α-Bisabolol protects from ischemical brain injury by a mechanism involving inhibition of apoptosis, inflammation and oxidative stress

The pathophysiology of stroke involves the reduction blood supply, a condition of hypoxia and glucose deprivation, which causes excitotoxicity, oxidative stress, apoptosis and tissue damage in the affected region. Stroke is the second leading cause of death worldwide and one of the leading causes of physical disability in adults. Α- Bisabolol (α-bis) is a monocyclic sesquiterpene alcohol that has shown antioxidant, anti-inflammatory and anti-apoptotic activity. The objective of the present study was to evaluate the effects of α-bis on neuronal damage (TTC and motor deficit), memory deficits, apoptosis, inflammatory response, oxidative stress and synaptic plasticity of mice submitted to cerebral ischemia. Permanent occlusion of the middle cerebral artery (pMCAO) was the in vivo used to induce ischemia. Α-bis was administered orally 3 h after pMCAO and / or once daily for up to 3 days depending on the experimental design. Ischemic damage was assessed 24 hours after surgery by TTC staining and neurological assessment. Α-Bisabolol significantly decreased infarct area and sensorimotor performance of animals submitted to pMCAO. Locomotor activity and motor coordination were assessed 72 hours after pMCAO through the open field test and the rotarod test, and a reduction in horizontal and vertical exploration capacity and motor coordination was observed in ischemic animals compared with The FO group, and α-bis treatment, protected against these deficits in the open field test. Memory deficits were evaluated by Y-maze and passive avoidance tests and we observed that ischemic animals had working and aversive memory deficits, and treatment with α-bis prevented these memory deficits. Apoptosis pathways were evaluated by the relative density of cytochrome c, pro-caspases-3, -9, and caspases -3, -9, total and cleaved PARP. To explore the likely underlying mechanism of the α-bis neuroprotective effect, hippocampal slices were subjected to oxygen and glucose deprivation (OGD) for 7 min to mimic ischemic injury in vitro. Our results showed that in physiological situations, α- bisabolol did not change: basal synaptic transmission, short (PPF) and long duration (LTP and depotentiation) plasticity. In the presence of OGD, α-bisabolol prevented irreversible depression of fEPSP (excitatory postsynaptic potential) compared with the control group. The oxygen uptake rate was assessed using the orbital equipment, and we observed that animals subjected to OGD and vehicle treated (0.01% ethanol) had a burst in respiration (increased oxygen uptake rate) in the first minutes, which over time decreased, and treatment with α-bis prevented the onset of this burst in breathing. Neuroinflammation was assessed by immunostaining for IL-1β, TNF-α, relative density of NF-κB, and biochemical test for MPO. Treatment with α-bis significantly reduced these inflammatory markers. In addition, oxidative stress was also evaluated by the relative density of SOD-2 protein and by biochemical tests for nitrate / nitrite and TBARS. Our results showed increased relative density of SOD-2 protein in the α-bis treated groups; We concluded that α-bisabolol showed neuroprotective activity probably due to its anti-inflammatory, antioxidant and antiapoptotic action providing us with experimental evidence about its use as an adjuvant in the treatment of cerebral ischemia.A fisiopatologia do AVC envolve a redução do suprimento sanguíneo, uma condição de hipóxia e privação de glicose, que acarreta excitotoxicidade, estresse oxidativo, apoptose e danos teciduais na região afetada. O AVC é a segunda principal causa de morte no mundo e uma das principais causas de incapacidade física em adultos. O α- bisabolol (α-bis) é um álcool sesquiterpeno, monocíclico, que têm demonstrado atividade antioxidante, anti-inflamatória e anti-apoptótica. O objetivo do presente trabalho foi avaliar os efeitos da α-bis sobre o dano neuronal (TTC e déficit motor), déficits de memória, apoptose, resposta inflamatória, estresse oxidativo e plasticidade sináptica de camundongos submetidos à isquemia cerebral. A oclusão permanente da artéria cerebral média (pMCAO) foi o in vivo utilizado para a indução da isquemia. O α- bis foi administrado via oral 3 h após a pMCAO e/ou uma vez ao dia até 3 dias a depender do desenho experimental. O dano isquêmico foi avaliado 24 horas após a cirurgia através da coloração com TTC e da avaliação neurológica. O α-bisabolol diminuiu significativamente a área de infarto e o desempenho sensório-motor dos animais submetidos à pMCAO. A atividade locomotora e a coordenação motora foram avaliadas 72 horas após a pMCAO através do teste de campo aberto, e do teste do rotarod, e foram observadas uma redução na capacidade de exploração horizontal e vertical, e na coordenação motora nos animais isquemiados em comparação com o grupo FO, e o tratamento com o α-bis, protegeu contra esses deficits, no teste de campo aberto. Os déficits de memória foram avaliados pelos testes do Y-maze, e da esquiva passiva e observamos que os animais isquemiados apresentaram déficits na memória de trabalho e na aversiva, e o tratamento com o α-bis preveniu esses déficits de memória. A vias da apoptose foram avaliadas, por meio da densidade proteica relativa do citocromo c, das pró-caspases-3, -9, e das caspases -3,-9, PARP total e clivada. Para explorar o provável mecanismo subjacente do efeito neuroprotetor do α-bis, fatias hipocampais foram submetidas à privação de oxigênio e glicose (OGD) durante 7 min para mimetizar lesão isquêmica in vitro. Os nossos resultados mostraram que em situações fisiológicas, o α-bisabolol não alterou: a transmissão sináptica basal, a plasticidade de curta (PPF) e de longa duração (LTP e despotenciação). Na presença da OGD, o α-bisabolol preveniu contra a depressão irrevensivel do fEPSP (potencial pós-sináptico excitatório), em comparação com o grupo controle. A taxa de consumo de oxigénio foi avaliada utilizando o equipamento ororboros, e observamos que os animais submetidos a OGD, e tratados com o veículo (etanol 0,01%), apresentaram um burst na respiração (aumento da taxa de consumo de oxigénio) nos primeiros minutos, que com o passar do tempo foi diminuindo, e o tratamento com o α-bis preveniu contra o aparecimento desse burst na respiração. A neuroinflamação foi avaliada através da imunomarcaçãao para a IL-1β, TNF- α, densidade proteica relativa do NF-κB, e teste bioquímico para MPO. O tratamemto com o α-bis reduziu significativamente esses marcadores inflamatórios. Além disso, também foram avaliados o estresse oxidativo, por meio da densidade relativa da proteína SOD-2, e dos testes bioquímicos para Nitrato/nitrito e TBARS. Os nossos resultados mostraram aumento da densidade relativa da proteína SOD-2 nos grupos tratados com o α-bis; concluímos que o α-bisabolol apresentou atividade neuroprotetora provavelmente devido a sua ação anti-inflamatória, antioxidantes e antiapoptoticas nos fornecendo evidências experimentais acerca de sua utilização como adjuvante no tratamento da isquemia cerebral