Enhancement of brain endothelial dysfunction by co-exposure to mono (2-ethylhexyl)-phthalate and methylglyoxal, a diabetic byproduct

Abstract

Disruption of the blood-brain barrier (BBB) integrity is strongly associated with the exacerbation of cardiovascular and neurological diseases. Environmental toxicants such as phthalates, commonly used plasticizers in consumer products and food containers, can be continuously exposed to BBB through the systemic circulation. While the health effects of phthalates have been extensively studied, the effects of phthalates and their metabolites on BBB function remain to be elucidated, especially in susceptible conditions such as diabetes. In this study, we investigated the impairment of the barrier function in brain endothelial cells following co-exposure to phthalates and methylglyoxal (MG), which is found to be significantly increased in patients with diabetes as a by-product of excessive glycolysis. We investigated whether di(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) and its metabolite, mono(2-ethylhexyl) phthalate (MEHP), affect brain endothelial cells (bEND.3), the main components of BBB. Cell viability and barrier function were measured using the MTT assay and trans-endothelial electrical resistance (TEER; measures tight junction integrity assay), respectively. MEHP and MG significantly disrupted the functional integrity of the BBB. Total reactive oxygen species (ROS) and mitochondrial damage were examined by DCF-DA and MitoSOX, indicating oxidative stress induction. Alterations in tight junction proteins or mitochondrial membrane potential were observed using confocal microscopy and flow cytometry. Our results revealed that co-exposure of phthalate and endogenous diabetic metabolite impair barrier function in brain endothelial damage, suggesting that phthalate may contribute to cerebrovascular and neurological complications in a susceptible condition such as diabetes.

Keyword: Methylglyoxal, Phthalates, phthalate metabolite, diabetes, brain endothelial cell |혈액-뇌 장벽 (BBB) 의 붕괴는 심혈관 및 신경 질환의 악화와 밀접한 관련이 있습니다. 소비자 제품 및 식품 용기에 일반적으로 사용되는 가소제인 프탈레이트와 같은 환경 독성 물질은 전신 순환을 통해 BBB 에 지속적으로 노출 될 수 있습니다. 프탈레이트가 건강에 미치는 영향이 광범위하게 연구되었지만, 특히 당뇨병과 같은 취약한 상태에서 프탈레이트와 그 대사 산물이 BBB 기능에 미치는 영향은 아직 밝혀지지 않았습니다. 이 연구에서는 과도한 해당 과정의 부산물로 당뇨병 환자에게서 현저하게 증가하는 것으로 밝혀진 메틸글리옥살 (MG) 과 프탈레이트 에 동시 노출 후 뇌 내피 세포의 장벽 기능 손상을 조사했습니다. 우리는 프탈레이트 (DEHP)와 그 대사 산물인 모노 프탈레이트 (MEHP)가 BBB의 주성분 인 뇌 내피 세포 (bEND.3)에 영향을 미치는지 조사했습니다. 세포 생존력 및 장벽 기능은 각각 MTT 분석 및 TEER 을 사용하여 측정되었습니다. MEHP 와 MG 는 BBB 장벽 유지에 크게 영향을 미쳤습니다. 활성 산소 종 (ROS)와 미토콘드리아 손상은 DCF-DA 와 MitoSOX 에 의해 조사되어 산화 스트레스 유도를 나타냈습니다. 밀착 접합 단백질 (TJs) 또는 미토콘드리아 막 전위의 변화는 공초점 현미경 및 유세포 분석을 사용하여 관찰되었습니다. 우리의 결과는 프탈레이트와 내인성 당뇨병 대사 산물의 공동 노출이 뇌 내피 손상에서 장벽 기능을 손상시키는 것으로 나타났습니다. 프탈레이트는 당뇨병과 같은 민감군에게 뇌 혈관 및 신경 합병증에 기여할 수 있음을 시사합니다.