Bioaktívne zlúčeniny cyanobaktérií a mikrorias pri starnutí pokožky: Potenciál obnoviť vyplnenie extracelulárnej matrice a prekonať hyperpigmentáciu

Prosím kontaktujteoscar.xiao@wecistanche.comPre viac informácií

ABSTRAKT

Koža ako najväčší orgán v ľudskom tele pôsobí ako fyzikálno-chemická bariéra, ktorá ponúka ochranu pred škodlivými environmentálnymi stresormi, ako sú chemikálie, patogény, teplota a žiarenie. Význačnosť pokožky však ide ešte ďalej a zohráva významnú psychosociálnu úlohu v čoraz starnúcej populácii. Kozmetický priemysel podnecovaný obavami spotrebiteľov o starostlivosť o pleť vyvíja nové receptúry schopné zmierniť najviditeľnejšie známky starnutia, vrátane zníženia hustoty a elasticity pokožky, vrások a hyperpigmentácie. So starostlivosťou o pleť súvisí rastúci význam prírodných produktov, ktoré sa získavajú udržateľným spôsobom metódami, ktoré menej zasahujú životné prostredie. Cyanobaktérie a mikroriasy zvyšujú dôležitosť v tejto oblasti vzhľadom na ich schopnosť biosyntetizovať sekundárne metabolity s potenciálom proti starnutiu. V tomto prehľade uvádzame prehľad potenciálu zlúčenín cyanobaktérií a mikrorias prekonať starnutie pokožky, v podstate skúmaním ich účinkov na metaloproteinázy kolagenázu, elastázu, želatinázu a hyaluronidázu a ďalšie enzýmy zapojené do procesu pigmentácie.

1. Úvod

Koža, ktorá predstavuje 16 percent celkovej telesnej hmotnosti, je najväčším ľudským orgánom.bioflavonoidyPokožka okrem niekoľkých funkcií funguje ako fyzická bariéra, ktorá ponúka ochranu pred škodlivými stresormi, ako sú chemikálie, patogény, chlad, teplo a ultrafialové žiarenie (UVR)]. Okrem toho pokožka zohráva kľúčovú úlohu pri syntéze vitamínu D, ktorý je nevyhnutný pre udržanie vápnikovej homeostázy, ako aj v imunitných, senzorických funkciách a funkciách regulácie telesnej teploty23. Štrukturálne sa koža skladá z troch odlišných vrstiev: epidermis, dermis a hypodermis (obrázok 1). Najpovrchnejšia a najexponovanejšia vrstva, epidermis, je kontinuálne sa obnovujúci stratifikovaný keratinizovaný dlaždicový epitel, ktorý tvoria hlavne keratinocyty a melanocyty. Jeho primárna funkcia spočíva v ochrane pred environmentálnymi chemickými a biochemickými hrozbami, pričom funguje ako fyzická a adaptívna imunologická bariéra?. Pod epidermou sa nachádza dermis, tvorená spojivovým tkanivom, ktoré zahŕňa extracelulárnu matricu (ECM) a bunky, ako sú fibroblasty a makrofágy. ECM je trojrozmerná sieť kolagénových a elastínových vlákien obklopená základnými látkami, ako je kyselina hyalurónová (HA), ktoré spolu pôsobia na udržanie výplne, pružnosti a pružnosti pokožky4 (obrázok 1). Akákoľvek nerovnováha medzi týmito hlavnými zložkami môže viesť k strate štruktúry pokožky, čo vedie k nezdravému a staršiemu vzhľadu4. Vzhľadom na jej kľúčovú úlohu v osobnostných črtách a sociálnom blahobyte sa zachovanie všetkých vrstiev kože stalo jednou z hlavných požiadaviek moderných spoločností, čo poháňalo vývoj nových a inovatívnych produktov vo farmaceutickom a kozmetickom priemysle6.

Starostlivosť o pleť a kozmetické výrobky zohrávali v histórii ľudstva dôležitú úlohu. Najstaršie záznamy o kozmetike pochádzajú od Egypťanov, ktorí sa zaoberali najmä fyzickým vzhľadom, a to vývojom mimických vrások. Vzhľadom na suché a horúce počasie, ktorému bolo obyvateľstvo vystavené, bola starostlivosť o pleť s použitím olejov a krémov súčasťou každodennej rutiny8.kúpiť cistancheV priebehu rokov sa na ošetrenie a čistenie pokožky používali aj iné produkty, ako sú soli, med a hydroxykyseliny a kyseliny vínnej. S pôvodom v starovekých rímskych verejných kúpeľoch sa objavil termín „kozmetické“, čo znamená „skrášľovať telo.“ V súčasnosti sú kozmetické výrobky definované nariadením Európskej komisie (ES) č. 1223/2009 ako „akákoľvek látka zmes určená na kontakt s vonkajšími časťami ľudského tela (epidermis, vlasy, nechty, pery a vonkajšie pohlavné orgány) alebo so zubami a sliznicami ústnej dutiny s cieľom vyčistiť, prevoňať, zmeniť vzhľad, ochranu, udržiavanie v dobrom stave alebo korekciu telesných pachov." 805,61 miliardy USD do roku 2023 v dôsledku nárastu globálnej spotreby. Podobne aj nárast priemernej dĺžky života viedol k silnému dopytu po produktoch proti starnutiu, čím sa vytvoril priestor pre nespočetné množstvo inovácií a zvýšil sa stupeň rastu priemyslu.

Ak chcete vedieť viac, kliknite sem

Hlavnou požiadavkou spoločnosti týkajúcou sa pokožky je v skutočnosti oddialenie starnutia pokožky. Tento pomalý a zložitý proces je vyvolaný endogénnymi faktormi, akými sú genetika a exogénnymi faktormi, akými sú osobné návyky a prostredie“2. Endogénne starnutie je prirodzený proces, pri ktorom pokožka postupne stráca svoje funkčné a štrukturálne vlastnosti, ako prirodzený dôsledok starnutia buniek v dôsledku zníženia bunkového metabolizmu, schopnosti opravy DNA, génových mutácií, straty telomér, chromozómov.

abnormality a hormonálne zmenyl3,12. Na druhej strane, exogénne starnutie je spôsobené chemikáliami, toxínmi, znečisťujúcimi látkami, extrémnymi podmienkami chladu alebo tepla a žiarením“4. V oboch prípadoch tento jav bežne ovplyvňuje hrúbku, štruktúru a pigmentáciu epidermy, ako aj morfológiu a mikroštruktúru hlbších vrstiev, čo má za následok stenčenie, suchosť, ochabnutosť, rozšírené póry, jemné linky a vrásky, tmavé škvrny a hyperpigmentáciu. ".

V posledných desaťročiach prešiel vedecký výskum výrazným vývojom v oblasti produktov proti starnutiu, so zameraním na prírodné zdroje a zelené procesy, bez testovania na zvieratách a so zeleným životným cyklom, vrátane balenia, výroby, distribúcie, post- spotrebiteľské použitie a získavanie“.cistanchVýsledkom bolo výrazné rozšírenie kozmetického priemyslu a na trh bolo uvedené nespočetné množstvo nových produktov." Zatiaľ čo rastliny boli po stáročia primárnou surovinou na výrobu kozmetiky, vyčerpanie tohto preštudovaného zdroja viedlo k používanie iných organizmov, ako sú makroriasy a eukaryotické mikroriasy, menovite morského pôvodu.“ Morské organizmy sa tak ukázali ako výdatný zdroj kozmetických prísad, ktoré sú schopné minimalizovať poškodenia, ku ktorým dochádza počas starnutia pokožky, ako je tvorba a exacerbácia vrások, pigmentácia, degradácia kolagénu a strata elasticity a strata vlhkosti.". Spomedzi nich nadobudli význam sinice vďaka svojej schopnosti produkovať bioaktívne sekundárne metabolity s unikátnymi štruktúrami a mechanizmami účinku. Táto gram-negatívna baktéria predstavuje jediné skupina prokaryotov, ktoré dokážu vykonávať kyslíkovú fotosyntézu podobne ako rastliny, aj keď s vyššou rýchlosťou fotosyntézy a bio sériová výroba 2021. Ich schopnosť samoobnovy, základné nutričné ​​požiadavky, minimálny pestovateľský priestor a nízky dopad na životné prostredie z nich robí udržateľnú voľbu pre produkty starostlivosti o pleť. Ich zvyšková biomasa sa môže použiť ako hnojivo alebo v krmive pre zvieratá a môže vytvárať bio- polyestery, známe ako „zelené plasty“, a tak zodpovedajú koncepcii obehového hospodárstva '72425. Vzhľadom na to možno morské organizmy, a najmä mikroorganizmy, považovať za novú nádej pri hľadaní nových a inovatívnych bioaktívnych molekúl, schopných pôsobiť proti reakcie vedúce k poškodeniu a starnutiu kože.

Cistanche môže proti starnutiu

2. Metódy

Cieľom tohto prehľadu bolo zostaviť dostupné štúdie o extraktoch alebo bioaktívnych zlúčeninách produkovaných cyanobaktériami a mikroriasami s cieľom potenciálne obnoviť ECM pokožky a prekonať hyperpigmentáciu. Preskúmanie bolo vykonané pomocou databáz Scopus, Web of Science, PubMed, ScienceDirect, ResearchGate a Google Scholar. Dopytové výrazy zahŕňali „sinice“, „mikroriasy“, „bioaktívne zlúčeniny“, „starnutie pokožky“, „metaloproteinázy“, „kolagenáza“, „želatináza“, „elastáza“, „hyaluronidáza“, „tyrozináza“ a „hyperpigmentácia“. Okrem toho sme vyhľadávanie doplnili o ďalšie skúmanie referencií článkov získaných z uvedených databáz.

3. Sinice a mikroriasy pri starnutí pokožky

Sinice a mikroriasy sú bohatým zdrojom prírodných bioaktívnych zlúčenín s rôznymi oblasťami použitia22. Je známe, že sinice a mikroriasy syntetizujú pigmenty, lipidy (polynenasýtené mastné kyseliny - PUFA, uhľovodíky), proteíny, polysacharidy (celulóza, algináty, škrob) a ďalšie zlúčeniny s preukázanou bioaktivitou vo farmácii, energetike, výžive a kozmetike. polia242627. V súvislosti s energetickým využitím sa na výrobu bioetanolu, bioplynu a biovodíka využívajú rôzne mikroriasy. Vďaka vysokému obsahu bielkovín a PUFA sa môžu použiť aj na výživu ľudí a zvierat24. Vo farmaceutickej oblasti je pozoruhodná produkcia grassystatínu AB na rakovinu pľúc, kempopeptínu A na rakovinu hrubého čreva a dolastatínu 15 na rakovinu prsníka28.cistanche AustráliaIné štúdie ukazujú, že majú aj protinádorové, antikoagulačné, protizápalové a proteázové inhibičné účinky48. Pokiaľ ide o kozmetiku, uvádza sa, že ich bioaktívne zlúčeniny, väčšinou vo forme extraktov, sa používajú v šampónoch a telových mydlách1019, pleťových mliekach, krémoch proti starnutiu, make-upoch a opaľovacích krémoch'71922. Čo sa týka opaľovacích krémov, niektoré z týchto mikroorganizmov produkujú zlúčeniny absorbujúce UV žiarenie, ako sú aminokyseliny podobné mykosporínu (MAA) a Stoneman, ako aj karotenoidy, fykobiliproteíny a polyfenoly, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu pri prevencii oxidačného stresu vďaka svojej schopnosti zachytávať škodlivé látky. voľné radikály47. Produkujú tiež exopolysacharidy (EPS) s dôležitými hydratačnými vlastnosťami, inhibítory metaloproteinázy a zlúčeniny schopné inhibovať tyrozinázu, a tak zabrániť hyperpigmentácii kože“,

3.1. Cieľové zlúčeniny ECM

Dermis je tvorená voľným a hustým spojivovým tkanivom, v ktorom ECM tvorí hlavnú zložku. ECM je gélovitý materiál vyrobený z kolagénových a elastických vlákien dispergovaných v mletej látke z glykozaminoglykánov, proteoglykánov a glykoproteínov spojivového tkaniva. Je nevyhnutné držať bunky pohromade a poskytnúť cestu pre živiny a kyslík do epider-mis³! Niekoľko typov buniek, ako sú keratinocyty, fibroblasty, makrofágy, endotelové bunky, žírne bunky, eozinofily a neutrofily, sú schopné produkovať špecifické enzýmy zodpovedné za ECM obrat a v niektorých situáciách vedú k strate štruktúry kože a vzniku vrások. . V poslednej dobe sa viac skúmajú metaloproteinázy a ich vplyv na štruktúru dermálnej matrice, ako aj enzýmy zodpovedné za pigmentáciu kože. Metaloproteinázy aj enzýmy spojené s pigmentáciou kože sa stali cieľmi pre bioaktívne zlúčeniny s potenciálom proti starnutiu. Preto nižšie uvádzame prehľad možností zlúčenín odvodených od cyanobaktérií a mikrorias na prekonanie starnutia pokožky, pričom sa zameriavame na hlavné enzýmy zodpovedné za udržiavanie štruktúry dermálnej matrice.

3.1.1. Metaloproteinázy

Matrixové metaloproteinázy (MMP) sú rodinou extracelulárnych enzýmov závislých od zinku, ktorých hlavnou funkciou je remodelovať a degradovať ECM30. Kolagén a elastín sú primárne proteíny ECM, zodpovedné za odolnosť a elasticitu pokožky32. Preto akékoľvek zmeny kolagénu a elastínu vyvolané MMP prispejú k strate dermálnej štruktúry, čo má za následok jej poškodenie³3. Hlavným stresovým stavom kože je vystavenie UV žiareniu, ktoré zhoršuje degradáciu kolagénových a elastínových vlákien ECM prostredníctvom indukcie aktivity MMP“. Hoci sú MMP kľúčové pre epidermálnu diferenciáciu a prevenciu jaziev po ranách, ich upregulácia zosilňuje príznaky starnutia a rozvoj rakoviny kože.

Napriek existencii rôznych podskupín MMP, ako sú kolagenázy, želatinázy, stromelyzíny, matrilyzíny, MMP membránového typu (MT-MMP), okrem iných24, sa tento prehľad zameria na to najdôležitejšie, čo sa týka starnutia pokožky: kolagenázu, želatinázu, elastázu, a hyaluronidáza (obrázok 1).

3.1.1.1. Kolagenázy. Existujú rôzne podtypy kolagenáz, napr. MMP-1, -8, -13 a -18, čo sú proteolytické enzýmy zodpovedné za iniciáciu fragmentácie kolagénu u ľudí.

pokožky a na kontrolu výmeny kolagénu³5. Tieto enzýmy štiepia všetky typy intersticiálnych kolagénov v koži (I, II a II) na jednom mieste. Po štiepení strácajú kolagénové fragmenty stabilitu pri telesnej teplote a ich štruktúra je narušená, čo prispieva k strate dermálnej homeostázy a vedie k poškodeniu tkaniva303637. Inhibícia MMP teda predstavuje stratégiu na zachovanie štruktúry dermálnej matrice, zabránenie poškodeniu tkanív a oddialenie tvorby vrások.

Niekoľko nedávnych správ poukazuje na rôzne zlúčeniny izolované zo cyanobaktérií a mikrorias ako silné inhibítory enzýmov zodpovedných za trávenie zložiek ECM, ktoré sú nevyhnutné na udržanie dermálnej výplne a ktoré sa prirodzene znižujú počas procesu starnutia a vystavenia škodlivým abiotickým faktorom *(obrázok 1 , Stôl 1). Príkladom je mykosporín-2-glycín (M2G) (obrázok 2), izolovaný zo sinice Aphanothece halophytica, ktorý vykazoval inhibičné vlastnosti na kolagenázu s robustným ICso 0,47 mmol/l, čo je porovnateľné s známeho inhibítora kolagenázy fenantrolínu. Navrhlo sa, že mechanizmus inhibície enzýmu by mohol súvisieť so schopnosťou M2G chelatovať vápenaté ióny a s účinnosťou zlúčeniny pri inhibícii tvorby sieťovania proteín-proteín závislého od glykácie, čo je proces spojený s vývojom matnej pleti a k ​​zníženiu elasticity pokožky. Tieto výsledky ukázali, že M2G je lákavým kandidátom na vývoj novej kozmetiky proti starnutiu a zdôraznili jej potenciál v prevencii starnutia pokožky³“.

Proteínový extrakt dokázal znížiť expresiu MMP-1 na úrovni mRNA a proteínové hladiny sa získali z mikrorias Chlorella minutissima**. Zistilo sa tiež, že peptid odvodený z Chorely inhibuje UVB-indukovanú expresiu MMP-1 v ľudských fibroblastoch ožiarených UVB žiarením potlačením expresie ECM-asociovaného signálneho proteínu CYR61, transkripčného faktora AP{{ 7}} a produkciu chemotaktického faktora MCP-1. Tieto výsledky sú kľúčové, pretože up-regulácia CYR61 spúšťa zmeny kolagénu typu I, podobne ako tie, ktoré boli overené pri foto-starnúcej a chronologicky starnutej koži, akonáhle UV ožarovanie indukuje transkripciu AP-1 a MCP{{14} }, čo následne stimuluje expresiu MMP{15}}4!

Arthrospira maxima je ďalším príkladom cyanobaktérií schopných produkovať anti-kolagenázové peptidy. Peptidová frakcia PHS vykazovala anti-kolagenázovú aktivitu (92,5 percenta) s IC50 32,5 ug/ml v porovnaní so syntetickým inhibítorom (57,13 percenta)"4. Tieto peptidové sekvencie sa môžu podobať miestu štiepenia v natívnom kolagéne, a tak zabrániť degradácii Konkurencia s aktívnym miestom enzýmu bola zdôraznená ako blokujúci účinok kolagenázy týmito peptidmi.

3.1.1.2. Želatinázy

Želatinázy (MMP-2 a -9) degradujú bazálnu membránu a denaturujú štrukturálne kolagény3036. Tieto enzýmy sú nevyhnutné pri štiepení kolagénových fragmentov po ich počiatočnom štiepení kolážnaázami“3. Hoci v nižších množstvách existujú aj správy o potenciáli zlúčenín odvodených od siníc pôsobiť na želatinázy (obrázok 1, tabuľka 1 Kunte a Desai“ vyhodnotili účinok proteínového extraktu obsahujúceho fykobiliproteín C-fykocyanín (výťažok C-PC) získaného zo siníc Spirulina platensis v ľudských želatinázach MMP-2 a MMP-9. Autori zistili, že okrem významného zníženia aktivity MMP-2 o 55,13 percent a MMP-9 o 57,9 percent, extrakt C-PC tiež znížil expresiu mRNA oboch gelatináz v hepatocelulárnej rakovinovej bunke línia HepG2. Hoci presný mechanizmus inhibície zostáva neznámy, tieto zistenia môžu viesť k novším poznatkom o S. platensis ako potenciálnom zdroji terapeuticky bioaktívnych molekúl. O rok neskôr tí istí autori našli ďalší proteínový extrakt z Chlorella minutissima, ktorý úspešne znižoval expresiu mRNA ľudských MMP-2 a 9 a tiež upreguloval expresiu mRNA tkanivového inhibítora metaloproteináz-3 (TIMP{ {24}})40.

3.1.1.3 Elastáza

Elastáza (MMP{0}}) je serínová proteáza s jedinečnou schopnosťou tráviť elastín. Po kolagéne je elastín najhojnejšou zložkou spojivového tkaniva v derme437. Degradácia elastínových vlákien má za následok stratu elasticity kože a následne ochabnutý a zostarnutý vzhľad.cistanche benefityMMP-12 je najúčinnejšia MMP proti elastínu a je produkovaná makrofágmi a fibroblastmi v reakcii na UV žiarenie.“5 Niekoľko nedávnych správ sa zaoberalo schopnosťou prírodných zlúčenín odvodených od cyanobaktérií a mikrorias prekonať elastázu nad Nedávno sa zistilo, že cyklické depsipeptidy tutuilamidy AC, izolované zo siníc Schizothrix sp. a Coleofasciculus sp., pôsobia ako silné inhibítory prasacej pankreatickej elastázy (PPE) prostredníctvom podobného reverzibilného väzbového režimu. k látkam prírodnej zlúčeniny cyanobaktérií lyngbyastatínu“. Na základe parametrov National Cancer Institute môžeme uvažovať o tom, že tutuilamidy AC vykazovali neuveriteľne nízke hodnoty ICso (1,18 nM, 2,05 nM a 4,93 nM), pričom sú tutuilamidom A (obrázok 2) najúčinnejšou zlúčeninou odvodenou od cyanobaktérií, pokiaľ ide o inhibíciu elastázy. Štrukturálna analýza tutuilamidu A v komplexe s PPE potvrdila ďalšiu vodíkovú väzbu medzi zvyškom kyseliny 4-chlór-3-metyl, ale-3-enovej a amidovou skupinou hlavného reťazca zvyšku elastázy R226, ktorá sa zdá byť stabilizovaná ligand a môže vysvetliť zvýšenú inhibičnú účinnosť zlúčeniny. V skutočnosti tutuilamid A vykazoval vyšší potenciál inhibície elastázy v porovnaní s inými zlúčeninami, ako je lyngbyastatín 7, kde sa táto ďalšia interakcia nevyskytuje *.

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>'. Aj keď sú to vysoké hodnoty ICso, označujú potenciál lyngbyastatínov na inhibíciu elas-tázy a otvorené dvere pre ďalšie štúdie, kde možno zvážiť chemické modifikácie na zvýšenie aktivity a špecifickosti zlúčenín. Z doteraz hodnotených lyngbyastatínov boli proti elastáze najúčinnejšie lyngbyastatín 5 (obrázok 2) a lyngbyastatín 6 s hodnotami ICso 3,2 a 3,3 nM. V rámci toho istého rodu Rubio a jeho tím52 izolovali dva cyklické depsipeptidové analógy dolastatínu 13, bouillo-mides A a B, zo siníc Lyngbya bouillonii a zistili ich schopnosť selektívne inhibovať tieto serínové proteázy, aj keď s vyšším ICso（ 1,9 μM). Abu skupina je tiež prítomná v týchto dvoch zlúčeninách, čo posilňuje jej úlohu v selektivite pre elastázu. Ďalší cyklický dep-sipeptid obsahujúci Abu časť, stigonmapeptín, izolovaný zo Stigonema sp, tiež vykazoval selektívnu inhibičnú aktivitu na elastázu s IC50 0,26μM53.

Salvador a spolupracovníci?4 preukázali, že symplostatín 5-10 (Abu obsahujúci cyklické depsipeptidy) (obrázok 2), izolovaný zo siníc Symploca sp., silne inhiboval proteolytickú aktivitu elastázy (ICso 37 až 89 nM) , ktorá bola porovnateľná s aktivitou príbuzných zlúčenín lyngbyastatínu 4 a 7. Ukázalo sa tiež, že zlúčeniny obsahujúce N-Me-Tyr (symplostatín 8-10) boli o niečo účinnejšie ako ich N-Me-Phe ( symplostatín 5-7) kongenery pri inhibícii elastázy PPE a elastázy ľudských neutrofilov. Tieto zlúčeniny s vysokou špecifickosťou pre elastázu zoslabili účinky elastázy pri aktivácii receptora a vykazovali lepšiu aktivitu ako klinicky schválený inhibítor elastázy sivelestat v krátkodobých testoch a tiež preukázali vynikajúcu trvalú aktivitu v dlhodobých testoch54.

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>Tricyklický peptid mikroviridín I vykazoval inhibičnú aktivitu na elastázu s IC50 0,34 ug/ml. Cyklické depsipetidy obsahujúce časť Ahp, ako je oscil-lapeptín G a oscillapeptilidy 97-A, -B, boli tiež rozpoznané ako inhibítory elastázy （ICso =0.73, 0.42 a 1.12 ug/ml) stupeň. Ďalšie peptidy mikroviridínového typu (G a H) a nostopeptíny (A a B), produkované Nostoc minutum, tiež preukázali schopnosť zabrániť degradácii elastínu prostredníctvom inhibície elastázy5758. Ukázalo sa tiež, že cyanobaktérie Microcystis aeruginosa produkujú mikroviridíny, konkrétne mikroviridíny B a C, ktoré inhibujú elastázu pomocou ICso=0.044 a 0,084 ug/ml a mikropeptíny HH978, HH960, HH992 a DR1006 s ICso =17 0,6, 55,5, 16,9 a 13,0 μM. Mikroviridíny B a C mali podobné IC50 proti elastáze ako G a H a toto pozorovanie možno vysvetliť, aspoň čiastočne, molekulárnou štruktúrou: bolo publikované, že aminokyselinová sekvencia X-Thr-Y ovplyvňuje inhibičnú aktivitu elastázy, a oba mikroviridíny B, C, G a H predstavovali hydrofilný aminokyselinový zvyšok na mieste X a Leu na mieste Y59-61

Zistilo sa, že nový peptid, melassamid, z Dichothrix utahensis, má inhibičnú aktivitu proti serínovej proteáze proti elastáze s ICso=0,032 μM a podobný profil selektivity ako tie, ktoré boli predtým opísané pre lyngbyastatín 4-7, možno kvôli ich štruktúrnej podobnosti

2. Dva ďalšie cyklické depsipeptidy s aktivitou

proti elastáze boli izolované zo Scytonema Hofmann a označené ako systolické A a B*3. Koreláciu medzi molekulárnou štruktúrou a biologickou aktivitou možno tiež predpovedať, akonáhle boli pozorované dva odlišné znaky: piata pozícia nahradená Leu, ako už bolo uvedené v mikroviridínoch, a 3-chlórovaný N-metyl-Tyr zvyšok na ôsmej pozícii. Rovnako ako v predchádzajúcich štúdiách sa ako model použil PPE a uvádza sa, že scyptolin A a B blokujú aktivitu elastázy pri nízkych koncentráciách. Ukázalo sa, že scyptolíny sa viažu priamo na aktívne centrum cieľovej peptidázy spôsobom podobným substrátu, avšak molekulárny základ tejto selektivity je stále nejasný

Planktothrix rubescens je ďalšia cyanobaktéria, ktorá produkuje inhibítory elastázy (planktopeptín BL1125, BL843 a BL106) s hodnotami ICso 96 nM, 1,7 μM a 40 nM. Po preskúmaní molekulárnej štruktúry týchto zlúčenín bolo možné predpovedať vzťah medzi štruktúrou a aktivitou, pričom sa zistilo, že flexibilný bočný reťazec molekúl vykazuje hraničnú selektivitu pre elastázu. BL1125 je kompetitívny tesný väzbový inhibítor ľudských leukocytov (HLE) (K; =2,9 nM) a pankreatickej (K =7,2 nM) elastázy a je účinný pri inhibícii štiepenia, nielen syntetického substrátu, ale aj elastínu prírodného pôvodu. HLE sa stala relevantnejšou kvôli jej zapojeniu do niekoľkých patologických procesov, takže nájdenie inhibítorov pre tento enzým má strategický terapeutický záujem?4. O roky neskôr Bubik a spolupracovníci*5 objavili peptidy anabaeno-peptíny B a F z rovnakého kmeňa cyanobaktérií, ktoré majú tiež schopnosť inhibovať HLE a PPE, aj keď v menšom rozsahu ako PPBL1125. Inhibičné profily HLE vykazovali kompetitívnu inhibíciu s K; hodnoty medzi 0.{23}} μM. Pokiaľ ide o PPE, profily odhalili esovitý tvar, ktorý opisuje väzbu dvoch molekúl inhibítora na enzým. Prvá molekula inhibítora mala K; v rozsahu od 1-2 uM a druhé, vopred odoslané K; hodnoty približne 50-násobne vyššie 5.

Inhibícia HLE bola tiež dosiahnutá brunsvicamidmi AC produkovanými Tychonema sp. Tieto zlúčeniny boli vysoko selektívne pre HLE s K; hodnoty 1,1, 0,70, respektíve 1,6 uM, vypočítané za predpokladu kompetitívnej inhibície. Tiež sa uvádza, že brunsvicamidy môžu pôsobiť ako alternatívne HLE substráty so silne spomalenou diacyláciou 0. Ďalšia inhibícia HLE bola zistená pri Nostoc insulare cyanopeptolins, insulapeptolides AH. Insulapeptolidy AD mali hodnoty IC50 medzi 85 (K; hodnota 36 nM) a 140 nM, boli teda vysoko účinnými inhibítormi, zatiaľ čo insulapeptolidy EH boli menej aktívne, pričom hodnoty IC50 sa pohybovali medzi 1,6 a 3,5 uM. Preto je možné dospieť k záveru, že tieto zlúčeniny zaberajú miesto viažuce substrát HLE, čo naznačuje, že insulapeptolidy pôsobia ako kompetitívne inhibítory tým, že vytvárajú nekovalentné komplexy enzým-inhibítor s HLE6' (tabuľka 1).

Cyklické depsipeptidy izolované z cyanobaktérií odhalili obrovský potenciál zabrániť a spomaliť degradáciu elastínu prostredníctvom priamej inhibície elastázy a interferencie na úrovni expresie enzýmu. V niektorých situáciách vysoká špecifickosť pre enzým postavila tieto zlúčeniny do popredia pri vývoji účinných a inovatívnych prípravkov proti starnutiu s potenciálom udržiavať a zlepšovať dermálne výplne a oddialiť tvorbu vrások. Z molekúl uvedených vyššie sa tutuilamidy a lyngbyastatíny zdajú byť hodné ďalších štúdií vo farmaceutickom a kozmetickom priemysle, vzhľadom na ich preukázanú účinnosť proti tomuto enzýmu.

3.1.1.4. Hyaluronidázy

Nadmerná povrchová strata vody odparovaním výrazne prispieva k starnutiu pokožky. Odparená voda je nahradená vodou z najvnútornejších epidermálnych vrstiev a dermis, čo vedie k zmršťovaniu buniek a v najhoršom scenári k bunkovej smrti *863. Vzťah medzi hydratáciou pokožky a výskytom vrások ukázal, že hydratácia pokožky výrazne znižuje hĺbku vrások a rýh. Dostatočná vlhkosť pokožky je čiastočne dosiahnutá zachovaním kyseliny hyalurónovej (HA), vďaka jej jedinečnej schopnosti zadržiavať vodu. Hyaluronidázy (HASE) sú enzýmy, ktoré rozkladajú polyméry štiepením HA s vysokou molekulovou hmotnosťou na menšie fragmenty4. HA je kľúčovou molekulou, ktorá sa podieľa na zvlhčovaní pokožky. Jeho funkciou je okrem iného viazať vodu a premazávať pohyblivé časti tela'2. Ako už bolo uvedené, HA sa degraduje na fragmenty rôznych veľkostí pomocou HASEs^a. HA sa nachádza v mladej pokožke na periférii kolagénových a elastínových vlákien. Staršia pleť, ktorá je menej kyprá ako pleť mladistvá, sa vyznačuje zníženými hladinami HA. Zníženie hladín HA sa môže podieľať na zmenách zaznamenaných u starnúcej kože, vrátane vrások, zmenenej elasticity a zníženej turgidity74. Porazenie enzýmov zodpovedných za degradáciu HA sa potom javí ako účinná stratégia na oddialenie starnutia pokožky a zlepšenie vzhľadu pokožky v každom veku.

Pokiaľ ide o inhibičnú aktivitu HASE, Yamaguchi a Koketsu75 zistili, že cyanobaktérie Nostochopsis lobatus MAC08{{10}}4NAN produkujú veľké množstvo polysacharidu s vysokým inhibičným účinkom （ICso{{2} },18 ug/ml） na HASE, pričom je asi 14,5-krát silnejší ako prirodzený inhibítor kromoglykát disodný. Keďže ide o jedlý druh, podporuje jeho použitie na kozmetické účely, ako aj jeho prijatie spotrebiteľmi, pretože už má známy bezpečnostný profil. Okrem čistých zlúčenín sa tiež zistilo, že extrakty, konkrétne frakcie nerozpustné v etanole, by mohli inhibovať aktivitu HASE, ako ukázali Fujitani et al. v štúdii uskutočnenej so siedmimi rôznymi rodmi mikrorias (tabuľka 1). Spirulina platensis, Porphyridium purpureum, Rhodosorus Marinus, Chlorella pyrenoidosa, Dunaliella salina a Pleurochrysis carterae boli tiež 0.15, 0.18,0.26,0.94,0.15 a 0,41 mg/ml, v tomto poradí, pričom S. platensis a D. salina vykazujú podobné hodnoty ako prirodzený inhibítor HASE. Uvádza sa, že frakcia nerozpustná v etanole zahŕňala makromolekuly, ako sú polysacharidy, ktoré sa môžu podieľať na inhibícii hyaluronidázy.

Použitie účinných extraktov ako aktívnych zložiek na výrobu kozmetiky môže predstavovať výhodu pre izolované zlúčeniny v dôsledku vyššieho výťažku extrakcie a nižších nákladov na spracovanie.

3.2.Hyperpigmentácia

Bielenie pokožky, rovnako ako esteticky príjemná a rovnomerná pigmentácia pokožky, je hlavným cieľom mnohých kozmetických odvetví. Koža často nepravidelne stmavne v dôsledku UV žiarenia, starnutia a tehotenstva. Hoci hyperpigmentácia nie je v žiadnom prípade škodlivá, niekedy môže spôsobiť vážne problémy, ako je melanóm. V dôsledku toho sa skúma niekoľko liečebných modalít z hľadiska ich účinnosti pri liečbe porúch pigmentácie kože, melanogenéza sa vyskytuje v melanocytoch, ktoré sa nachádzajú v spodnej časti epidermy, v procese zahŕňajúcom niekoľko chemických a enzymatických reakcií na produkciu melanínu, hlavnej zložky kože. farba Hyperpigmentácia môže nastať zvýšením počtu melanocytov alebo nadmernou aktivitou melanogénnych enzýmov -tyrozinázy780 (obrázok 1). Akumulácia abnormálneho množstva melanínu je spôsobená hlavne vystavením UV žiareniu, ktoré zvyšuje stupeň produkcie reaktívnych foriem kyslíka (ROS). ROS sú produkované v epiderme kože a stimulujú melanocyty, aby premenili tyrozín na melanín oxidáciou, pôsobením tyrozinázy. Tyrozináza je kľúčový enzým, ktorý katalyzuje syntézu melanínu v melanocytoch. Preto je možné zabrániť pigmentácii kože inhibítormi tyrozinázy1081. Niektoré z dobre známych inhibítorov tyrozinázy sú hydrochinón (HQ), kyselina kojová a arbutín. Hoci sú tieto zlúčeniny účinné ako depigmentačné činidlá, nie sú zbavené škodlivých účinkov. Už bolo preukázané, že HQ má mutagénne účinky a cytotoxicitu voči bunkám V79 cicavcov82, spôsobuje poškodenie DNA88 a má určité dôkazy o karcinogénnej aktivite84. Pokiaľ ide o kyselinu kojovú, podráždenie pokožky a alergická dermatitída sa vyvinuli po použití produktov starostlivosti o pleť, ktoré ju obsahujú85. Vo vzťahu k arbutínu aplikácia vyšších koncentrácií spôsobovala podráždenie kože a hyperpigmentáciu 3. Okrem toho majú vysokú toxicitu, nízku stabilitu, slabú penetráciu pokožkou a nedostatočnú aktivitu87. Tvárou v tvár exponovanej osobe je mimoriadne dôležité nájsť alternatívy na prekonanie hyperpigmentácie alebo nájsť nové inhibítory tyrozinázy s účinnosťou a menej škodlivými vedľajšími účinkami. Výskum inhibície tyrozinázy cyanobaktériami a zlúčeninami odvodenými od mikrorias bol doteraz veľmi obmedzený a väčšina dostupných štúdií skúma hubovú tyrozinázu ako enzymatický model, čo sťažuje prenos výsledkov do ľudského prostredia. V posledných rokoch sa však objavili niektoré sľubné zlúčeniny a bioaktívne extrakty zo siníc a mikrorias (tabuľka 2).

Príklady potenciálu cyanobaktérií pri hyperpigmentácii zahŕňajú surové extrakty z Arthrospira platensis. Sahin8' zistili, že etanolové a vodné extrakty A. platensis vykazovali hodnoty IC50 na porovnateľnej škále s hodnotami kyseliny kojovej. Zistilo sa, že niektoré fenolové zlúčeniny produkované týmto druhom, napr. kyselina kávová a ferulová, a prítomné v extraktoch, sa považujú za najúčinnejšie inhibítory enzýmu tyrozinázy s hodnotami IC50 výrazne nižšími ako pri liekoch kyselina kojová a arbutín. Hoci autori vykonali štúdiu na nehumánnom enzýmovom modeli, porovnanie ich výsledkov s výsledkami ľudských inhibítorov tyrozinázy poukazuje na extrakty A. platensis ako alternatívne prekurzory pri získavaní účinných a bezpečnejších inhibítorov tyrozinázovej aktivity87.

V roku 1996 štúdia vykonaná s Oscillatoria agardhii preukázala, že oscillapeptín G vykazoval inhibíciu tyrozinázy v 55 percentách oproti neošetrenej kontrole, ale neboli skúmané žiadne mechanické alebo referenčné lieky88. Komplexnejší výskum v tejto téme vykonali Wu a spolupracovníci, ktorí skúmali antimelanogénny účinok C-PC zo Spirulina sp. s použitím buniek myšacieho melanómu B16F10. Autori zistili, že C-PC inhibuje biosyntézu melanínu dvojitým mechanizmom, pričom jeden podporuje degradáciu proteínu MITF, transkripčného faktora tyrozinázy, prostredníctvom up-regulácie signálnej dráhy MAPK/ERK, a druhý tým, že potláča aktiváciu CREB. , transkripčný faktor MITF, prostredníctvom down-regulácie p38 MAPK dráhy 89. Ach a kolegovia? skúmali nový peptid izolovaný z Pavlova lutherie pri generovaní ROS a expresii melanogénnych špecifických proteínov. Autori zistili, že peptid preukázal inhibičné vlastnosti proti melanogenéze vyvolanej c-melanocytmi stimulujúcim hormónom prostredníctvom obsahu melanínu, inhibíciou tyrozinázy v bunkách melanómu B16F10 a tiež zníženým výskytom proteínov súvisiacich s melanogenézou. Preto má tento proteín potenciálne bieliace účinky a výrazné ochranné účinky na poškodenie buniek vyvolané oxidačným stresom, ktoré možno použiť ako účinný prírodný zdroj v kozmeceutických a farmaceutických produktoch.

Napriek vzácnym pokusom in vitro v oblasti hyperpigmentácie s použitím zlúčenín odvodených od cyanobaktérií a mikrorias, spoločnosť CODIF Research & Nature urobila krok vpred s pokusom, na ktorom sa zúčastnili dobrovoľníci. Táto biotechnologická spoločnosť, ktorá skúma morské zdroje na výrobu kozmetiky, vyvinula biotechnologický extrakt, PHORMISKIN Bioprotech G@, zo siníc Phormidium persicinum, schopný znižovať syntézu melanínu. V štúdii 15 dobrovoľníkov vo veku od 25 do 46 rokov aplikovalo extrakt v koncentrácii 2 percentá počas 28 po sebe nasledujúcich dní. Po experimentálnom období sa tón pleti zjednotil a pleť sa rozjasnila. Extrakt tiež stimuloval syntézu proteínu tioredoxínu, ktorý je známy svojimi antioxidačnými a detoxikačnými vlastnosťami“,

Existujú aj štúdie s bioaktívnymi extraktmi a zlúčeninami izolovanými z mikrorias. Jeden z nich využíva astaxantín z Haematococcus Pluvialis a ukazuje viaccieľový účinok tohto xantofylu, konkrétne pri inhibícii akumulácie ROS a down-regulácii tyrozinázy. V tejto štúdii mali diestery astaxantínu najvyššiu inhibičnú aktivitu voči tyrozináze ako monoestery, pričom hodnoty IC50 boli 2,12 a 3,5 ug/ml. Uvedené vlastnosti teda môžu zabrániť nekontrolovanej proliferácii a akumulácii melanocytov a následne melanínu. 2. Ďalší prieskum so zeaxantínom z Nannochloropsis oculata uvádza inhibičnú aktivitu tyrozinázy v závislosti od dávky“, pričom sa predpokladá potenciál xantofylov ako zjasňujúcich činidiel.

Ďalším spôsobom, ako zabrániť tvorbe melanozómov v koži, je použitie vitamínov C a E*4. V tomto smere možno predpokladať, že Spirulina sp.8995 a Chlorella Vulgaris? 6 predstavujú skvelých kandidátov na kozmetické účely kvôli ich významnému obsahu týchto vitamínov.

V snahe poukázať na možný vzťah medzi štruktúrou a aktivitou a berúc do úvahy hodnoty ICso zistené pre rôzne zlúčeniny odvodené od cyanobaktérií a mikrorias sa zdá, že fenolové kyseliny, ako je káva a kyselina ferulová, prítomné v bioaktívnych extraktoch a s molekulárna štruktúra viac podobná kyseline kojovej, sú účinnejšie pri inhibícii tyrozinázy ako peptidy.

4. Budúce perspektívy

Záujem o oddialenie účinkov starnutia bol palivom pre investície do hľadania nových, inovatívnych, účinných a ekologických zlúčenín s cieľom objaviť perfektnú formuláciu proti starnutiu. V spojení s tým rastúci výskum prírodných zdrojov, konkrétnejšie z morského pôvodu, poskytol nespočetné množstvo nových molekúl so sľubnými bioaktivitami, ktoré sa oplatí ďalej využiť v oblasti starnutia pokožky. Okrem inherentných výhod používania cyanobaktérií a mikrorias ako metabolických producentov tu bol demonštrovaný ich obrovský potenciál zacieliť na špecifické enzýmy podieľajúce sa na procese starnutia, väčšinou s aktivitou výrazne vyššou ako majú v súčasnosti používané referenčné lieky. V tejto súvislosti sa zdá nepochybné, že ďalšie toxikologické a biotechnologické štúdie budú ďalšími krokmi na vyhodnotenie bezpečnosti a účinnosti týchto molekúl v prípravkoch proti starnutiu a že pravdepodobne spôsobia revolúciu na kozmetickom trhu.

Poďakovanie

Táto práca bola podporovaná ALGAVALOR-MicroALGAs: integrovaná produkcia a zhodnocovanie biomasy a jej rôzne aplikácie-SI I&DT č 352234-podporované PORTUGALSKO 2020 prostredníctvom Európskeho fondu regionálneho rozvoja a biotechnológiou BLUEHUMAN-BLUE ako cesta pre inovácia v oblasti zdravia HUMAN zameraná na inteligentný rast v Atlantickom priestore – EAPA{6}}/2016 programu Interreg Atlantic Area financovaného Európskym fondom regionálneho rozvoja. CLIMAR uznáva strategické financovanie UIDB/04423/2020 a UIDP/04423/2020.

Vyhlásenie o zverejnení

Autori neuvádzajú žiadny konflikt záujmov. Investori nezohrávali žiadnu úlohu pri navrhovaní štúdie, pri zbere, analýzach alebo interpretácii údajov, pri písaní rukopisu ani pri rozhodovaní o zverejnení výsledkov.

Financovanie

Túto prácu podporil ALGAVALOR-MicroALGAs: integrovaná produkcia a valorizácia biomasy a jej rôzne aplikácie-SI I&DT č 352234-podporované PORTUGALSKO 2020 prostredníctvom Európskeho fondu regionálneho rozvoja. CIMAR uznáva strategické financovanie UIDB/04423/2020 a UIDP/04423/2020.

Tento článok je prevzatý z JOURNAL OF ENZYME INHIBITION AND MEDICINAL CHEMISTRY 2021, VOL. 36, NO. 1, 1829–1838 https://doi.org/10.1080/14756366.2021.1960830