Acute Cadmium exposure induces Interleukin-6 expression and secretion through ERK1/2 and NF-KB Pathways in human astrocytes

Abstract

Chronic exposure to cadmium is associated with neurological disorders such as learning disability, memory deficit and glioma. Cadmium is absorbed via ingestion and inhalation and accumulated in kidneys, liver, lungs and brain. Astrocytes play an important role in the defense against toxicants and inflammatory response. The direct toxicity of cadmium by oxidative stress has been reported in astrocytes and neurons. In peripheral tissues, cadmium promotes the secretion of inflammatory mediators, resulting in tissue injury. Up-regulation of proinflammatory cytokines such as TNF-a, IL-1b and IL-6 has been linked to the development of brain cancer and neurodegenerative diseases. Herein, effects of non-toxic concentrations of cadmium chloride (CdCl2) on inflammatory response in U-87 MG human astrocytoma cells (U-87 MG) and underlying mechanisms were investigated. Intracellular cadmium concentrations significantly increased after exposure to 1 and 10 μM CdCl2 for 6 and 24 hours compared with untreated cells. Median toxic concentrations of CdCl2 for U-87 MG were 56.24±1.16 and 20.65±1.12 μM at 6 and 24 hours, respectively. CdCl2 at 1 and 10 μM promoted IL-1b and IL-6 mRNA expression at 3 and 6 hours postexposure, while TNF-a mRNA was only increased after treatment with 10 μM CdCl2 at 3 hours post-exposure. CdCl2 at these concentrations increased phosphorylation of ERK1/2 and p65 NF-kB at 15 and 30 minutes after cadmium treatment, respectively, as well as promoted IL-6 secretion from U-87 MG at 6 and 24 hours post-exposure to cadmium. Cadmium-induced IL-6 was suppressed by ERK1/2 and NF-kB inhibitors, indicating that ERK and NF-kB pathways play a role in cadmium-induced IL-6 production in human astrocytes. Therefore, inhibition of these pathways might be useful for preventing neuroinflammation and glioma progression induced by cadmium

การสัมผัสสารเเคดเมียมเป็นระยะเวลานานส่งผลให้เกิดความผิดปกติต่อระบบประสาท แคดเมียมสามารถเข้าสู่ร่างกายผ่านการดูดซึมผ่านการกินเข้าสู่ระบบทางเดินอาหารหรือการหายใจเข้าสู่ระบบ ทางเดินหายใจ แล้วไปสะสมในไต ตับ ปอด และสมอง เซลล์เเอสโทรไซต์มีบทบาทสำคัญต่อการป้องกันการตายของเซลล์ประสาทเมื่อได้รับสารพิษ มีการศึกษาว่าการเกิดพิษจากเเคดเมียมในเซลล์แอสโทรไซต์และเซลล์ประสาทเกิดจากอนุมูลอิสระ ในเนื้อเยื่อนอกสมองแคดเมียมกระตุ้นการสร้างเเละปลดปล่อยสาร ที่ก่อให้เกิดการอักเสบ ส่งผลให้เกิดการบาดเจ็บของเนื้อเยื่อ การเพิ่มขึ้นของไซโตไคน์ที่ก่อให้เกิดการอักเสบ เช่น TNF-a, IL-1b และ IL-6 มีความสัมพันธ์กับการพัฒนาของมะเร็งสมองเเละโรคสมองเสื่อม งานวิจัยนี้ศึกษาผลของเเคดเมียมคลอไรด์ในระดับที่ไม่เป็นพิษต่อเซลล์ที่มีต่อการสร้างสารที่ก่อให้เกิดการอักเสบเเละกลไกในเซลล์เอสโทรไซต ์ U-87 MG ความเข้มข้นของเเคดเมียมภายในเซลล์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญหลังจากการกระตุ้นด้วยเเคดเมียมคลอไรด์ 1 เเละ 10 μM เป็นระยะเวลา 6 เเละ 24 ชั่วโมง ค่ามัธยฐานของความเป็นพิษของแคดเมียมต่อ U-87 MG เป็น 56.24±1.16 และ 20.65±1.12 μM ที่เวลา 6 และ 24 ชั่วโมง ตามลำดับ เเคดเมียมคลอไรด์ที่ 1 เเละ 10 μM เพิ่มการเเสดงออกของยีน IL-1b เเละ IL-6 ที่ 3 เเละ 6 ชั่วโมง ในขณะที่การเเสดงออกของยีน TNF-a เพิ่มขึ้นหลังจากการกระตุ้นด้วยเเคดเมียมคลอไรด์10 μM ที่ 3 ชั่วโมงเท่านั้น เเคดเมียมคลอไรด์ที่ความเข้มข้นนี้สามารถกระตุ้นการเติมหมู่ฟอสเฟตของ ERK1/2 และ p65 NF-kB ที่เวลา 15 เเละ 30 นาทีหลังจากการกระตุ้นด้วยเเคดเมียมตามลำดับ รวมทั้งกระตุ้นการหลั่ง IL-6 จาก U-87 MG ที่ 6 และ 24 ชั่วโมงหลังจากการกระตุ้นด้วยเเคดเมียม การเเสดงออกของยีนเเละการหลั่ง ที่เพิ่มขึ้นของ IL-6 สามารถยับยั้งด้วยตัวยับยั้งจำเพาะของ ERK1/2 และ NF-kB ผลการศึกษาครั้งนี้บ่งชี้ว่า การยับยั้ง ERK1/2 และ NF-kB อาจช่วยป้องกันการอักเสบของสมองเเละการพัฒนาของมะเร็งสมองที่เกิดจากการกระตุ้นจากพิษของแคดเมียม