ラットの外傷性脳損傷に対するメトホルミンの神経保護効果は、AMP活性化プロテインキナーゼシグナル伝達経路と関連している

Neuroprotective effects of metformin on traumatic brain injury in rats is associated with the AMP-activated protein kinase signaling pathway.

• Siavash Rahimi
• Ahmadreza Ferdowsi
• Ali Siahposht-Khachaki

抄録

メトホルミンは、AMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）の活性化剤です。そのため、損傷を受けた神経細胞のエネルギーを回復させ、外傷性脳損傷（TBI）による二次的な脳損傷を軽減する可能性がある。本研究では、外傷性脳損傷後の急性重症脳損傷におけるエネルギーバランスの再構築を介したメトホルミンの潜在的な神経保護効果を調べ、その基礎となるメカニズムを探ることを目的としています。雄のWistarラットを8群に分けた。獣医昏睡尺度（VCS）を用いて短期的な神経学的障害を評価した。血液脳関門（BBB）障害の評価にはEvans Blue法を用いた。前庭運動機能はビームウォーク法とビームバランス法を用いて評価した。脳水分量、脳組織リン酸化および総AMPKは、それぞれWet/dry法および酵素結合免疫吸着法（ELISA）により評価した。AMPKの影響を排除するために、AMPK阻害剤として化合物Cを用いた。今回発表された研究では、TBIによりラット脳内に著しい脳浮腫、BBB障害、神経学的欠損、前庭運動機能障害、AMPKリン酸化の低下が認められた。メトホルミン（100および200mg/kg用量）は、TBI群およびビヒクル群と比較して、脳浮腫の減少、BBBの改善、前庭運動機能障害の改善を示した（P＜0.001）。さらに、メトホルミン投与によりp-AMPK/AMPK比がTBI群またはVehicle群と比較して増加した（p<0.0001）。また、化合物CによるAMPKの阻害は、メトホルミンの神経保護効果を消失させた（Met200群と比較してP＜0.05）。本研究は、メトホルミンがAMPKのリン酸化を介してTBIを介した二次傷害を抑制し、TBI後の神経行動機能を改善することを示唆しており、TBI治療における治療機会を提供する可能性を示唆しています。

Metformin is an activator of AMP-activated protein kinase (AMPK). Thus, it has the potential to restore energy in damaged neurons and attenuate secondary brain damage due to traumatic brain injury (TBI). This study aims to investigate the potential neuroprotective effects of metformin through the energy balance reestablishment in acute severe brain injury after TBI and explore the underlying mechanisms. Male Wistar rats were divided into eight groups. The veterinary coma scale (VCS) was used to assess short-term neurological deficits. Blood-Brain barrier (BBB) disruption was evaluated by Evans Blue method 6 h post-injury. Vestibulomotor function was evaluated by beam-walk and beam-balance methods. Brain water content and brain tissue phosphorylated and total AMPK were assessed by the wet/dry method and enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), respectively. In order to eliminate the effect of AMPK, compound C was used as an AMPK inhibitor. The presented study showed that TBI has led to significant brain edema, BBB disruption, neurological deficit, vestibulomotor dysfunction and decrease AMPK phosphorylation in the rat brain. Metformin (100 and 200 mg/kg doses) attenuated brain edema, improved BBB and vestibulomotor dysfunction compared to TBI or Vehicle groups (P < 0.001). Furthermore, the p-AMPK/AMPK ratio was increased by metformin administration compare to TBI or Vehicle groups (p < 0.0001). Inhibition of AMPK by compound C abolished Metformin neuroprotective effects (P < 0.05 compared to Met 200 group). This study suggests that metformin inhibits TBI-mediated secondary injury via phosphorylation of AMPK and improves neurobehavioral function following TBI, which provides a potential therapeutic opportunity in the treatment of TBI.