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.
As the mechanism underlying glucose metabolism regulation by oxymatrine is unclear, this study investigated the effects of oxymatrine on pyroptosis in INS-1 cells. Flow cytometry was employed to examine cell pyroptosis and reactive oxygen species (ROS) production. Cell pyroptosis was also investigated via transmission electron microscopy and lactate dehydrogenase (LDH) release. Protein levels were detected using western blotting and interleukin (IL)-1β and IL-18 secretion by enzyme-linked immunosorbent assay. The caspase-1 activity and DNA-binding activity of nuclear factor kappa B (NF-κB) and nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2 protein (Nrf2) were also assessed. In the high glucose and high fat-treated INS-1 cells (HG + PA), the caspase-1 activity and LDH content, as well as Nod-like receptor family pyrin domain containing 3, Gsdmd-N, caspase-1, apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD, IL-1β, and IL-18 levels were increased. Moreover, P65 protein levels increased in the nucleus but decreased in the cytoplasm. Oxymatrine attenuated these effects and suppressed high glucose and high fat-induced ROS production. The increased levels of nuclear Nrf2 and heme oxygenase-1 (HO-1) in the HG + PA cells were further elevated after oxymatrine treatment, whereas cytoplasmic Nrf2 and Keleh-like ECH-associated protein levels decreased. Additionally, the elevated transcriptional activity of p65 in HG + PA cells was reduced by oxymatrine, whereas that of Nrf2 increased. The results indicate that the inhibition of pyroptosis in INS-1 cells by oxymatrine, a key factor in its glucose metabolism regulation, involves the suppression of the NF-κB pathway and activation of the Nrf2/HO-1 pathway.
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.
Kim, Jae Kwang;Jung, Ji Yun;Park, Sang Mi;Park, Chung A;Ku, Sae Kwang;Byun, Sung Hui;Cho, Il Je;Kim, Sang Chan
Herbal Formula Science
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v.26
no.3
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pp.207-221
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2018
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.
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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v.42
no.1
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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.
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.
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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v.25
no.4
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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.
Jialin Feng;Oliver J. Read;Albena T. Dinkova-Kostova
Molecules and Cells
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v.46
no.3
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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