Berberine was neuroprotective against an in vitro model of brain ischemia: Survival and apoptosis pathways involved

AbstractBerberine is an alkaloid derived from herb the Berberis sp. and has long-term use in Oriental medicine. Studies along the years have demonstrated its beneficial effect in various neurodegenerative and neuropsychiatric disorders. The subject of this study was to evaluate whether berberine protects against delayed neuronal cell death in organotypic hippocampal culture (OHC) exposed to oxygen and glucose deprivation (OGD) and the cell signaling mechanism related to its effect. Hippocampal slices were obtained from 6 to 8-days-old male Wistar rat and cultured for 14 days. Following, the cultures were exposed for 1h to OGD and then treated with Berberine (10 and 20μM). After 24h recovery, propidium iodide (PI) uptake was analyzed and a decrease was observed in PI uptake on OGD Ber-treated culture, which means a decrease in cellular death. Western blot analysis showed that proteins Akt, GSK3β, ERK and JNK appear to play a role in berberine-mediated neuroprotection. Furthermore, capase-3 activity of OGD Ber-treated culture was diminished by control level in a fluorimetry assay. These findings suggest that berberine-mediated neuroprotection after ischemia involves Akt/GSK3β/ERK 1/2 survival/apoptotic signaling pathway as well as JNK and caspase-3 activity inhibition

Efeito da administração de berberina em um modelo de isquemia cerebral global in vitro

Dentre as doenças cerebrovasculares, a isquemia cerebral (IC) é uma das principais causas de mortalidade em países industrializados. Dados do Ministério da Saúde (2008) apontam que aproximadamente 10% da mortalidade no Brasil foram devido a essas doenças. Como ainda não há um tratamento efetivo para a recuperação tecidual e/ou funcional do cérebro após a IC, isto leva à procura de novas terapias que consigam interromper a cascada bioquímica que leva à morte celular. A berberina é um alcalóide isolado de plantas medicinais de origem asiáticas. Esta droga vem sendo amplamente utilizada pela medicina popular chinesa e indiana. Devido a sua grande facilidade em atravessar a barreira hemtaoencefálica, ela se tornou uma alternativa para estudos em doenças neurodegenerativas e neuropsiquiátricas. Alguns relatos na literatura vêm demonstrando o potencial neuroprotetor da berberina em modelos in vivo e in vitro de isquemia cerebral global e/ou focal. No entanto, as bases moleculares para esta proteção não estão bem esclarecidas. Neste trabalho, avaliamos alguns mecanismos que são modulados pela berberina em um modelo in vitro de isquemia cerebral global com utilização de cultura organotípica de hipocampo de ratos. Nossos resultados demonstraram uma menor morte celular na região do Corno de Ammon (CA) das fatias submetidas à privação de oxigênio e glicose (POG) e tratadas com berberina durante 1 h. A análise das possíveis vias de sinalização envolvidas nas neuroproteção mostrou que o efeito da berberina está associado à modulação da via de sobrevivência PI3K/Akt e um de seus substratos a GSK-3β. Além desses, também foi visto que a ação da berberina diminuiu a fosforilação da proteína de sinalização Jun cinase (JNK) e a atividade da enzima caspase-3, indutora de apoptose. Tendo em vista que a berberina agiu sobre a ativação da JNK, investigamos o efeito desta droga em outros marcadores de inflamação. Foi observada diminuição de astrócitos e microglia ativados assim como a secreção de citocinas TNFα e IL-1β nos meios de cultivo das fatias submetidas à POG e tratadas com berberina. Em paralelo, a berberina reduziu a geração de espécies reativas do oxigênio (EROS), as quais são aumentadas rapidamente após um insulto isquêmico. Em conjunto, nossos resultados abrem uma perspectiva para a caracterização de uma nova droga neuroprotetora visando sua utilização como uma alternativa terapêutica contra os danos causados pela isquemia cerebral global.Cerebral ischemia is one of the leading causes of death in industrialized countries. Data from the Ministry of Health (Brazil) shows about 10% of Brazil’s mortality was due this kind of injury. There is no still effective treatment for tissue and/or functional recovery, what leads to search for new therapies that could block the cell death biochemical pathway. Berberine is an alkaloid isolated from medical herbs with Asian origin. This drug has been widely used by popular Chinese and Indian medicine. Berberine can cross the blood brain barrier, which makes an alternative for neurodegeneratives and neuropsychiatry disorders. Studies have shown the neuroprotection effect of berberine on in vivo and in vitroglobal and/or focal cerebral ischemia models. However, the molecular basis for this protection is still unclear. In this work, we evaluated mechanisms modulated by Berberine in global cerebral ischemia model in vitro on rat organotypic hippocampal culture. Our results demonstrated a lower cell death on Cornis Ammonis (CA) region of the slices under oxygen and glucose deprivation (OGD) treated with berberine for 1 hour. The analysis of the involvement of cellular signaling pathway with the neuroprotective effect observed, showed that berberine affect the PI3K/Akt pathway and one of its substrates the GSK3β protein. Also, berberine was able to decrease the phosphorylation of protein JNK and the caspase-3 activity, an apoptosis inducer. Once berberine modulated JNK, we investigated its effect on other inflammation markers. It was observed a decrease of astrocytes and microglia activation and cytokines (TNF- e IL-1β) secretion on OGDberberine treated culture medium. In the same way, berberine was able to reduce the reactive oxygen species (ROS) formation, which is a feature observed after an ischemic insult. Taken together, our findings open a perspective for the characterization of a new neuroprotective drug for future use as an alternative therapeutic strategy against damage caused by global cerebral ischemia