Methylophiopogonanone A Inhibits LPS/ATP-Induced Macrophage Pyroptosis via ROS/NLRP3 Pathway

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

As a byproduct of mitochondrial respiration or metabolism, reactive oxygen species (ROS) can act as a signaling molecule to activate NLR family pyrin domain containing 3 (NLRP3) inflammasome, thereby triggering immune response. NLRP3 inflammasome acts as a sensor of various danger signals and is central to the control of pyroptosis occurrence. Macrophage pyroptosis is closely related to atherosclerosis, arthritis, pulmonary fibrosis and other inflammatory diseases. Methylophiopogonanone A (MO-A) is a main homoisoflavonoid in Chinese herb Ophiopogonis Radix, which has antioxidant effect. However, it is not clear whether MO-A can alleviate macrophage pyroptosis by inhibiting oxidative stress. Here we have shown that MO-A increases the activities of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT), inhibits the production of ROS, reduces the activation of NLRP3 inflammasome and the release of lactate dehydrogenase (LDH), and inhibits pyroptosis in macrophages induced by lipopolysaccharides (LPS) and adenosine triphosphate (ATP). These effects can be reversed by the ROS promoter hydrogen peroxide (H2O2). Therefore, MO-A can inhibit macrophage pyroptosis through the ROS/NLRP3 pathway and may be considered as a candidate drug for the treatment of inflammatory diseases.

About the authors

H. B. Zeng

Jiangsu Key Laboratory for Pharmacology and Safety Evaluation of Chinese Materia Medica, School of Pharmacy,
Nanjing University of Chinese Medicine

Email: sfy003@njucm.edu.cn
China, Nanjing

J. Long

Jiangsu Key Laboratory for Pharmacology and Safety Evaluation of Chinese Materia Medica, School of Pharmacy,
Nanjing University of Chinese Medicine

Author for correspondence.
Email: longjun@njucm.edu.cn
China, Nanjing

J. Y. Xu

Jiangsu Key Laboratory for Pharmacology and Safety Evaluation of Chinese Materia Medica, School of Pharmacy,
Nanjing University of Chinese Medicine

Email: sfy003@njucm.edu.cn
China, Nanjing

R. Miao

Jiangsu Key Laboratory for Pharmacology and Safety Evaluation of Chinese Materia Medica, School of Pharmacy,
Nanjing University of Chinese Medicine

Email: sfy003@njucm.edu.cn
China, Nanjing

W. X. Weng

Jiangsu Key Laboratory for Pharmacology and Safety Evaluation of Chinese Materia Medica, School of Pharmacy,
Nanjing University of Chinese Medicine

Email: sfy003@njucm.edu.cn
China, Nanjing

X. M. Su

Jiangsu Key Laboratory for Pharmacology and Safety Evaluation of Chinese Materia Medica, School of Pharmacy,
Nanjing University of Chinese Medicine

Email: sfy003@njucm.edu.cn
China, Nanjing

W. Wang

Affiliated Hospital of Nanjing University of Chinese Medicine

Email: sfy003@njucm.edu.cn
China, Nanjing

D. P. Yuan

Jiangsu Key Laboratory for Pharmacology and Safety Evaluation of Chinese Materia Medica, School of Pharmacy,
Nanjing University of Chinese Medicine

Email: sfy003@njucm.edu.cn
China, Nanjing

L. H. Zhang

Jiangsu Key Laboratory for Pharmacology and Safety Evaluation of Chinese Materia Medica, School of Pharmacy,
Nanjing University of Chinese Medicine

Email: sfy003@njucm.edu.cn
China, Nanjing

Y. H. Song

Department of Cardiology, Nanjing Hospital of Chinese Medicine Affilicated to Nanjing University of Chinese Medicine

Author for correspondence.
Email: sfy003@njucm.edu.cn
China, Nanjing, Jiangsu

References

  1. Cookson B.T., Brennan M.A. (2001) Pro-inflammatory programmed cell death. Trends Microbiol. 9(3), 113‒114.
  2. Kovacs S.B., Miao E.A. (2017) Gasdermins: effectors of pyroptosis. Trends Cell Biol. 27(9), 673‒684.
  3. Shi J.J., Gao W.Q., Shao F. (2017) Pyroptosis: gasdermin-mediated programmed necrotic cell death. Trends Biochem. Sci. 42(4), 245‒254.
  4. Takeuchi O., Akira S. (2010) Pattern recognition receptors and inflammation. Cell. 140(6), 805‒820.
  5. Franchi L., Muñoz-Planillo R., Núñez G. (2012) Sensing and reacting to microbes through the inflammasomes. Nat. Immunol. 13(4), 325‒332.
  6. Liu X., Zhang Z.B., Ruan J.B., Pan Y., Magupalli V.G., Wu H., Lieberman J. (2016) Inflammasome-activated gasdermin D causes pyroptosis by forming membrane pores. Nature. 535(7610), 153‒158.
  7. Miao E.A., Leaf I.A., Treuting P.M., Mao D.P., Dors M., Sarkar A., Warren S.E., Wewers M.D., Aderem A. (2010) Caspase-1-induced pyroptosis is an innate immune effector mechanism against intracellular bacteria. Nat. Immunol. 11(12), 1136‒1142.
  8. Lin X.B., Wang H., An X.F., Zhang J., Kuang J., Hou J., Yan M. (2021) Baeckein E suppressed NLRP3 inflammasome activation through inhibiting both the priming and assembly procedure: implications for gout therapy. Phytomedicine. 84, 153521.
  9. Zou Y., Luo X., Feng Y., Fang S., Tian J., Yu B., Li J. (2021) Luteolin prevents THP-1 macrophage pyroptosis by suppressing ROS production via Nrf2 activation. Chem. Biol. Interact. 345, 109573.
  10. Lin M.B., Sun W., Gong W., Zhou Z., Ding Y., Hou Q. (2015) Methylophiopogonanone A protects against cerebral ischemia/reperfusion injury and attenuates blood-brain barrier disruption in vitro. PLoS One. 10(4), e124558.
  11. He F., Xu B.L., Chen C., Jia H.J., Wu J.X., Wang X.C., Sheng J.L., Huang L., Cheng J. (2016) Methylophiopogonanone A suppresses ischemia/reperfusion-induced myocardial apoptosis in mice via activating PI3K/Akt/eNOS signaling pathway. Acta Pharmacol. Sin. 37(6), 763‒771.
  12. Li Z., Wu Y.Y., Yu B.X. (2020) Methylophiopogonanone A, an Ophiopogon homoisoflavonoid, alleviates high-fat diet-induced hyperlipidemia: assessment of its potential mechanism. Braz. J. Med. Biol. Res. 53(3), e9201.
  13. Qiu Z., He Y.H., Ming H., Lei S., Leng Y., Xia Z.Y. (2019) Lipopolysaccharide (LPS) aggravates high glucose- and hypoxia/reoxygenation-induced injury through activating ROS-dependent NLRP3 inflammasome-mediated pyroptosis in H9C2 cardiomyocytes. J. Diabetes Res. 2019, 8151836.
  14. Wree A., Eguchi A., McGeough M.D., Pena C.A., Johnson C.D., Canbay A., Hoffman H.M., Feldstein A.E. (2014) NLRP3 inflammasome activation results in hepatocyte pyroptosis, liver inflammation, and fibrosis in mice. Hepatology. 59(3), 898‒910.
  15. Zheng M., Kanneganti T.D. (2020) The regulation of the ZBP1-NLRP3 inflammasome and its implications in pyroptosis, apoptosis, and necroptosis (PANoptosis). Immunol. Rev. 297(1), 26‒38.
  16. Xie Q., Shen W.W., Zhong J., Huang C., Zhang L., Li J. (2014) Lipopolysaccharide/adenosine triphosphate induces IL-1β and IL-18 secretion through the NLRP3 inflammasome in RAW264.7 murine macrophage cells. Int. J. Mol. Med. 34(1), 341‒349.
  17. Zhang W.B., Tao A., Lan T., Cepinskas G., Kao R., Martin C.M., Rui T. (2017) Carbon monoxide releasing molecule-3 improves myocardial function in mice with sepsis by inhibiting NLRP3 inflammasome activation in cardiac fibroblasts. Basic Res. Cardiol. 112(2), 16.
  18. Fernandes-Alnemri T., Wu J., Yu J.W., Datta. P, Miller B., Jankowski W., Rosenberg S., Zhang J., Alnemri E.S. (2007) The pyroptosome: a supramolecular assembly of ASC dimers mediating inflammatory cell death via caspase-1 activation. Cell Death Differ. 14(9), 1590‒1604.
  19. Liu X., Zhang X., Ding Y., Zhou W., Tao L., Lu P., Wang Y., Hu R. (2017) Nuclear factor E2-related factor-2 negatively regulates NLRP3 inflammasome activity by inhibiting reactive oxygen species-induced NLRP3 priming. Antioxid. Redox Signal. 26(1), 28‒43.
  20. Lei F.Y., Weckerle C., Heinrich M. (2021) Liriopogons (Genera Ophiopogon and Liriope, Asparagaceae): a critical review of the phytochemical and pharmacological research. Front. Pharmacol. 12, 769929.
  21. Lin Y., Zhu D., Qi J., Qin M., Yu B. (2010) Characterization of homoisoflavonoids in different cultivation regions of Ophiopogon japonicus and related antioxidant activity. J. Pharm. Biomed. Anal. 52(5), 757‒762.
  22. Han X.J., Xu T.S., Fang Q.J., Zhang H., Yue L., Hu G., Sun L. (2021) Quercetin hinders microglial activation to alleviate neurotoxicity via the interplay between NLRP3 inflammasome and mitophagy. Redox Biol. 44, 102010.
  23. Burdette B.E., Esparza A.N., Zhu H., Wang S. (2021) Gasdermin D in pyroptosis. Acta Pharm. Sin. B. 11(9), 2768‒2782.
  24. Orning P., Lien E., Fitzgerald K.A. (2019) Gasdermins and their role in immunity and inflammation. J. Exp. Med. 216(11), 2453‒2465.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 H.B. Zeng, L.H. Zhang, D.P. Yuan, W. Wang, X.M. Su, W.X. Weng, R. Miao, J.Y. Xu, J. Long, Y.H. Song

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».