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.
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.
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−3β (GSK−3β), and their downstream transcription factor, nuclear factor-kappa B (NF−κB). EUE also blocked the nuclear translocation of NF−κB 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 PGE2 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−3β, consequently suppressing NF−κB activation and inducing Nrf2-dependent HO-1 activation.
Helicobacter pylori (H. pylori) causes gastric diseases by increasing reactive oxygen species (ROS) and interleukin (IL)-8 expression in gastric epithelial cells. ROS and inflammatory responses are regulated by the activation of nuclear factor erythroid-2-related factor 2 (Nrf2) and the expression of Nrf2 target genes, superoxide dismutase (SOD) and heme oxygenase-1 (HO-1). We previously demonstrated that Korean red ginseng extract (RGE) decreases H. pylori-induced increases in ROS and monocyte chemoattractant protein 1 in gastric epithelial cells. We determined whether RGE suppresses the expression of IL-8 via Nrf2 activation and the expression of SOD and HO-1 in H. pylori-infected gastric epithelial AGS cells. H. pylori-infected cells were treated with RGE with or without ML385, an Nrf2 inhibitor, or zinc protoporphyrin (ZnPP), a HO-1 inhibitor. Levels of ROS and IL-8 expression; abundance of Keap1, HO-1, and SOD; levels of total, nuclear, and phosphorylated Nrf2; indices of mitochondrial dysfunction (reduction in mitochondrial membrane potential and ATP level); and SOD activity were determined. As a result, RGE disturbed Nrf2-Keap1 interactions and increased nuclear Nrf2 levels in uninfected cells. H. pylori infection decreased the protein levels of SOD-1 and HO-1, as well as SOD activity, which was reversed by RGE treatment. RGE reduced H. pylori-induced increases in ROS and IL-8 levels as well as mitochondrial dysfunction. ML385 or ZnPP reversed the inhibitory effect of RGE on the alterations caused by H. pylori. In conclusion, RGE suppressed IL-8 expression and mitochondrial dysfunction via Nrf2 activation, induction of SOD-1 and HO-1, and reduction of ROS in H. pylori-infected 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, 10μM) and iron (5μM) for inducing oxidative stress. Cell viability, GSH contents, H2O2 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 CCl4−induced liver injury mice model. Results : HE pretreatment prevented AA+iron-mediated hepatocytes apoptosis. In addition, AA+iron-induced mitochondrial dysfunction, H2O2 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 CCl4−induced liver injury mice model, HE-op had an ability to ameliorate CCl4−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.
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.
Nuclear factor erythroid derived 2-related factor-2 (Nrf2) is a master transcription regulator of antioxidant and cytoprotective proteins that mediate cellular defense against oxidative and inflammatory stresses. Disruption of cellular stress response by Nrf2 deficiency causes enhanced susceptibility to infection and related inflammatory diseases as a consequence of exacerbated immune-mediated hypersensitivity and autoimmunity. The cellular defense capacity potentiated by Nrf2 activation appears to balance the population of CD4+ and CD8+ of lymph node cells for proper innate immune responses. Nrf2 can negatively regulate the activation of pro-inflammatory signaling molecules such as p38 MAPK, NF-κB, and AP-1. Nrf2 subsequently functions to inhibit the production of pro-inflammatory mediators including cytokines, chemokines, cell adhesion molecules, matrix metalloproteinases, COX-2 and iNOS. Although not clearly elucidated, the antioxidative function of genes targeted by Nrf2 may cooperatively regulate the innate immune response and also repress the expression of pro-inflammatory mediators.
Silymarin, which is derived from dried Silybum marianum (milk thistle) seeds and fruits, possesses various beneficial properties, such as hepatoprotective, antioxidative, anti-inflammatory, and anticancer activity. This research aimed to explore the antioxidative activity of silymarin against oxidative stress and understand its molecular mechanism in RAW 264.7 cells. The study employed cell viability and reactive oxygen species (ROS) formation assays and western blot analysis. The results demonstrated that silymarin effectively reduced intracellular ROS levels induced by lipopolysaccharide (LPS) in a dose-dependent manner without causing any cytotoxic effects. Moreover, silymarin treatment significantly upregulated the expression of heme oxygenase (HO)-1, a phase II enzyme known for its potent antioxidative activity. Additionally, silymarin treatment significantly induced the expression of nuclear factor-erythroid 2 p45-related factor (Nrf) 2, a transcription factor responsible for regulating antioxidative enzymes, which was consistent with the upregulated HO-1 expression. To investigate the involvement of key signaling pathways in maintaining cellular redox homeostasis against oxidative stress, the phosphorylation status of mitogen-activated protein kinase (MAPK) and phosphoinositide 3-kinase (PI3K) was estimated by western blot analysis. The results showed that silymarin potently induced HO-1 expression, which was mediated by the phosphorylation of p38 MAPK. To further validate the antioxidative potential of silymarin-induced HO-1 expression, tert-butyl hydroperoxide (t-BHP)-induced oxidative damage was employed and attenuated by silymarin treatment, as identified by a selective inhibitor for each signaling molecule. In conclusion, silymarin robustly enhanced antioxidative activity by inducing HO-1 via the Nrf2/p38 MAPK signaling pathway in RAW 264.7 cells.
BACKGROUN/OBJECTIVES: Although studies have revealed that black garlic is a potent antioxidant, its antioxidant mechanism remains unclear. The objective of this study was to determine black garlic's antioxidant activities and possible antioxidant mechanisms related to nuclear factor erythroid 2-like factor 2 (Nrf2)-Keap1 complex. METHODS/MATERIALS: After four weeks of feeding rats with a normal fat diet (NF), a high-fat diet (HF), a high-fat diet with 0.5% black garlic extract (HF+BGE 0.5), a high-fat diet with 1.0% black garlic extract (HF+BGE 1.0), or a high-fat diet with 1.5% black garlic extract (HF+BGE 1.5), plasma concentrations of glucose, insulin,homeostatic model assessment of insulin resistance (HOMA-IR) were determined. As oxidative stress indices, plasma concentrations of thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) and 8-isoprostaglandin F2α (8-iso-PGF) were determined. To measure antioxidant capacities, plasma total antioxidant capacity (TAC) and activities of antioxidant enzymes in plasma and liver were determined. The mRNA expression levels of antioxidant related proteins such as Nrf2, NAD(P)H: quinone-oxidoreductase-1 (NQO1), heme oxygenase-1 (HO-1), glutathione reductase (GR), and glutathione S-transferase alpha 2 (GSTA2) were examined. RESULTS: Plasma glucose level, plasma insulin level, and HOMA-IR in black garlic supplemented groups were significantly (P < 0.05) lower than those in the HF group without dose-dependent effect. Plasma TBARS concentration and TAC in the HF+BGE 1.5 group were significantly decreased compared to those of the HF group. The activities of catalase and glutathione peroxidase were significantly (P < 0.05) increased in the HF+BGE 1.0 and HF+BGE 1.5 groups compared to those of the HF group. The mRNA expression levels of hepatic Nrf2, NQO1, HO-1, and GSTA2 were significantly (P < 0.05) increased in the HF with BGE groups compared to those in the HF group. CONCLUSIONS: The improvements of blood glucose homeostasis and antioxidant systems in rats fed with black garlic extract were related to mRNA expression levels of Nrf2 related genes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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