Antioxidant and neuroprotective properties of trichilia catigua (catuaba) against ischemia-reperfusion and pro-oxidants agents in rat hippocampal slices

Abstract

Medicinal plants have been shown to have beneficial effects against oxidative stress-induced pathophysiology of various diseases including brain ischemia-reperfusion (I/R). Trichilia catigua, popularly known in Brazil as “catuaba”, is widely used as a neurostimulant and aphrodisiac. Infusions of the bark are popularly used in folk medicine against sexual weakness, exhaustion, insomnia, stress, memory and central nervous systems disabilities. However, the involvement of antioxidant ability of T. catigua in its pharmacological properties especially in the management of neurological-related diseases is scanty in the literature. In this context, the first part of this study investigated the potential antioxidant activity of T. catigua using chemical and biological models. As a result, we have demonstrated that ethanolic extract and different fractions from the stem bark of T. catigua scavenged the 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical, and inhibited the formation of thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) caused by Fe2+ in rat’s brain homogenates. However, ethanolic extract exhibited the highest antioxidant activity. In addition, ethanolic extract inhibited Ca2+-induced reactive oxygen/nitrogen species (ROS/RNS) generation and caused a decrease in the mitochondrial membrane potential (ΔΨm) only at high concentrations. On the basis of the aforementioned results, we hypothesized that ethanolic extract from T. catigua may at least, markedly reduce oxidative damage induced by in vitro I/R in rat hippocampal slices through attenuation of ROS/RNS production. Thus, the second part of this study investigated the protective effects of ethanolic extract of T. catigua against oxidative damage induced by I/R in rat hippocampal slices. T. catigua prevents hippocampal slices from the deleterious effects caused by I/R, by increasing mitochondrial viability, which was associated with decreased lactate dehydrogenase (LDH) leakage in the incubation medium; by decreasing DCFH oxidation in the medium, and increasing non-protein thiols (NPSH) content in slices homogenates. In contrast, T. catigua could not protect slices from I/R when it was added to the medium after ischemic insult, suggesting that it can only be used as preventive and not as curative agent against brain damage. Taking that alteration in learning and memory function are common consequences of a wide variety of toxic insults and disease states, the third part of this study was undertaken to determine whether T. catigua offered neuroprotection against oxidative stress induced by different pro-oxidants. Exposure of rat hippocampal slices for 1 h to hydrogen peroxide (H2O2), sodium nitroprusside (SNP) and 3-nitropropionic acid (3-NPA) decreased mitochondrial activity, increased ROS/RNS in the incubation medium and caused TBARS formation in rat hippocampal slices homogenates. These deleterious effects were significantly attenuated by pre-treatment of slices with ethanolic extract of T. catigua. Overall, our data showed that the use of T. catigua extract may be beneficial in preventing neurological disorders associated with oxidative stress, and that its beneficial effects seems to be related at least, in part, to its antioxidant activity, which can be attributed to its polyphenolic content.

Plantas medicinais apresentam efeitos benéficos contra a patofisiologia de várias doenças induzida pelo estresse oxidativo incluindo isquemia-reperfusão (I/R). Trichilia catigua, popularmente conhecida no Brasil como “catuaba”, é amplamente utilizada como um neuroestimulante e afrodisíaco. Infusões da casca são popularmente utilizadas na medicina popular contra debilidade sexual, cansaço, insônia, estresse e deficiências relacionadas à memória e sistema nervoso central. Porém, o envolvimento da atividade antioxidante de T. catigua em suas propriedades farmacológicas especialmente em relação ao sistema nervoso ainda é escasso na literatura. Sendo assim, a primeira parte deste estudo investigou o pontencial antioxidante de T. catigua usando modelos químicos e biológicos. Como resultado, foi demonstrado que o extrato etanólico e diferentes frações da casca de T. catigua eliminaram o radical 1,1-difenil-2-picrilhidrazila (DPPH), e inibiram a geração de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) causadas pelo Fe2+ em homogenatos dos cérebros de rato. O extrato etanólico apresentou a maior atividade antioxidante. Além disso, o extrato etanólico inibiu a produção de espécies reativas de oxigênio/nitrogênio (EROS/ERNS) induzidas pelo Ca2+ e diminuiu o potencial de membrana (ΔΨm) mitocondrial nas maiores concentrações. Com base nos resultados acima, nós hipotetizamos que o extrato etanólico de T. catigua pode, pelo menos, reduzir consideravelmente os danos oxidativos induzidos pela isquemia reperfusão (I/R) em fatias de hipocampo de rato através da atenuação da produção de EROS/ERNS. Baseado nisso, a segunda parte deste estudo investigou o efeito protetor do extrato etanólico de T. catigua contra os danos oxidativos induzidos por I/R em fatias de hipocampo de ratos. Como resultado foi demonstrado que T. catigua previniu os efeitos deletérios causados por I/R nas fatias de hipocampo, através do aumento da viabilidade mitocondrial, o qual foi associado com o decréscimo na liberação de lactato desidrogenase (LDH) no meio de incubação; pelo decréscimo da oxidação de DCFH no meio; e aumento do conteúdo de tióis não proteicos (NPSH) em fatias homogeneizadas. No entanto, T. catigua não foi capaz de proteger as fatias da I/R quando adicionadas ao meio após da injúria isquêmica, sendo assim, sugerindo que ela possa ser usada somente como preventiva e não como agente curativo frente ao dano cerebral. Uma vez que alterações de aprendizado e memória são consequências comuns a uma variedade de doenças e agressões tóxicas, a terceira parte deste estudo concentrou-se em determinar se T. catigua ofereceria neuroproteção contra o estresse oxidativo induzido por diferentes pro-oxidantes. Os resultados indicaram que a exposição de fatias de hipocampo de rato por 1h ao peróxido de hidrogênio (H2O2), nitroprussiato de sódio (NPS) e ácido 3-nitropropiônico (3-ANP) diminui a atividade mitocondrial; aumentou a geração de ROS/RNS no meio de incubação e causou a formação de TBARS nas fatias homogeneizadas. A diminuição destes efeitos deletérios foi significativa quando as fatias foram pré-tratadas com o extrato etanólico de T. catigua. Em conclusão, nossos resultados demonstraram que o uso do extrato de T. catigua pode ser benéfico na prevenção de desordens neurológicas associadas ao estresse oxidativo, e que seus efeitos benéficos parecem estar associados, pelo menos em parte, a sua atividade antioxidante, que, por sua vez, podem ser atribuídas ao conteúdo polifenólico da planta.