Hydrogen-Rich Saline Attenuated Subarachnoid Hemorrhage-Induced Early Brain Injury in Rats by Suppressing Inflammatory Response: Possible Involvement of NF-κB Pathway and NLRP3 Inflammasome. | 高濃度水素生理食塩水は 炎症反応を抑制することによって くも膜下出血ラットの早期脳損傷を緩和させる （NF-kB経路とNLRPインフラマソームが関与か）

Mol Neurobiol. 2015 Jun 20. [Epub ahead of print]

Hydrogen-Rich Saline Attenuated Subarachnoid Hemorrhage-Induced Early Brain Injury in Rats by Suppressing Inflammatory Response: Possible Involvement of NF-κB Pathway and NLRP3 Inflammasome.

Department of Neurosurgery, The Second Affiliated Hospital, School of Medicine, ZhejiangUniversity

Abstract

Early brain injury (EBI), highlighted with inflammation and apoptosis, occurring within 72 h after subarachnoid hemorrhage (SAH), is associated with the prognosis of SAH. Recent studies have revealed that hydrogen-rich saline (HS) exerted multiple neuroprotective properties in many neurological diseases including SAH, involved to anti-oxidative and anti-apoptotic effect. We have previously reported that HS could attenuate neuronal apoptosis as well as vasospasm. However, the underlying mechanism of HS on inflammation in SAH-induced EBI remains unclear. In this study, we explored the influence of HS on nuclear factor-κB (NF-κB) pathway and nucleotide binding and oligomerization domain-like receptor family pyrin domain-containing 3 (NLRP3) inflammasome at early stage after SAH, by injecting HS intraperitoneally to SAH rats. One hundred and twenty-nine SD rats were randomly divided into four groups: sham group, SAH group, SAH+vehicle group, and SAH+HS group. SAH model was conducted using endovascular perforation method; all rats were sacrificed at 24 h after SAH. Protein level of pIκBα, cytosolic and nuclear p65, NLRP3, apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain (ASC), caspase-1, interleukin-1β (IL-1β), and cleaved caspase-3 were measured by western blot. mRNA level of IL-1β, interleukin-6 (IL-6), tumor necrosis factor-c (TNF-α) were evaluated by RT-PCR. Cellular injury and death was detected by terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) and Nissl staining, respectively. Our results showed that pIκBα, nuclear p65, NLRP3, ASC, caspase-1, IL-1β, cleaved caspase-3 proteins, as well as the mRNA of IL-1β, IL-6, and TNF-ɑ increased at 24 h after SAH, while cytosolic p65 decreased. TUNEL and Nissl staining presented severe cellular injury at 24 h post-SAH. However, after HS administration, the changes mentioned above were reversed. In conclusion, HS may inhibit inflammation in EBI and improve neurobehavioral outcome after SAH, partially via inactivation of NF-κB pathway and NLRP3 inflammasome. Graphical Abstract Schematic representation of the mechanism of HS-mediated anti-inflammatory effect in EBI after SAH. The NF-κB inflammatory pathway and NLRP3 inflammasome are involved in the anti-neuroinflammatory effect of HS post-SAH. SAH-induced oxidative stress enhances the activation of NF-κB, thus promoting the translocation of p65 subunit into nucleus and increasing the mRNA level of its downstream proinflammatory cytokines (IL-1β, IN-6, TNF-α) and NLRP3. Elevated expression of NLRP3 mRNA increases the assembly of NLRP3 inflammasome. In addition, oxidative stress after SAH stimulates the activation of NLRP3 inflammasome, therefore, promoting caspase-1 activation and the cleavage of pro-IL-1β into mature IL-1β. Finally, activation of NF-κB pathway and NLRP3 inflammasome contribute to the inflammation response and cellular injury in EBI after SAH. HS treatment reversed the detrimental effect mentioned above via inactivation of NF-κB pathway and NLRP3 inflammasome. NF-κB nuclear factor-κB, IκB inhibitor of NF-κB, IKK Iκ kinase, NLRP3 nucleotide binding and oligomerization domain-like receptor family pyrin domain-containing 3, ASC apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain.

---

Mol Neurobiol. 2015 Jun 20. [Epub ahead of print]

高濃度水素生理食塩水は
炎症反応を抑制することによって
くも膜下出血ラットの早期脳損傷を緩和させる
（NF-kB経路とNLRPインフラマソームが関与か）

浙江大学医学院 第二附属病院 神経外科

＜要旨＞

くも膜下出血後72時間以内に起こる炎症とアポトーシスを主とした早期脳損傷（EBI）は、くも膜下出血の予後に関連しています。

近年の研究では高濃度水素生理食塩水（HS）が抗酸化・抗アポトーシス作用を介して、くも膜下出血をはじめとする多くの神経病に対して、複合的に神経保護作用を発揮することが明らかになっています。

また私たちは以前にHSが脳血管攣縮と神経アポトーシスを緩和することを報告しています。しかしながらくも膜下出血の炎症によるEBIに対するHSの基礎メカニズムがまだ明らかにされていません。そこで本研究では、私たちはくも膜下出血ラットに対してHSを腹腔内注射することにより、くも膜下出血初期段階におけるNF-kB経路とNLRP3インフラマソームへのHS投与の影響を調べました。

129匹のSDラットをランダムに下記の4群に分けました。シャム群、くも膜下出血群、くも膜下出血＋対照投与群、くも膜下出血＋HS群。そしてくも膜下出血モデルは脳動脈穿通法により作成し、くも膜下出血24時間後にすべてのラットをサクリファイスしました。

なお、以下のタンパク量はウエスタンブロット法にて測定しました。
・pIkBα、p65、NLRP3、ASC、カスパーゼ-1、IL-1β、活性型カスパーゼ-3
また、RT-PCR法でIL-1β、IL-6、TNF-αのmRNA値を測定しました。細胞障害と細胞死に関してはそれぞれTUNEL法とNissl染色を行いました。

その結果、くも膜下出血24時間後のpIkBα、核p65、NLRP3、ASC、カスパーゼ-1、IL-1β、活性型カスパーゼ-3が増加するとともに、IL-1βとIL-6、TNF-αのmRNAも増加していましたが、その一方でサイトゾルp65は減少していました。また、くも膜下出血24時間後におけるTUNEL染色とNissl染色では、重度の細胞障害が起こっていることが明らかになりました。

しかしながら、HSを投与するとそれらの反応がすべて抑えられていることが分かりました。

以上のことから、HSはNF-kB経路とNLRP3インフラマソームの不活性化を介して、EBIにおける炎症を阻害し、くも膜下出血後の神経行動学的な結果を改善することが考えられます。

・・・

Nf-kB炎症経路とNLRP3インフラマソームは、くも膜下出血後のHSの抗神経炎症効果に関連しています。くも膜下出血による酸化ストレスはp65サブユニットの核移行を促進し、炎症性サイトカイン（IL-1β、IN-6、TNF-α）とNLRP3の下流のmRNA量を増加させることで、NF-kBの活性化を引き起こします。

そして、NLRP3mRNA発現の上昇はNLRP3インフラマソームの形成を増加させます。さらに、くも膜下出血後の酸化ストレスはNLRP3インフラマソームの活性化を刺激し、それによりカスパーゼ-1活性を促進させるとともに、IL-1β前駆体からIL-1βへ活性化を促進させます。

一連の反応からNF-kB経路とNLRP3インフラマソームの活性化はくも膜下出血後のEBIにおける炎症反応と細胞障害に関与します。一方水素を投与すると、NF-kB経路とNLRP3インフラマソームの不活性化を介して、以上の一連の有害反応を抑えます。

---

＜一言＞

このアブストラクトをどこまで訳そうか…と考えさせられる（笑）くらい、長々しい説明になってしまいました。とりあえずは水素が抗炎症作用でくも膜下出血後の脳損傷を抑えてくれるという話でいいですかね（略しすぎ？）。