IARC classified areca quid as a human carcinogen. Areca quid chewed in Taiwan includes Piper betle inflorescence, which contains high concentrations of safrole (15 mg/fresh weight). Safrole is a documented rodent hepatocarcinogen, and chewing areca quid may contribute to human exposure (420 $\mu$m in saliva). The carcinogenicity of safrole is mediated through 1'-hydroxysafrole formation, followed by sulfonation to an unstable sulfate that reacts to form DNA adducts. Using human liver microsomes and Escherichia coli membranes expressing bicistronic human P450s, CYP2E1 and CYP2C9 were identified as the main P450s involved in the activation of safrole. We have demonstrated the presence of stable safrole-dGMP adducts in human oral tissues following areca quid chewing using $^{32}$ P-postlabeling and HPLC mass spectrometry methods. By studying 88 subjects with a known AQ chewing history and 161 matched controls, we have demonstrated that the presence of safrole-DNA adducts in peripheral blood cells was correlated to AQ chewing, and CYP2E1 seemed to play an important role in the modulation of safrole-DNA adduct formation. We have also shown that safrole can form stable safrole-DNA adducts as well as oxidative damages in rodent liver. However, the stable safrole-DNA adducts may represent a more significant initial lesion as compared to the rapidly repaired safrole-induced 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine. This oxidative DNA damage is mediated through the formation of hydoryxchavicol, the major safrole metabolite in human urine. Hydroxychavicol may have gone through two-electron oxidation to the o-quinone; then via one-electron reduction to semiquinone radicals to generate oxidative DNA damage. However, these reactive metabolites can be efficiently conjugated by GSH. These data suggest that safrole may contribute to the initiation of oral carcinogenesis through safrole-DNA adduct and not oxidative DNA damage. In addition, CYP2E1 may modulate this adduct formation.
Allium sativum (Family Amaryllidaceae or Liliaceae) is used worldwide for various clinical uses like hypertension, cholesterol lowering effect, antiplatelets and fibrinolytic activity etc. Due to these common house hold uses of Allium sativum, as a herbal supplements, and failure of patients to inform their physician of the over-the-counter supplements they consume leads to drugnutrient interactions with components in herbal supplements. Today these types of interactions between a herbal supplement and clinically prescribed drugs are an increasing concern. In vitro studies indicated that garlic constituents modulated various CYP (cytochrome P450) enzymes. CYP 3A4 is abundantly present in human liver and small intestine and contributes to the metabolism of more than 50% of commonly used drugs including nifedipine, cyclosporine, erythromycin, midazolam, alprazolam, and triazolam. Extracts from fresh and aged garlic inhibited CYP 3A4 in human liver microsomes. The in vivo effects of garlic constituents are found to be species depended and the dosing regimen of garlic constituents appeared to influence the modulation of various CYP isoforms. Studies have indicated that the inhibition of various CYPs by organosulfur compounds from garlic was related to their structure also. Studies using in vitro, in vivo, animal and human models have indicated that various garlic constituents can be the substrates, inhibitors and or inducers of various CYP enzymes. The modulation of CYP enzyme activity and expression are dependent on the type and chemical structure of garlic constituents, dose regime, animal species and tissue, and source of garlic thus this review throws light on the possible herb drug interaction with the use of garlic.
Heung Bin Lim;Ja Young Moon;Hyung Ok Sohn;Young Gu Lee;Dong Wook Lee
Journal of the Korean Society of Tobacco Science
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v.20
no.1
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pp.99-107
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1998
Numerous studies have demonstrated a negative association between cigarette smoking and Parkinson's disease. The present study was undertaken to investigate whether chronic exposure of mice to cigarette smoke a(footed the metabolism of 1-methyl-1113,6-tetrahydro-pyridine (MPTP) by cytochrome P4SO (P-450) or flavin-containing monooxygenase (FMO) in the hepatic microsomes of C57BL6/J mice. Adult male C57BL6/J mice were exposed to mainstream smoke generated from 15 cigarettes for 10 min a day and 5 day per week for 6 weeks. MPTP (10 mg/kg body weight) was administered to mice by subcutaneous injection for 6 consecutive days. Microsolnal P-450 content was increased by MPTP, smoke exposure, or both, but NADPH cytochrome P-450 reductase activity was rather decreased by the same treatments. The activities of benzo(a)pyrene hydroxylase, 7-ethoxycoumarin O-deethylase and ethoxyresorufin O-deethylase were significantly increased by the exposure of cigarette smoke, but were not or little affected by MPTP treatment. Benzphetamine N-demethylase activity was not affected either by MPTP treatment or by cigarette smoke exposure, but it was significantly increased by the combined MPTP treatment with cigarette smoke exposure, showing their synergic effect for the induction of the enzyme activity. Interestingly, in vitro studies of hepatic FMO and P-450 system both O-oxygenation and N-demethylation of MPTP were increased in the smoke-exposed or in the MPTP-treated mice. These results suggest that the enhancement in the N-demethylation as well as O-deethylation of P-450 system and in the N-oxygenation of FMO activity by cigarette smoke exposure in mouse liver may contribute to attenuating the neurotoxic effects of MPTP on the nigrostriatal dopaminergic neurons.
The enzymatic properties for NADPH-P450 reductase domain of a fusion protein between human cytochrome P450 1A1 and rat NADPH-P450 reductase expressed in Escherichia coli were investigated. The fusion plasmid pCW/1A1OR-expressed E. coli membrane showed high NADPH-cytochrome c reductase activity ($830.1\pm 85.8 nmol\cdot min^{-1}\cdot mg protein^{-1}$), while pCW control vector and P 450 1A1 expression vector pCW/1A1 showed relatively quite low activity ($4.35\pm 0.49, 3.27\pm 0.50 nmol\cdot min^{-1}\cdot mg protein^{-1}$, respectively). The kinetic curves for NADPH-cytochrome c reductase followed typical Michaelis-Menten kinetics. The $K_{max}$ and $V_{max}$ for NADPH-dependent reductase activity were $8.24\pm 2.61\mu $and $817.9\pm 60.8 nmol\cdot min^{-1}\cdot mg protein^{-1}$, respectively, whereas those for cytochrome c-dependent reductase activity were $19.97\pm 2.86\mu M$ and $1303.5\pm 67.1 nmol\cdot min^{-1}\cdot mg protein^{-1}$. The reductase activities were also compared with those of rat, porcine and human liver microsomes. The activity of pCW/ 1A1OR-expressed E. coli membrane was 15.2-fold higher than that of rat liver microsome. Treatment with benzo(a)pyrene, 7-ethoxyresorufin and $\alpha$-naphthofiavone which are known as specific substrates or inhibitor for human P450 1A1 increased NADPH-cytochrome c reductase activity of fusion protein in E. coli membrane dose-dependently. These results demonstrate that the membrane topology of fused enzyme may be important for activity of its NADPH-P450 reductase domain.
Noh, Keumhan;Oh, Do Gyeong;Nepal, Mahesh Raj;Jeong, Ki Sun;Choi, Yongjoo;Kang, Mi Jeong;Kang, Wonku;Jeong, Hye Gwang;Jeong, Tae Cheon
Biomolecules & Therapeutics
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v.24
no.4
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pp.446-452
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2016
Pharmacokinetic interaction of chrysin, a flavone present in honey, propolis and herbs, with caffeine was investigated in male Sprague-Dawley rats. Because chrysin inhibited CYP1A-selective ethoxyresorufin O-deethylase and methoxyresorufin O-demethylase activities in enriched rat liver microsomes, the pharmacokinetics of caffeine, a CYP 1A substrate, was studied following an intragastric administration with 100 mg/kg chrysin. In addition to the oral bioavailability of chrysin, its phase 2 metabolites, chrysin sulfate and chrysin glucuronide, were determined in rat plasma. As results, the pharmacokinetic parameters for caffeine and its three metabolites (i.e., paraxanthine, theobromine and theophylline) were not changed following chrysin treatment in vivo, despite of its inhibitory effect on CYP 1A in vitro. The bioavailability of chrysin was found to be almost zero, because chrysin was rapidly metabolized to its sulfate and glucuronide conjugates in rats. Taken together, it was concluded that the little interaction of chrysin with caffeine might be resulted from the rapid metabolism of chrysin to its phase 2 metabolites which would not have inhibitory effects on CYP enzymes responsible for caffeine metabolism.
PARK, MI-KYUNG;KWANG-HYEON LIU;YOONGHO LIM;YOUN-HYUNG LEE;HOR-GIL HUR;JEONG-HAN KIM
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.13
no.1
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pp.43-49
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2003
Metabolism of a new fungicide ethaboxam by soil fungi was studied. Among the fungi tested, Cunninghamelia elegans produced metabolites from ethaboxam, which were not found in the control experiments. M5, a major metabolite from ethaboxam was firmly identified as N-deethylated ethaboxam by LC/MS/MS and NMR. N-Deethylated ethaboxam has been found as a single metabolite in in vitro metabolism with rat liver microsomes. Ml was proved to be 4-ethyl-2-(ethylamino)-1,3-thiazole-5-carboxamide (ETC) by comparing with the authentic compound. In addition, M2, M3, and M4, and M6 were tentatively Identified by LC/MS/MS as hydroxylated and methoxylated ethaboxams, respectively. Production of the major metabolite, N-deethylated ethaboxam, by the fungus suggested that C. elegans would be an efficient eukaryotic microbial candidate for evaluating xenobiotic-driven mammalian risk assessment.
Our study aims to determine the metabolism and excretion of novel pulmonary-targeting docetaxel liposome (DTX-LP) using the in vitro and in vivo animal experimental models. The metabolism and excretion of DTX-LP and intravenous DTX (DTX-IN) in New Zealand rabbits were determined with ultra-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry. We found DTX-LP and DTX-IN were similarly degraded in vitro by liver homogenates and microsomes, but not metabolized by lung homogenates. Ultra-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry identified two shared DTX metabolites. The unconfirmed metabolite $M_{un}$ differed structurally from all DTX metabolites identified to date. DTX-LP likewise had a similar in vivo metabolism to DTX-IN. Conversely, DTX-LP showed significantly diminished excretion in rabbit feces or urine, approximately halving the cumulative excretion rates compared to DTX-IN. Liposomal delivery of DTX did not alter the in vitro or in vivo drug metabolism. Delayed excretion of pulmonary-targeting DTX-LP may greatly enhance the therapeutic efficacy and reduce the systemic toxicity in the chemotherapy of non-small cell lung cancer. The identification of $M_{un}$ may further suggest an alternative species-specific metabolic pathway.
Oxidative stress due to reactive oxygen species (ROS) can cause oxidative damage to cells. Cells have a number of defense mechanisms to protect themselves from the toxicity of ROS. Mitochondria are especially important in the oxidative stress as ROS have been found to be constantly generated as an endogen threat. Mitochondrial defense depends mainly on super-oxide dismutase (SOD) and glutathione peroxidase (GPx), whereas microsomal defense depends on catalase (CAT), which is an enzyme abundant in microsomes. SOD removes superoxide anions by converting them to $H_2O$$_2$, which can be rapidly converted to water by CAT and GPx. Also, GPx converts hydroperoxide (ROOH) into oxidized-glutathione (GSSG). Ovariectomized (OVX) rats are used as an oxidative stress model. An ovariectomy increased the levels of MDA, one of the end-products in the lipid peroxidative process, and decreased levels of the antioxidative enzymes; SOD, CAT and GPx. However, Chondroitin sulfate (CS) decreased the levels of MDA, but increased the levels of SOD, CAT and GPx in a dose-depen-dent manner. Moreover, inflammation and cirrhosis of liver tissue in CS- treated rats were sig-nificantly decreased. These results suggest that CS might be a potential candidate as an anti oxidative reagent.
Kim, Myong-Jo;Kim, Na-Young;Kang, Won-Hee;Choi, Won-Cheol;Yu, Chang-Yeon
Korean Journal of Medicinal Crop Science
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v.10
no.4
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pp.269-272
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2002
Ethanol and butanol fractionation of E. senticosus showed strong anti-oxidant activity, and methanol and water extracts also had high anti-oxidant activity. The anti-oxidant activities in ethanol and butanol fractionation were higher than or similar to those of ${\alpha}-tocopherol$. The cytotoxic effect of root extract of E. senticosus was evaluated on seven different human cancer cell lines, The extracts of leaf and stem of E. senticosus also had strong antioxidant activity, but the antioxidant activity in root extract was higher than those in leaf and stem extracts. Methanol, hexane, and aqueous fraction layer had much higher inhibitory activities on lipid peroxidation in rat liver microsomes compared with ${\alpha}-tocopherol$. The effect of root extract of E. senticosus was evaluated on six human cancer cell lines. The values of 50% growth inhibition $(GI_{50})$ for the extracts were mostly below $30{\mu}g/ml$, and the extracts are considered as active inhibitory compounds on cancer cells.
Kim, Hyun-Ho;Jang, Yoon-Young;Han, Eun-Sook;Lee, Chung-Soo
Biomolecules & Therapeutics
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v.7
no.2
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pp.112-120
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1999
The protective actions of ambroxol, rutin, glutathione and harmaline on oxidative damages of various tissue components were compared. The mechanisms by which they prevent oxidative tissue damages were explored. Lipid peroxidation of liver microsomes induced by combinations of $Fe^{2+}$ and ascorbate or $Fe^{+3}$, ADP and NADPH was inhibited by $50\; \muM$ of rutin, ambroxol, harmaline and glutathione. Ambroxol ($100\; \muM$) inhibited the degradation of hyaluronic acid by $Fe^{2+}$, $H_2O$_2$ and ascorbate, and it was greater than that of harmaline, whereas hyaluronic acid degradation was not prevented by rutin and glutathione. The compounds used ($100\; \muM$) did not protect the degradation of cartilage collagen by xanthine and xanthine oxidase. Rutin, glutathione and harmaline decreased the degradation of IgG by xanthine and xanthine oxidate, while ambroxol did not attenuate degradation of IgG. Glutathione showed a scavenging action on $H_2O_2$. The compounds all showed scavenging actions on hydroxyl radical. Ambroxol and harmaline exhibited quenching effects en singlet oxygen. In conclusion, ambroxol, rutin, glutathione and harmaline may exert protective effects differently on tissue components against oxidative attack depend on kind of tissue component and free radical.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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