Anti-inflammatory mechanism of galangin in lipopolysaccharide-stimulated microglia

Abstract

Galangin (3,5,7-trihydroxyflavone), a flavonol compound isolated from Alpinia officinarum, has anti-cancer, anti-oxidant, anti-inflammatory, anti-proliferative and neuroprotective effects. However, the pharmacological activity of galangin in neuroinflammation has not been reported until now. In the present study, I investigated the anti-inflammatory and antioxidant properties of galangin in brain microglia and analyzed detailed molecular mechanisms. I found that galangin exhibits strong anti-inflammatory effects in in vitro and in vivo neuroinflammatory conditions. Galangin reduced the production of nitrite oxide (NO) and pro-inflammatory cytokines, and enhanced anti-inflammatory IL-10 in LPS(lipopolysaccharide)-stimulated BV2 microglial cells. In addition, galangin inhibited the mRNA expressions of iNOS, pro-inflammatory cytokines, and COX-2, with upregulation of IL-10. The anti-inflammatory effects of galangin were verified in the mouse brain of systemic inflammation induced by administration of LPS. Thus, galangin suppressed microglial activation and the expression of various proinflammatory markers such as TNF-α, IL-1β, COX-2, TLR2/4, and MMPs in the brains of systemic inflammation mice. Detailed mechanistic studies revealed that galangin inhibited the phosphorylation of p38, JNK, PI3K/Akt, without affecting ERK phosphorylation. Galangin inhibited the DNA binding and transcriptional activities of NF-κB, which is a key transcription factor for gene expression of various inflammatory molecules. On the other hand, galangin increased the activities of Nrf2, CREB, and PPAR-γ, which are known to play an anti-inflammatory role. In addition, galangin showed antioxidant effects by suppressing NADPH oxidase subunits such as p47phox, gp91, and by upregulating HO-1 expression which are under the control of Nrf2 and CREB signaling. Because PPAR-γ is known as key transcription factor mediating anti-inflammatory effects in various immune cells, I investigated whether PPAR-γ is involved in anti-inflammatory function of galangin. It was found that pretreatment of PPAR-γ antagonist (T0070907) significantly blocked the galangin-mediated upregulation of IL-10, and the inhibition of TNF-α, NO, and IL-6 in LPS-stimulated microglia. Moreover, PPAR-γ antagonist reversed the effect of galangin on transcriptional activities of NF-κB, Nrf2, and CREB. Collectively, the results suggest that PPAR-γ plays a key role in mediating anti-inflammatory effect of galangin by dual modulation of proinflammatory NF-κB, and anti-inflammatory Nrf2/CREB signaling pathways. CONCLUSION: The present study demonstrated the anti-inflammatory effects and mechanism of galangin in activated microglia. In particular, PPAR-γ signaling was shown to play a critical role in mediating the anti-inflammatory action of galangin by modulating NF-κB, Nrf2, and CREB signaling pathways. The strong anti-inflammatory effects of galangin may provide therapeutic potential for various neuroinflammatory disorders such as Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, and cerebral ischemia.;본 논문에서는 양강(Alpinia officinarum)의 뿌리줄기에서 분리한 플라보노이드 성분인 갈랑긴(galangin)이 신경염증에 미치는 영향 및 그 기전을 연구하였다. 양강은 생강과에 속하는 식물로 동남아시아에서 많이 재배되고 있으며, 위액분비촉진, 진통, 소화 등의 효능을 지녀 한약재로 오랜 시간 널리 사용되고 있다. 선재 된 연구를 통해 갈랑긴은 항암, 항산화, 항염증, 항증식 및 신경보호 효과가 보고된 바 있다. 하지만, 현재까지 신경염증에서 갈랑긴의 약물학적 효과는 보고되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 뇌의 소교세포에서 갈랑긴의 항염증 및 항산화 효과를 규명하고, 구체적인 분자적 메커니즘을 분석하고자 하였다. 갈랑긴은 in vitro 및 vivo 신경염증 조건에서 강력한 항염증 효과를 나타내었다. 갈랑긴은 LPS로 활성화된 BV2 소교세포와 일차배양 소교세포에서 이산화질소(NO)와 염증성 사이토카인의 생성을 감소시켰고, 항염증성 사이토카인 IL-10의 생성을 증가시켰다. 또한 갈랑긴은 iNOS, 염증성 사이토카인, COX-2의 mRNA 발현을 저해하였고 IL-10의 mRNA 발현을 증가시켰다. 이러한 갈랑긴의 항염증효과는 LPS투여에 의해 유도된 전신염증 쥐의 뇌에서도 확인 되었다. 갈랑긴은 전신염증 쥐의 뇌에서 소교세포 활성화를 억제하였고, 다양한 염증마커 (TNF-α, IL-1β, COX-2, TLR2/4, MMPs)들의 발현을 감소시킴을 관찰하였다. 세부적인 분자기전 분석을 통하여, 갈랑긴은 LPS로 활성화된 소교세포에서 p38, JNK, Akt의 인산화를 억제함을 확인하였다. 하지만 ERK 인산화는 억제하지 못하였다. 갈랑긴은 대표적 염증성 전사인자인 NF-κB의 DNA 결합능 및 전사활성을 감소시켰고, 반면 항염증성 전사인자인 Nrf2, CREB, 및 PPAR-γ의 활성을 증가시킴을 관찰하였다. 또한, 갈랑긴은 NADPH 산화효소 서브 유닛인 p47phox, gp91의 발현을 억제시켰으며 Nrf2 및 CREB 신호의 제어 하에 있는 HO-1 발현을 상향 조절하여 항산화 작용을 나타냄을 알 수 있었다. PPAR-γ는 다양한 면역 세포에서 항염증 작용을 매개하는 중요한 전사 인자로 알려져 있기 때문에, PPAR-γ가 갈랑긴의 항염증 기능에 관여하는 지 연구하였다. PPAR-γ 길항제(T0070907) 전 처리시 LPS로 유도된 소교세포에서 갈랑긴에 의해 증가하였던 IL-10을 현저히 감소시켰으며, 반면 갈랑긴에 의해 감소되었던 TNF-α, NO, 그리고 IL-6의 레벨은 증가함을 관찰하였다. 또한, PPAR-γ 길항제는 NF-κB, Nrf2, CREB의 전사 활성에 대한 갈랑긴의 효과를 역전시켰다. 결론적으로 이러한 결과들은 갈랑긴의 항염증효과를 매개하는 데 있어PPAR-γ 가 중요한 역할을 하며, PPAR-γ는 염증성 전사인자 NF-κB 및 항염증성 전사인자 Nrf2/CREB의 신호전달 경로에 영향을 미쳐 항염증효과를 나타냄을 추측할 수 있다. 요약: 본 연구는 LPS로 활성화 된 미세아교세포에서 갈랑긴의 항염증 효과와 기전을 입증했다. 특히, PPAR-γ 신호전달은 NF-κB, Nrf2 및 CREB 신호 전달 경로를 조절함으로써 갈랑긴의 항염증 작용을 중재하는데 중요한 역할을하는 것으로 나타났다. galangin의 강력한 항염증제 효과는 알츠하이머 병, 파킨슨 병 및 뇌 허혈과 같은 다양한 신경 염증 질환의 치료 가능성을 제공 할 수 있습니다.