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メチレンブルーはアクアポリン4の発現を阻害することにより、実験的虚血性脳梗塞ラットの脳浮腫を改善する
Methylene blue ameliorates brain edema in rats with experimental ischemic stroke via inhibiting aquaporin 4 expression.
PMID: 32665706 DOI: 10.1038/s41401-020-0468-5.
抄録
脳浮腫は、有効な治療法が限られている虚血性脳卒中の一般的で重篤な合併症である。我々はこれまでに、メチレンブルー（MB）がラットの虚血性脳浮腫を抑制することを報告してきたが、そのメカニズムは不明であった。アストロサイトに存在するアクアポリン4（AQP4）は脳浮腫に重要な役割を果たしています。また、アストロサイトにおけるAQP4発現の制御には、細胞外シグナル制御キナーゼ1/2（ERK1/2）の活性化が関与していることを明らかにした。本研究では、脳浮腫に対するMBの保護効果にAQP4とERK1/2が関与しているかどうかを検討した。ラットに一過性中大脳動脈閉塞（tMCAO）を行い，再灌流直後から尾静脈からMB（3mg/kg，30分）を静脈内投与し，虚血後3時間後に再度MB（1.5mg/kg，15分）を静脈内投与し，脳浮腫をMRIで測定した。脳浮腫はtMCAO後0.5、2.5、48時間後にMRIで測定した。拡散強調MRIでの見かけの拡散係数（ADC）の低下は細胞障害性脳浮腫を示し、T2 MRIでの増加は血管性脳浮腫を反映していた。MB注入はtMCAO後2.5時間および48時間で細胞障害性脳浮腫を有意に改善し，48時間で血管原性脳浮腫を減少させることが明らかになった．また，tMCAO後48時間後の虚血性五分脊椎の大脳皮質におけるAQP4の増加とERK1/2の活性化を抑制した．培養ラットアストロサイトをグルタミン酸（1mM）に曝露した細胞腫脹モデルでは、MB（10μM）は細胞腫脹、AQP4増加、ERK1/2活性化を一貫して抑制することがわかった。さらに、ERK1/2阻害剤U0126（10μM）もMBと同様の効果を示しました。これらの結果は、MBが脳浮腫およびアストロサイトの腫脹を改善することを示しており、これはERK1/2経路を介したAQP4発現の抑制を媒介としている可能性があり、MBが脳浮腫の治療薬としての可能性を示唆しています。
Brain edema is a common and serious complication of ischemic stroke with limited effective treatment. We previously reported that methylene blue (MB) attenuated ischemic brain edema in rats, but the underlying mechanisms remained unknown. Aquaporin 4 (AQP4) in astrocytes plays a key role in brain edema. We also found that extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) activation was involved in the regulation of AQP4 expression in astrocytes. In the present study, we investigated whether AQP4 and ERK1/2 were involved in the protective effect of MB against cerebral edema. Rats were subjected to transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO), MB (3 mg/kg, for 30 min) was infused intravenously through the tail vein started immediately after reperfusion and again at 3 h after ischemia (1.5 mg/kg, for 15 min). Brain edema was determined by MRI at 0.5, 2.5, and 48 h after tMCAO. The decreases of apparent diffusion coefficient (ADC) values on diffusion-weighted MRI indicated cytotoxic brain edema, whereas the increase of T2 MRI values reflected vasogenic brain edema. We found that MB infusion significantly ameliorated cytotoxic brain edema at 2.5 and 48 h after tMCAO and decreased vasogenic brain edema at 48 h after tMCAO. In addition, MB infusion blocked the AQP4 increases and ERK1/2 activation in the cerebral cortex in ischemic penumbra at 48 h after tMCAO. In a cell swelling model established in cultured rat astrocyte exposed to glutamate (1 mM), we consistently found that MB (10 μM) attenuated cell swelling, AQP4 increases and ERK1/2 activation. Moreover, the ERK1/2 inhibitor U0126 (10 μM) had the similar effects as MB. These results demonstrate that MB improves brain edema and astrocyte swelling, which may be mediated by the inhibition of AQP4 expression via ERK1/2 pathway, suggesting that MB may be a potential choice for the treatment of brain edema.