Peroxisome proliferator-activated receptor gamma agonist pioglitazone reduces neuronal cell damage after transient global cerebral ischemia

Abstract

Previous studies have demonstrated that pioglitazone, a peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ) agonist shows the inhibitory effect against ischemia-induced injury in various tissues. Pioglitazone is also reported to reduce matrix metalloproteinase (MMP) activity. Because MMP is important the pathophysiology of brain ischemia, this study was undertaken to test whether pioglitazone attenuates ischemic neuronal damage through MMP inhibition. C57BL/6 mice were subjected to 20-min global brain ischemia and sacrificed 72 hr after ischemia. Oral pioglitazone (40 mg/kg/day, in 0.5% carboxymethylcellulose) was administered to mice twice daily during 3 days before ischemia and twice daily after ischemia until sacrifice. Gelatinase activity was tested by zymographies and laminin immunohistochemistry. Histological analysis was performed to test the protective effect of pioglitazone on neuronal damage. Gel and in situ zymography showed induction of gelatinase after ischemia. Pioglitazone significantly inhibited ischemia-induced elevation of active form of MMP-9. Pioglitazone also reduced the ischemia-induced in situ gelatinase activity upregulation and laminin breakdown in hippocampus. Neuronal damages were remarkable in CA1 and CA2 areas after ischemia. Pioglitazone inhibited neuronal damage and also inhibited TdT-mediated dUTP nick end labeling staining in CA1 and CA2 areas. Taken together, these data indicate that pioglitazone reduces global ischemia-induced neuronal damage through inhibition of MMP-9 activity. Peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ)의 효현제인 pioglitazone이 신경을 비롯한 여러 조직의 허혈-재관류에 의한 손상을 줄인다고 보고되었다. 또한, pioglitazone이 matrix metalloproteinase (MMP)를 억제한다고 알려져 있다. MMP가 뇌허혈 손상에 중요한 역할을 하기 때문에 본 연구에서 과연 pioglitazone이 MMP를 억제하므로써 허혈성 손상을 줄일 수 있는지를 알아보고자 하는 데 목적을 두고 있다. 본 연구에 C57BL/6 마우스를 사용하였고 전뇌허혈을 20분간 실시하고 재관류 시켰다. 실험 동물은 허혈 후 72시간 경과 후 실험을 위해 희생시켰다. Pioglitazone은 0.5% carboxymethylcellulose에 녹여 40 mg/kg/day 용량으로 경구투여 실시하였는데 허혈 전 3일동안 하루 두번 허혈 후 희생 때 까지 역시 하루 두 번 투여하였다. Zymography를 실시하여 gelatinase 효소의 활성을 검사하였고 laminin 면역조직화학염색을 실시하여 gelatinase에 의한 laminin의 파괴여부를 검사하였다. 조직검사를 통해 pioglitazone의 신경보호효과를 관찰하였고 또한 in situ DNA 분절을 관찰하였다. Pioglitazone을 투여한 동물에서 gelatinase의 활성이 감소하였다. 또한 in situ zymography에서도 pioglitazone의 gelatinase 억제효과를 관찰하였다. Pioglitazone은 특히 MMP-9의 허혈에 의한 활성도 증가을 억제하였다. 허혈에 의한 laminin의 파괴 또한 pioglitazone의 투여에 의해 억제되었음을 알 수 있었다. 허혈 후 신경세포손상 및 in situ DNA 분절은 주로 해마의 CA1과 CA2 부분에서 주로 관찰되었다. 결론적으로 pioglitazone은 MMP-9 활성을 억제하므로써 허혈성 신경세포손상을 줄이는 것으로 생각된다.