Aminokyseliny podobné mykosporinu z mořského zdroje

Prosím kontaktujteoscar.xiao@wecistanche.comPro více informací

Abstraktní:V posledních 10 letech bylo publikováno velké množství publikací (jak pravidelných článků, tak přehledů) o zajímavých molekulách mykosporinových aminokyselin (MAA). Navzdory významnému pokroku ve výzkumu MAA je stále třeba podávat aktuální přehledy v nedávných publikacích zahrnujících výzkum MAA. Cílem tohoto speciálního vydání je spojit, jako interdisciplinární přístup, fotochemické a fotobiologické aspekty, s důrazem na nové přírodní zdroje pro získávání řas a zooplanktonu MAA, pokroky v metodologii extrakce a chemické identifikace nových MAA. Konečně toto speciální číslo shrnuje mimo jiné bioaktivity MAA včetně UVR screeningu, antioxidantu, imunostimulantu, růstového faktoru, ochrany DNA, inhibice kolagenázy, elastázy a hyaluronidázy a anti-fotoagingu a jejich potenciální použití jako nutracosmeceutických molekul (tj. orální a topický fotoprotektor).

klíčová slova:antioxidant; chemická identifikace;databáze MAA; extrakce; makrořasy; HPLC; hmotnostní spektroskopie; aminokyseliny podobné mykosporinu; zooplankton

1. Úvod

Aminokyseliny podobné mykosporinu (MAA) jsou molekuly s nízkou molekulovou hmotností, které jsou rozpustné ve vodě, obohacené dusíkem a mají absorpční maxima v UV oblasti (310-365 nm). Jsou to ideální opalovací krémy díky své vysoké foto- a termostabilitě, silné UV absorpci, rozptylu energie ve formě tepla a krátkodobému excitovanému stavu, který zabraňuje nežádoucím fotochemickým reakcím, jako je tvorba fotoproduktů. Byly zjištěny u sinic, mikrořas, makrořas (hlavně u Rhodophyta) a mořských živočichů (požitím). Jejich UV-absorpce, antioxidační kapacita a fyzikálně-chemické vlastnosti dávají MAA potenciál pro použití v aplikacích pro prevenci a terapeutickou léčbu nemocí souvisejících s produkcí volných radikálů a UV zářením u lidí.

Kliknutím sem se dozvíte více

O MAA bylo publikováno velké množství pravidelných článků, recenzí a knih, což naznačuje zájem nejen na úrovni základního výzkumu, ale také o přenos nových pokroků do kosmeceutického průmyslu [1-11] Opalovací krémy založené na MAA jsou na trhu dostupné s použitím Porphyra-334 a shinorinu, ale tyto sloučeniny byly izolovány z jednoho unikátního druhu rodu Porplyra. Schmid a kol.[12] vyvinuli krém obsahující lipozomální porfyru-334 a shinorin, který byl komerčně uveden jako Helioguard 365. Zjistili, že kromě vysoké aktivity proti stárnutí, přípravek vykazuje ochranné vlastnosti proti ztrátě životaschopnosti buněk vyvolané UV-A a poškození DNA. Helioguard 365 vykazuje vysokou preventivní účinnost proti poškození lidské pokožky způsobené UV-A zářením, tj. pevnost a hladkost pokožky byly po aplikaci přípravku Helioguard 365 zlepšeny ve srovnání s neošetřenými oblastmi kůže nebo krémem [13]. . Helionori je další produkt nabízející přirozenou ochranu proti spálení sluncem, obsahující aktivní složky MAA, jmenovitě porfyru{15}} a shinorin – extrahovaný z Pumbilicalis. Helionori (2 procenta) silně zachovalé membránové lipidy keratinocytů o 139 procent a fibroblastů o 134 procent, stejně jako nabízely maximální ochranu pro DNA [14]. Nedávno byla získána další MAA, Palythine, extrahovaná z červené řasy Chondrus yendoi. ukázalo se, že má vysokou fotoprotektivní kapacitu v lidských keratinocytech HaCaT po testování životaschopnosti buněk, poškození DNA (nespecifické, cyklobutanpyrimidinové dimery a oxidačně generované poškození) a změn genové exprese (spojených se zánětem, fotostárnutím a oxidačním stresem) a antioxidační aktivity [15]. Palythine nabízel statisticky významnou ochranu (str<0.005)against all="" end="" points="" tested="" even="" at="" extremely="" low="" concentrations="" (0.3%="" w/v)="" and="" in="" ad-dition="" it="" presents="" potent="" antioxidant="" capacity="" [15].="" thus,="" porphyra-334,="" shinorine="" and="" palythine="" present="" effective="" multifunctional="" photoprotective="" properties="" in="" vitro="" and="" have="" the="" potential="" to="" be="" developed="" as="" a="" natural="" and="" biocompatible="" alternative="" to="" currently="" approved="" uvr="" filters.="" this="" is="" an="" important="" point="" since="" the="" european="" chemicals="" agency="" (echa)is="" concerned="" about="" the="" potential="" adverse="" health="" and="" ecotoxical="" effects="" of="" eight="" of="" sixteen="" commonly="" used="" sunscreen="" filters="" in="" europe.="" the="" environmental="" effects="" assessment="" panel="" (eeap)="" of="" the="" united="" nations="" environment="" program="" has="" expressed="" similar="" concerns.="">cistanche stonekBezpečnost UV filtrů pro opalovací krémy je určena toxikologickými studiemi, jako je akutní orální toxicita, chronická toxicita, embryofetální toxicita, dermální toxicita, fotopodráždění a perkutánní absorpce [16]. Bylo vynaloženo mnoho úsilí na vývoj opalovacích krémů se širokým absorpčním spektrem a bez toxicity, které jim umožňují absorbovat UV-A i UV-B záření, bez potřeby velkého množství chemikálií, protože některé byly spojovány s alergickými reakcemi resp. fototoxicita [17]. Některé UV filtry mohou ovlivnit lidské zdraví jako vlastnosti narušení endokrinního systému [18], pronikání kůží [19], nízká fotostabilita, nízká biologická rozložitelnost a nedostatečná účinnost ochrany kůže [20]. Současné komerční anorganické a organické částicové UV filtry mohou způsobit poškození v přírodním prostředí [21,22]. Chemické opalovací krémy se hromadí v pobřežních a kontinentálních vodách[23] a mohou způsobit rychlé úplné vybělení tvrdých korálů i při extrémně nízkých koncentracích [24]. UV filtry byly nalezeny u bezobratlých a ryb [21,25,26]Kromě toho Sanchez-Quiles a Tovar-Sanchez[22]prokázali, že anorganické oxidové nanočástice s UV filtrem TiOz produkují peroxid vodíku v pobřežních vodách. že nanočástice TiOg jsou hlavním oxidačním činidlem vstupujícím do pobřežních vod v turistických oblastech s přímými ekologickými důsledky na ekosystémy.

Proto je důležité vyvíjet nové materiály jako UV filtry s vyšší fotostabilitou a biologickou rozložitelností a bez toxických účinků, a to jak pro člověka, tak pro celý ekosystém. Mezi těmito kandidáty jsou MAA alternativou k chemickým syntetickým látkám, protože jsou to filtry získané z přírodních zdrojů bez jakékoli hlášené toxicity a mají vysokou fotostabilitu a termostabilitu [12,27]. Dosud však nebyly široce využívány v komerčním měřítku a je k dispozici pouze několik produktů, jako je Helioguard 365 a Helionori, které zahrnují MAA extrahované z Porplyra umbilicalis. V budoucnu se očekává pokrok ve vývoji nových kosmeceutických produktů obsahujících MAA získané z jiných mořských zdrojů, jiných než P. umbilicalis.

Cistanche může proti stárnutí

Toto speciální vydání „Aminokyseliny podobné mykosporinu z mořského zdroje“ představuje několik kapitol o pokroku v metodologii extrakce a chemické identifikace MAA z různých řas. Je nutné prozkoumat nové přírodní zdroje obsahující vysoký obsah MAA a specifické složení MAA mezi zásobou známých nebo nových molekul s nejvyšší antioxidační kapacitou [8,28-30]. V tomto zvláštním vydání je prezentováno několik článků o distribuci MAA mezi mořskými organismy, jako jsou makrořasy a zooplankton. A konečně, MAA jako opalovací krémy vzhledem k jejich UV fotoochraně, antioxidačním vlastnostem a vlastnostem proti fotostárnutí jsou přezkoumány v jiných rukopisech. Toto zvláštní vydání má v úmyslu přispět k pokroku ve výzkumu MAA přidáním informací o těchto silných fotoprotektivních látkách díky jejich UV filtru, antioxidačním vlastnostem, ochraně DNA, protizánětlivým vlastnostem a vlastnostem proti stárnutí [9,11]2. Metodologie

pro extrakci a chemickou identifikaci MAA

Existuje několik protokolů pro extrakci pomocí různých rozpouštědel, teplot a dob extrakce. Karsten a kol. [31] vyhodnotili účinek rozpouštědel pro opětovné rozpouštění (100% methanol, destilovaná voda a HPLC eluent) po vysušení na účinnost extrakce MAA pomocí různých HPLC kolon (Synergi C18, Sphereclone C8 a Luna C8). Destilovaná voda a HPLC eluent poskytly téměř identické vzory píku a obsahy MAA na kolonách C8 a C18 [31]. Naproti tomu aplikace široce používaného methanolu vedla ke dvojitým píkům nebo dokonce ke ztrátě specifických píků, stejně jako k silnému poklesu celkového množství MAA v rozmezí od asi 35 procent maxima u P. crispa až po 80 procent maximum u P.umbilicalis [31]. V důsledku toho Karsten a kol. [31] navrhli, aby se při přípravě vzorku HPLC nepoužíval methanol jako rozpouštědlo pro opětovné rozpouštění. Protokol pro extrakci a HPLC identifikaci založený na C18 koloně od Karsten et al.[31] je porovnána s protokoly uvedenými ve třech článcích v tomto vydání [32-34].

Chaves-Pefia et al.[32] v tomto vydání porovnávali extrakci MAA pomocí destilované vody a 20% vodného methanolu u čtyř Rhodophyta. Pro analýzu HPLC byla testována různá rozpouštědla pro opětovné rozpouštění a kolony C8 a C18. Porfyra-334, shinorin, polyten, palythin-serin, asterina-330 a polyfenol byly identifikovány pomocí HPLC/ESI-MS. Separace těchto MAA byla zlepšena použitím C8-kolony a použitím methanolu jako rozpouštědla pro opětovné rozpouštění. Pokud jde o celkové koncentrace MAA, nebyly zjištěny žádné rozdíly mezi dvěma rozpouštědly, ale nejvyšší množství MAA bylo pozorováno při jejich přímém vstřikování do HPLC. Podle těchto výsledků by destilovaná voda mohla být vynikajícím extrakčním rozpouštědlem pro MAA, jak Nishida et al. [33] uzavřeli extrakci MAA z Palmaria palmata. Nishida a kol.[33] aplikoval postupnou extrakční metodu s použitím vody a poté extrakci methanolem a spektrofotometrické a HPLC analýzy odhalily, že výtěžek MAA při 6hodinové vodní extrakci byl nejvyšší mezi testovanými podmínkami. Nicméně podle Chaves-Pena et al.[32] opětovné rozpuštění v čistém methanolu po vysušení bylo nejlepší možností pro kvalitativní analýzu nejběžnějších MAA v červených řasách na rozdíl od těch, které uvádí Karsteen et al. [31].výhody a vedlejší účinky cistanche tubulosaÚčinná extrakce ve vodě má výhody pro použití MAA v přírodní kosmetice, protože metanol je reaktivní látka, která není v přírodní kosmetice povolena.

Na druhé straně Orfanoudaki et al. [34]identifikovali sedm aminokyselin podobných mykosporinu a dva betainy, které byly izolovány ze slané řasy Bostrychia scor{2}}pioides shromážděné pomocí různých chromatografických technik. Jejich struktury byly potvrzeny nukleární magnetickou rezonancí (NMR) spektroskopií a hmotnostní spektrometrií s vysokým rozlišením (HRMS). Šest MAA a jeden betain byly chemicky charakterizovány jako nové přírodní produkty. Identifikace nových MAA otevírá příležitost pro výzkum jejich biologické aktivity, zejména pro hodnocení jejich antioxidačních a protizánětlivých vlastností. Or-fanoudaki a kol. [34] prezentovali absolutní konfiguraci 14 mykosporinů podobných aminokyselin extrahovaných z Bostrychia scorpiodes, určenou kombinací výsledků experimentů s elektronickým cirkulárním dichroismem (ECD) a výsledků pokročilé Marfeyovy metody využívající LC-MS. Krystalová struktura hydrátu shinorinu byla stanovena z jednokrystalové rentgenové difrakční studie a její absolutní konfigurace byla stanovena z efektů anomální disperze.

3. Distribuce MAA mezi mořskými organismy: makrořasy a zooplankton Mnoho studií hodnotících koncentraci a složení MAA bylo provedeno u druhů z různých prostředí po celém světě – od tropických po polární oblasti. Tento screening je snahou o nalezení druhů s vysokou koncentrací MAA a vysokou a udržitelnou celoroční produkcí biomasy. Abychom našli nové přírodní molekuly s fotoprotektivními vlastnostmi, je velmi důležité provést screening z přírodních zdrojů, jak byl prováděn v posledních letech[34-41].extrakt z cistanche tubulosaVe screeningových studiích je možné identifikovat druhy s nejvyšším obsahem MAA. Obsah MAA v řasách rostoucích v pobřežních vodách je ovlivněn především ozářením a úrovněmi dusičnanů, a proto je úroveň MAA ovlivněna ročním obdobím[40,41].

Na chilském pobřeží (mírná oblast) byly nejvyšší koncentrace MAA dosaženy u druhů rodu Porphyra (2 až 10 mg g-1 DW), následované Bostrychia (4,7 mg g DW) [35]. Hoyer a kol. [36] uvedli, že ze 17 studovaných druhů červených řas vykázaly nejvyšší endemické druhy antarktických druhů Porphyra endivifolium (9,7 mg gI DW), Bangia atropurpurea (5,8 mg g7 DW) a Curdiea racowitzae (4,9 mg g-4 DW). Koncentrace MAA. Na evropském pobřeží byla nejvyšší koncentrace MAA zjištěna u Gymnogongrus devoniensis (1.5-7,8 mg gl sušiny), dále Ceramium nodulosum (7,6 mg g-2 sušiny), Bangia atropurpurea (5 .5-7 mg g-1 DW) a Gelidium pusillum (5-6,5 mg g-1 DW)[37,38]. Karsten a kol.[39] studovali koncentraci MAA z 18 druhů červených řas, přičemž nejvyšší koncentraci MAA zaznamenali v Bostrychia radicans (2.9-12 mg g-1 DW), Stictosiphonia arbuscula (6 mg g-1 DW), Caloglossa leprieurii (2-6,5 mg-g-2 DW) a Catenella impudica (5,2 mg g DW). V pobřežních vodách Brazílie byl nejvyšší obsah MAA nalezen v Pyropia acanthoma (5,9 mg gl DW) následovaná Hypnea musciformis (3 mg g-1 DW) a Spyridia clavata (2 mg gI DW)[40]. Nejvyššího obsahu nebylo dosaženo v oblastech s nejvyšší dávkou UVR (tropické oblasti), ale v pobřežních vodách subtropických oblastí obohacených o dusičnany v důsledku příbřežních vln[40]. Schneider et al[41) uvedli nejvyšší úrovně MAA v řasách shromážděné z pobřeží Středozemního moře a Atlantiku jižního Pyrenejského poloostrova v Porplyra umbilicalis (11 mg g-1 DW), Bangia atroporpurea (5,5 mg gl DW), Felmanophycus rayssiae a Porplym leucosticta (4 mg g{61}} DW )Nejvyšší obsah MAA je tedy nalezen u druhů řádu Bangiales rodu Pophyra, Pyropia nebo Bangia.

Sun a kol. [42] v tomto vydání představil databázi MAA makrořas (http://210.28.32.218/MAAs/) založenou na softwaru CiteSpace používaném na Web of Science, Springer, Google Scholar a čínské národní znalostní infrastruktuře (CNKI ). Dříve Sinha a kol. [43] prezentovali databázi mykosporinů a MAA u hub, sinic, fytoplanktonu, makrořas a živočichů. Studie Sun et al.[42] shrnul a analyzoval články týkající se MAA v mořských makrořasách za posledních 30 let (190-2019), které se zaměřovaly především na distribuci, obsah a typy MAA. Bylo potvrzeno, že 572 druhů mořských makrořas obsahovalo MAA, a to ve 45 druzích chlorofytů, 41 druzích feofytů a 486 druzích rodofytů, a patřily do 28 řádů Otevřená online databáze pro rychlé získání MAA u 501 druhů mořských živočichů jsou prezentovány makrořasy. V každém případě byla identifikace hlášena pomocí různých technik, jako je HPLS, ESI-hmotnostní spektroskopie a RNM. Při použití pouze HPLC není možné získat přesnou identifikaci, proto je nutné do studií chemické identifikace zahrnout data ESI-hmotnostní spektroskopie nebo RNM. Na druhé straně standardy MAA čištěním MAA z přírodních zdrojů pro použití při chemické identifikaci nejsou na trhu stále dostupné. Je tedy nutné v budoucnu posílit výzkum v oblasti přípravy a čištění standardů MAA purifikovaných z mořských makrořas, aby se pokročilo v kvantifikaci různých MAA z přírodních zdrojů.

Mezi organismy s MAA Hylander [44] v tomto zvláštním vydání ukazuje, že koncentrace MAA zooplanktonu se pohybují od nedetekovatelných až po ~13 mg DW-1. Poslední se blíží nejvyšší hladině nalezené u makroalg (řád Bangiales). Copepods, vířníci a krill vykazují velký rozsah koncentrací, zatímco perloočky obecně neobsahují MAA. Navrhované mechanismy k získání MAA jsou prostřednictvím požití potravy bohaté na MAA nebo prostřednictvím symbiotických bakterií poskytujících zooplankton s MAA. Vystavení UV záření zvyšuje koncentrace v zooplanktonu, a to jak prostřednictvím zvýšení koncentrací MAA v potravě fytoplanktonu, tak v důsledku aktivní akumulace. Obsah MAA v zooplanktonu je ovlivněn ročním obdobím, v zimě je obecně nízký a v létě vyšší. Zdá se, že samice ukládají MAA do svých vajíček. Kromě toho MAA v zooplanktonu rostou s nadmořskou výškou, ale pouze do určité výšky, což naznačuje určité omezení pro příjem. Bylo také prokázáno, že vysoká koncentrace MAA vede k nižší úmrtnosti způsobené UV zářením a celkově ke zvýšení tělesné zdatnosti.

V tomto čísle Jofre a kol. [45] ukazuje, že obsah a podíl ve složení MAA se liší v závislosti na druhu a několika faktorech prostředí. Jeho vysoký kosmetický zájem vyžaduje výzkum obsahu a složení. Pomocí spektrofotometrických a HPLC technik byl hodnocen obsah a složení MAA intertidálních subantarktických červených makrořas Iridaea tuberculosa, Nothogenia fastigiate a Corallina officinalis. Obsah i složení MAA se sezónně měnily. I. tuberculosa vykazovala nejvyšší hodnoty MAA (nad 1 mg gl sušené hmotnosti), hlavní složkou v N. fastigiata byla porfyra-334, zatímco I.I. tuberculosa a C. officinalis vykazovaly vysoký obsah palythinu. Je zajímavé, že tyto dvě MAA, porfyra-334 a palythin, vykazují vysokou antioxidační aktivitu [8,15,29]. Některé vzorky byly také analyzovány pomocí hmotnostní spektrometrie s vysokým rozlišením ve spojení s HPLC-ESI-MS za účelem přesnější identifikace složení MAA. HPLC-ESI-MS nám umožnila identifikovat sedm různých MAA. Dvě byly poprvé zaznamenány u mořských řas ze subantarktických oblastí (kyselina mykosporin-glutamová a palythin-serin) a osmá sloučenina absorbující UV záření, která zůstává neidentifikována, byla také zaznamenána [45].

Konečně, Vega a kol.[46] představuje screening mezi červenými makrořasami a sinicemi na aminokyseliny podobné mykosporinům a další látky pro UV screening, jako jsou Polyfenoly a Stoneman (pouze u sinic). Nejvyšší koncentrace MAA byly zjištěny v červených makrořasách Porphyra umbilicalis, Gelidium corneum a Osmundea pinnatifida a v sinici Lymgbya sp. Scytonema sp. byl jedinečným druhem, který představoval MAA s maximální absorpcí v pásmu UV-B, přičemž byl u tohoto druhu poprvé identifikován jako mykosporin-glutaminyl [46]. Voda byla nejlepší extrakční rozpouštědlo pro MAA a fenoly, zatímco scytonemin byl lépe extrahován v méně polárním rozpouštědle, jako je ethanol:aH20(4:1), a byly pozorovány pozitivní korelace antioxidační aktivity s různými molekulami, zejména polyfenoly, biliproteiny a MAA. [46]. Hydroethanolové extrakty některých druhů obsažené v krémech vykazovaly zvýšení fotoprotektivní kapacity ve srovnání se základním krémem.recenze cistanche tubulosaVýtažky z červených makroal-gae a sinic tak mohou být použity jako přírodní fotoprotektory zlepšující rozmanitost opalovacích krémů. Kombinace různých extraktů obohacených o Stoneman a MAA by mohla být užitečná pro navrhování širokopásmových přírodních kosmetických produktů s UV clonou [46]. MAA jako opalovací krémy: Antioxidační vlastnosti a vlastnosti proti stárnutí

V poslední části Zvláštního vydání Nishida a kol. [3] analyzovali MAA v sezónní studii a zjistili, že jak nejvyšší antioxidační kapacity stanovené metodami ABTS, tak obsah MAA byl dosažen v únoru (6,93 umol gl DW). Nejvyšší vyplachovací aktivita a redukční síla byly zjištěny v alkalických podmínkách (pH 8.0).

Orfanoudaki a kol. [30] ukázali, že MAA extrahované z červené řasy Bostrychia scorpioid vykazují vlastnosti proti stárnutí a hojení ran provedením tří různých testů, konkrétně inhibice kolagenázy, inhibice konečných produktů pokročilé glykace (AGE) a testu hojení ran (scratch). test).

Nakonec Rosic[47] předložil přehled MAA jako molekul, které mají být použity k ochraně kůže. Tím, že vychytávají ROS, MAA hrají antioxidační roli a potlačují poškození způsobené singletovým kyslíkem. Podle Rosica[47] se v současnosti v přírodě nachází přes 30 různých MAA a vyznačují se různými antioxidačními a UV zářením. absorpční kapacity. V závislosti na podmínkách prostředí a úrovni UV má up-nebo-down-regulace genů z biosyntetické dráhy MAA za následek sezónní kolísání obsahu MAA ve vodních druzích.cistanche UKPřehled od Rosica[46] poskytuje shrnutí antioxidačních vlastností MAA a vlastností absorbujících UV záření, včetně genů zapojených do biosyntézy MAA. Konkrétně jsou regulační mechanismy zapojené do drah MAA hodnoceny pro řízenou syntézu MAA, což posouvá potenciální využití MAA při ochraně lidské kůže. Aktivní výzkum aminokyselin podobných mykosporinu přinese další poznatky o užitečnosti v UVR fotoprotekci jako opalovacích krémů, aktivátorů buněčné proliferace, protirakovinných látek, molekul proti fotostárnutí, stimulátorů obnovy kůže a funkčních složek UV-ochranných biomateriálů [48]

Tento článek je převzat z Mar. Drugs 2021, 19, 18. https://doi.org/10.3390/md19010018 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs