Evaluation of the in vitro anti-inflammatory activity of flavonoid derivatives

Background: The inflammatory response is important for the defense of the host against infections and injury, but it can be harmful as it contributes to the pathophysiology of many chronic diseases. Flavonoids, a class of natural compounds belonging to polyphenols, are intensively studied for their anti-inflammatory potential and could be used as adjuvants of synthetic anti-inflammatory drugs. Hypothesis/Purpose: In this study, we evaluated the in vitro antioxidant and antiinflammatory activities of three flavonoid derivatives and their potential mechanisms of action. Study design and methods: The bioactivity of the flavonoid derivatives 1, 1a and 1b was determined in in vitro models, by using the THP-1 cell line. The cytotoxicity of the compounds was tested with the 3-(4, 5-dimethylthiazolyl-2)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay. Anti-inflammatory activity was evaluated in THP-1 macrophages stimulated with lipopolysaccharide, by using an ELISA assay to measure the production of pro-inflammatory cytokines (tumor necrosis factor- α and interleukin-1β). The levels of expression of cyclooxygenase 2 (COX-2), nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), heme-oxygenase-1 (HO-1) and β-actin were determined by Western blot assay. Results: The MTT assay permitted the selection of the nontoxic concentrations of the compounds for the other assays. In the ABTS test, compound 1 showed a low antioxidant activity, while compounds 1a and 1b did not show scavenger activity at the tested concentrations. In the ELISA assay, all the flavonoid derivatives, especially compound 1, revealed potential anti-inflammatory activity, by reducing levels of pro-inflammatory cytokines TNF-α and IL-1β. Indeed, Western Blot analysis showed that compound 1 decreased COX-2 expression and up-regulated Nrf2 and HO-1 expression. Conclusions: The preliminary results obtained from this study are promising, as they indicate the potential anti-inflammatory activity of these flavonoid derivatives, and they provide useful information for the future application of flavonoids as anti-inflammatory drugs.

Introduzione: La risposta infiammatoria è importante per la difesa dell’ospite contro infezioni e lesioni, ma può essere dannosa in quanto contribuisce alla fisiopatologia di numerose malattie croniche. I flavonoidi, una classe di composti naturali appartenente ai polifenoli, sono intensamente studiati per il loro potenziale antiinfiammatorio, e potrebbero essere utilizzati come adiuvanti dei farmaci antinfiammatori di sintesi. Obiettivi: In questo studio abbiamo valutato in vitro l’attività antiossidante e antiinfiammatoria di tre derivati flavonoidici e i loro potenziali meccanismi d’azione. Materiali e metodi: L’attività biologica dei derivati flavonoidici 1,1a e 1b è stata determinata in modelli in vitro, utilizzando la linea cellulare THP-1. La citotossicità dei composti è stata testata con il saggio del 3-(4, 5-dimetiltiazolil-2)-2,5-difeniltetrazolio bromuro (MTT). L’attività antinfiammatoria è stata valutata in macrofagi THP-1 stimolati con lipopolisaccaride, utilizzando il metodo ELISA per misurare la produzione di citochine proinfiammatorie (fattore di necrosi tumorale- α e intereluchina-1β). I livelli di espressione di ciclossigenasi 2 (COX-2), fattore di trascrizione nucleare eritroide-2 (Nrf2), emeossigenasi1 (HO-1) e β-actina sono stati determinati tramite Western blot. Risultati: Il test dell’MTT ha permesso di selezionare le concentrazioni non tossiche dei composti, le quali sono state poi utilizzate per i successivi saggi. Nel saggio dell’ABTS, il composto 1 ha dimostrato una bassa attività antiossidante, mentre i composti 1a e 1b non hanno mostrato attività scavenger alle concentrazioni testate. Nel test ELISA tutti i derivati flavonoidici, specialmente il composto 1, hanno rivelato una potenziale attività antinfiammatoria, riducendo i livelli di citochine pro-infiammatorie TNF-α and IL-1β. Inoltre, tramite Western blot il composto 1 ha dimostrato di ridurre l’espressione della COX2 e di aumentare l’espressione di Nrf2 e HO-1. Conclusioni: I risultati preliminari ottenuti da questo studio sono promettenti in quanto suggeriscono una potenziale attività antiinfiammatoria di queste derivati flavonoidici, e forniscono utili informazioni e spunti per l’impiego dei flavonoidi come adiuvanti di farmaci antiinfiammatori.