Ginger attenuates acetylcholine-induced contraction and Ca2+ signalling in murine airway smooth muscle cells

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Abstract:

Asthma is a chronic disease characterized by inflammation and hypersensitivity of airway smooth muscle cells (ASMCs) to different spasmogens. The past decade has seen increased use of herbal treatments for many chronic illnesses. Ginger (Zingiber officinale) is a common food plant that has been used for centuries in treating respiratory illnesses. In this study, we report the effect of its 70% aqueous methanolic crude extract (Zo·Cr) on acetylcholine (ACh)-induced airway contraction and Ca2+ signalling in ASMCs using mouse lung slices. Airway contraction and Ca2+ signalling, recorded via confocal microscopy, were induced with ACh, either alone or after pretreatment of slices with Zo·Cr and (or) verapamil, a standard Ca2+ channel blocker. ACh (10 mol/L) stimulated airway contraction, seen as decreased airway diameter, and also stimulated Ca2+ transients (sharp rise in [Ca2+]i) and oscillations in ASMCs, seen as increased fluo-4-induced fluorescence intensity. When Zo·Cr (0.3-1.0 mg/mL) was given 30 min before ACh administration, the ACh-induced airway contraction and Ca2+ signalling were significantly reduced. Similarly, verapamil (1 mol/L) also inhibited agonist-induced airway contraction and Ca2+ signalling, indicating a similarity in the modes of action. When Zo·Cr (0.3 mg/mL) and verapamil (1 mol/L) were given together before ACh, the degree of inhibition was the same as that observed when each of these blockers was given alone, indicating absence of any additional inhibitory mechanism in the extract. In Ca2+-free solution, both Zo·Cr and verapamil, when given separately, inhibited Ca2+ (10 mmol/L)-induced increase in fluorescence and airway contraction. This shows that ginger inhibits airway contraction and associated Ca2+ signalling, possibly via blockade of plasma membrane Ca2+ channels, thus reiterating the effectiveness of this age-old herb in treating respiratory illnesses.

L’asthme est une maladie chronique caractérisée par l’inflammation et l’hypersensibilité des cellules musculaires lisses des voies aériennes (CMLVA) à divers spasmogènes. La dernière décennie a connu une augmentation des traitements de nombreuses maladies chroniques par les plantes médicinales. Le gingembre est une plante alimentaire courante qui est utilisée depuis des siècles dans le traitement des maladies respiratoires. Dans la présente étude, nous rendons compte de l’effet de son extrait méthanolique aqueux 70 % (Zo·Cr) sur la contraction et la signalisation calcique induites par l’acétylcholine (ACh) dans les CMLVA, en utilisant des tranches de poumon de souris. La contraction et la signalisation calcique, examinées par microscopie confocale, ont été induites avec de l’ACh, soit isolément ou après le traitement des tranches avec le Zo·Cr et (ou) du vérapamil, un bloqueur standard des canaux calciques. L’ACh (10 mol/L) a stimulé la contraction ainsi que les signaux calciques transitoires et oscillatoires dans les CMLVA, ce qui s’est manifesté par une diminution du diamètre des voies aériennes et une augmentation de l’intensité de la fluorescence induite par le fluo-4 respectivement. Lorsque l’administration de Zo·Cr (0,3-1,0 mg/mL) a précédé celle d’ACh de 30 min, la contraction et la signalisation calcique ont diminué de manière significative. Le vérapamil (1 mol/L) a aussi inhibé la contraction et la signalisation calcique induites par l’agoniste, ce qui indique une similarité dans les modes d’action. Lorsque le Zo·Cr (0,3 mg/mL) et le vérapamil (1 mol/L) ont été administrés ensemble avant l’administration de l’ACh, le degré d’inhibition a été similaire comparativement à ce qui s’est produit lorsque ces bloqueurs ont été administrés séparément, ce qui indique l’absence de tout mécanisme inhibiteur additionnel dans l’extrait. Dans une solution sans Ca2+, le Zo·Cr et le vérapamil, administrés séparément, ont inhibé l’augmentation induite par le Ca2+ (10 mmol/L) de la fluorescence et de la contraction des voies aériennes. Ces résultats montrent que le gingembre inhibe la contraction des voies aériennes et la signalisation calcique associée, probablement en bloquant les canaux calciques de la membrane plasmique, confirmant ainsi l’efficacité de cette plante traditionnelle dans le traitement des maladies respiratoires.

Document Type: Research Article

Publication date: May 1, 2008

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