Tsüanobakterid ja mikrovetikad bioaktiivsed ühendid naha vananemisel: potentsiaal taastada rakuvälise maatriksi täitumine ja ületada hüperpigmentatsioon

Palun võtke ühendustoscar.xiao@wecistanche.comrohkem informatsiooni

ABSTRAKTNE

Inimkeha suurima organina toimib nahk füüsikalis-keemilise barjäärina, pakkudes kaitset kahjulike keskkonnastressorite, nagu kemikaalid, patogeenid, temperatuur ja kiirgus, eest. Sellegipoolest läheb naha esiletõstmine kaugemale, omades üha vananevas elanikkonnas olulist psühhosotsiaalset rolli. Tarbijate murest nahahoolduse pärast ajendatuna on kosmeetikatööstus välja töötanud uusi koostisi, mis suudavad vähendada kõige nähtavamaid vananemise märke, sealhulgas naha tiheduse ja elastsuse vähenemist, kortsude teket ja hüperpigmentatsiooni. Nahahooldusega seotud on loodustoodete kasvav tähtsus, mis on saadud säästvalt vähem keskkonda mõjutavate meetoditega. Tsüanobakterid ja mikrovetikad suurendavad selles valdkonnas tähtsust, arvestades nende võimet biosünteesida sekundaarseid vananemisvastase potentsiaaliga metaboliite. Selles ülevaates anname ülevaate tsüanobakterite ja mikrovetikate ühendite potentsiaalist ületada naha vananemist, uurides peamiselt nende mõju metalloproteinaasidele kollagenaasile, elastaasile, želatinaasile ja hüaluronidaasile ning teistele pigmentatsiooniprotsessis osalevatele ensüümidele.

1. Sissejuhatus

Nahk on inimese suurim organ, mis moodustab 16 protsenti kogu kehamassist.bioflavonoididMitmete funktsioonide hulgas toimib nahk füüsilise barjäärina, pakkudes kaitset kahjulike stressitegurite, nagu kemikaalid, patogeenid, külm, kuumus ja ultraviolettkiirgus (UVR) eest]. Lisaks mängib nahk üliolulist rolli D-vitamiini sünteesis, mis on oluline kaltsiumi homöostaasi säilitamiseks, samuti immuun-, sensoorsete ja kehatemperatuuri reguleerimise funktsioonides23. Struktuuriliselt koosneb nahk kolmest erinevast kihist: epidermis, pärisnahk ja hüpodermis (joonis 1). Kõige pindmine ja paljastatum kiht, epidermis, on pidevalt uuenev kihistunud keratiniseeritud lameepiteel, mis koosneb peamiselt keratinotsüütidest ja melanotsüütidest. Selle põhifunktsioon põhineb kaitsel keskkonna keemiliste ja biokeemiliste ohtude eest, toimides füüsilise ja adaptiivse immunoloogilise barjäärina. Epidermise all on pärisnahk, mis koosneb sidekoest, mis sisaldab ekstratsellulaarset maatriksit (ECM) ja rakke, nagu fibroblastid ja makrofaagid. ECM on kollageeni- ja elastiinikiudude kolmemõõtmeline võrgustik, mida ümbritsevad jahvatatud ained, nagu hüaluroonhape (HA), mis toimivad koos, et säilitada naha täitumist, elastsust ja painduvust4 (joonis 1). Mis tahes tasakaalustamatus nende põhikomponentide vahel võib põhjustada naha struktuuri kaotust, mille tulemuseks on ebatervislik ja vananenud välimus4. Arvestades selle olulist rolli isikuomaduste ja sotsiaalse heaolu tagamisel, on kõigi nahakihtide säilimine muutunud üheks kaasaegse ühiskonna põhinõudeks, mis on ajendanud farmaatsia- ja kosmeetikatööstuses välja töötama uusi ja uuenduslikke tooteid6.

Nahahooldus- ja ilutooted on inimkonna ajaloos mänginud olulist rolli. Vanimad andmed kosmeetika kohta pärinesid egiptlastelt, kes olid eriti mures füüsilise välimuse, nimelt näokortsude tekke pärast. Kuna elanikkond oli kuiva ja kuuma ilmaga kokku puutunud, kuulus nahahooldus õlide ja kreemide kasutamisega igapäevase rutiini8.osta cistancheAastate jooksul on naha töötlemiseks ja puhastamiseks kasutatud ka muid tooteid, nagu soolad, mesi ja hüdroksü- ja viinhapped. Vana-Rooma avalikest vannidest pärit termin "kosmeetika", mis tähendab "keha kaunistamist". Praegu on Euroopa Komisjoni määruses nr 1223/2009 kosmeetikatooted määratletud kui "mis tahes ained või segu, mis on ette nähtud kokkupuuteks inimkeha väliste osadega (epidermis, juuksed, küüned, huuled ja välised suguelundid) või hammaste ja suuõõne limaskestadega, et puhastada, lõhnastada, muuta. välimus, kaitse, heas seisukorras hoidmine või kehalõhnade korrigeerimine"10. Ülemaailmselt on kosmeetikatööstus olnud finantsturgude kõikumisest üks kõige vähem mõjutatud. Väga värske uuringu kohaselt ennustatakse majanduslikku mahtu 2023. aastaks 805,61 miljardit dollarit ülemaailmse tarbimise kasvu tõttu. Samuti on keskmise eluea pikenemine toonud kaasa tugeva nõudluse vananemisvastaste toodete järele, luues seega ruumi lugematutele uuendustele ja kiirendades tööstuse kasvu.

KSL25

Lisateabe saamiseks klõpsake siin

Ühiskonna põhinõue naha suhtes on tegelikult naha vananemise edasilükkamine. Seda aeglast ja keerulist protsessi kutsuvad esile endogeensed tegurid, nagu geneetika, ja eksogeensed tegurid, nagu isiklikud harjumused ja keskkond. Endogeenne vananemine on loomulik protsess, mille käigus nahk kaotab järk-järgult oma funktsionaalsed ja struktuursed omadused, mis on rakkude vananemise loomulik tagajärg rakkude ainevahetuse, DNA paranemisvõime, geenimutatsioonide, telomeeride kadumise, kromosoomide vähenemise tõttu.

kõrvalekalded ja hormonaalsed muutused3,12. Teisest küljest põhjustavad eksogeenset vananemist kemikaalid, toksiinid, saasteained, ekstreemsed külma- või kuumatingimused ning kiirgus'4. Mõlemal juhul mõjutab see nähtus tavaliselt epidermise paksust, struktuuri ja pigmentatsiooni, samuti sügavamate kihtide morfoloogiat ja mikrostruktuuri, mille tulemuseks on hõrenemine, kuivus, lõtvus, laienenud poorid, peened jooned ja kortsud, tumedad laigud ja hüperpigmentatsioon. ".

Viimastel aastakümnetel on teadusuuringud vananemisvastaste toodete valdkonnas läbi teinud märkimisväärse arengu, keskendudes looduslikele allikatele ja rohelistele protsessidele, ilma loomkatseteta ja keskkonnasäästliku elutsükliga, sealhulgas pakendamine, tootmine, turustamine, tarbijakasutus ja hankimine".tsisantšSelle tulemusena tekkis kosmeetikatööstuse oluline laienemine ja turule on toodud lugematu arv uusi tooteid." Kuigi taimed on olnud sajandeid kosmeetikatoodete tootmise peamiseks tooraineks, viis selle üleuuritud ressursi ammendumine muude organismide, nagu makrovetikad ja eukarüootsed mikrovetikad, nimelt merest pärit mikrovetikate kasutamine." Seega on mereorganismid kujunenud kosmeetiliste koostisosade viljakaks allikaks, mis on võimeline minimeerima naha vananemise käigus tekkivaid kahjustusi, nagu kortsude teke ja süvenemine, pigmentatsioon, kollageeni lagunemine ja elastsuse kaotus " ja niiskuse kadu". Nende hulgas on tsüanobakterid muutunud olulisemaks tänu nende võimele toota bioaktiivseid sekundaarseid metaboliite, millel on unikaalne struktuur ja toimemehhanism. See gramnegatiivne bakter on ainus prokarüootide rühm, mis suudab sarnaselt taimedega läbi viia hapniku fotosünteesi, ehkki suurema fotosünteesi kiirusega ja bio masstootmine 2021. Nende iseenesliku uuenemisvõime, põhilised toitumisvajadused, minimaalne kultiveerimisruum ja väike keskkonnamõju''2 muudavad need nahahooldustoodete jaoks jätkusuutlikuks valikuks. Nende biomassi saab kasutada väetisena või loomasöödana ning see võib tekitada bio- polüestreid, mida tuntakse kui "rohelist plastikut", mis sobib seega ringmajanduse kontseptsiooniga'72425. Seda arvestades võib mereorganisme ja eriti mikroorganisme vaadelda kui uut lootust uute ja uuenduslike bioaktiivsete molekulide otsimisel, mis suudavad vastu seista. reaktsioonid, mis põhjustavad nahakahjustusi ja vananemist.

KSL26

Cistanche on vananemisvastane toime

2. Meetodid

Selle ülevaate eesmärk oli koostada olemasolevad uuringud tsüanobakterite ja mikrovetikate toodetud ekstraktide või bioaktiivsete ühendite kohta, et potentsiaalselt taastada naha ECM ja ületada hüperpigmentatsioon. Ülevaade viidi läbi andmebaaside Scopus, Web of Science, PubMed, ScienceDirect, ResearchGate ja Google Scholar abil. Päringuterminid hõlmasid "tsüanobakterid", "mikrovetikad", "bioaktiivsed ühendid", "naha vananemine", "metalloproteinaasid", "kollagenaas", "želatinaas", "elastaas", "hüaluronidaas", "türosinaas" ja "hüperpigmentatsioon". Lisaks oleme otsingut täiendanud, uurides lähemalt viidatud andmebaasidest välja otsitud artiklite viiteid.

3. Tsüanobakterid ja mikrovetikad naha vananemisel

Tsüanobakterid ja mikrovetikad on erinevate kasutusaladega looduslike bioaktiivsete ühendite viljakad allikad22. On teada, et tsüanobakterid ja mikrovetikad sünteesivad pigmente, lipiide (polüküllastumata rasvhapped – PUFA-d, süsivesinikud), valke, pol-sahhariide (tselluloos, alginaadid, tärklis) ja muid ühendeid, millel on tõestatud bioaktiivsus farmaatsia-, energeetika-, toitumis- ja kosmeetikas. väljad242627. Seoses energia kasutamisega kasutatakse bioetanooli, biogaasi ja biovesiniku tootmiseks erinevaid mikrovetikaid. Kõrge valgu- ja PUFA-de sisalduse tõttu saab neid kasutada ka inimeste ja loomade toitmiseks24. Farmaatsiavaldkonnas on tähelepanuväärne grassysta-tin AB tootmine kopsuvähi, kempopeptiin A käärsoolevähi ja dolastatiini 15 tootmine rinnavähi korral28.cistanche AustraaliaTeised uuringud näitavad, et neil on ka kasvajavastane, antikoagulantne, põletikuvastane ja proteaasi inhibeeriv toime48. Kosmeetikatoodete puhul on teatatud, et nende bioaktiivseid ühendeid, peamiselt ekstraktidena, on kasutatud šampoonides ja kehaseepides1019, näovees, vananemisvastastes kreemides, meigi- ja päikeseblokaatorites71922. Mis puutub päikesekaitsetoodetesse, siis mõned neist mikroorganismidest toodavad UV-kiirgust neelavaid ühendeid, nagu mükosporiinitaolisi aminohappeid (MAA) ja Stonemani, aga ka karotenoide ning fükobiliproteiine ja polüfenoole, millel on oluline roll oksüdatiivse stressi ennetamisel, kuna neil on võime eemaldada kahjulikke aineid. vabad radikaalid 47. Samuti toodavad nad oluliste niisutavate omadustega eksopolüsahhariide (EPS), metalloproteinaasi inhibiitoreid ja ühendeid, mis on võimelised inhibeerima türosinaasi ja vältima seega naha hüperpigmentatsiooni.

3.1.ECM-sihtühendid

Pärisnahk koosneb lahtisest ja tihedast sidekoest, mille põhikomponendiks on ECM. ECM on geelitaoline materjal, mis on valmistatud kollageenist ja elastsetest kiududest, mis on dispergeeritud glükoosaminoglükaanidest, proteoglükaanidest ja sidekoe glükoproteiinidest koosnevas jahvas aines. Oluline on hoida rakke koos ning tagada toitainete ja hapniku tee epider-mis³! Mitmed rakutüübid, nagu keratinotsüüdid, fibroblastid, makrofaagid, endoteelirakud, nuumrakud, eosinofiilid ja neutrofiilid, on võimelised tootma spetsiifilisi ensüüme, mis vastutavad ECM-i ringluse eest ja mõnel juhul põhjustavad naha struktuuri kadu ja kortsude ilmumist. . Viimasel ajal on hakatud rohkem uurima metalloproteinaase ja nende mõju naha maatriksi struktuurile, samuti naha pigmentatsiooni eest vastutavate ensüümide kohta. Nii metalloproteinaasid kui ka naha pigmentatsiooniga seotud ensüümid on muutunud vananemisvastase potentsiaaliga bioaktiivsete ühendite sihtmärgiks. Seetõttu esitame allpool ülevaate tsüanobakterite ja mikrovetikatest pärinevate ühendite võimalustest ületada naha vananemist, keskendudes peamistele ensüümidele, mis vastutavad nahamaatriksi struktuuri säilitamise eest.

3.1.1.Metalloproteinaasid

Maatriksmetalloproteinaasid (MMP-d) on ekstratsellulaarsete tsingist sõltuvate ensüümide perekond, mille põhifunktsioon on ECM30 ümberkujundamine ja lagundamine. Kollageen ja elastiin on ECM-i peamised valgud, mis vastutavad naha vastupidavuse ja elastsuse eest32. Seetõttu aitavad kõik MMP-de poolt esile kutsutud muutused kollageenis ja elastiinis kaasa naha struktuuri kadumisele, mille tulemuseks on selle kahjustamine³3. Peamine naha stressiseisund on kokkupuude UV-kiirgusega, mis süvendab ECM-i kollageeni- ja elastiinikiudude lagunemist MMP-de aktiivsuse indutseerimise kaudu. Kuigi MMP-d on epidermise diferentseerumise ja haavaarmide ennetamise seisukohalt üliolulised, võimendab nende ülesreguleerimine vananemise märke ja nahavähi arengut.

KSL27

Vaatamata erinevatele MMP-de alarühmadele, nagu kollagenaasid, želatinaasid, stromelüsiinid, matrilüsiinid, membraanitüüpi MMP-d (MT-MMP-d), muu hulgas²4, keskendub käesolev ülevaade kõige olulisematele naha vananemisega seotud teemadele: kollagenaas, želatinaas, elastaas, ja hüaluronidaas (joonis 1).

3.1.1.1. Kollagenaasid. Kollagenaasidel on erinevaid alatüüpe, nt MMP-d-1, -8, -13 ja -18, mis on proteolüütilised ensüümid, mis vastutavad kollageeni fragmenteerumise algatamise eest inimeses.

nahale ja kollageeni ringluse kontrollimiseks³5. Need ensüümid lõhustavad nahas igat tüüpi interstitsiaalseid kollageene (I, Il ja II) ühes kohas. Pärast lõhustamist kaotavad kollageenifragmendid kehatemperatuuril stabiilsuse ja nende struktuur on häiritud, aidates kaasa naha homöostaasi kadumisele ja kudede kahjustuse tekkele303637. Seega kujutab MMP-de inhibeerimine endast strateegiat naha maatriksi struktuuri säilitamiseks, vältides kudede kahjustamist ja lükates edasi kortsude teket.

Mitmed hiljutised aruanded osutavad erinevatele tsüanobakteritest ja mikrovetikatest eraldatud ühenditele kui tugevatele ECM-i komponentide seedimise eest vastutavate ensüümide inhibiitoritele, mis on olulised naha täituvuse säilitamiseks ning mis vananemisprotsessi ja kahjulike abiootiliste teguritega kokkupuute käigus loomulikult vähenevad* (Joonis 1 , Tabel 1). Näiteks on tsüanobakterist Aphanothece halophytica eraldatud mükosporiin-2-glütsiin (M2G) (joonis 2), millel on kollagenaasi inhibeerivad omadused, mille tugev ICso on 0,47 mmol/L, mis on võrreldav sellega. tuntud kollagenaasi inhibiitori fenantroliini. Eeldati, et ensüümi inhibeerimise mehhanism võib olla seotud M2G võimega kelaatida kaltsiumioone ja ühendi efektiivsusega glükatsioonist sõltuva valgu-valgu ristsidumise moodustumise pärssimisel, mis on selle arenguga seotud protsess. tuhmile nahale ja naha elastsuse vähenemisele. Need tulemused on näidanud M2G-d kui ahvatlevat kandidaati uue vananemisvastase kosmeetika väljatöötamisel ja rõhutanud selle potentsiaali naha vananemise ennetamisel³.

KSL28

Valguekstrakt suutis vähendada MMP{0}} ekspressiooni mRNA-s ja valgutasemeid saadi mikrovetikatest Chlorella minutissima**. Samuti leiti, et Chorellast pärinev peptiid inhibeerib UVB-ga indutseeritud MMP-1 ekspressiooni UVB-kiirgusega kiiritatud inimese fibroblastides, pärssides ECM-iga seotud signaalvalgu CYR61, transkriptsioonifaktori AP{{ 7}} ja kemotaktilise faktori MCP-1 tootmine. Need tulemused on üliolulised, kuna CYR61 ülesreguleerimine käivitab I tüüpi kollageeni muutused sarnaselt fotovananenud ja kronoloogiliselt vananenud nahaga tuvastatutele, kui UV-kiirgus kutsub esile AP-1 ja MCP{14} transkriptsiooni. }, mis omakorda stimuleerib MMP{15}} väljendit4!

Arthrospira maxima on veel üks näide tsüanobakteritest, mis on võimelised tootma kollagenaasivastaseid peptiide. Peptiidifraktsioon PHS näitas kollagenaasivastast aktiivsust (92,5 protsenti) ICso-ga 32,5 ug/ml võrreldes sünteetilise inhibiitoriga (57,13 protsenti)"4. Need peptiidide järjestused võivad sarnaneda natiivse kollageeni lõhustamiskohaga ja seega takistada kollageeni lagunemist. Konkurentsi ensüümi aktiivse saidiga märgiti nende peptiidide kollagenaasi blokeeriva toimena.

3.1.1.2.Želatinaasid

Želatinaasid (MMP-d-2 ja -9) lagundavad basaalmembraani ja denatureerivad struktuurseid kollageene3036. Need ensüümid on olulised kollageenifragmentide seedimisel pärast nende esialgset lõhustamist kollaažnaaside poolt"3. Kuigi väiksemates kogustes on teateid ka tsüanobakteritest pärinevate ühendite potentsiaali kohta želatinaasidele mõjuda (joonis 1, tabel 1). ). Kunte ja Desai" hindasid tsüanobakteritest Spirulina platensis saadud fükobiliproteiini C-fükotsüaniini sisaldava valguekstrakti (C-PC ekstrakt) mõju inimese želatinaasidele MMP-2 ja MMP-9. Autorid leidsid, et peale MMP-2 aktiivsuse olulise vähenemise 55,13% võrra ja MMP-9 aktiivsuse olulise vähendamise 57,9% võrra, vähendas C-PC ekstrakt ka mõlema želatinaasi mRNA ekspressiooni hepatotsellulaarses vähirakus. rida HepG2. Kuigi täpne pärssimise mehhanism on teadmata, võivad need leiud viia uuemate arusaamadeni S. platensisest kui potentsiaalsest terapeutiliselt bioaktiivsete molekulide allikast. Aasta hiljem leidsid samad autorid veel ühe valguekstrakti Chlorella minutissima'st, mis vähendas edukalt inimese MMP-2 ja 9 mRNA ekspressiooni ning suurendas ka metalloproteinaaside koeinhibiitori-3 (TIMP{) mRNA ekspressiooni. {24}})40.

3.1.1.3.Elastaasi

Elastaas (MMP-d{0}}) on seriinproteaas, millel on ainulaadne võime elastiini seedida. Kollageeni järel on elastiin dermise sidekoe kõige rikkalikum koostisosa437. Elastiinkiudude lagunemise tulemuseks on naha elastsuse kadu ja sellest tulenevalt lõtvumine ja vananemine.cistanche eelisedMMP-12 on elastiini vastu kõige tõhusam MMP ja seda toodavad makrofaagid ja fibroblastid vastusena UV-kiirgusele"5. Mitmed hiljutised aruanded käsitlesid tsüanobakteritest ja mikrovetikatest pärinevate looduslike ühendite võimet ületada elastaasi. -aktiivsus (joonis 1, tabel 1). Hiljuti leiti, et tsüanobakteritest Schizothrix sp. ja Coleofasciculus sp. eraldatud tsüklilised depsipeptiidid tutuilamiidid AC toimivad sigade pankrease elastaasi (PPE) tugevate inhibiitoritena sarnase pöörduva seondumisviisi kaudu. loodusliku tsüanobakterite ühendi lyngbyastatin omadele. Rahvusliku Vähiinstituudi parameetreid järgides võime arvata, et tutuilamiididel AC oli uskumatult madal ICso väärtus (1, 18 nM, 2, 05 nM ja 4, 93 nM), olles tutuilamiid A (joonis 2) kõige tõhusam tsüanobakteritest saadud ühend elastaasi inhibeerimisel. PPE-ga kompleksis oleva tutuilamiidi A struktuurianalüüs kinnitas täiendava vesiniksideme tekkimist 4-kloro-3-metüül-but-3-eenohappejäägi ja elastaasijäägi R226 karkassi amiidrühma vahel, mis näib stabiliseeruvat. ligandi ja võib seletada ühendi suurenenud inhibeerivat toimet. Tegelikult näitas tutuilamiid A suuremat elastaasi inhibeerimise potentsiaali võrreldes teiste ühenditega, nagu lyngbyastatin 7, kus seda täiendavat koostoimet ei esine *.

Other compounds such as the cyclic depsipeptides lyngbyasta-tin-4,-5,-6, and -7,somamide B, tiglicamides A-C, and largamides A-C, produced by Lyngbya spp,were shown to selectively inhibit PPE in vitro47-49. Lyngbyastatin -5, -6, -7, and somamide B inhib-ited elastase in a competitive way, following the Michaelis-Menten kinetics. The 2-amino-2-butenoic acid (Abu) moiety of the hexa-depsipeptide core appears to be the main contributor to the selectivity for elastase3. The activity of largamides A-C and tiglica-mides A-C in elastase inhibition was inferior to lyngbyastatin 4-74950. Later, three new members of lyngbyastatins, namely lyng-byastatins 8, 9 and 10 isolated from the marine cyanobacteria Lyngbia semiplena, were also found to inhibited PE, with ICso val-ues ranging from 120 to 210 nM>'. Kuigi need on kõrged ICso väärtused, tähistavad need lüngbüastatiinide potentsiaali elastaasi inhibeerimiseks ja avavad uksed edasisteks uuringuteks, kus võib kaaluda keemilisi modifikatsioone, mis suurendavad ühendite aktiivsust ja spetsiifilisust. Seni hinnatud lüngbüastatiinidest olid elastaasi vastu kõige tõhusamad lüngbüastatiin 5 (joonis 2) ja lyngbyastatin 6, mille ICso väärtused olid vastavalt 3,2 ja 3,3 nM. Samas perekonnas eraldasid Rubio ja tema meeskond52 kaks dolastatiini 13 tsüklilist depsipeptiidi analoogi, bouillo-miidid A ja B, tsüanobakteritest Lyngbya bouillonii ja avastasid, et neil on võime selektiivselt inhibeerida neid seriinproteaase, kuigi nende ICso on suurem. 1,9 μM). Nendes kahes ühendis sisaldub ka Abu fragment, mis tugevdab selle rolli elastaasi selektiivsuses. Teine Abu fragmenti sisaldav tsükliline dep-sipeptiid, stigonemapeptiin, mis on eraldatud Stigonema sp-st, näitas samuti selektiivset elastaasi inhibeerivat toimet, mille ICso oli 0,26 μM53.

Salvador ja kaastöötajad?4 näitasid, et sümplostatiin 5-10 (Abu, mis sisaldab tsüklilisi depsipeptiide) (joonis 2), mis on eraldatud tsüanobakteritest Symploca sp., inhibeeris tugevalt elastaasi pro-teolüütilist aktiivsust (ICso 37 kuni 89 nM) , mis oli võrreldav sarnaste ühendite lyngbyastatin 4 ja 7 aktiivsusega. Samuti näidati, et N-Me-Tyr (sümplostatiin 8-10) sisaldavad ühendid olid veidi tugevamad kui nende N-Me-Phe ( symplostatin 5-7) analoogid PPE elastaasi ja inimese neutrofiilide elastaasi inhibeerimisel. Need elastaasi suhtes kõrge spetsiifilisusega ühendid nõrgendasid elastaasi toimet retseptori aktiveerimisel ja avaldasid lühiajalistes testides paremat aktiivsust kui kliiniliselt heakskiidetud elastaasi inhibiitor sivelestat ning näitasid ka paremat püsivat aktiivsust pikemaajalistes testides54.

The cyclic depsipeptides oscillapeptins A, B, D, and E, isolated from Oscillatoria agardhil, inhibited elastase with ICso values of 0.3, 0.05,30, and 3.0ug/mL, respectively. The structure/activity analysis of these compounds suggested that the presence of an amino acid residue between Thr and the 3-amino-6-hydroxy-2-piperidone (Ahp) unit is essential in the selectivity>Tritsükliline peptiid mikroviridiin I näitas elastaasi inhibeerivat toimet ICso-ga 0,34 ug/ml. Ahp fragmenti sisaldavad tsüklilised depsipetiidid, nagu ostsiil-lapeptiin G ja ostsillapeptiidid 97-A, -B, tunnistati samuti elastaasi inhibiitoriteks (ICso =0.73, 0.42 ja 1.12). ug/mL） kraadi. Teised Nostoc minutumi poolt toodetud mikroviridiini tüüpi peptiidid (G ja H) ning nostopeptiinid (A ja B) on samuti näidanud võimet vältida elastiini lagunemist elastaasi inhibeerimise kaudu5758. Samuti on näidatud, et tsüanobakterid Microcystis aeruginosa toodavad mikroviridiine, nimelt mikroviridiine B ja C, mis inhibeerisid elastaasi ICso=0-ga.044 ja 0.084 ug/mL ning mikropeptiine HH978, HH960, HH992 ja DR1006, mille IC on vastavalt =17.6, 55,5, 16,9 ja 13,0 μM. Mikroviridiinidel B ja C oli elastaasi vastane ICso sarnane G-l ja H-l ning seda tähelepanekut saab vähemalt osaliselt seletada molekulaarstruktuuriga: teatati, et X-Thr-Y aminohappejärjestus mõjutab elastaasi inhibeerivat aktiivsust, ja mõlemad mikroviridiinid B, C, G ja H esitasid X asemel hüdrofiilse aminohappejäägi ja Y asemel Leu59-61

Leiti, et Dichothrix utahensis'e uuel peptiidil, melassamiidil, on seriinproteaasi inhibeeriv toime elastaasi suhtes, mille ICso on=0,032 μM, ja sarnane selektiivsusprofiil, mida on eelnevalt kirjeldatud lyngbyastatin 4-7 puhul. nende struktuurse sarnasuse tõttu

2. Kaks teist aktiivsusega tsüklilist depsipeptiidi

elastaasi vastased isoleeriti Scytonema Hofmannist ja tähistati süstoolsete A- ja B*3-ga. Korrelatsiooni molekulaarstruktuuri ja bioaktiivsuse vahel saab samuti ennustada, kui täheldati kahte eristavat tunnust: viies positsioon on asendatud Leu-ga, nagu eelnevalt kirjeldatud mikroviridiinides, ja 3-klooritud N-metüül-Tyr jääk kaheksandal positsioonil. Nagu eelmistes uuringutes, kasutati mudelina PPE-d ning teatati, et stsüptoliin A ja B blokeerivad elastaasi aktiivsust madalatel kontsentratsioonidel. On näidatud, et stsüptoliinid seonduvad otse sihtmärkpeptidaasi aktiivsesse keskusesse substraadisarnasel viisil, kuid selle selektiivsuse molekulaarne alus on endiselt ebaselge.

Planktothrix rubescens on teine tsüanobakterid, mis toodavad elastaasi inhibiitoreid (planktopeptiin BL1125, BL843 ja BL106) ICso väärtustega vastavalt 96 nM, 1,7 µM ja 40 nM. Pärast nende ühendite molekulaarstruktuuri uurimist oli võimalik ennustada struktuuri ja aktiivsuse seost, kuna selgus, et molekulide paindlik külgahel näitas elastaasi suhtes marginaalset selektiivsust. BL1125 on inimese leukotsüütide (HLE) (K; =2,9 nM) ja pankrease (K =7,2 nM) elastaasi vooderdis konkureeriv tihedalt seonduv inhibiitor ning see pärsib tõhusalt lõhustumist, mitte ainult sünteetilisest substraadist, vaid ka looduslikust päritolust elastiinist. HLE on muutunud olulisemaks tänu oma osalemisele mitmetes patoloogilistes protsessides, seega on selle ensüümi inhibiitorite leidmisel strateegiline terapeutiline huvi?4. Aastaid hiljem avastasid Bubik ja kaastöötajad*5 samast tsüanobakteritüvest peptiidid anabaeno-peptiinid B ja F, millel on ka võime inhibeerida HLE-d ja PPE-d, kuigi vähemal määral kui PPBL1125. HLE inhibeerimisprofiilid näitasid konkureerivat inhibeerimist K; väärtused vahemikus 0.1-1 μM. Seoses isikukaitsevahenditega näitasid profiilid sigmoidset kuju, mis kirjeldab kahe inhibiitormolekuli seondumist ensüümiga. Esimesel inhibiitormolekulil oli K; vahemikus 1-2 uM ja teine, eelnevalt saadetud K; väärtused ligikaudu 50- korda suuremad 5.

HLE inhibeerimine saavutati ka Tychonema sp. Need ühendid olid K-ga HLE suhtes väga selektiivsed; väärtused vastavalt 1,1, 0,70 ja 1,6 uM, mis on arvutatud konkureerivat inhibeerimist eeldades. Samuti teatati, et brunsvikamiidid võivad toimida alternatiivsete HLE substraatidena, millel on tugevalt aeglustunud diatsüülimine 0. Veel üks HLE inhibeerimine leiti Nostoc insulare tsüanopeptoliinide, insulapeptolides AH puhul. Insulapeptoliidide AD ICso väärtused olid vahemikus 85 (K; väärtus 36 nM) kuni 140 nM, seega olid nad väga tugevad inhibiitorid, samas kui insulapeptoliidid EH olid vähem aktiivsed, ICso väärtused kõikusid vahemikus 1,6 kuni 3,5 uM. Seetõttu võib järeldada, et need ühendid hõivavad HLE substraadi sidumissaidi, mis viitab sellele, et insulapeptoliidid toimivad konkureerivate inhibiitoritena, rikkudes mittekovalentseid ensüümi-inhibiitori komplekse HLE6'ga (tabel 1).

Tsüanobakteritest eraldatud tsüklilised depsipeptiidid on näidanud tohutut potentsiaali elastiini lagunemise vältimiseks ja aeglustamiseks nii elastaasi otsese inhibeerimise kui ka ensüümi ekspressioonitaseme häirimise kaudu. Mõnes olukorras seab ensüümi kõrge spetsiifilisus need ühendid esirinnas tõhusate ja uuenduslike vananemisvastaste koostiste väljatöötamisel, millel on potentsiaal säilitada ja parandada naha täitumist ning aeglustada kortsude teket. Eelnevalt esitatud molekulidest näivad tutuilamiidid ja lüngbüastatiinid farmaatsia- ja kosmeetikatööstuses täiendavaid uuringuid väärt, pidades silmas nende tõestatud toimet selle ensüümi vastu.

3.1.1.4.Hüaluronidaasid

Aurustumisel kaotatud liigne pindmine vesi aitab oluliselt kaasa naha vananemisele. Aurustunud vesi asendatakse epidermise sisemiste kihtide ja pärisnaha veega, mis viib rakkude kokkutõmbumiseni ja halvima stsenaariumi korral rakusurma *863. Seos naha hüdratatsiooni ja kortsude tekkimise vahel näitas, et naha niisutamine vähendab oluliselt kortsude ja vagude sügavust. Piisav naha niiskus saavutatakse osaliselt hüaluroonhappe (HA) säilimise kaudu, mis on tingitud selle ainulaadsest võimest säilitada vett. Hüaluronidaasid (HASE) on ensüümid, mis lagundavad polümeere, lõhustades suure molekulmassiga HA väiksemateks fragmentideks4. HA on naha niiskuse tagamisel osalev võtmemolekul. Selle ülesanne on muu hulgas siduda vett ja määrida liikuvaid kehaosi'2. Nagu juba öeldud, lagundatakse HA erineva suurusega fragmentideks HASEs^?. HA leidub noores nahas kollageeni- ja elastiinikiudude äärealadel. Vananenud nahka, mis on vähem täidlane kui nooruslik nahk, iseloomustab HA taseme langus. HA taseme langus võib olla seotud vananenud naha muutustega, sealhulgas kortsude teke, muutunud elastsus ja vähenenud turgus74. HA lagundamise eest vastutavate ensüümide võitmine näib olevat tõhus strateegia naha vananemise edasilükkamiseks ja naha välimuse parandamiseks igas vanuses.

Seoses HASE-i inhibeeriva toimega leidsid Yamaguchi ja Koketsu75, et tsüanobakterid Nostochopsis lobatus MAC08{{10}}4NAN toodavad suures koguses kõrge inhibeeriva toimega polüsahhariidi (ICso{{2}). },18 ug/mL） HASE-l, mis on umbes 14,5 korda tugevam kui looduslik inhibiitor dinaatriumkromoglükaat. Kuna tegemist on söödava liigiga, toetab see selle kasutamist kosmeetilistel eesmärkidel ja tarbijate poolt aktsepteerimist, kuna sellel on juba teadaolev ohutusprofiil. Lisaks puhastele ühenditele täheldati ka seda, et ekstraktid, nimelt etanoolis lahustumatud fraktsioonid, võivad pärssida HASE aktiivsust, nagu on näidanud Fujitani et al. uuringus, mis viidi läbi seitsme erineva mikrovetikaperekonnaga (tabel 1). Ka Spirulina platensis, Porphyridium purpureum, Rhodosorus Marinus, Chlorella pyrenoidosa, Dunaliella salina ja Pleurochrysis carterae oli 0.15, 0.18,0.26,0.94,0.15 ja 0,41 mg/ml vastavalt, kusjuures S. platensis ja D. salina olid sarnased loodusliku HASE inhibiitori väärtustega. Teatati, et etanoolis lahustumatu fraktsioon sisaldas makromolekule, nagu polüsahhariide, mis võivad olla seotud hüaluronidaasi inhibeerimisega.

Tõhusate ekstraktide kasutamine toimeainetena kosmeetikatoodete tootmisel võib olla isoleeritud ühendite eeliseks, kuna ekstraheerimine on suurem ja töötlemiskulud madalamad.

3.2.Hüperpigmentatsioon

Naha valgendamine, aga ka esteetiliselt meeldiv ja ühtlane naha pigmentatsioon on olnud paljude kosmeetikatööstuste põhirõhk. Nahk muutub sageli ebaregulaarselt tumedaks UV-kiirguse, vananemise ja raseduse tõttu. Kuigi hüperpigmentatsioon ei ole mingil moel kahjulik, võib see mõnikord põhjustada tõsiseid probleeme, näiteks melanoomi. Selle tulemusena uuritakse mitmeid ravimeetodeid, et näha nende tõhusust naha pigmentatsioonihäirete ravis. Melanogenees toimub epidermise põhjas asuvates melanotsüütides protsessis, mis hõlmab mitmeid keemilisi ja ensümaatilisi reaktsioone melaniini, naha peamise komponendi, tootmiseks. värvus Hüperpigmentatsioon võib tekkida melanotsüütide arvu suurenemise või melanogeensete ensüümide - Tyrosinase780 - üliaktiivsuse tõttu (joonis 1). Melaniini ebanormaalse koguse kogunemine on peamiselt põhjustatud UVR-kiirgusest, mis suurendab reaktiivsete hapnikuliikide (ROS) tootmist. ROS-id toodetakse naha epidermises ja need stimuleerivad melanotsüüte muutma türosiini oksüdatsiooni teel türosinaasi toimel melaniiniks. Türosinaas on ülioluline ensüüm, mis katalüüsib melaniini sünteesi melanotsüütides. Seetõttu saab türosinaasi inhibiitoritega1081 ära hoida naha pigmentatsiooni. Mõned tuntud türosinaasi inhibiitorid on hüdrokinoon (HQ), kojic hape ja arbutiin. Kuigi need ühendid on tõhusad depigmenteerivate ainetena, ei ole need kahjulikud. Juba on näidatud, et HQ-l on mutageenne toime ja tsütotoksilisus imetajate V79 rakkude suhtes82, see põhjustab DNA kahjustusi88 ja sellel on mõningaid tõendeid kantserogeense toime kohta84. Kojiinhappega seoses tekkis nahaärritus ja allergiline dermatiit pärast seda sisaldavate nahahooldustoodete kasutamist85. Seoses arbutiiniga põhjustas suuremate kontsentratsioonide kasutamine nahaärritust ja hüperpigmentatsiooni 3. Lisaks on neil kõrge toksilisus, madal stabiilsus, halb naha läbitungimine ja ebapiisav aktiivsus87. Nägu kokku puutunutega on äärmiselt oluline leida alternatiive hüperpigmentatsiooni ületamiseks või uute tõhusate ja vähem kahjulike kõrvalmõjudega türosinaasi inhibiitorite leidmiseks. Tsüanobakterite ja mikrovetikatest pärinevate ühendite türosinaasi inhibeerimise uurimine on siiani olnud väga piiratud ning enamik olemasolevaid uuringuid uurib seente türosinaasi ensümaatilise mudelina, mistõttu on tulemuste ülekandmine inimkeskkonda raske. Viimastel aastatel on aga tekkinud mõned paljulubavad ühendid ja bioaktiivsed ekstraktid tsüanobakteritest ja mikrovetikatest (tabel 2).

Tsüanobakterite potentsiaali kohta hüperpigmentatsioonis on näiteks Arthrospira platensise toorekstraktid. Sahin8' leidis, et A. platensis'e etanooli- ja veeekstraktidel on ICso väärtused võrreldaval skaalal kojhappe väärtustega. Leiti, et mõningaid selle liigi poolt toodetud fenoolseid ühendeid, nt kohv- ja feruulhapet, mis sisalduvad ekstraktides, peetakse kõige tõhusamateks ensüümi türosinaasi inhibiitoriteks, mille ICso väärtused on oluliselt madalamad kui ravimitel kojichape ja feruulhape. arbutiin. Kuigi autorid on läbi viinud uuringu mitte-inimese ensüümi mudelis, viitab nende tulemuste võrdlemine inimese türosinaasi inhibiitorite omadega A. platensise ekstraktidele kui alternatiivsetele lähteainetele nii tõhusate kui ka ohutumate türosinaasi aktiivsuse inhibiitorite hankimisel87.

1996. aastal näitas Oscillatoria agardhii'ga läbiviidud uuring, et oscillapeptiin G inhibeerib türosinaasi 55% võrreldes töötlemata kontrolliga, kuid mehhaanilisi ega võrdlusravimeid ei uuritud88. Wu ja kaastöötajad on selle teemaga seotud keerukamaid uuringuid läbi viinud, uurides Spirulina sp. C-PC melanogeenset toimet, kasutades B16F10 hiire melanoomirakke. Autorid leidsid, et C-PC inhibeerib melaniini biosünteesi kahekordse mehhanismi abil, millest üks soodustab MITF valgu, türosinaasi transkriptsioonifaktori, lagunemist MAPK/ERK signaaliraja ülesreguleerimise kaudu ja teine CREB aktivatsiooni pärssimise kaudu. MITF-i transkriptsioonifaktor p38 MAPK raja 89 allareguleerimise kaudu. Oh ja kaastöötajad? uuris Pavlova lutherie'st eraldatud uudset peptiidi ROS-i genereerimisel ja melanogeensete spetsiifiliste valkude ekspressioonil. Autorid leidsid, et peptiidil on inhibeerivad omadused c-melanotsüütide stimuleeriva hormooni poolt indutseeritud melanogeneesi vastu melaniini sisalduse, türosinaasi inhibeerimise kaudu B16F10 melanoomirakkudes ja ka melanogeneesiga seotud valkude vähenemise kaudu. Seetõttu on sellel valgul potentsiaalne valgendav toime ja silmapaistev kaitsev toime oksüdatiivsest stressist põhjustatud rakukahjustustele, mida saab kasutada tõhusa loodusliku allikana kosmeetika- ja farmaatsiatoodetes.

Vaatamata nappidele in vitro uuringutele hüperpigmentatsiooni teemal tsüanobakterite ja mikrovetikatest pärinevate ühenditega, astus ettevõte CODIF Research & Nature sammu edasi katsega, milles osales vabatahtlikke inimesi. See biotehnoloogiaettevõte, mis uurib mereressursse kosmeetikatoodete tootmiseks, töötas välja tsüanobakterite Phormidium persicinum biotehnoloogilise ekstrakti PHORMISKIN Bioprotech G@, mis on võimeline vähendama melaniini sünteesi. Uuringus kasutasid 15 vabatahtlikku vanuses 25–46 aastat ekstrakti kontsentratsioonis 2 protsenti 28 järjestikuse päeva jooksul. Pärast katseperioodi muutus nahatoon ühtlasemaks ja nahk heledamaks. Ekstrakt stimuleeris ka valgu tioredoksiini sünteesi, mis on tuntud oma antioksüdantsete ja detoksifitseerivate omaduste poolest.

Samuti on mõned uuringud bioaktiivsete ekstraktide ja mikrovetikatest eraldatud ühenditega. Üks neist kasutab Haematococcus Pluvialis'e astaksantiini ja näitab selle ksantofülli mitmeotstarbelist toimet, nimelt ROS-i akumulatsiooni pärssimist ja türosinaasi allareguleerimist. Selles uuringus oli astaksantiini diestritel kõrgeim türosinaasi inhibeeriv toime kui monoestritel, nende ICso väärtused olid vastavalt 2,12 ja 3,5 ug/ml. Seega võivad nimetatud omadused takistada melanotsüütide ja järelikult ka melaniini kontrollimatut proliferatsiooni ja kuhjumist. 2. Veel üks Nannochloropsis oculata zeaksantiini uuring näitas türosinaasi inhibeerivat aktiivsust annusest sõltuval viisil", eeldades ksantofüllide potentsiaali valgendavate ainetena.

Teine viis melanosoomi moodustumise vältimiseks nahas on vitamiinide C ja E*4 kasutamine. Sellega seoses võib oletada, et Spirulina sp.8995 ja Chlorella Vulgaris? 6 on nende vitamiinide märkimisväärse sisalduse tõttu suurepärased kandidaadid kosmeetilistel eesmärkidel.

Püüdes osutada võimalikule struktuuri ja aktiivsuse seosele ning võttes arvesse erinevate tsüanobakterite ja mikrovetikatest pärinevate ühendite jaoks leitud ICso väärtusi, näib, et fenoolhapped, nagu kohv ja feruulhape, sisalduvad bioaktiivsetes ekstraktides ja millel on molekulaarstruktuur sarnasem kojichappega, inhibeerivad türosinaasi tõhusamalt kui peptiidid.

4. Tulevikuperspektiivid

Vananemise mõju edasilükkamine on olnud kütus investeerimiseks uute, uuenduslike, tõhusate ja keskkonnasõbralike ühendite otsimisse, mille eesmärk on leida täiuslik vananemisvastane koostis. Sellega seoses on kasvavad teadusuuringud looduslike allikate, täpsemalt merest pärinevate allikate alal, andnud lugematu hulga uusi molekule, millel on paljutõotav bioaktiivsus, mida tasub naha vananemise valdkonnas edasi kasutada. Lisaks tsüanobakterite ja mikrovetikate kasutamisele metaboolsete tootjatena on siin näidatud nende tohutut potentsiaali sihtida spetsiifilisi vananemisprotsessis osalevaid ensüüme, mille aktiivsus on enamasti oluliselt kõrgem kui praegu kasutatavatel võrdlusravimitel. Sellega seoses näib vaieldamatu, et edasised toksikoloogilised ja biotehnoloogilised uuringud on järgmised sammud nende molekulide ohutuse ja tõhususe hindamiseks vananemisvastastes koostistes ning tõenäoliselt muudavad need kosmeetikaturu revolutsiooni.

Tänuavaldused

Seda tööd toetasid ALGAVALOR-MicroALGAs: biomassi ja selle erinevate rakenduste integreeritud tootmine ja väärtustamine - SI I&DT nr 352234-toetab PORTUGAL 2020 Euroopa Regionaalarengu Fondi kaudu ja BLUEHUMAN-BLUE biotehnoloogia kui tee Euroopa Regionaalarengu Fondi rahastatava Interregi Atlandi piirkonna programmi EAPA{6}}/2016 innovatsioon HUMAN's health, mille eesmärk on arukas kasv Atlandi piirkonnas. ClIMAR tunnustab strateegilist rahastamist UIDB/04423/2020 ja UIDP/04423/2020.

Avalikustamisavaldus

Autorid väidavad, et huvide konflikti ei esine. Rahastajatel ei olnud mingit rolli uuringu kavandamisel, andmete kogumisel, analüüsimisel või tõlgendamisel, käsikirja kirjutamisel ega tulemuste avaldamise otsuse tegemisel.

Rahastamine

See artikkel on välja võetud ajakirjast JOURNAL OF ENZYME INHIBITION AND MEDICINAL CHEMISTRY 2021, VOL. 36, NR. 1, 1829–1838 https://doi.org/10.1080/14756366.2021.1960830