Oxidative stress activates several intracellular signaling cascades that may have deleterious effects on neuronal cell survival. Thus, controlling oxidative stress has been suggested as an important strategy for prevention and/or treatment of neurodegenerative diseases. In this study, we found that ginsenoside Rh1 inhibited hydrogen peroxide-induced reactive oxygen species generation and subsequent cell death in rat primary astrocytes. Rh1 increased the expression of phase II antioxidant enzymes, such as heme oxygenase-1 (HO-1), NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1, superoxide dismutase-2, and catalase, that are under the control of Nrf2/ARE signaling pathways. Further mechanistic studies showed that Rh1 increased the nuclear translocation and DNA binding of Nrf2 and c-Jun to the antioxidant response element (ARE), and increased the ARE-mediated transcription activities in rat primary astrocytes. Analysis of signaling pathways revealed that MAP kinases are important in HO-1 expression, and act by modulating ARE-mediated transcriptional activity. Therefore, the upregulation of antioxidant enzymes by Rh1 may provide preventive therapeutic potential for various neurodegenerative diseases that are associated with oxidative stress.
Cancer stem cells (CSCs) are a small population of tumor cells characterized by self-renewal and differentiation capacity. CSCs are currently postulated as the driving force that induces intra-tumor heterogeneity leading to tumor initiation, metastasis, and eventually tumor relapse. Notably, CSCs are inherently resistant to environmental stress, chemotherapy, and radiotherapy due to high levels of antioxidant systems and drug efflux transporters. In this context, a therapeutic strategy targeting the CSC-specific pathway holds a promising cure for cancer. NRF2 (nuclear factor erythroid 2-like 2; NFE2L2) is a master transcription factor that regulates an array of genes involved in the detoxification of reactive oxygen species/electrophiles. Accumulating evidence suggests that persistent NRF2 activation, observed in multiple types of cancer, supports tumor growth, aggressive malignancy, and therapy resistance. Herein, we describe the core properties of CSCs, focusing on treatment resistance, and review the evidence that demonstrates the roles of NRF2 signaling in conferring unique properties of CSCs and the associated signaling pathways.
Background: The decreased renal function is known to be associated with biological aging, of which the main pathological features are chronic inflammation and renal interstitial fibrosis. In previous studies, we reported that total saponins from Panax japonicus (SPJs) can availably protect acute myocardial ischemia. We proposed that SPJs might have similar protective effects for aging-associated renal interstitial fibrosis. Thus, in the present study, we evaluated the overall effect of SPJs on renal fibrosis. Methods: Sprague-Dawley (SD) aging rats were given SPJs by gavage beginning from 18 months old, at 10 mg/kg/d and 60 mg/kg/d, up to 24 months old. After the experiment, changes in morphology, function and fibrosis of their kidneys were detected. The levels of serum uric acid (UA), β2-microglobulin (β2-MG) and cystatin C (Cys C) were assayed with ELISA kits. The levels of extracellular matrix (ECM), matrix metalloproteinases (MMPs), tissue inhibitors of metalloproteinases (TIMPs), inflammatory factors and changes of oxidative stress parameters were examined. Results: After SPJs treatment, SD rats showed significantly histopathological changes in kidneys accompanied by decreased renal fibrosis and increased renal function; As compared with those in 3-month group, the levels of serum UA, Cys C and β2-MG in 24-month group were significantly increased (p < 0.05). Compared with those in the 24-month group, the levels of serum UA, Cys C and β2-MG in the SPJ-H group were significantly decreased. While ECM was reduced and the levels of MMP-2 and MMP-9 were increased, the levels of TIMP-1, TIMP-2 and transforming growth factor-β1 (TGF-β1)/Smad signaling were decreased; the expression level of phosphorylated nuclear factor kappa-B (NF-κB) was down-regulated with reduced inflammatory factors; meanwhile, the expression of nuclear factor erythroid 2-related factor 2-antioxidant response element (Nrf2-ARE) signaling was aggrandized. Conclusion: These results suggest that SPJs treatment can improve age-associated renal fibrosis by inhibiting TGF-β1/Smad, NFκB signaling pathways and activating Nrf2-ARE signaling pathways and that SPJs can be a potentially valuable anti-renal fibrosis drug.
Yang Zhang;Jiulong Ma;Shan Liu;Chen Chen;Qi Li;Meng Qin;Liqun Ren
Journal of Ginseng Research
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v.47
no.1
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pp.106-116
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2023
Background: Pirarubicin (THP) is an anthracycline antibiotic used to treat various malignancies in humans. The clinical usefulness of THP is unfortunately limited by its dose-related cardiotoxicity. Ginsenoside F1 (GF1) is a metabolite formed when the ginsenosides Re and Rg1 are hydrolyzed. However, the protective effects and underlying mechanisms of GF1 on THP-induced cardiotoxicity remain unclear. Methods: We investigated the anti-apoptotic and anti-oxidative stress effects of GF1 on an in vitro model, using H9c2 cells stimulated by THP, plus trigonelline or AKT inhibitor imidazoquinoxaline (IMQ), as well as an in vivo model using THP-induced cardiotoxicity in rats. Using an enzyme-linked immunosorbent test, the levels of malondialdehyde (MDA), brain natriuretic peptide (BNP), creatine kinase (CK-MB), cardiac troponin (c-TnT), lactate dehydrogenase (LDH), superoxide dismutase (SOD) and glutathione (GSH) were determined. Nuclear factor (erythroid-derived2)-like 2 (Nrf2) and the expression of Nrf2 target genes, including heme oxygenase-1 (HO-1), glutathione-S-transferase (Gst), glutamate-cysteine ligase modifier subunit (GCLM), and expression levels of AKT/Bcl-2 signaling pathway proteins were detected using Western blot analysis. Results: THP-induced myocardial histopathological damage, electrocardiogram (ECG) abnormalities, and cardiac dysfunction were reduced in vivo by GF1. GF1 also decreased MDA, BNP, CK-MB, c-TnT, and LDH levels in the serum, while raising SOD and GSH levels. GF1 boosted Nrf2 nuclear translocation and Nrf2 target gene expression, including HO-1, Gst, and GCLM. Furthermore, GF1 regulated apoptosis by activating AKT/Bcl-2 signaling pathways. Employing Nrf2 inhibitor trigonelline and AKT inhibitor IMQ revealed that GF1 lacked antioxidant and anti-apoptotic effects. Conclusion: In conclusion, GF1 was found to alleviate THP-induced cardiotoxicity via modulating Nrf2 and AKT/Bcl-2 signaling pathways, ultimately alleviating myocardial oxidative stress and apoptosis.
Luteolin, 3', 4', 5,7-tetrahydroxyflavone, belongs to a group of naturally occurring compounds called flavonoids that are found widely in the plant kingdom. It possesses many beneficial properties including antioxidant, anti-inflammatory, anti-bacterial, anti-diabetic and anti-proliferative actions. Colorectal cancer (CRC) is a leading cause of cancer related deaths worldwide. Many signaling pathways are deregulated during the progression of colon cancer. In this review we aimed to analyze the protection offered by luteolin on colon cancer. During colon cancer genesis, luteolin known to reduce oxidative stress thereby protects the cell to undergo damage in vivo. Wnt/${\beta}$-catenin signaling, deregulated during neoplastic development, is modified by luteolin. Hence, luteolin can be considered as a potential drug to treat CRC.
Bak, Min Ji;Truong, Van-Long;Ko, Se-Yeon;Nguyen, Xuan Ngan Giang;Jun, Mira;Hong, Soon-Gi;Lee, Jong-Won;Jeong, Woo-Sik
Journal of Ginseng Research
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v.40
no.4
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pp.423-430
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2016
Background: The induction of cellular defensive genes such as phase II detoxifying and antioxidant enzymes is a highly effective strategy for protection against carcinogenesis as well as slowing cancer development. Transcription factor Nrf2 (nuclear factor E2-related factor 2) is responsible for activation of phase II enzymes induced by natural chemopreventive compounds. Methods: Red ginseng oil (RGO) was extracted using a supercritical $CO_2$ extraction system and chemical profile of RGO was investigated by GC/MS. Effects of RGO on regulation of the Nrf2/antioxidant response element (ARE) pathway were determined by ARE-luciferase assay, western blotting, and confocal microscopy. Results: The predominant components of RGO were 9,12-octadecadienoic acid (31.48%), bicyclo[10.1.0] tridec-1-ene (22.54%), and 22,23-dihydrostigmasterol (16.90%). RGO treatment significantly increased nuclear translocation of Nrf2 as well as ARE reporter gene activity, leading to upregulation of heme oxygenase-1 and NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1. Phosphorylation of the upstream kinases such as apoptosis signal-regulating kinase (ASK)1, mitogen-activated protein kinase (MAPK) kinase (MKK)4/7, c-Jun N-terminal kinase (JNK), and p38 MAPK were enhanced by treatment with RGO. In addition, RGO-mediated Nrf2 expression and nuclear translocation was attenuated by JNK inhibitor SP600125 and p38 MAPK inhibitor SB202190. Conclusion: RGO could be used as a potential chemopreventive agent, possibly by induction of Nrf2/ARE-mediated phase II enzymes via ASK1-MKK4/7-JNK and p38 MAPK signaling pathways.
Hericium erinaceus is an edible mushroom used as a medicinal food in Asian countries. In this study, the chemopreventive effects of H. erinaceus mycelia hot water extract (HEW) were evaluated. HEW remarkably induced the luciferase activity of the antioxidant response element (ARE), located in the promoter region of phase 2 and antioxidant genes and regulated by nuclear factor E2-related factor 2 (Nrf2). The up-regulation of ARE activity by HEW corresponded with the induction of Nrf2 and the antioxidant enzyme, hemeoxygenase-1. The inhibition of cyclooxygenase-2 (COX-2) activity is a promising effective approach in cancer chemoprevention, and HEW prominently suppressed COX-2 protein expression in HepG2 cells. Furthermore, HEW showed anti-inflammatory activity by modulating inflammatory mediators such as nitric oxide (NO), inducible NO synthase, tumor necrosis factor-${\alpha}$, interleukin-$1{\beta}$, and the transcription factor, nuclear factor-${\kappa}B$, in lipopolysaccharide-stimulated RAW 264.7 cells. These results suggest that H. erinaceus possessed anti-tumor and anti-inflammatory effects via the modulation of Nrf2/ARE and inflammatory signaling pathways, and may therefore have potential use as a natural chemopreventive agent.
Transcription factors Nrf2 and NF-${\kappa}B$ are important regulators of the innate immune response, and their cross-talks in inflammation have been reported. Previously, we demonstrated that gold(I)-compound auranofin, an inhibitor of NF-${\kappa}B$ signal, induced Nrf2 activation in human synovial cells and monocytic cells. To investigate whether the Nrf2 activation is involved in the mechanism of the auranofin-attenuated NF-${\kappa}B$ signaling, we examined the effects of Nrf2 knockdown on NF-${\kappa}B$ activation using rheumatic synovial cells. When the cells were transfected with a specific siRNA for Nrf2, the gene expression was perfectly blocked. However, the Nrf2 knockdown did not cancel the suppressive effect of auranofin on TNF-$\alpha$-induced $I{\kappa}B-{\alpha}$ degradation. Treatment with a specific siRNA for HO-1, which is a target of Nrf2 and plays a role in anti-inflammation, also did not affect the blocking activity of auranofin on $I{\kappa}B-{\alpha}$ degradation. In addition, auranofin-inhibited ICAM-1 expression was not restored by Nrf2 knockdown. These findings indicate that the activated Nrf2 and HO-1 are not associated with the suppressive action of auranofin on the pro-inflammatory cytokines-stimulated NF-${\kappa}B$ activation. This suggests that Nrf2/HO-1 and NF-${\kappa}B$ signals, which are regulated by auranofin, participate in the anti-inflammatory action of auranofin via independent pathways in rheumatic synovial cells.
Park, Jeongmin;Joe, Yeonsoo;Ryter, Stefan W.;Surh, Young-Joon;Chung, Hun Taeg
Molecules and Cells
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v.42
no.4
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pp.292-300
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2019
Immunometabolism, defined as the interaction of metabolic pathways with the immune system, influences the pathogenesis of metabolic diseases. Metformin and carbon monoxide (CO) are two pharmacological agents known to ameliorate metabolic disorders. There are notable similarities and differences in the reported effects of metformin and CO on immunometabolism. Metformin, an anti-diabetes drug, has positive effects on metabolism and can exert anti-inflammatory and anti-cancer effects via adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK)-dependent and AMPK-independent mechanisms. CO, an endogenous product of heme oxygenase-1 (HO-1), can exert anti-inflammatory and antioxidant effects at low concentration. CO can confer cytoprotection in metabolic disorders and cancer via selective activation of the protein kinase R-like endoplasmic reticulum (ER) kinase (PERK) pathway. Both metformin and CO can induce mitochondrial stress to produce a mild elevation of mitochondrial ROS (mtROS) by distinct mechanisms. Metformin inhibits complex I of the mitochondrial electron transport chain (ETC), while CO inhibits ETC complex IV. Both metformin and CO can differentially induce several protein factors, including fibroblast growth factor 21 (FGF21) and sestrin2 (SESN2), which maintain metabolic homeostasis; nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), a master regulator of the antioxidant response; and REDD1, which exhibits an anticancer effect. However, metformin and CO regulate these effects via different pathways. Metformin stimulates p53- and AMPK-dependent pathways whereas CO can selectively trigger the PERK-dependent signaling pathway. Although further studies are needed to identify the mechanistic differences between metformin and CO, pharmacological application of these agents may represent useful strategies to ameliorate metabolic diseases associated with altered immunometabolism.
Reactive oxygen species (ROS), highly reactive molecules, are produced by living organisms as a result of normal cellular metabolism and environmental factors, and can damage nucleic acids and proteins, thereby altering their functions. The human body has several mechanisms to counteract oxidative stress by producing antioxidants. A shift in the balance between oxidants and antioxidants in favor of oxidants is termed as "oxidative stress". Paradoxically, there is a large body of research demonstrating the general effect of oxidative stress on signaling pathways, less is known about the initial and direct regulation of signaling molecules by ROS, or what we term the "oxidative interface." This review focuses on the molecular mechanisms through which ROS directly interact with critical signaling molecules to initiate signaling in a broad variety of cellular processes, such as proliferation and survival (MAP kinases and PI3 kinase), ROS homeostasis, and antioxidant gene regulation (Ref-1 and Nrf-2). This review also deals with classification as well as mechanisms of formation of free radicals, examining their beneficial and deleterious effects on cellular activities and focusing on the potential role of antioxidants in preventing and repairing damage caused by oxidative stress. A discussion of the role of phytochemical antioxidants in oxidative stress, disease and the epigenome is included.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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