. Moreover, NE abolished Ab1-42-mediated decline of CREB phosphorylation. Overall, NE suppresses Ab1-42-mediated cytotoxicity and MCP-1 secretion, but enhances Ab-mediated IL-1b secretion through action at b-adrenoceptors, accompanied by activation of cAMP/PKA pathway and CREB in human microglia-like THP-1 cells.