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Biphasic inflammatory response induced by intra-plantar injection of L-cysteine: Role of CBS-derived H2S and S1P/NO signaling - 12/10/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.115536 
Valentina Vellecco a, 1, Erika Esposito a, 1, Chiara Indolfi b, Anella Saviano a, Elisabetta Panza a, Mariarosaria Bucci a, Vincenzo Brancaleone c, Giuseppe Cirino a, Roberta d'Emmanuele di Villa Bianca a, , Raffaella Sorrentino a, 1, Emma Mitidieri a, 1
a Department of Pharmacy, School of Medicine and Surgery, University of Naples Federico II, 80131 Naples, Italy 
b Department of Molecular Medicine and Medical Biotechnology, School of Medicine and Surgery, University of Naples Federico II, 80131 Naples, Italy 
c Department of Science, University of Basilicata, Potenza, Italy 

Correspondence to: Department of Pharmacy, School of Medicine and Surgery, University of Naples Federico II, 78107, Italy.Department of Pharmacy, School of Medicine and Surgery, University of Naples Federico II78107Italy

Abstract

This study investigates the inflammatory response to intra-plantar injection of L-cysteine in a murine model. L-cysteine induces a two-phase response: an early phase lasting 6 h and a late phase peaking at 24 h and declining by 192 h. The early phase shows increased neutrophil accumulation at 2 h up to 24 h, followed by a reduction at 48 h. On the other hand, the late phase exhibits increased macrophage infiltration peaking at 96 h. Inhibition of cystathionine β-synthase (CBS), the first enzyme in the transsulfuration pathway, significantly reduces L-cysteine-induced edema, suggesting its dependence on CBS-derived hydrogen sulfide (H2S). Sequential formation of sphingosine-1-phosphate (S1P) preceding nitric oxide (NO) generation suggests the involvement of a CBS/S1P/NO axis in the inflammatory response. Inhibition of de novo sphingolipid biosynthesis, S1P1 receptor, and endothelial NO synthase (eNOS) attenuates L-cysteine-induced paw edema. These findings indicate a critical role of the CBS/H2S/S1P/NO signaling pathway in the development and maintenance of L-cysteine-induced inflammation. The co-presence of H2S and NO is necessary for inducing and sustaining the inflammatory response, as NaHS or L-arginine alone do not replicate the marked and prolonged inflammatory effect observed with L-cysteine. This study enhances our understanding of the complex molecular mechanisms of the interplay between NO and H2S pathways in inflammation and identifies potential therapeutic targets for inflammatory disorders.

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Graphical Abstract




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Highlights

L-cysteine induces biphasic paw edema in mice.
L-cysteine inflammatory response involves CBS/H2S/S1P/NO cascade.
The co-presence of H2S and NO is required for L-cysteine-induced edema.

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Abbreviations : 3-MST, AOAA, BMMs, CBS, CSE−/−, CSE, DPD, eNOS, FACS, FeCl3, FMO, H2S, L-NIO, NaHS, NO, NO2, NO3, PAG, S1P

Keywords : Cystathionine-β-synthase, Hydrogen sulfide, Inflammation, Nitric oxide, Sphingosine-1 phosphate, Mouse


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