Anti-inflammatory and antioxidant mechanisms of coniferaldehyde in activated microglia

Abstract

Microglia are the resident immune cells in the brain that support neuronal survival by producing neurotrophic factors and clearing apoptotic cells via phagocytosis. However, activation of microglia generates reactive oxygen species (ROS) and release pro-inflammatory cytokines that promote neuroinflammation and neurodegeneration. Thus, controlling microglial activation has been proposed as a significant treatment method for neuroinflammatory and neurodegenerative diseases. The present study aimed to investigate the anti-inflammatory and antioxidant effects of coniferaldehyde (CFA; a naturally occurring cinnamaldehyde derivative), in activated microglia and define its underlying molecular mechanisms. CFA inhibited the production of NO and pro-inflammatory cytokines such as TNF-α, IL-1β, and IL-6 in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated BV2 microglial cells. In addition, CFA inhibited NO, TNF-α, and IL-6 production in lipo-teichoic acid (LTA) or polyinosinic-polycytidylic acid (poly(I:C))-stimulated BV2 cells, suggesting that the anti-inflammatory effect of CFA is not confined to LPS stimulation. CFA also showed an antioxidant effect by reducing intracellular ROS production, and by upregulating the antioxidant enzymes such as HO-1, NQO1, and catalase via Nrf2/ARE signaling. More detailed mechanistic studies showed that CFA inhibited NF-κB activity by reducing the phosphorylation and degradation of IκBα. In addition, CFA suppressed the phosphorylation of ERK, p38 MAPK, and Akt enhanced the phosphorylation of AMPK, which is associated with anti-inflammatory and antioxidant processes. Finally, we demonstrated that CFA suppressed microglia activation, lipid peroxidation, DNA oxidation products, and expression of pro-inflammatory markers in LPS-injected mouse brains. CFA also upregulated the expression HO-1 in the microglia of the LPS-injected mice. Therefore, the strong anti-inflammatory and antioxidant effects of CFA may provide therapeutic potential for neuroinflammatory disorders that are associated with oxidative stress and microglial activation.;소교세포는 뇌에서 신경영양인자를 생성하고 식세포작용을 통해 사멸 세포를 제거함으로써 신경 세포의 생존을 지원하는 면역 세포이다. 그러나 소교세포의 활성화는 활성산소종(ROS)을 생성하고 신경염증과 신경퇴화를 촉진하는 염증성 사이토카인을 방출한다. 따라서 소교세포 활성화를 조절하는 것이 신경염증 및 신경퇴행성 질환의 중요한 치료 방법으로 제안되었다. 본 연구는 활성화된 소교세포에서 Coniferaldehyde (CFA, 자연적으로 발생하는 cinnamaldehyde 유도체)의 항염증 및 항산화 효과를 조사하고 분자적 메커니즘을 규명하는 것을 목표로 했다. CFA는 LPS로 활성화된 BV2 소교세포에서 TNF-α, IL-1β, IL-6와 같은 염증성 사이토카인 및NO의 생성을 억제했다. 또한 CFA는 LTA 또는 poly(I:C)로 활성화된 BV2 세포에서 NO, TNF-α 및 IL-6 생성을 억제하여 CFA의 항염증 효과가 LPS 자극에만 국한되지 않음을 시사한다. CFA는 또한 세포 내 ROS 생성을 감소시키고 Nrf2/ARE 신호전달을 통해 HO-1, NQO1, catalase와 같은 항산화 효소를 상향 조절함으로써 항산화 효과를 나타냈다. 보다 상세한 메커니즘 연구에서는 CFA가 TAK1 활성억제를 통해 IκBα의 인산화 및 분해를 감소시켜 NF-κB 활성을 억제한다는 것을 보여주었다. 또한 CFA는 ERK, p38 MAPK, Akt의 인산화를 억제하고 항염증 및 항산화 작용과 관련된 AMPK의 인산화를 증가시켰다. 마지막으로, LPS를 주입한 쥐의 뇌에서 CFA가 소교세포의 활성화, 지질 과산화, DNA 산화 산물 및 염증성 마커의 발현을 억제한다는 것을 입증했다. CFA는 LPS 주입 마우스의 소교세포에서 HO-1의 발현을 증가시켰다. 이러한 결과는 CFA의 강력한 항염증 및 항산화 효과가 산화 스트레스 및 소교세포 활성화와 관련된 신경 염증성 질환에서 잠재적 치료 가능성을 제시해준다.