Efeito da curcumina e piperina, compostos presente no curry, em cultura primária de astrócitos de ratos Wistar em condições normais ou inflamatórias

A curcumina é o componente mais estudado presente na Curcuma longa, que é um dos principais compostos do curry. A curcumina é um agente com ação antioxidante e anti-inflamatória, sendo responsável por diminuir a secreção de citocinas pro-inflamatórias e inibir fatores de transcrição envolvidos na sinalização inflamatória. Apesar de seus efeitos benéficos, a curcumina possui uma baixa biodisponibilidade oral, o que dificulta seu uso terapêutico. Assim como a curcumina, a piperina também é encontrada no curry e, interessantemente, a ingestão concomitante desses dois compostos parece aumentar a biodisponibilidade oral da curcumina em cerca de 20 vezes devido ao seu efeito de inibir o processo de glicuronidação intestinal sofrido por ela. A piperina é o principal componente da pimenta preta (Piper nigrum), e também possui ação anti-inflamatória. A curcumina e a piperina são capazes de atravessar a barreira hemato-encefálica em modelos de inflamação in vivo. Em doenças neurodegenerativas, a resposta inflamatória participa do processo patológico, sendo ativada em resposta ao dano neurológico. Especificamente no sistema nervoso central, a resposta ao dano é mediada principalmente pela microglia e pelos astrócitos, sendo os astrócitos importantes no processo de recuperação após a lesão, dando suporte aos neurônios para a manutenção de contatos sinápticos. Os astrócitos também atuam na detoxificação da amônia e do glutamato, reciclando o mesmo para o neurônio, por meio da enzima glutamina sintetase. Ainda, atuam na resposta antioxidante cerebral, através da síntese de glutationa. Apesar da importância dos astrócitos na manutenção do sistema nervoso central e dos efeitos anti-inflamatórios periféricos da piperina e da curcumina, poucos estudos têm sido realizados sobre os efeitos dos compostos em parâmetros de funções astrocíticas. Dessa forma, o objetivo do trabalho foi avaliar o efeito da curcumina ou piperina, bem como a ação conjunta desses dois compostos em astrócitos em condições basais ou inflamatórias. Para isso, utilizamos culturas de astrócitos corticais de ratos Wistar neonatos, que cresceram até a confluência (21 dias) em meio de cultivo suplementado com soro fetal bovino. Em condições basais, a concentração de 50 μM de curcumina aumentou o conteúdo de glutationa, sugerindo melhora no perfil antioxidante celular. Ainda, a mesma concentração diminuiu a secreção de S100B e aumentou o conteúdo de GFAP. A piperina não demonstrou alteração nos parâmetros avaliados em condições basais. Em condições inflamatórias, tanto a curcumina e a piperina isoladamente quanto a combinação dos dois compostos reverteu a níveis basais o aumento da secreção de TNF-α causado pelo LPS. A piperina demonstrou reverter o aumento do conteúdo de GFAP causado pelo LPS. Apesar de não demonstrarem efeitos sinérgicos, a curcumina e a piperina mostraram efeitos complementares importantes. Portanto, a utilização dos dois compostos juntos, em nosso estudo, resultou em efeitos biológicos relevantes e promissores para a proteção anti-inflamatória no sistema nervoso central.Curcumin is the most studied component of Curcuma longa and is one of the main curry compounds. Curcumin is an agent with antioxidant and anti-inflammatory action, decreasing the secretion of pro-inflammatory cytokines and activation of transcription factors involved in inflammatory signaling. Despite its beneficial effects, curcumin has a low oral bioavailability, which makes its therapeutic use difficult. As curcumin, piperine is also found in curry and, interestingly, the concomitant intake of these two compounds appears to increase the oral bioavailability of curcumin by about 20-fold due to piperine inhibiting effect on the intestinal glucuronidation process undergone by it. Piperine is the main component of black pepper (Piper nigrum), and also has anti-inflammatory effects. Curcumin and piperine are able to cross the blood-brain barrier in in vivo inflammation models. In neurodegenerative diseases, the inflammatory response participates in the pathological process, being activated as a response to neurological damage. Specifically in the central nervous system, the response to damage is mediated primarily by microglia and astrocytes, being the astrocytes important to support neurons after injury in order to maintain long-term synaptic contacts. Astrocytes also act in the detoxification of ammonia and glutamate, recycling it to the neuron, through the action of the enzyme glutamine synthetase. Furthermore, they act on the brain antioxidant response, through the synthesis of glutathione. Despite the importance of astrocytes in the maintenance of the central nervous system and the peripheral anti-inflammatory effects of piperine and curcumin, there are not many studies been carried out on the mechanisms of action of these compounds in parameters of astrocytic functions. Thus, the objective of this work was to evaluate the effect of curcumin or piperine, as well as the combined action of these two compounds in astrocytes under basal or inflammatory conditions. We used primary astrocyte culture obtained from cortices of newborn Wistar rats, which were allowed to reach confluence (21 days) in culture medium supplemented with fetal calf serum. At basal conditions, the concentration of 50 μM curcumin increased glutathione content, suggesting an improvement in the cellular antioxidant profile. Furthermore, the same concentration decreased the secretion of S100B and increased GFAP content. Piperine did not alter any of the parameters evaluated in basal conditions. Under inflammatory conditions, both curcumin and piperine alone or combined reversed, at baseline levels, the increased secretion of TNF-α induced by LPS. Piperine was shown to reverse the increase in GFAP content caused by LPS. Although curcumin and piperine did not demonstrate synergistic effects, they showed important complementary effects. Therefore, the use of these two compounds together in our study resulted in relevant and promising biological effects for anti-inflammatory protection in the central nervous system

Efeito da curcumina, composto presente no curry, em células astrogliais

Com o aumento da expectativa de vida no mundo, também aumenta a preocupação com a saúde dos idosos e as doenças neurológicas que acometem principalmente essa população. A nutrição tem se inserido na prevenção de doenças, principalmente com compostos naturais. Nesse sentido, a curcumina tem se destacado como um importante composto bioativo. A Curcuma longa L., da família Zingiberaceae é uma planta originária da Índia, onde a prevalência de Alzheimer é aproximadamente um quarto da prevalência nos Estados Unidos. A curcumina é um agente antioxidante, anti-inflamatório e antiproliferativo, que vem demonstrando ser capaz de realizar resposta antioxidante e diminuir citocinas proinflamatórias principalmente através da redução da translocação de NFkB ao núcleo. Para estudar o efeito desse composto no sistema nervoso central, devemos destacar o papel dos astrócitos na neuroproteção. Astrócitos são células que atuam na manutenção da homeostase iônica, metabolismo energético e modulação da sinalização sináptica, já estabelecidos como células sentinelas essenciais e moduladoras dinâmicas da função neuronal. O astrócito também atua na detoxificação da amônia e do glutamato, reciclando o mesmo para o neurônio, por meio da enzima glutamina sintetase. Ainda, atua na resposta antioxidante cerebral, através da síntese de GSH. Visto que os astrócitos têm papel fundamental na neuroproteção e que pouco se sabe sobre o efeito da curcumina nesse tipo celular, o objetivo do trabalho foi investigar, por meio de parâmetros astrogliais, a atividade protetora da curcumina em aspectos inflamatórios e oxidativos. Os parâmetros avaliados foram o conteúdo intracelular de GSH, a atividade da enzima glutamina sintetase, a translocação de NFkB ao núcleo induzida por IL-1β e a morte celular induzida por peróxido de hidrogênio. Para isso, utilizamos células astrogliais C6 expostas à curcumina de 5 a 20 µM. O conteúdo intracelular de GSH foi aumentado nas concentrações mais altas de curcumina, sugerindo efeito protetor antioxidante, que poderia estar associado à reversão de dano celular. A concentração de 15 µM foi efetiva para diminuir a morte celular observada quando induzida por peróxido de hidrogênio. Quanto aos parâmetros inflamatórios, a curcumina foi capaz de reverter parcialmente a translocação de NFkB induzida por IL- 1β. Nossos dados mostram que a curcumina é um potencial agente antioxidante e anti-inflamatório em células astrogliais. Ainda são necessários mais estudos para investigar as rotas pelas quais esse composto age e as concentrações efetivas para um efeito neuroprotetor.Life expectancy is increasing in the world and this is accompanied by a growing concern about the health of the elderly and the neurological diseases that mainly affect this population. Nutrition has been inserted in the prevention of diseases, mainly with regard to natural compounds. In this sense, curcumin has been highlighted as an important bioactive compound. Curcuma longa L., of the family Zingiberaceae is a plant native from India, where an Alzheimer's prevalence is approximately one-fourth of the prevalence in the United States. Curcumin is an antioxidant, anti-inflammatory and antiproliferative agent that has been shown to be capable of performing an antioxidant response and decreasing proinflammatory cytokines through the reduction of NFκB translocation to the nucleus. In order to study the effect of this compound in the central nervous system, we must highlight the role of astrocytes in neuroprotection. Astrocytes are cells that act on ion homeostasis maintenance, energy metabolism and modulation of synaptic signaling, already established as essential sentinel cells and dynamic modulators of neuronal function. Astrocytes can also act on the detoxification of ammonia and glutamate, recycling it to neurons, through the enzyme GS. Furthermore, astrocytes act on the brain's antioxidant response through the synthesis of GSH. Since astrocytes play a key role in neuroprotection and little is known about the effect of curcumin on this cell type, the aim of this study was to investigate, through astroglial parameters, a protective activity of curcumin in relation to inflammatory and oxidative damage. We measured GSH intracellular content, GS enzyme activity, IL-1β-induced NFκB translocation to the nucleus, and hydrogen peroxide induced cell death. To evaluate these we used C6 astroglial cells exposed to curcumin in concentrations ranging from 5 to 20 μM. The intracellular content of GSH was increased at the highest concentrations of curcumin, suggesting antioxidant protective effect, which could be associated with reversal of cell damage. The concentration of 15 μM was effective to decrease cell death observed when induced by hydrogen peroxide. Besides, curcumin was able to partially reverse IL-1β-induced NFκB translocation. Our data show that curcumin is a potential antioxidant and antiinflammatory agent in astroglial cells. Further studies are still needed to investigate the routes that curcumin participates and the effective concentrations for a neuroprotective effect

Investigação do papel da curcumina na neuroinflamação induzida por lipopolissacarídeo

A neuroinflamação é uma característica central de doenças neurodegenerativas, como as doenças de Alzheimer e Parkinson. No sistema nervoso central (SNC), a resposta inflamatória é realizada por células da glia, com destaque aos astrócitos e a microglia. Os astrócitos, além de responsáveis pela manutenção da barreira hematoencefálica (BHE), homeostase iônica, metabolismo energético, metabolismo glutamatérgico e proteção antioxidante em condições fisiológicas, atuam como protagonistas na resposta inflamatória. Durante a neuroinflamação, os astrócitos, modulam o fluxo sanguíneo, diminuem o suporte trófico aos neurônios, aumentam a infiltração de células imunes e amplificam as respostas inflamatórias por meio da regulação positiva da produção de citocinas. Diversas moléculas têm sido propostas para atenuar a resposta inflamatória no contexto de doenças cerebrais, com destaque aos compostos bioativos. Na busca por compostos bioativos candidatos a exercer um papel anti-inflamatório que poderiam agir tanto de uma forma protetora, ou seja, em conjunto com hábitos de vida saudáveis para reduzir riscos de saúde futuros, quanto como alvo da tecnologia farmacêutica para dar origem a novos medicamentos, se destaca a curcumina. A curcumina é um polifenol presente na Curcuma longa, com capacidade anti-inflamatória e antioxidante bem descrita em tecidos periféricos, mas pouco explorada em células do SNC. Apesar de sua baixa biodisponibilidade, a curcumina é capaz de atravessar a BHE. Por esse motivo, o primeiro objetivo desta tese foi caracterizar os efeitos da curcumina e da piperina, uma molécula presente na pimenta preta, com possível efeito sinérgico à curcumina, em culturas primárias de astrócitos em condições basais e inflamatórias. O segundo objetivo foi investigar os efeitos da administração oral de curcumina em um modelo de neuroinflamação em ratos, induzido por uma injeção de lipopolissacarídeo (LPS) intracerebroventricular, para avaliar se os efeitos encontrados em astrócitos seriam reprodutíveis em modelo animal. Nossos resultados mostraram que a curcumina foi capaz de modular funções de astrócitos mesmo em condições basais, aumentando o conteúdo de GSH e GFAP, além de reduzir a secreção de S100B. Em condições inflamatórias provocadas por LPS, tanto a curcumina quanto a piperina reduziram a secreção de TNF-α, mostrando um importante efeito anti-inflamatório. Apenas a piperina reverteu o aumento de GFAP causado pelo LPS, enquanto a curcumina potencializou o efeito do LPS no que diz respeito à secreção de S100B. Nossos resultados em um modelo animal de neuroinflamação demonstraram que a curcumina foi capaz de atenuar o déficit locomotor causado pelo LPS, mesmo não reduzindo a perda de peso, redução do consumo hídrico e anedonia observados no modelo. Além disso, a curcumina reduziu a sinalização inflamatória através da redução do conteúdo de IL-1β e imunoconteúdo de COX-2 e Iba-1 no tecido hipocampal, reforçando o efeito anti-inflamatório observado no modelo in vitro. Por fim, a curcumina administrada via oral foi capaz de reduzir o conteúdo de S100B no líquido cefalorraquidiano e reestabelecer a proteção antioxidante através do aumento do conteúdo de GSH, ambos parâmetros afetados pela administração central de LPS. Nossos resultados reforçam o efeito anti-inflamatório da curcumina e o potencial terapêutico desta molécula. Além disso, destacamos que os astrócitos são parte importante da ação da curcumina, portanto, novos estudos investigando alvos moleculares da curcumina em astrócitos devem ser realizados, especialmente no que diz respeito à sinalização da proteína S100B.Neuroinflammation is a central feature of neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s and Parkinson's disease. In the central nervous system (CNS), the inflammatory response is carried out by glial cells, especially astrocytes and microglia. Astrocytes are not only responsible for maintaining the blood-brain barrier integrity (BBB), ionic homeostasis, energy metabolism, glutamatergic metabolism, and antioxidant protection under physiological conditions but act as protagonists in the inflammatory response. During neuroinflammation, astrocytes modulate blood flow, decrease trophic support to neurons, increase immune cell infiltration, and amplify responses through upregulation of cytokine production. Several molecules have been proposed to attenuate inflammation in the context of brain disease, such as bioactive compounds. In the search for candidate bioactive compounds to exert anti-inflammatory protection that could act both in a preventive way, that is, in conjunction with healthy living habits to reduce future health risks, and as a target of pharmaceutical technology to develop new medicines, curcumin stands out. Curcumin is a polyphenol present in Curcuma longa, with well described anti-inflammatory and antioxidant capacity in peripheral tissues. Despite its low bioavailability, curcumin is able to cross the BBB. For this reason, the first objective of this thesis was to characterize the effects of curcumin and piperine, a molecule found in black pepper with possible synergistic effects with curcumin, in primary cultures of astrocytes under basal and inflammatory conditions. The second objective was to investigate the effects of oral administration of curcumin in an animal model of neuroinflammation, induced by an intracerebroventricular injection of lipopolysaccharide (LPS), to assess whether the effects found in astrocytes would be reproducible in an animal model. Our results demonstrated that curcumin was able to modulate astrocyte functions under basal conditions, increasing the content of GSH and GFAP, in addition to reducing the secretion of S100B. In inflammatory conditions provoked by LPS, both curcumin and piperine reduced the secretion of TNF-α, showing an important anti-inflammatory effect. Only piperine reversed the increase in GFAP caused by LPS, while curcumin potentiated the effect of LPS with regard to the secretion of S100B. In our animal model of neuroinflammation, curcumin was able to attenuate the locomotor deficit caused by LPS, even though it did not attenuate weight loss, reduced water consumption, and anhedonia. Furthermore, curcumin reduced inflammatory signaling by reducing the content of IL-1β and the immunocontent of COX-2 and Iba-1 in the hippocampus, reinforcing the anti-inflammatory effect observed in the in vitro model. Finally, orally administered curcumin was able to reduce the content of S100B in the cerebrospinal fluid and restore antioxidant protection by increasing the content of GSH, both parameters affected by the central administration of LPS. Our results reinforce the anti-inflammatory effect of curcumin and the therapeutic potential of this molecule. Furthermore, we emphasize that astrocytes play an important role in the activity of curcumin, therefore, further studies investigating molecular targets of curcumin in astrocytes should be carried out, especially regarding S100B protein signaling

Early effects of LPS-induced neuroinflammation on the rat hippocampal glycolytic pathway

Neuroinflammation is a common feature during the development of neurological disorders and neurodegenerative diseases, where glial cells, such as microglia and astrocytes, play key roles in the activation and maintenance of inflammatory responses in the central nervous system. Neuroinflammation is now known to involve a neurometabolic shift, in addition to an increase in energy consumption. We used two approaches (in vivo and ex vivo) to evaluate the effects of lipopolysaccharide (LPS)-induced neuroinflammation on neurometabolic reprogramming, and on the modulation of the glycolytic pathway during the neuroinflammatory response. For this, we investigated inflammatory cytokines and receptors in the rat hippocampus, as well as markers of glial reactivity. Mitochondrial respirometry and the glycolytic pathway were evaluated by multiple parameters, including enzymatic activity, gene expression and regulation by protein kinases. Metabolic (e.g., metformin, 3PO, oxamic acid, fluorocitrate) and inflammatory (e.g., minocycline, MCC950, arundic acid) inhibitors were used in ex vivo hippocampal slices. The induction of early inflammatory changes by LPS (both in vivo and ex vivo) enhanced glycolytic parameters, such as glucose uptake, PFK1 activity and lactate release. This increased glucose consumption was independent of the energy expenditure for glutamate uptake, which was in fact diverted for the maintenance of the immune response. Accordingly, inhibitors of the glycolytic pathway and Krebs cycle reverted neuroinflammation (reducing IL-1β and S100B) and the changes in glycolytic parameters induced by LPS in acute hippocampal slices. Moreover, the inhibition of S100B, a protein predominantly synthesized and secreted by astrocytes, inhibition of microglia activation and abrogation of NLRP3 inflammasome assembly confirmed the role of neuroinflammation in the upregulation of glycolysis in the hippocampus. Our data indicate a neurometabolic glycolytic shift, induced by inflammatory activation, as well as a central and integrative role of astrocytes, and suggest that interference in the control of neurometabolism may be a promising strategy for downregulating neuroinflammation and consequently for diminishing negative neurological outcomes