Role of hexamethylene diisocyanate on Alzheimer's disease (AD)- associated neuroinflammation and oxidative stress: good or bad?

Abstract

A demência é a sétima causa mundial de morte. A principal causa de demência é a doença de Alzheimer (DA). A DA é caracterizada por neurodegeneração, perda sinática, neuroinflamação, stress oxidativo e presença anormal de depósitos proteicos (tranças neurofibrilares e placas de β amilóide). Atualmente, os fármacos aprovados pela agência federal do alimento e do medicamento dos Estados Unidos da América (FDA, do inglês Food and Drug Administration) e pela agência europeia do medicamento (EMA, do inglês European Medicines Agency) para o tratamento da DA não são capazes de parar ou abrandar a progressão da DA. Assim, a investigação de novas estratégias terapêuticas e novos potenciais fármacos é importante. O fator nuclear E2 relacionado ao fator 2 (NRF2) é um fator de transcrição envolvido na regulação de homeostase redox da célula. A via de sinalização do NRF2 é um mecanismo de defesa antioxidante, a qual está desregulada na DA. Para além das espécies reativas de oxigénio, os eletrófilos podem ativar a via do NRF2 e, consequentemente, aumentar as proteínas destoxificantes e modular a inflamação. Neste estudo propusemos o estudo do potencial do diisocianato de hexametileno (HDI, do inglês hexamethylene diisocyanate), uma molécula eletrófila, em reverter o stress oxidativo e neuroinflamação associados à DA, via ativação do NRF2. Assim, avaliamos a ativação do NRF2 e alguns genes e proteínas relacionadas com o NRF2 num modelo neuronal de DA, células de neuroblastoma de ratinho que sobre-expressam a APP695 com a mutação Swedish (N2a-APPswe); e o potencial anti-inflamatório do HDI num modelo de neuroinflamação, células de microglia BV-2 estimuladas com lipopolisacarídeo (LPS). Os nosso resultados mostraram que o HDI aumentou os níveis nucleares e citoplasmáticos de NRF2 e a expressão do gene Hmox-1 e os respetivos níveis de proteína HMOX-1, nas células N2a-APPswe. Para além disso, o HDI pareceu reduzir os níveis de expressão e proteínas pro-inflamatórias. O efeito do HDI na diminuição dos níveis de proteína (pro)-IL1-β e produção de NO foram significativos. Assim, o nosso trabalho sugeriu um efeito antioxidante e anti-inflamatório do HDI num contexto de DA, que deve ser explorado.

Dementia is the 7th leading cause of death worldwide. The main cause of dementia is Alzheimer’s disease (AD). AD is characterized by neurodegeneration, synaptic loss, neuroinflammation, oxidative stress and the abnormal presence of protein deposits (neurofibrillary tangles and amyloid β (Aβ) plaques). Currently, the approved drugs by Food and Drug Administration (FDA) and European Medicines Agency (EMA) for the treatment of AD are not able to stop or slow the progression of AD. Thus, exploring new therapeutic strategies and potential drugs is a relevant issue. Nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2 (NRF2) is a transcription factor involved in the regulation of cell redox homeostasis. NRF2 signaling pathway is an antioxidant defense mechanism, which it is dysregulated in AD. Besides reactive oxygen species (ROS), electrophiles can activate NRF2 pathway and, consequently, increase detoxifying proteins and modulate inflammation. In this study, we proposed to explore the potential of hexamethylene diisocyanate (HDI), an electrophilic molecule, in reverting some of the oxidative stress and neuroinflammation events associated to AD, via NRF2 activation. Hence, we evaluated NRF2 activation and some antioxidant-related genes and protein levels in an AD neuronal model, the neuro-2a (N2a) mouse neuroblastoma cell line overexpressing the human Swedish-mutant APP695 (N2a-APPswe); and HDI anti-inflammatory potential in a neuroinflammation model, the BV-2 microglia cells stimulated with lipopolysaccharide (LPS). Our results showed that HDI increased nuclear (nuc) and cytoplasmatic (cyt) NRF2 levels and Hmox-1 gene expression and HMOX-1 protein levels, in N2a-APPswe cells. Furthermore, HDI seemed to reduce pro-inflammatory gene expression and protein levels. The effect of HDI on decreasing (pro)-IL1-β protein levels and NO production was significant. Thus, our work suggested an antioxidant and anti-inflammatory effect of HDI in an AD context, that should be explored.