Neuroprotective effect of HMGB1 suppression on post-ischemic inflammation in diabetic rats

Abstract

배경: 당뇨는 뇌졸중의 발생 위험도를 높이며, 동시에 뇌졸중 이후의 예후를 나쁘게 하는 질환이다. 그러나 당뇨 환자에서 뇌졸중 후 집중적인 인슐린 요법을 통한 혈당 조절 치료는 의미 있는 결과를 얻지 못하였다. 최근 연구에서 고혈당 상태에서 high-mobility group box-1 (HMGB1)이 receptors for advanced glycation end products (RAGE)와 Toll-like receptor (TLR)를 통하여 염증반응을 매개함이 알려졌다. 우리는 당뇨 개체에서 뇌졸중 이후 발생하는 염증 반응을 HMGB1의 억제제인 Glycyrrhizin을 통하여 신경보호 효과를 확인하고자 하였다. 방법과 결과: 당뇨 모델 및 뇌경색을 유발한 당뇨 모델에서 HMGB1의 억제제인 Glycyrrhizin가 혈중 HMGB1과 사이토카인의 농도, 뇌경색의 크기, 뇌경색 부위의 염증 반응의 정도 및 기전에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 당뇨는 streptozotocin 정주로 유도하였으며 Glycyrrhizin은 당뇨 유도 이후 매일 복강 투약을 하였다. 당뇨 유도 7일 후 뇌경색을 유발하였고, Glycyrrhyzin은 뇌경색 유발 1시간과 24시간 째에 복강 투약하였다. Glycyrrhizin을 투약한 당뇨 백서 모델에서 투여하지 않은 대조군에 비하여 HMGB1 및 IL-1β의 혈중 농도가 유의하게 감소하였으며, 뇌졸중을 유발하였을 때에도 혈중 농도가 투약 후 감소하였다. 뇌경색의 크기도 유의하게 감소하였다 (실험군, 140±79 mm3

대조군, 224±68 mm3

p=0.03). 또한 Glycyrrhizin을 투약한 군에서 뇌의 HMGB1의 분비가 억제되었고, TLR2, TLR4 및 RAGE의 발현도 억제되었다. 이와 관련하여 NFκB, ERK, Akt 전달 경로의 억제도 확인하였다. 결론: 우리는 당뇨 모델에서 뇌경색 이후 HMGB1 억제제를 이용한 신경보호효과를 확인하였다.

Background: Diabetes is associated with increased risk of stroke and also predictor of poor outcome after ischemic stroke. But intensive control of blood glucose level failed to improve clinical outcome after stroke. Recent studies suggested that high mobility group box-1 (HMGB1) can mediate increased inflammatory response through receptors for advanced glycation end products (RAGE) and Toll-like receptors (TLR) in hyperglycemic conditions. In this study, we investigated that blocking HMGB1 using Glycyrrhizin, recently known as direct HMGB1 inhibitor, can reduce inflammation of acute ischemic stroke in diabetic model. Methods and Results: Diabetes rat models were induced by single intravenous streptozotocin injection and Glycyrrhizin was daily injected intraperitoneally after diabetes induction. Serum glucose, HMGB1 and cytokines were measured 7 days after diabetes induction. Rats were also subjected to transient middle cerebral ischemia model 7 days after diabetes induction and were administered Glycyrrhizin at 1, and 24 hours after cerebral ischemia. At 48 hours after cerebral ischemia, infarct volume, HMGB1 levels at brain and serum, expression of TLR and RAGE and their subcellular pathways were measured. Glycyrrhizin did not directly affect hyperglycemic status in diabetic rats, but reduced HMGB1 and interleukin (IL)-1β levels. Glycyrrhizin decreased infarct volume 48 hours after transient middle cerebral artery occlusion in diabetic rats (140±79 mm3 versus 224±68 mm3

p=0.03). Besides, HMGB1 secretion from ischemic brain and expression of TLR2, TLR4 and RAGE were reduced after Glycyrrhizin treatment. Intracellular signaling pathways related to HMGB1 receptors, such as NFκB, ERK, and Akt, were reduced after HMGB1 inhibition. Conclusion: Glycyrrhizin has anti-inflammatory effect on hyperglycemia after acute ischemic stroke by HMGB1 inhibition.