アルツハイマー病のストレプトゾトシン誘発マウスモデルにおけるロシグリタゾン包埋ナノキャリアシステムの神経保護の可能性を探る

Exploring the Neuroprotective Potential of Rosiglitazone Embedded Nanocarrier System on Streptozotocin Induced Mice Model of Alzheimer's Disease.

• Sarathlal K C
• Violina Kakoty
• Sandhya Marathe
• Deepak Chitkara
• Rajeev Taliyan

抄録

アルツハイマー病（AD）は、個人の認知能力に大きな脅威を課す神経変性疾患です。マウンティングの証拠は、2 型糖尿病 (T2DM) と AD は密接に脳内のインスリン シグナルとグルコース代謝の障害に関連付けられていることを示唆しています。ペルオキシソーム増殖活性化受容体（PPAR）ファミリーのメンバー、特にPPARγアゴニストは、そのインスリン感受性作用のためによく知られているが、低い水溶性、脳への浸透性の低さと関連する毒性のために、臨床的にそれらの使用を制限しています。そこで本研究では、ストレプトゾトシン（STZ）誘発マウスのADモデルにおけるロシグリタゾン埋め込みナノキャリアシステムの神経保護効果を検討した。SH-SY5Y細胞を用いて、認知機能に関与する遺伝子のメッセンジャーリボヌルセイン酸（mRNA）の発現レベルを評価することにより、ロシグリタゾンのインビトロ神経保護効果を決定した。マウスのADは、STZ（3mg/kg）をマウス脳の側脳室に直接脳室内（ICV）投与することで発症した。ロシグリタゾンの遊離型およびナノ製剤を投与した後の認知パラメータおよびmRNA発現レベルを評価した。その結果、ロシグリタゾンはSH-SY5Y細胞において、認知機能に関与するcyclic-AMP応答エレメント結合タンパク質（CREB）、脳由来神経栄養因子（BDNF）、グリア細胞由来神経栄養因子（GDNF）、神経成長因子（NGF）などの遺伝子の発現を増加させることから、神経保護作用を示すことが確認された。さらに、ナノ化されたロシグリタゾンは、行動・認知機能異常、酸化窒素ストレス、炎症性サイトカイン（腫瘍壊死因子）を減少させることから、ADの動物モデルにおいて、遊離薬物治療よりも優れた神経保護効果を示したことが明らかになった。また、抗酸化酵素（スーパーオキシドジスムターゼ（SOD）、還元型グルタチオン（GSH）、アセチルコリン、神経細胞密度、海馬領域におけるCREB、BDNF、GDNF、NGFの発現を改善するとともに、腫瘍壊死因子α（TNF-α）、インターロイキン-6（IL-6a）を抑制しました。以上の結果から、ロシグリタゾンナノフォーミュレーションは、成長因子のmRNA発現を増加させ、酸化ストレスを抑制することで強力な神経保護作用を発揮し、神経炎症を抑制することで、ADにおける神経障害を予防することが可能であると結論づけられた。

Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder imposing great threat to an individual's cognitive capability. Mounting evidence suggests that type 2 diabetes mellitus (T2DM) and AD is closely associated with impaired insulin signalling and glucose metabolism in the brain. Member of the peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) family, especially PPARγ agonists, has been well known for their insulin-sensitizing actions, but due to low water solubility, poor penetration into the brain and associated toxicity limit their use clinically. Therefore, this study has been undertaken to investigate the neuroprotective potential of rosiglitazone embedded nanocarrier system on streptozotocin (STZ) induced mice model of AD. In vitro neuroprotective efficacy of rosiglitazone was determined on SH-SY5Y cells by assessing the messenger ribonulceic  acid (mRNA) expression level of genes implicated for cognitive function. AD in mice was developed by intracerebroventricular (ICV) administration of STZ (3 mg/kg) directly into the lateral ventricles of the mice brain. The cognitive parameters and mRNA expression levels were evaluated after treatment with the free form of rosiglitazone as well as its nano-formulated form. It was observed that rosiglitazone elicits neuroprotection on SH-SY5Y cells as evidenced from the upregulation of genes such as cyclic-AMP response element-binding protein (CREB), brain-derived neurotrophic factor (BDNF), glial cell derived neurotrophic factor (GDNF), and nerve growth factor (NGF), which are involved in cognitive functions. Further, the nano-formulated rosiglitazone induced better neuroprotective efficacy than its free drug treatment on animal model of AD as evidenced by attenuating the behavioural and cognitive abnormalities, oxido-nitrosative stress and pro-inflammatory cytokines, i.e. tumour necrosis factor-α (TNF-α) and interleukin-6 (IL-6a) along with improved antioxidant enzymes (superoxide dismutase (SOD), reduced glutathione (GSH), acetylcholine, neuronal density and expression of CREB, BDNF, GDNF and NGF in the hippocampal region. Based on the results, it can be concluded that rosiglitazone nanoformulation exerts strong neuroprotection via increasing the mRNA expression of growth factors and inhibition of oxidative stress, and neuroinflammation eventually prevents neuronal injury in AD.