Melatonin protects blood-brain barrier integrity and permeability by inhibiting matrix metalloproteinase-9 via the NOTCH3/NF-κB pathway

封堵器 神经炎症 血脑屏障 褪黑素 紧密连接 细胞生物学 基质金属蛋白酶 化学 NF-κB 粘合连接 信号转导 炎症 生物 内分泌学 免疫学 细胞 生物化学 中枢神经系统 钙粘蛋白
作者
Weiwei Qin,Jing Li,Rongjia Zhu,Suhua Gao,Junfen Fan,Mingrong Xia,Robert Chunhua Zhao,Jiewen Zhang
出处
期刊:Aging [Impact Journals LLC]
卷期号:11 (23): 11391-11415 被引量:116
标识
DOI:10.18632/aging.102537
摘要

The pathophysiological mechanism of white matter hyperintensities of cerebral small vessel disease (CSVD) includes an impaired blood-brain barrier (BBB) with increased permeability. Neuroinflammation likely contributes to the disruption of the BBB in CSVD. Therefore, understanding the molecular mechanism of how neuroinflammation causes BBB damage is essential to preventing BBB disruption in CSVD. Matrix metalloproteinase 9 (MMP-9) contributes to BBB damage in neuroinflammatory diseases. In this study, we observed that interleukin-1β (IL-1β)-induced MMP-9 secretion in pericytes increased BBB permeability to sodium fluorescein (Na-F) by damaging the disruption of VE-cadherin, occludin, claudin-5, and zonula occludin-1 (ZO-1). Melatonin reduced BBB permeability to Na-F and inhibited the disruption of the adherens and tight junction proteins. Melatonin also downregulated MMP-9 and upregulated tissue inhibitor of metalloproteinases 1 (TIMP-1) gene expression, which decreased the MMP-9/TIMP-1 ratio. In addition, nuclear translocation of NF-κB/p65 induced by IL-1β in pericytes upregulated MMP-9 expression, which was inhibited by the NF-κB inhibitor PDTC. However, the NOTCH3 inhibitor DAPT significantly inhibited NF-κB/p65 translocation to the nucleus, while melatonin in combination with DAPT significantly prevented NF-κB/p65 translocation than DAPT alone. Our results suggest that melatonin reduced MMP-9-induced permeability of the BBB. Melatonin reduced MMP-9 expression and activity, which was induced by IL-1β through the regulation of the NOTCH3/NF-κB signaling pathway in pericytes, suggesting that pericytes regulate BBB integrity and function.
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