Alzheimer's disease (AD) involves amyloid β (Aβ) accumulation, oxidative damage, and inflammation, and risk is reduced with increased antioxidant and anti-inflammatory consumption. The phenolic yellow curry pigment curcumin has potent anti-inflammatory and antioxidant activities and can suppress oxidative damage, inflammation, cognitive deficits, and amyloid accumulation. Since the molecular structure of curcumin suggested potential Aβ binding, we investigated whether its efficacy in AD models could be explained by effects on Aβ aggregation. Under aggregating conditions in vitro, curcumin inhibited aggregation (IC₅₀ = 0.8 μm) as well as disaggregated fibrillar Aβ40 (IC₅₀ = 1 μm), indicating favorable stoichiometry for inhibition. Curcumin was a better Aβ40 aggregation inhibitor than ibuprofen and naproxen, and prevented Aβ42 oligomer formation and toxicity between 0.1 and 1.0 μm. Under EM, curcumin decreased dose dependently Aβ fibril formation beginning with 0.125 μm. The effects of curcumin did not depend on Aβ sequence but on fibril-related conformation. AD and Tg2576 mice brain sections incubated with curcumin revealed preferential labeling of amyloid plaques. In vivo studies showed that curcumin injected peripherally into aged Tg mice crossed the blood-brain barrier and bound plaques. When fed to aged Tg2576 mice with advanced amyloid accumulation, curcumin labeled plaques and reduced amyloid levels and plaque burden. Hence, curcumin directly binds small β-amyloid species to block aggregation and fibril formation in vitro and in vivo. These data suggest that low dose curcumin effectively disaggregates Aβ as well as prevents fibril and oligomer formation, supporting the rationale for curcumin use in clinical trials preventing or treating AD.

Inflammation in Alzheimer9s disease (AD) patients is characterized by increased cytokines and activated microglia. Epidemiological studies suggest reduced AD risk associates with long-term use of nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs). Whereas chronic ibuprofen suppressed inflammation and plaque-related pathology in an Alzheimer transgenic APPSw mouse model (Tg2576), excessive use of NSAIDs targeting cyclooxygenase I can cause gastrointestinal, liver, and renal toxicity. One alternative NSAID is curcumin, derived from the curry spice turmeric. Curcumin has an extensive history as a food additive and herbal medicine in India and is also a potent polyphenolic antioxidant. To evaluate whether it could affect Alzheimer-like pathology in the APPSw mice, we tested a low (160 ppm) and a high dose of dietary curcumin (5000 ppm) on inflammation, oxidative damage, and plaque pathology. Low and high doses of curcumin significantly lowered oxidized proteins and interleukin-1β, a proinflammatory cytokine elevated in the brains of these mice. With low-dose but not high-dose curcumin treatment, the astrocytic marker GFAP was reduced, and insoluble β-amyloid (Aβ), soluble Aβ, and plaque burden were significantly decreased by 43–50%. However, levels of amyloid precursor (APP) in the membrane fraction were not reduced. Microgliosis was also suppressed in neuronal layers but not adjacent to plaques. In view of its efficacy and apparent low toxicity, this Indian spice component shows promise for the prevention of Alzheimer9s disease.

The brain in Alzheimer's disease (AD) shows a chronic inflammatory response characterized by activated glial cells and increased expression of cytokines and complement factors surrounding amyloid deposits. Several epidemiological studies have demonstrated a reduced risk for AD in patients using nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs), prompting further inquiries about how NSAIDs might influence the development of AD pathology and inflammation in the CNS. We tested the impact of chronic orally administered ibuprofen, the most commonly used NSAID, in a transgenic model of AD displaying widespread microglial activation, age-related amyloid deposits, and dystrophic neurites. These mice were created by overexpressing a variant of the amyloid precursor protein found in familial AD. Transgene-positive (Tg+) and negative (Tg−) mice began receiving chow containing 375 ppm ibuprofen at 10 months of age, when amyloid plaques first appear, and were fed continuously for 6 months. This treatment produced significant reductions in final interleukin-1β and glial fibrillary acidic protein levels, as well as a significant diminution in the ultimate number and total area of β-amyloid deposits. Reductions in amyloid deposition were supported by ELISA measurements showing significantly decreased SDS-insoluble Aβ. Ibuprofen also decreased the numbers of ubiquitin-labeled dystrophic neurites and the percentage area per plaque of anti-phosphotyrosine-labeled microglia. Thus, the anti-inflammatory drug ibuprofen, which has been associated with reduced AD risk in human epidemiological studies, can significantly delay some forms of AD pathology, including amyloid deposition, when administered early in the disease course of a transgenic mouse model of AD.

Learning and memory depend on dendritic spine actin assembly and docosahexaenoic acid (DHA), an essential n-3 (omega-3) polyunsaturated fatty acid (PFA). High DHA consumption is associated with reduced Alzheimer's disease (AD) risk, yet mechanisms and therapeutic potential remain elusive. Here, we report that reduction of dietary n-3 PFA in an AD mouse model resulted in 80%-90% losses of the p85alpha subunit of phosphatidylinositol 3-kinase and the postsynaptic actin-regulating protein drebrin, as in AD brain. The loss of postsynaptic proteins was associated with increased oxidation, without concomitant neuron or presynaptic protein loss. n-3 PFA depletion increased caspase-cleaved actin, which was localized in dendrites ultrastructurally. Treatment of n-3 PFA-restricted mice with DHA protected against these effects and behavioral deficits and increased antiapoptotic BAD phosphorylation. Since n-3 PFAs are essential for p85-mediated CNS insulin signaling and selective protection of postsynaptic proteins, these findings have implications for neurodegenerative diseases where synaptic loss is critical, especially AD.

Epidemiological studies suggest that increased intake of the omega-3 (n-3) polyunsaturated fatty acid (PUFA) docosahexaenoic acid (DHA) is associated with reduced risk of Alzheimer's disease (AD). DHA levels are lower in serum and brains of AD patients, which could result from low dietary intake and/or PUFA oxidation. Because effects of DHA on Alzheimer pathogenesis, particularly on amyloidosis, are unknown, we used the APPsw (Tg2576) transgenic mouse model to evaluate the impact of dietary DHA on amyloid precursor protein (APP) processing and amyloid burden. Aged animals (17-19 months old) were placed in one of three groups until 22.5 months of age: control (0.09% DHA), low-DHA (0%), or high-DHA (0.6%) chow. β-Amyloid (Aβ) ELISA of the detergent-insoluble extract of cortical homogenates showed that DHA-enriched diets significantly reduced total Aβ by >70% when compared with low-DHA or control chow diets. Dietary DHA also decreased Aβ42 levels below those seen with control chow. Image analysis of brain sections with an antibody against Aβ (amino acids 1-13) revealed that overall plaque burden was significantly reduced by 40.3%, with the largest reductions (40-50%) in the hippocampus and parietal cortex. DHA modulated APP processing by decreasing both α- and β-APP C-terminal fragment products and full-length APP. BACE1 (β-secretase activity of the β-site APP-cleaving enzyme), ApoE (apolipoprotein E), and transthyretin gene expression were unchanged with the high-DHA diet. Together, these results suggest that dietary DHA could be protective against β-amyloid production, accumulation, and potential downstream toxicity.

Curcumin can reduce inflammation and neurodegeneration, but its chemical instability and metabolism raise concerns, including whether the more stable metabolite tetrahydrocurcumin (TC) may mediate efficacy. We examined the antioxidant, anti-inflammatory, or anti-amyloidogenic effects of dietary curcumin and TC, either administered chronically to aged Tg2576 APPsw mice or acutely to lipopolysaccharide (LPS)-injected wild-type mice. Despite dramatically higher drug plasma levels after TC compared with curcumin gavage, resulting brain levels of parent compounds were similar, correlating with reduction in LPS-stimulated inducible nitric-oxide synthase, nitrotyrosine, F2 isoprostanes, and carbonyls. In both the acute (LPS) and chronic inflammation (Tg2576), TC and curcumin similarly reduced interleukin-1beta. Despite these similarities, only curcumin was effective in reducing amyloid plaque burden, insoluble beta-amyloid peptide (Abeta), and carbonyls. TC had no impact on plaques or insoluble Abeta, but both reduced Tris-buffered saline-soluble Abeta and phospho-c-Jun NH(2)-terminal kinase (JNK). Curcumin but not TC prevented Abeta aggregation. The TC metabolite was detected in brain and plasma from mice chronically fed the parent compound. These data indicate that the dienone bridge present in curcumin, but not in TC, is necessary to reduce plaque deposition and protein oxidation in an Alzheimer's model. Nevertheless, TC did reduce neuroinflammation and soluble Abeta, effects that may be attributable to limiting JNK-mediated transcription. Because of its favorable safety profile and the involvement of misfolded proteins, oxidative damage, and inflammation in multiple chronic degenerative diseases, these data relating curcumin dosing to the blood and tissue levels required for efficacy should help translation efforts from multiple successful preclinical models.

Both oxidative damage and inflammation have been implicated in age-related neurodegenerative diseases including Alzheimer's Disease (AD). The yellow curry spice, curcumin, has both antioxidant and anti-inflammatory activities which confer significant protection against neurotoxic and genotoxic agents. We used 22 month Sprague-Dawley (SD) rats to compare the effects of the conventional NSAID, ibuprofen, and curcumin for their ability to protect against amyloid beta-protein (Abeta)-induced damage. Lipoprotein carrier-mediated, intracerebroventricular infusion of Abeta peptides induced oxidative damage, synaptophysin loss, a microglial response and widespread Abeta deposits. Dietary curcumin (2000 ppm), but not ibuprofen, suppressed oxidative damage (isoprostane levels) and synaptophysin loss. Both ibuprofen and curcumin reduced microgliosis in cortical layers, but curcumin increased microglial labeling within and adjacent to Abeta-ir deposits. In a second group of middle-aged female SD rats, 500 ppm dietary curcumin prevented Abeta-infusion induced spatial memory deficits in the Morris Water Maze and post-synaptic density (PSD)-95 loss and reduced Abeta deposits. Because of its low side-effect profile and long history of safe use, curcumin may find clinical application for AD prevention.

Both insulin resistance (type II diabetes) and β-amyloid (Aβ) oligomers are implicated in Alzheimer9s disease (AD). Here, we investigate the role of Aβ oligomer-induced c-Jun N-terminal kinase (JNK) activation leading to phosphorylation and degradation of the adaptor protein insulin receptor substrate-1 (IRS-1). IRS-1 couples insulin and other trophic factor receptors to downstream kinases and neuroprotective signaling. Increased phospho-IRS-1 is found in AD brain and insulin-resistant tissues from diabetics. Here, we report Aβ oligomers significantly increased active JNK and phosphorylation of IRS-1 (Ser616) and tau (Ser422) in cultured hippocampal neurons, whereas JNK inhibition blocked these responses. The omega-3 fatty acid docosahexaenoic acid (DHA) similarly inhibited JNK and the phosphorylation of IRS-1 and tau in cultured hippocampal neurons. Feeding 3xTg-AD transgenic mice a diet high in saturated and omega-6 fat increased active JNK and phosphorylated IRS-1 and tau. Treatment of the 3xTg-AD mice on high-fat diet with fish oil or curcumin or a combination of both for 4 months reduced phosphorylated JNK, IRS-1, and tau and prevented the degradation of total IRS-1. This was accompanied by improvement in Y-maze performance. Mice fed with fish oil and curcumin for 1 month had more significant effects on Y-maze, and the combination showed more significant inhibition of JNK, IRS-1, and tau phosphorylation. These data indicate JNK mediates Aβ oligomer inactivation of IRS-1 and phospho-tau pathology and that dietary treatment with fish oil/DHA, curcumin, or a combination of both has the potential to improve insulin/trophic signaling and cognitive deficits in AD.

Curcumin is a polyphenolic compound derived from the plant Curcuma Long Lin that has been demonstrated to have antioxidant and anti-inflammatory effects as well as effects on reducing beta-amyloid aggregation. It reduces pathology in transgenic models of Alzheimer's disease (AD) and is a promising candidate for treating human AD. The purpose of the current study is to generate tolerability and preliminary clinical and biomarker efficacy data on curcumin in persons with AD.We performed a 24-week randomized, double blind, placebo-controlled study of Curcumin C3 Complex(®) with an open-label extension to 48 weeks. Thirty-six persons with mild-to-moderate AD were randomized to receive placebo, 2 grams/day, or 4 grams/day of oral curcumin for 24 weeks. For weeks 24 through 48, subjects that were receiving curcumin continued with the same dose, while subjects previously receiving placebo were randomized in a 1:1 ratio to 2 grams/day or 4 grams/day. The primary outcome measures were incidence of adverse events, changes in clinical laboratory tests and the Alzheimer's Disease Assessment Scale - Cognitive Subscale (ADAS-Cog) at 24 weeks in those completing the study. Secondary outcome measures included the Neuropsychiatric Inventory (NPI), the Alzheimer's Disease Cooperative Study - Activities of Daily Living (ADCS-ADL) scale, levels of Aβ1-40 and Aβ1-42 in plasma and levels of Aβ1-42, t-tau, p-tau181 and F2-isoprostanes in cerebrospinal fluid. Plasma levels of curcumin and its metabolites up to four hours after drug administration were also measured.Mean age of completers (n = 30) was 73.5 years and mean Mini-Mental Status Examination (MMSE) score was 22.5. One subject withdrew in the placebo (8%, worsened memory) and 5/24 subjects withdrew in the curcumin group (21%, 3 due to gastrointestinal symptoms). Curcumin C3 Complex(®) was associated with lowered hematocrit and increased glucose levels that were clinically insignificant. There were no differences between treatment groups in clinical or biomarker efficacy measures. The levels of native curcumin measured in plasma were low (7.32 ng/mL).Curcumin was generally well-tolerated although three subjects on curcumin withdrew due to gastrointestinal symptoms. We were unable to demonstrate clinical or biochemical evidence of efficacy of Curcumin C3 Complex(®) in AD in this 24-week placebo-controlled trial although preliminary data suggest limited bioavailability of this compound.ClinicalTrials.gov Identifier: NCT00099710.

BACKGROUND. Noninvasive detection of Alzheimer’s disease (AD) with high specificity and sensitivity can greatly facilitate identification of at-risk populations for earlier, more effective intervention. AD patients exhibit a myriad of retinal pathologies, including hallmark amyloid β-protein (Aβ) deposits.