The effect of resolvin D1 on lipopolysaccharide-induced blood-brain barrier disruption

Abstract

The blood-brain barrier (BBB), composed of brain capillary endothelial cells, is crucial for maintaining brain homeostasis. Sepsis is a life-threatening condition that complicates severe infection, and the resultant systemic inflammatory response of the body leads to damage in multiple organs including the brain. Resolvin D1 (RvD1), a lipid mediator derived from docosahexaenoic acid, has strong anti-inflammatory and antioxidant properties. This study aimed to investigate whether RvD1 alleviates BBB disruption caused by lipopolysaccharide (LPS)-induced inflammatory condition in an in vitro model of BBB. The bEnd.3 cell monolayers were treated with LPS (500 ng/mL) and/or RvD1 (80 ng/mL) for 24 hours. The BBB integrity was assessed by transendothelial electrical resistance (TEER) measurements and sodium fluorescein (NaFl) permeability assay. Immunofluorescence staining and western blot analyses were conducted to assess the alterations in the expression of BBB-associated proteins, claudin- 5, caveolin-1, and major facilitator superfamily domain containing 2a (Mfsd2a), and inflammatory mediators, nuclear factor-κB (NF-κB), and interleukin 1 beta (IL-1β). RvD1 significantly improved BBB integrity, as evidenced by increased TEER values and decreased permeability of NaFl tracer (p < 0.0001). RvD1 administration reversed LPS- induced upregulation of caveolin-1 and downregulation of claudin-5 and Mfsd2a expression (p < 0.01). Moreover, RvD1 treatment led to decreases in the LPS-induced elevated expression levels of NF-κB and IL-1β, with the differences reaching statistical significance for the latter inflammatory mediator (p < 0.05). In conclusion, RvD1 improves BBB disruption induced by LPS via preserving tight junction integrity, regulating endothelial transcytosis, and attenuating inflammatory signaling. These findings suggest that RvD1 may prove to be a potentially promising therapeutic option for protecting BBB homeostasis under inflammatory conditions such as sepsis.

Beyin kılcal endotel hücrelerinden oluşan kan-beyin bariyeri (KBB), beyin homeostazının korunmasında hayati bir rol oynar. Sepsis, ciddi enfeksiyonları karmaşıklaştıran ve vücudun sistemik inflamatuar yanıtı sonucunda beyin dâhil birçok organda hasara yol açabilen, yaşamı tehdit eden bir durumdur. Öte yandan, dokosaheksaenoik asitten türetilen bir lipid aracısı olan Rezolvin D1 (RvD1), güçlü anti- inflamatuar ve antioksidan özellikler göstermektedir. Bu çalışma, KBB'nin in vitro bir modelinde lipopolisakkarit (LPS) kaynaklı inflamasyonun neden olduğu bariyer bozulması üzerindeki RvD1 etkisini değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Tek katmanlı bEnd.3 endotel hücreleri, 24 saat boyunca LPS (500 ng/mL) ve/veya RvD1 (80 ng/mL) ile muamele edilmiştir. KBB bütünlüğü, transendotelyal elektriksel direnç (TEER) ölçümleri ve sodyum floresan (NaFl) geçirgenlik testi ile değerlendirilmiştir. Ayrıca, KBB ile ilişkili proteinler olan claudin-5, caveolin-1, Mfsd2a ve inflamatuar süreçlerde görev alan nükleer faktör-κB (NF-κB) ve interlökin 1beta (IL-1β) proteinlerinin ifade düzeyleri immünofloresan boyama ve western blot analizleri ile incelenmiştir. RvD1, TEER ölçümlerindeki artış ve NaFl analizindeki azalmış geçirgenlik sonuçlarıyla gösterildiği üzere KBB bütünlüğünü anlamlı düzeyde iyileştirmiştir (p < 0,0001). RvD1 uygulaması, LPS ile indüklenen azalmış Claudin-5 ekspresyonunu anlamlı şekilde artırmıştır (p < 0,0001). Ayrıca RvD1 tedavisi, LPS'nin neden olduğu caveolin-1 artışını ve Mfsd2a'daki azalmayı tersine çevirmiştir (p < 0,01). RvD1, LPS'nin tetiklediği NF- κB ve IL-1β protein ekspresyonlarını da anlamlı şekilde azaltmıştır (p < 0,01). Western blot analizleri, LPS ile muamele edilen bEnd.3 hücrelerinde azalan claudin-5 ekspresyonunun LPS + RvD1 grubunda anlamlı şekilde toparlandığını; LPS ile artan caveolin-1 düzeylerinin ise RvD1 tedavisiyle belirgin şekilde azaldığını göstermiştir (p < 0,05; p < 0,0001). NF-κB düzeylerinde ise RvD1 uygulamasıyla istatistiksel olarak anlamlı bir azalma saptanmamıştır. Ancak IL-1β seviyeleri, LPS grubunda önemli ölçüde artarken, RvD1 tedavisi bu artışı anlamlı ölçüde azaltmıştır (p < 0,01; p < 0,05). Sonuç olarak, RvD1, sıkı bağlantı bütünlüğünü koruyarak, endotel transitozunu düzenleyerek ve inflamatuar sinyallemeyi baskılayarak LPS'nin neden olduğu KBB bozulmasını iyileştirmektedir. Bu bulgular, RvD1'in sepsis gibi inflamatuar durumlarda KBB homeostazını korumaya yönelik potansiyel bir tedavi adayı olabileceğini göstermektedir.