Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is characterized by airflow limitation due to chronic airway inflammation and destruction of the alveolar structure from persistent exposure to oxidative stress. The body has various antioxidant mechanisms for efficiently coping with such oxidative stress. The nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2)-antioxidant response element (ARE) is a representative system. Dysregulation of the Nrf2-ARE pathway is responsible for the development and promotion of COPD. Furthermore, COPD severity is also closely related to this pathway. There has been a clinical impetus to use Nrf2 for diagnostic and therapeutic purposes. Therefore, in this work, we systematically reviewed the clinical significance of Nrf2 in COPD patients, and discuss the value of Nrf2 as a potential COPD biomarker.
This study attempted to confirm the antioxidative potential of luteolin against tert-butyl hydroperoxide (t-BHP) induced oxidative damage and to investigate its molecular mechanism related to glutathione (GSH)-dependent enzymes in HepG2 cells. Treatment with luteolin resulted in attenuation of t-BHP induced generation of reactive oxygen species (ROS) and oxidative stress-mediated cell death. In addition, accelerated expression of GSH-dependent antioxidative enzymes, glutathione peroxidase (GPx) and glutathione reductase (GR), and heme oxygenase (HO)-1, as well as strengthened GSH content was induced by treatment with luteolin, which was in accordance with increased nuclear translocation of nuclear factor-erythroid 2 p45-related factor 2 (Nrf2), a transcription factor for phase 2 enzymes, in a dose-dependent manner. These results suggest that the cytoprotective potential of luteolin against oxidative damage can be attributed to fortified GSH-mediated antioxidative pathway and HO-1 expression through regulation of Nrf2 in HepG2 cells.
Choi, Jong Hee;Lee, Min Jung;Jang, Minhee;Kim, Hak-Jae;Lee, Sanghyun;Lee, Sang Won;Kim, Young Ock;Cho, Ik-Hyun
Journal of Ginseng Research
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제42권1호
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pp.107-115
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2018
Background: Depression is one of the most commonly diagnosed neuropsychiatric diseases, but the underlying mechanism and medicine are not well-known. Although Panax ginseng has been reported to exert protective effects in various neurological studies, little information is available regarding its antidepressant effects. Methods: Here, we examined the antidepressant effect and underlying mechanism of P. ginseng extract (PGE) in a chronic restraint stress (CRS)-induced depression model in mice. Results: Oral administration of PGE for 14 d decreased immobility (depression-like behaviors) time in forced swim and tail suspended tests after CRS induction, which corresponded with attenuation of the levels of serum adrenocorticotropic hormone and corticosterone, as well as attenuated c-Fos expression in the amygdala. PGE enhanced messenger RNA expression level of brain-derived neurotrophic factor but ameliorated microglial activation and neuroinflammation (the level of messenger RNA and protein expression of cyclooxygenase-2 and inducible nitric oxide synthase) in the amygdala of mice after CRS induction. Interestingly, 14-d treatment with celecoxib, a selective cyclooxygenase-2 inhibitor, and $N_{\omega}$-nitro-L-arginine methyl ester hydrochloride, a selective inducible nitric oxide synthase inhibitor, attenuated depression-like behaviors after CRS induction. Additionally, PGE inhibited the upregulation of the nuclear factor erythroid 2 related factor 2 and heme oxygenase-1 pathways. Conclusion: Taken together, our findings suggest that PGE exerts antidepressant-like effect of CRS-induced depression by antineuroinflammatory and antioxidant (nuclear factor erythroid 2 related factor 2/heme oxygenase-1 activation) activities by inhibiting the hypothalamo-pituitary-adrenal axis mechanism. Further studies are needed to evaluate the potential of components of P. ginseng as an alternative treatment of depression, including clinical trial evaluation.
Objectives : Present study investigated hepatoprotective effect of Haegan-jeon extract (HE) and tried to elucidate molecular mechanism involved. According to molecular mechanism, present study optimized herbal composition of HE (op-HE) and compared in vitro and in vivo hepatoprotective effects of op-HE to HE. Methods : For in vitro experiments, HepG2 cells were exposed to arachidonic acid (AA, $10{\mu}M$) and iron ($5{\mu}M$) for inducing oxidative stress. Cell viability, GSH contents, $H_2O_2$ production, mitochondrial membrane potential, immunoblot and reporter gene assay were performed to investigate cytoprotective effects and responsible molecular mechanisms. For in vivo experiments, hepatoprotective effect of HE and op-HE were assessed on $CCl_4-induced$ liver injury mice model. Results : HE pretreatment prevented AA+iron-mediated hepatocytes apoptosis. In addition, AA+iron-induced mitochondrial dysfunction, $H_2O_2$ production, glutathione depletion were reduced by HE pretreatment. In addition, nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) phosphorylation, antioxidant response element (ARE)-driven reporter gene activity, and antioxidant genes expression were increased by HE. Based on reporter gene and MTT assays, we found that op-HE consisting three medicinal herbs also significantly increased transactivation of Nrf2 and reduced the AA+iron-mediated cytotoxicity. Moreover, in $CCl_4-induced$ liver injury mice model, HE-op had an ability to ameliorate $CCl_4-mediated$ increases in serum alanine transferase and aspartate aminotransferase activity, hepatic degeneration, inflammatory cell infiltration, and collagen deposition. Hepatoprotective effects of op-HE were comparable to those of HE. Conclusions : Present study suggests that op-HE as well as HE exhibit hepatoprotective effect against oxidative stress-mediated liver injury via Nrf2 activation.
In the present study, we investigated the anti-inflammatory properties of Eucommia ulmoides Oliv. Bark. (EUE) in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated microglial BV-2 cells and found that EUE inhibited LPS-mediated up-regulation of pro-inflammatory response factors. In addition, EUE inhibited the elevated production of pro-inflammatory cytokines, mediators, and reactive oxygen species (ROS) in LPS-stimulated BV-2 microglial cells. Subsequent mechanistic studies revealed that EUE suppressed LPS-induced phosphorylation of mitogen-activated protein kinases (MAPKs), phosphoinositide-3-kinase (PI3K)/Akt, glycogen synthase $kinase-3{\beta}$ ($GSK-3{\beta}$), and their downstream transcription factor, nuclear factor-kappa B ($NF-{\kappa}B$). EUE also blocked the nuclear translocation of $NF-{\kappa}B$ and inhibited its binding to DNA. We next demonstrated that EUE induced the nuclear translocation of nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) and upregulated heme oxygenase-1 (HO-1) expression. We determined that the significant up-regulation of HO-1 expression by EUE was a consequence of Nrf2 nuclear translocation; furthermore, EUE increased the DNA binding of Nrf2. In contrast, zinc protoporphyrin (ZnPP), a specific HO-1 inhibitor, blocked the ability of EUE to inhibit NO and $PGE_2$ production, indicating the vital role of HO-1. Overall, our results indicate that EUE inhibits pro-inflammatory responses by modulating MAPKs, PI3K/Akt, and $GSK-3{\beta}$, consequently suppressing $NF-{\kappa}B$ activation and inducing Nrf2-dependent HO-1 activation.
Jialin Feng;Oliver J. Read;Albena T. Dinkova-Kostova
Molecules and Cells
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제46권3호
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pp.142-152
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2023
Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) mediates the cellular antioxidant response, allowing adaptation and survival under conditions of oxidative, electrophilic and inflammatory stress, and has a role in metabolism, inflammation and immunity. Activation of Nrf2 provides broad and long-lasting cytoprotection, and is often hijacked by cancer cells, allowing their survival under unfavorable conditions. Moreover, Nrf2 activation in established human tumors is associated with resistance to chemo-, radio-, and immunotherapies. In addition to cancer cells, Nrf2 activation can also occur in tumor-associated macrophages (TAMs) and facilitate an anti-inflammatory, immunosuppressive tumor immune microenvironment (TIME). Several cancer cell-derived metabolites, such as itaconate, L-kynurenine, lactic acid and hyaluronic acid, play an important role in modulating the TIME and tumor-TAMs crosstalk, and have been shown to activate Nrf2. The effects of Nrf2 in TIME are context-depended, and involve multiple mechanisms, including suppression of proinflammatory cytokines, increased expression of programmed cell death ligand 1 (PD-L1), macrophage colony-stimulating factor (M-CSF) and kynureninase, accelerated catabolism of cytotoxic labile heme, and facilitating the metabolic adaptation of TAMs. This understanding presents both challenges and opportunities for strategic targeting of Nrf2 in cancer.
Hewage, Susara Ruwan Kumara Madduma;Piao, Mei Jing;Kang, Kyoung Ah;Ryu, Yea Seong;Fernando, Pattage Madushan Dilhara Jayatissa;Oh, Min Chang;Park, Jeong Eon;Shilnikova, Kristina;Moon, Yu Jin;Shin, Dae O;Hyun, Jin Won
Biomolecules & Therapeutics
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제25권4호
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pp.427-433
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2017
Previously, we demonstrated that galangin (3,5,7-trihydroxyflavone) protects human keratinocytes against ultraviolet B (UVB)-induced oxidative damage. In this study, we investigated the effect of galangin on induction of antioxidant enzymes involved in synthesis of reduced glutathione (GSH), and investigated the associated upstream signaling cascades. By activating nuclear factor-erythroid 2-related factor (Nrf2), galangin treatment significantly increased expression of glutamate-cysteine ligase catalytic subunit (GCLC) and glutathione synthetase (GSS). This activation of Nrf2 depended on extracellular signal-regulated kinases (ERKs) and protein kinase B (AKT) signaling. Inhibition of GSH in galangin-treated cells attenuated the protective effect of galangin against the deleterious effects of UVB. Our results reveal that galangin protects human keratinocytes by activating ERK/AKT-Nrf2, leading to elevated expression of GSH-synthesizing enzymes.
Emeka, Promise M.;Rasool, Sahibzada T.;Morsy, Mohamed A.;Islam, Mohamed I. Hairul;Chohan, Muhammad S.
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제25권4호
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pp.321-331
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2021
Vancomycin, an antibiotic used occasionally as a last line of treatment for methicillin-resistant Staphylococcus aureus, is reportedly associated with nephrotoxicity. This study aimed at evaluating the protective effects of lutein against vancomycin-induced acute renal injury. Peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ) and its associated role in renoprotection by lutein was also examined. Male BALB/c mice were divided into six treatment groups: control with normal saline, lutein (200 mg/kg), vancomycin (250 mg/kg), vancomycin (500 mg/kg), vancomycin (250 mg/kg) with lutein, and vancomycin (500 mg/kg) with lutein groups; they were euthanized after 7 days of treatment. Thereafter, samples of blood, urine, and kidney tissue of the mice were analyzed, followed by the determination of levels of N-acetyl-β-D-glucosaminidase (NAG) in the urine, renal creatine kinase; protein carbonyl, malondialdehyde, and caspase-3 in the kidney; and the expression of PPARγ, nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), and nuclear factor-kappaB (NF-κB) in renal tissue. Results showed that the levels of protein carbonyl and malondialdehyde, and the activity of NAG, creatine kinase and caspase-3, were significantly increased in the vancomycin-treatment groups. Moreover, the levels of Nrf2 significantly decreased, while NF-κB expression increased. Lutein ameliorated these effects, and significantly increased PPARγ expression. Furthermore, it attenuated vancomycin-induced histological alterations such as, tissue necrosis and hypertrophy. Therefore, we conclude that lutein protects against vancomycin-induced renal injury by potentially upregulating PPARγ/Nrf2 expression in the renal tissues, and consequently downregulating the pathways: inflammation by NF-κB and apoptosis by caspase-3.
Silymarin은 간 보호, 항산화, 항염, 항암 등 다양한 생리 활성을 나타내는 것으로 보고되었고, 본 연구에서는 산화 스트레스에 대한 항산화 잠재력과 그 기전을 세포 생존력 및 활성산소종 생성 분석과 Western blot 분석을 통해 RAW 264.7 세포에서 알아보고자 하였다. Silymarin은 세포 독성 없이 lipopolysaccharide(LPS)에 의해 자극된 세포 내 활성산소종을 농도 의존적으로 소거하였다. 그리고 항산화 효과를 보여주는 것으로 알려진 제2상 효소 중 하나인 heme oxygenase (HO)-1의 발현은 silymarin 처리에 의해 강하게 유도되었다. 또한 silymarin 처리는 항산화 효소의 전사인자인 nuclear factor-erythroid 2 p45-related factor (Nrf)-2의 발현을 유의미하게 유도하였고, 이는 HO-1 발현증가와 일치하였다. 세포내 산화와 환원 항상성 조절과 관련된 신호 전달물질인 mitogen activated protein kinase (MAPK)와 phosphoinositde 3-kinase (PI3K)의 인산화 정도 또한 Western blot으로 분석하였고, 그 결과 silymarin 은 p38 MAPK 인산화에 의해 HO-1 발현을 유도하는 것으로 나타났다. 그리고 tert-butyl hydroperoxide (t-BHP)를 이용하여 세포내 지질 과산화를 유도함으로써 silymarin에 의해 유도된 HO-1의 항산화 효과를 확인하였다. 그 결과 silymarin 처리에 의해 세포사멸이 유의적으로 억제되었고, p38의 선택적 저해제를 처리한 세포군에서는 t-BHP에 의해 유의적인 세포사멸이 발생하였다. 이 결과를 통해 silymarin은 Nrf-2/p38 MAPK 신호 전달 경로를 통해 HO-1의 발현을 유도하고, 이를 통해 항산화 효과를 높이는 것을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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