Highlight

This study demonstrates that whey protein isolate (WPI) protects dopaminergic-like SH-SY5Y cells from MPP⁺-induced oxidative stress by activating the Nrf2 signaling pathway. WPI significantly reduced intracellular ROS levels, increased Nrf2 nuclear translocation, and upregulated key antioxidant genes, supporting its potential as a neuroprotective agent in Parkinson’s disease cellular models.

ที่มาและความสำคัญ

โรคพาร์กินสัน (Parkinson’s disease: PD) เป็นโรคทางระบบประสาทที่เสื่อมเรื้อรัง มีลักษณะเด่นคือการสูญเสียเซลล์ประสาทโดพามิเนอร์จิกในสมองส่วน substantia nigra pars compacta ซึ่งนำไปสู่การเคลื่อนไหวช้า กล้ามเนื้อแข็งเกร็ง และอาการสั่น สาเหตุของโรคมีความซับซ้อนและเกี่ยวข้องกับหลายปัจจัย โดยเฉพาะความเครียดออกซิเดชัน (oxidative stress) จากการสะสมของอนุมูลอิสระ (ROS) ซึ่งเป็นตัวการสำคัญที่เร่งการเสื่อมของเซลล์ประสาท กลไกสำคัญในการป้องกันความเสียหายจากอนุมูลอิสระในร่างกายคือ เส้นทางสัญญาณ Nrf2 ซึ่งทำหน้าที่กระตุ้นการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการต้านอนุมูลอิสระ เช่น SOD1, GST, GPX, HMOX1 และ NQO1 โดยปกติ Nrf2 จะถูกยับยั้งในไซโตพลาสซึม แต่เมื่อเกิดภาวะเครียดออกซิเดชัน Nrf2 จะถูกปลดปล่อยและเคลื่อนเข้าสู่นิวเคลียสเพื่อกระตุ้นยีนเหล่านี้ เวย์โปรตีนไอโซเลต (Whey Protein Isolate: WPI) เป็นโปรตีนบริสุทธิ์สูงจากนมวัว มีคุณสมบัติโดดเด่นในด้านความสามารถในการละลายน้ำ ย่อยง่าย และมีกรดอะมิโนจำเป็นครบถ้วน หลายการศึกษารายงานว่า WPI และเปปไทด์ที่ได้จากการย่อยเวย์มีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ ช่วยเสริมการสร้างกลูตาไธโอน และควบคุมสภาวะรีดอกซ์ในเซลล์ รวมถึงอาจลดการอักเสบในระบบต่าง ๆ ของร่างกาย การศึกษานี้มีความสำคัญ เนื่องจากมุ่งประเมินศักยภาพของ WPI ในการปกป้องเซลล์ประสาทจากความเสียหายที่เกิดจาก MPP⁺ ผ่านกลไกการลดระดับ ROS, กระตุ้นการเข้าสู่นิวเคลียสของ Nrf2 และการกระตุ้นยีนต้านอนุมูลอิสระ เพื่อให้เข้าใจถึงกลไกการออกฤทธิ์ของ WPI ในการป้องกันโรคพาร์กินสันระดับเซลล์ ซึ่งอาจเป็นแนวทางใหม่ในการพัฒนาอาหารฟังก์ชันหรือผลิตภัณฑ์เสริมอาหารสำหรับผู้ป่วยโรคพาร์กินสันในอนาคต

Abstract

The pathogenesis of Parkinson’s disease (PD) consists of the apoptosis of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta (SNpc) due to oxidative stress. The present study aimed to evaluate the potential antioxidant activity of whey protein isolate (WPI) in PD models, using neurotoxin-exposed SH-SY5Y cells differentiated into dopaminergic-like neurons. Our research shows that WPI’s high glutamic acid, aspartic acid, and leucine contribute to its antioxidant and neuroprotective effects, with glutamic acid crucial for glutathione synthesis. In vitro studies found that WPI, at concentrations of 5–1000 µg/mL, is non-toxic to differentiated SH-SY5Y cells. Notably, the lowest con-centration of WPI (5 µg/mL) significantly decreased intracellular reactive oxygen species (ROS) levels in these cells following a 24 h co-treatment with 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP⁺). The antioxidant effects of WPI were also confirmed by the increased expression of HO1 and GPx antioxidant enzymes, which are Nrf2 pathway target genes and were evaluated by real-time PCR. Furthermore, Nrf2 nuclear translocation in the differentiated SH-SY5Y cells was also increased when the cells were exposed to 5 µg/mL of WPI with MPP⁺. These results together suggest that WPI has antioxidant effects on dopaminergic-like neurons in a Parkinson’s disease model.

KEYWORDS: Parkinson’s disease, whey protein isolate, MPP+, Nrf2, antioxidant

Citation: Rungruang, P., Sroyraya, M., & Sansri, V. (2025). Protective Role of Whey Protein Isolate on MPP+-Induced Differentiation of SH-SY5Y Cells by Modulating the Nrf2 Antioxidant Pathway. Molecules, 30(10), 2207; https://doi.org/10.3390/molecules30102207

RELATED SDGs:

SDG Goal หลัก ที่เกี่ยวข้อง

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Panlekha Rungruang
Credit ภาพ: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า

Highlight

TBH alleviates MPP+ and TNF-α-induced cell death in differentiated SH-SY5Y cells.

ที่มาและความสำคัญ

พยาธิสรีรวิทยาของโรคพาร์กินสันเชื่อมโยงกับความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นและการอักเสบในสมองจนกระทั่งทำให้เกิดการตายของเซลล์ประสาทชนิดโดปามิเนอร์จิคในสมองส่วน substantia nigra pars compacta (SNpc) การรักษาโรคพาร์กินสันในปัจจุบันคือการใช้ยาบรรเทาอาการ เช่น ยาเลโวโดปา แต่ยาหลายๆชนิดนี้ยังไม่สามารถรักษาโรคนี้ให้หายขาดได้ นอกจากนี้การใช้ยาในระยะยาวอาจนำไปสู่ผลข้างเคียงได้ ดังนั้นการวิจัยในปัจจุบันจึงเน้นที่จะใช้ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติมาใช้เป็นทางเลือกในการบรรเทาอาการหรือรักษาโรคพาร์กินสันหรือโรคทางระบบประสาทอื่นๆ เนื่องจากอาจจะไม่ก่อให้เกิดผลข้างเคียงหรือเกิดผลข้างเคียงได้น้อย ในระยะหลังๆนี้มีงานวิจัยหลายชิ้นรายงานว่า โปรตีนไฮโดรไลเสตจากปลามีสารต้านอนุมูลอิสระ และคุณสมบัติต่อต้านการอักเสบและลดตายของเซลล์หลายชนิด ซึ่งรวมถึงเซลล์ประสาท ดังนั้นการศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจสอบฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระและฤทธิ์ต้านการอักเสบของเลือดปาทูน่าเลือดไฮโดรไลเซท (TBH) ในการบรรเทาการตายของเซลล์ประสาทนิวโรบลาสโตมาของมนุษย์ (SH-SY5Y) ที่ได้รับการกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ประสาทที่คล้ายเซลล์ประสาทชนิดโดปามิเนอร์จิก (differentiated SH-SY5Y) ในแง่ของการลดการตายของเซลล์ โดยลดอนุมูลอิสระและลดการอักเสบภายในเซลล์

Abstract

The pathophysiology of Parkinson’s disease (PD) is linked to oxidative stress and inflammatory-induced cell death of dopaminergic neurons in substantia nigra pars compacta (SNpc). The current study aims to investigate the effects of tuna blood hydrolysate (TBH) on the neurodegeneration of Parkinson-like disease models using neurotoxin-induced SH-SY5Y cells differentiated to be dopaminergic-like neurons. It was found that TBH at concentrations ranging from 5 to 250 µg/ml can reduce differentiated SH-SY5Y cell death after exposure to 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP⁺) co-treated with TBH for 24 h. Real-time PCR results indicated that TBH enhanced the expressions of NAD(P)H quinone dehydrogenase 1 (NQO1), catalase (CAT), and thioredoxin reductase (TrxR1), which are Nrf2 downstream antioxidant genes. Bioinformatic analysis and molecular docking revealed that the peptide found in TBH, IPGQPGLPGPPGPPGPPGLG, could penetrate the cell and blood–brain barrier and strongly bind the Keap1-Kelch domain, causing Nrf2 nuclear translocation. Consequently, the upregulation of antioxidant genes ameliorates ROS and reduces dopaminergic neuron death. Another, TBH can reduce differentiated SH-SY5Y cell death and intracellular ROS after exposure to 24 h of co-treatment between TBH and tumor necrosis factor-alpha (TNF-α). Western blot analysis was performed to investigate apoptosis-related proteins. Bcl2 and BDNF are dramatically increased, while BAX, cytochrome c, caspase3, caspase9, and cleaved caspase9 are significantly decreased in co-treating differentiated SH-SY5Y cells with TBH and TNF-α. These findings demonstrated that TBH can suppress the apoptosis of inflammatory differentiated SH-SY5Y cells. Taken together, this study suggests that TBH can alleviate neurodegeneration and has anti-inflammatory effects on dopaminergic-like neurons in the simulation of a PD condition.

KEYWORDS: Parkinson’s disease, MPP+, Nrf2, Keap1-Kelch domain, TNF-α, Tuna blood hydrolysate

Citation: Rungruang, P., Rodthayoy, D., Hawangjoo, M., Klaypradit, W., Chonpathompikunlert, P., Sansri, V., … & Sroyraya, M. (2024). Alleviative and Anti-Inflammatory effects of tuna blood hydrolysates on MPP+ and TNF-α-induced Parkinson-Like disease model through the regulation of Keap1-Nrf2 antioxidant pathway and apoptosis. Journal of Functional Foods, 116, 106134. https://doi.org/10.1016/j.jff.2024.106134

RELATED SDGs:

SDG Goal หลัก ที่เกี่ยวข้อง

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Panlekha Rungruang, Daraphan Rodthayoy
Credit ภาพ: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า

Highlight

สาร Andro มีฤทธิ์หลากหลายทางเภสัชวิทยา แต่ในการศึกษานี้ได้ศึกษาฤทธิ์ในการป้องกันการตายของเซลล์ประสาทสายพันธุ์นิวโรบลาสโตมา SH-SY5Y ที่จำลองแบบโรคพาร์กินสันโดยใช้สารพิษต่อระบบประสาท MMP+ การป้องกันนี้ได้ผ่านกระบวนการ mitophagy, กำจัดโปรตีน alpha-synuclein ผ่านทาง autophagy และ เพิ่มความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ ทำให้สาร Andro มีคุณสมบัติที่จะเป็นอีกทางเลือกนึงในการป้องกันโรคพาร์กินสัน

ที่มาและความสำคัญ

โรคพาร์กินสัน เกี่ยวข้องกับการสูญเสียเซลล์โดปามีนและการรวมกันของ alpha-synuclein ซึ่งมีสาเหตุมาจากการสร้างสารอนุมูลอิสระที่มากเกินไปส่งผลให้เกิดการทำงานที่ผิดปกติของไมโตคอนเดรียและกระบวนการออโตฟาจี (autophagy) ตามลำดับ ในปัจจุบันได้มีการศึกษาทางเภสัชวิทยาของสาร Andrographolide หรือ Andro เป็นจำนวนมาก เช่น ฤทธิ์การต้านเบาหวาน ต้านมะเร็ง ต้านการอักเสบ เป็นต้น อย่างไรก็ตามงานวิจัยที่ศึกษาฤทธิ์ของสาร Andro ในการป้องกันสารพิษต่อระบบประสาท (neurotoxin) MMP+ ที่ชักนำในเซลล์ประสาทสายพันธุ์นิวโรบลาสโตมา SH-SY5Y ให้เป็นโรคพาร์กินสันยังไม่พบ ดังนั้นในการศึกษานี้ เราจึงได้ตั้งสมมติฐานว่า สาร Andro น่าจะมีฤทธิ์ป้องกันระบบประสาทต่อสาร MMP+ ที่ชักนำให้เกิดการตายแบบ apoptosis โดยผ่านทางกระบวน mitophagy เพื่อกำจัดไมโตคอนเดรียที่มีการทำงานที่ผิดปกติและการต้านสารอนุมูลอิสระ

Abstract

Parkinson’s disease (PD) is associated with dopaminergic neuron loss and alpha-synuclein aggregation caused by ROS overproduction, leading to mitochondrial dysfunction and autophagy impairment. Recently, andrographolide (Andro) has been extensively studied for various pharmacological properties, such as anti-diabetic, anti-cancer, anti-inflammatory, and anti-atherosclerosis. However, its potential neuroprotective effects on neurotoxin MPP⁺-induced SH-SY5Y cells, a cellular PD model, remain uninvestigated. In this study, we hypothesized that Andro has neuroprotective effects against MPP⁺-induced apoptosis, which may be mediated through the clearance of dysfunctional mitochondria by mitophagy and ROS by antioxidant activities. Herein, Andro pretreatment could attenuate MPP⁺-induced neuronal cell death that was reflected by reducing mitochondrial membrane potential (MMP) depolarization, alpha-synuclein, and pro-apoptotic proteins expressions. Concomitantly, Andro attenuated MPP⁺-induced oxidative stress through mitophagy, as indicated by increasing colocalization of MitoTracker Red with LC3, upregulations of the PINK1–Parkin pathway, and autophagy-related proteins. On the contrary, Andro-activated autophagy was compromised when pretreated with 3-MA. Furthermore, Andro activated the Nrf2/KEAP1 pathway, leading to increasing genes encoding antioxidant enzymes and activities. This study elucidated that Andro exhibited significant neuroprotective effects against MPP⁺-induced SH-SY5Y cell death in vitro by enhancing mitophagy and clearance of alpha-synuclein through autophagy, as well as increasing antioxidant capacity. Our results provide evidence that Andro could be considered a potential supplement for PD prevention.

Keywords: Parkinson’s disease, andrographolide, MPP+, SH-SY5Y cells, ROS, Nrf2, mitophagy

Citation: Prasertsuksri, P.; Kraokaew, P.; Pranweerapaiboon, K.; Sobhon, P.; Chaithirayanon, K. Neuroprotection of Andrographolide against Neurotoxin MPP⁺-Induced Apoptosis in SH-SY5Y Cells via Activating Mitophagy, Autophagy, and Antioxidant Activities. Int. J. Mol. Sci.2023, 24, 8528. https://doi.org/10.3390/ijms24108528

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

15. LIFE ON LAND

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.กุลธิดา ชัยธีระยานนท์
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.กุลธิดา ชัยธีระยานนท์
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Prachayaporn Prasertsuksri
เครดิตภาพ: รองศาสตราจารย์ ดร.กุลธิดา ชัยธีระยานนท์

ฤทธิ์การป้องกันและการซ่อมแซมของสารสกัดหยาบปลิงทะเลขาว Holothuria scabra ในหนูทดลองและเซลล์ทดลองที่ถูกชักนำให้เกิดโรคพาร์กินสันด้วย MPTP/MPP+

Highlight:
สารสกัดหยาบปลิงทะเลขาว Holothuria scabra (HS) มีฤทธิ์ในการป้องกันและซ่อมแซมเซลล์ประสาทในหนูทดลองและเซลล์ที่คล้ายเซลล์โดปามีนที่ถูกชักนำให้เกิดโรคพาร์กินสัน โดยผ่านขบวนการลดการตายแบบ apoptosis ยับยั้งการสร้าง α-synuclein protein และเพิ่มการแสดงออกของ tyrosine hydroxylase

ที่มาและความสำคัญ
สารสกัดหยาบปลิงทะเลขาว Holothuria scabra (HS) มีคุณสมบัติที่ต้านการอักเสบ ต้านอนุมูลอิสระ และต้านมะเร็ง รวมทั้งมีศักยภาพในการป้องกันการเสื่อมของเซลล์ประสาทที่พบในหนอน Caenorhabditis elegans ที่เป็นโรคพาร์กินสัน การศึกษาวิจัยนี้จึงมุ่งเน้นศึกษาประโยชน์ของสารสกัดปลิงทะเลขาว HS ที่มีคุณสมบัติในการป้องกันและซ่อมแซมเซลล์ประสาทโดปามีนในเซลล์ทดลองและหนู พบว่าการรักษาด้วยวิธีก่อนและหลังให้สารสกัดนี้ในหนูทดลองที่ถูกชักนำให้เกิดโรคพาร์กินสันด้วย 1- methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) ทำให้หนูมีการเคลื่อนไหวแบบ grid walk ดีขึ้น ร่วมกับการเพิ่มจำนวนเซลล์ประสาทโดปามีนและเส้นใยประสาทใน substantia nigra pars compacta และ striatum ส่วนในระดับเซลล์พบว่าสารสกัดนี้ลดการตายแบบ apoptosis ในเซลล์ประสาทที่มีลักษณะคล้ายเซลล์โดปามีนที่ถูกชักนำให้เกิดโรคพาร์กินสันด้วยสาร 1-methyl- 4-phenylpyridinium (MPP+) โดยการเพิ่มการแสดงออกของ Bcl-2, ลดการแสดงออกของ cleaved caspase 3 และป้องกันการเกิด depolarization ของผนังไมโตคอนเดรีย รวมทั้งยังเพิ่มการแสดงออกของ tyrosine hydroxylase และ ยับยั้งการสร้าง α-synuclein protein

Abstract
Extracts from Holothuria scabra (HS) have been shown to possess anti-inflammation, anti-oxidant and anti-cancer activities. More recently, it was shown to have neuroprotective potential in Caenorhabditis elegans PD model. Here, we assessed whether HS has neuroprotective and neurorestorative effects on dopaminergic neurons in both mouse and cellular models of PD. We found that both pre-treatment and post-treatment with HS improved motor deficits in PD mouse model induced with 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) as determined by grid walk test. This was likely mediated by HS protective and restorative effects on maintaining the numbers of dopaminergic neurons and fibers in both substantia nigra pars compacta (SNpc) and striatum. In a cellular model of PD, HS significantly attenuated 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP⁺)-induced apoptosis of DAergic-like neurons differentiated from SH-SY5Y cells by enhancing the expression of Bcl-2, suppressing the expression of cleaved Caspase 3 and preventing depolarization of mitochondrial membrane. In addition, HS could stimulate the expression of tyrosine hydroxylase (TH) and suppressed the formation of α-synuclein protein. Taken together, our in vivo and in vitro findings suggested that HS is an attractive candidate for the neuroprotection rather than neurorestoration in PD.

KEYWORDS: Holothuria scabra, MPP⁺, MPTP, tyrosine hydroxylase, α-synuclein, striatal dopamine

Citation: Noonong K, Sobhon P, Sroyraya M and Chaithirayanon K (2020) Neuroprotective and Neurorestorative Effects of Holothuria scabra Extract in the MPTP/MPP⁺-Induced Mouse and Cellular Models of Parkinson’s Disease. Front. Neurosci. 14:575459. doi: 10.3389/fnins.2020.575459
https://doi.org/10.3389/fnins.2020.575459

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.กุลธิดา ชัยธีระยานนท์
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.กุลธิดา ชัยธีระยานนท์, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: นางสาวกุลวดี หนูหนอง
แหล่งทุนวิจัย: สำนักงานพัฒนาการวิจัยการเกษตร (องค์การมหาชน)