Bioaktivna jedinjenja cijanobakterija i mikroalgi u starenju kože: Potencijal za obnavljanje punjenja ekstracelularnog matriksa i prevladavanje hiperpigmentacije

Molimo kontaktirajteoscar.xiao@wecistanche.comza više informacija

SAŽETAK

Kao najveći organ u ljudskom tijelu, koža djeluje kao fizičko-hemijska barijera, nudeći zaštitu od štetnih okolišnih stresora, kao što su kemikalije, patogeni, temperatura i zračenje. Ipak, istaknutost kože ide dalje, sa značajnom psihosocijalnom ulogom u sve starijoj populaciji. Potaknuta zabrinutošću potrošača u pogledu njege kože, kozmetička industrija razvija nove formule koje mogu umanjiti najvidljivije znakove starenja, uključujući smanjenje gustoće i elastičnosti kože, bora i hiperpigmentacije. Vezano za njegu kože sve je veći značaj koji se pridaje prirodnim proizvodima, održivo dobivenim metodama manjeg utjecaja na okoliš. Cijanobakterije i mikroalge dodaju značaj u ovom polju, s obzirom na njihovu sposobnost da biosintetiziraju sekundarne metabolite s potencijalom protiv starenja. U ovom pregledu predstavljamo pregled potencijala spojeva cijanobakterija i mikroalgi da prevladaju starenje kože, u suštini istražujući njihov učinak na metaloproteinaze kolagenazu, elastazu, želatinazu i hijaluronidazu i druge enzime uključene u proces pigmentacije.

1. Uvod

Koža predstavlja 16 posto ukupne tjelesne težine i predstavlja najveći ljudski organ.bioflavonoidiMeđu svojim nekoliko funkcija, koža radi kao fizička barijera, nudeći zaštitu od štetnih stresora, kao što su hemikalije, patogeni, hladnoća, toplota i ultraljubičasto zračenje (UVR)]. Osim toga, koža igra ključnu ulogu u sintezi vitamina D, ključnog za održavanje homeostaze kalcija, kao i u imunološkim, senzornim i funkcijama regulacije tjelesne temperature23. Strukturno, koža se sastoji od tri različita sloja: epidermisa, dermisa i hipoderme (Slika 1). Najpovršniji i najizloženiji sloj, epidermis, je kontinuirano obnavljajući slojevit keratinizirani skvamozni epitel, koji se sastoji uglavnom od keratinocita i melanocita. Njegova primarna funkcija se oslanja na zaštitu od hemijskih i biohemijskih prijetnji iz okoliša, funkcionirajući kao fizička i adaptivna imunološka barijera. Ispod epidermisa nalazi se dermis, koji se sastoji od vezivnog tkiva koje uključuje ekstracelularni matriks (ECM) i ćelije poput fibroblasta i makrofaga. ECM je trodimenzionalna mreža kolagenih i elastinskih vlakana okruženih osnovnim supstancama, kao što je hijaluronska kiselina (HA), koji djeluju zajedno kako bi održali punjenje kože, elastičnost i fleksibilnost4 (Slika 1). Svaka neravnoteža između ovih glavnih komponenti može dovesti do gubitka strukture kože, što dovodi do nezdravog i ostarjelog izgleda4. S obzirom na svoju presudnu ulogu u ličnim osobinama i društvenoj dobrobiti, očuvanje svih slojeva kože postalo je jedan od glavnih zahtjeva modernih društava, što je pokretalo razvoj novih i inovativnih proizvoda farmaceutske i kozmetičke industrije6.

Proizvodi za njegu kože i ljepote igrali su važnu ulogu u ljudskoj povijesti. Najstariji zapisi o kozmetici potiču od Egipćana koji su se posebno bavili fizičkim izgledom, odnosno razvojem bora na licu. Zbog suvog i vrućeg vremena kojem je stanovništvo bilo izloženo, nega kože uz upotrebu ulja i krema bila je dio svakodnevne rutine8.buy cistancheTokom godina, drugi proizvodi poput soli, meda i hidroksi i vinske kiseline također su korišteni za tretman i čišćenje kože. Poreklom iz starih rimskih javnih kupatila, pojavio se izraz "kozmetika", što znači "uljepšati tijelo". Trenutno su kozmetički proizvodi definisani Uredbom Evropske komisije (EC) br. 1223/2009 kao "svaka supstanca ili mješavina namijenjena za dodir s vanjskim dijelovima ljudskog tijela (epiderma, kosa, nokti, usne i vanjski polni organi) ili sa zubima i sluzokožom usne šupljine, u cilju čišćenja, parfema, promjene izgled, zaštitu, održavanje u dobrom stanju ili ispravan miris tijela"10. Globalno, kozmetička industrija je bila jedna od najmanje pogođenih oscilacija finansijskih tržišta. Prema nedavnom istraživanju", predviđa se ekonomski obim od 805,61 milijardi dolara do 2023. godine, kao rezultat povećanja globalne potrošnje. Isto tako, porast prosječnog životnog vijeka doveo je do snažne potražnje za proizvodima protiv starenja, stvarajući tako prostor za bezbroj inovacija i povećavajući stepen rasta industrije.

Molimo kliknite ovdje da saznate više

Glavni zahtjev društva koji se odnosi na kožu je zapravo odlaganje starenja kože. Ovaj spor i složen proces induciran je endogenim faktorima kao što su genetika i egzogenim faktorima kao što su lične navike i okruženje'2. Endogeno starenje je prirodni proces u kojem koža postupno gubi svoje funkcionalne i strukturne karakteristike, kao prirodna posljedica ćelijskog starenja uslijed smanjenja ćelijskog metabolizma, sposobnosti popravke DNK, mutacija gena, gubitka telomera, hromozomskog

abnormalnosti i hormonalne promjenel3,12. S druge strane, egzogeno starenje je uzrokovano hemikalijama, toksinima, zagađivačima, ekstremnim uvjetima hladnoće ili vrućine i radijacijom'4. U oba slučaja, fenomen obično utječe na debljinu, strukturu i pigmentaciju epiderme, kao i na morfologiju i mikrostrukturu dubljih slojeva, što rezultira stanjivanjem, suhoćom, mlitavnošću, proširenim porama, finim linijama i borama, tamnim mrljama i hiperpigmentacijom. ".

U posljednjim decenijama, naučna istraživanja su doživjela značajnu evoluciju u području proizvoda protiv starenja, s fokusom na prirodne izvore i zelene procese, bez testiranja na životinjama i sa zelenim životnim ciklusom, uključujući pakovanje, proizvodnju, distribuciju, post- potrošačka upotreba i nabavka".cistanchKao rezultat toga, došlo je do značajne ekspanzije kozmetičke industrije i bezbroj novih proizvoda je lansiran na tržište." Dok su biljke vekovima bile primarna sirovina za proizvodnju kozmetike, iscrpljivanje ovog preterano proučavanog resursa dovelo je do toga da korištenje drugih organizama kao što su makroalge i eukariotske mikroalge, odnosno morskog porijekla''. Morski organizmi su se tako pojavili kao plodan izvor kozmetičkih sastojaka koji su u stanju da minimiziraju oštećenja koja nastaju tijekom starenja kože, kao što su stvaranje i pogoršanje bora, pigmentacija, degradacija kolagena i gubitak elastičnosti ' i gubitak vlage". Među njima su cijanobakterije dobile na značaju, zbog svoje sposobnosti da proizvode bioaktivne sekundarne metabolite, jedinstvene strukture i mehanizma djelovanja. Ova gram-negativna bakterija predstavlja jedinu grupa prokariota koji mogu obavljati oksigensku fotosintezu, slično biljkama, ali sa većom stopom fotosinteze i bio masovna proizvodnja 2021. Njihov kapacitet samoobnavljanja, osnovni nutritivni zahtjevi", minimalan prostor za uzgoj i nizak utjecaj na okoliš''2, čine ih održivim izborom za proizvode za njegu kože. Njihova rezidualna biomasa se može koristiti kao gnojivo ili u hrani za životinje i može stvarati bio- poliesteri, poznati kao "zelena plastika", što se uklapa u koncept cirkularne ekonomije'72425. S obzirom na to, morski organizmi, a posebno mikroorganizmi, mogu se posmatrati kao nova nada u potrazi za novim i inovativnim bioaktivnim molekulima, sposobnim da se suprotstave reakcije koje dovode do oštećenja i starenja kože.

Cistanche može protiv starenja

2. Metode

Cilj ovog pregleda bio je prikupiti dostupne studije o ekstraktima ili bioaktivnim spojevima koje proizvode cijanobakterije i mikroalge za potencijalno obnavljanje ECM kože i prevladavanje hiperpigmentacije. Pregled je obavljen pomoću baza podataka Scopus, Web of Science, PubMed, ScienceDirect, ResearchGate i Google Scholar. Termini upita uključivali su "cijanobakterije", "mikroalge", "bioaktivna jedinjenja", "starenje kože", "metaloproteinaze", "kolagenazu", "želatinazu", "elastazu", "hijaluronidazu", "tirozinazu" i "hiperpigmentaciju". Osim toga, dopunili smo pretragu daljim istraživanjem referenci članaka preuzetih iz referentnih baza podataka.

3. Cijanobakterije i mikroalge u starenju kože

Cijanobakterije i mikroalge su plodni izvori prirodnih bioaktivnih spojeva s različitim područjima primjene22. Poznato je da cijanobakterije i mikroalge sintetiziraju pigmente, lipide (višestruko nezasićene masne kiseline - PUFA, ugljovodonici), proteine, poli-isaharide (celulozu, alginati, škrob) i druge spojeve, s dokazanim bioaktivnostima u farmaceutskoj, energetskoj, kozmetičkoj i kozmetičkoj ishrani. polja242627. U pogledu primjene energije, različite mikroalge se koriste za proizvodnju bioetanola, bioplina i biovodika. Zbog visokog sadržaja proteina i PUFA, mogu se koristiti i za ishranu ljudi i životinja24. U farmaceutskom polju, vrijedna je pažnje proizvodnja grassysta-tin AB za rak pluća, kempopeptin A za rak debelog crijeva i dolastatin 15 za rak dojke28.cistanche AustraliaDruge studije pokazuju da imaju i antitumorsko, antikoagulantno, protuupalno i inhibitorno djelovanje na proteazu48. Što se tiče kozmetike, prijavljeno je da se njihova bioaktivna jedinjenja, uglavnom kao ekstrakti, koriste u šamponima, sapunima za telo1019, losionima za lice, kremama protiv starenja, šminki i sredstvima za zaštitu od sunca'71922. Što se tiče krema za sunčanje, neki od ovih mikroorganizama proizvode spojeve koji apsorbiraju UV zračenje, kao što su aminokiseline slične mikosporinu (MAA) i Stoneman, kao i karotenoidi, te fikobiliproteini i polifenoli, s važnom ulogom u sprječavanju oksidativnog stresa kroz njihovu sposobnost uklanjanja štetnih tvari. slobodni radikali47. Oni također proizvode egzopolisaharide (EPS), sa važnim hidratantnim svojstvima, inhibitore metaloproteinaze, te spojeve koji mogu inhibirati tirozinazu i tako izbjeći hiperpigmentaciju kože.

3.1.ECM-ciljna jedinjenja

Dermis se sastoji od labavog i gustog vezivnog tkiva u kojem ECM čini glavnu komponentu. ECM je materijal sličan gelu napravljen od kolagenih i elastičnih vlakana dispergiranih u mljevenoj tvari sačinjenoj od glikozaminoglikana, proteoglikana i glikoproteina vezivnog tkiva. Od suštinskog je značaja da se ćelije drže zajedno i da se obezbedi put za hranljive materije i kiseonik do epidermisa³! Nekoliko tipova ćelija, kao što su keratinociti, fibroblasti, makrofagi, endotelne ćelije, mastociti, eozinofili i neutrofili, sposobni su da proizvode specifične enzime odgovorne za promet ECM i, u nekim situacijama, dovode do gubitka strukture kože i pojave bora. . U posljednje vrijeme bilo je više istraživanja o metaloproteinazama i njihovom djelovanju na strukturu dermalnog matriksa, kao i na enzimima odgovornim za pigmentaciju kože. I metaloproteinaze i enzimi povezani s pigmentacijom kože postali su mete bioaktivnih spojeva s potencijalom protiv starenja. Stoga u nastavku predstavljamo pregled potencijala cijanobakterija i spojeva dobivenih iz mikroalgi u prevladavanju starenja kože, fokusirajući glavne enzime odgovorne za održavanje strukture dermalnog matriksa.

3.1.1.Metaloproteinaze

Matriks metaloproteinaze (MMP) su porodica ekstracelularnih enzima zavisnih od cinka, čija je glavna funkcija remodeliranje i degradiranje ECM30. Kolagen i elastin su primarni proteini ECM-a, odgovorni za otpornost i elastičnost kože32. Stoga će sve promjene kolagena i elastina izazvane MMP-ima doprinijeti gubitku dermalne strukture, što će rezultirati njenim oštećenjem³3. Glavno stanje stresa kože je izlaganje UV zračenju, koje pogoršava degradaciju ECM kolagenskih i elastinskih vlakana kroz indukciju aktivnosti MMP. Iako su MMP ključni za epidermalnu diferencijaciju i prevenciju ožiljaka od rana, njihova pojačana regulacija potencira znakove starenja i razvoj raka kože.

Uprkos postojanju različitih podgrupa MMP, kao što su kolagenaze, želatinaze, stromelizini, matrilizini, MMP membranskog tipa (MT-MMP), između ostalih²4, ovaj pregled će se fokusirati na najrelevantnije u pogledu starenja kože: kolagenaza, želatinaza, elastaza, i hijaluronidazu (slika 1).

3.1.1.1. kolagenaze. Postoje različiti podtipovi kolagenaza, npr. MMP-1, -8, -13 i -18, koji su proteolitički enzimi odgovorni za pokretanje fragmentacije kolagena kod ljudi

kože, te za kontrolu prometa kolagena³5. Ovi enzimi cijepaju sve vrste intersticijskih kolagena u koži (I, Il i II) na jednom mjestu. Nakon cijepanja, fragmenti kolagena gube stabilnost na tjelesnoj temperaturi i njihova struktura je poremećena, što doprinosi gubitku dermalne homeostaze i dovodi do oštećenja tkiva303637. Stoga, inhibiranje MMP-a predstavlja strategiju očuvanja strukture dermalnog matriksa, izbjegavajući oštećenje tkiva i odgađajući stvaranje bora.

Nekoliko nedavnih izvještaja ukazuje na različite spojeve izolirane iz cijanobakterija i mikroalgi kao moćne inhibitore enzima odgovornih za probavu ECM komponenti, neophodnih za održavanje dermalnog punjenja, a koji se prirodno smanjuju tokom procesa starenja i izloženosti štetnim abiotičkim faktorima *(Slika 1. , Tabela 1). Primjer je mikosporin-2-glicin (M2G) (Slika 2), izolovan iz cijanobakterije Aphanothece halophytica, koji je pokazao svojstva inhibicije kolagenaze, sa robusnim ICso od 0.47 mmol/L, uporedivim sa onim dobro poznatog inhibitora kolagenaze fenantrolina. Predloženo je da bi mehanizam inhibicije enzima mogao biti povezan sa sposobnošću M2G da kelira jone kalcija, kao i sa efikasnošću jedinjenja u inhibiciji formiranja proteinsko-proteinskog umrežavanja zavisnog od glikacije, procesa koji je povezan sa razvojem bez sjaja kože i do smanjenja elastičnosti kože. Ovi rezultati su pokazali M2G kao primamljivog kandidata za razvoj nove kozmetike protiv starenja i naglasili njegov potencijal u prevenciji starenja kože³".

Ekstrakt proteina je bio u stanju da smanji ekspresiju MMP-1 na mRNA, a nivoi proteina su dobijeni iz mikroalge Chlorella minutissima**. Također, utvrđeno je da peptid koji potiče od Chorelle inhibira ekspresiju MMP-1 izazvanu UVB-om, u ljudskim fibroblastima ozračenim UVB-om, potiskivanjem ekspresije signalnog proteina povezanog s ECM-om CYR61, transkripcionog faktora AP{{ 7}}, i proizvodnju hemotaktičkog faktora MCP-1. Ovi rezultati su ključni budući da pojačana regulacija CYR61 pokreće promjene kolagena tipa I slične onima koje su potvrđene na koži koja je fotostarjela i hronološki ostarjela, nakon što UV zračenje indukuje transkripciju AP-1 i MCP{{14} }, što zauzvrat stimuliše MMP-1 izraz4!

Arthrospira maxima je još jedan primjer cijanobakterija sposobnih da proizvode peptide protiv kolagenaze. Peptidna frakcija PHS pokazala je antikolagenaznu aktivnost (92,5 posto) sa ICso od 32,5 ug/mL u poređenju sa sintetičkim inhibitorom (57,13 posto)"4. Ova sekvenca peptida može ličiti na mjesto cijepanja u prirodnom kolagenu i na taj način spriječiti degradaciju Konkurencija sa aktivnim mjestom enzima je istaknuta kao blokirajuće djelovanje kolagenaze ovih peptida.

3.1.1.2. Želatinaze

Želatinaze (MMP-2 i -9) razgrađuju bazalnu membranu i denaturiraju strukturne kolagene3036. Ovi enzimi su esencijalni u varenju fragmenata kolagena nakon njihovog početnog cijepanja kolaž-nazama"3. Iako, u manjim količinama, postoje izvještaji o potencijalu spojeva izvedenih iz cijanobakterija da djeluju na želatinaze (Slika 1, Tabela 1 ). Kunte i Desai" procijenili su efekat proteinskog ekstrakta koji sadrži fikobiliprotein C-fikocijanin (C-PC ekstrakt) dobijenog od cijanobakterije Spirulina platensis, na ljudske želatinaze MMP-2 i MMP-9. Autori su otkrili da, osim što značajno smanjuje aktivnost MMP-2 za 55,13 posto i MMP-9 za 57,9 posto, ekstrakt C-PC također smanjuje ekspresiju mRNA obje želatinaze, u ćeliji hepatocelularnog raka linija HepG2. Iako tačan mehanizam inhibicije ostaje nepoznat, ovi nalazi mogu dovesti do novijih uvida u S. platensis kao potencijalni izvor terapeutski bioaktivnih molekula. Godinu dana kasnije, isti su autori pronašli još jedan ekstrakt proteina iz Chlorella minutissima koji je uspješno smanjio ekspresiju mRNA humanog MMP-2 i 9, a također je povećao ekspresiju mRNA tkivnog inhibitora metaloproteinaza-3 (TIMP{ {24}})40.

3.1.1.3.Elastaza

Elastaza (MMPs-12) je serinska proteaza sa jedinstvenom sposobnošću varenja elastina. Nakon kolagena, elastin je najzastupljeniji sastojak vezivnog tkiva u dermisu437. Degradacija elastinskih vlakana dovodi do gubitka elastičnosti kože i, posljedično, do opuštenog i ostarjelog izgleda.cistanche benefitsMMP-12 je najefikasniji MMP protiv elastina, a proizvode ga makrofagi i fibroblasti kao odgovor na UV zračenje"5. Nekoliko nedavnih izvještaja bavilo se sposobnošću prirodnih jedinjenja dobijenih od cijanobakterija i mikroalgi da savladaju elastazu preko -aktivnost (Slika 1, Tabela 1) Nedavno je otkriveno da ciklički depsipeptidi tutuilamidi AC, izolovani iz cijanobakterija Schizothrix sp. i Coleofasciculus sp, djeluju kao moćni inhibitori svinjske pankreasne elastaze (PPE), putem reverzibilnog načina vezivanja sličnog na one prirodnog jedinjenja cijanobakterija lyngbyastatin". Prateći parametre Nacionalnog instituta za rak, možemo smatrati da su tutuilamidi AC pokazali nevjerovatno niske vrijednosti ICso (1,18 nM, 2,05 nM i 4,93 nM), budući da je tutuilamid A (Slika 2) najefikasnije jedinjenje izvedeno od cijanobakterija u pogledu inhibicije elastaze. Strukturna analiza tutuilamida A u kompleksu sa PPE potvrdila je dodatnu vodikovu vezu između 4-hloro-3-metil ali-3-ostatka enske kiseline i amidne grupe ostatka elastaze R226, koja se čini da se stabilizuje ligand i može objasniti povećanu inhibitornu moć jedinjenja. Zapravo, tutuilamid A je pokazao veći potencijal inhibicije elastaze u poređenju sa drugim jedinjenjima kao što je lyngbyastatin 7, gde se ova dodatna interakcija ne dešava *.

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>'. Iako su ovo visoke ICso vrijednosti, one označavaju potencijal lyngbiastatina za inhibiciju elastaze i otvaraju vrata za daljnje studije gdje se mogu razmotriti hemijske modifikacije za povećanje aktivnosti i specifičnosti jedinjenja. Od dosad procijenjenih lyngbyastatina, lyngbyastatin 5 (Slika 2) i lyngbyastatin 6 su bili najefikasniji protiv elastaze, sa vrijednostima ICso od 3,2 i 3,3 nM, respektivno. Unutar istog roda, Rubio i njegov tim52 izolovali su dva ciklička depsipeptida analoga dolastatina 13, bujomide A i B, iz cijanobakterije Lyngbya bouillonii, i otkrili njihov kapacitet da selektivno inhibiraju ove serinske proteaze, iako sa većim ICso . 1.9μM). Abu dio je također prisutan u ova dva spoja, što pojačava njegovu ulogu u selektivnosti za elastazu. Drugi ciklični dep-sipeptid koji sadrži Abu dio, stigonemapeptin, izolovan iz Stigonema sp, također je pokazao selektivnu inhibitornu aktivnost elastaze, sa ICso od 0.26μM53.

Salvador i saradnici?4 su pokazali da simplostatin 5-10 (Abu koji sadrži ciklične depsipeptide) (Slika 2), izolovan iz cijanobakterije Symploca sp., snažno inhibira proteolitičku aktivnost elastaze (ICso od 37 do 89 nM) , što je bilo uporedivo sa aktivnošću srodnih jedinjenja lyngbyastatin 4 i 7. Takođe je pokazano da su jedinjenja koja sadrže N-Me-Tyr (symplostatin 8-10) nešto snažnija od njihovog N-Me-Phe ( simplostatin 5-7) kongeneri u inhibiciji PPE elastaze i elastaze humanih neutrofila. Ova jedinjenja, sa visokom specifičnošću za elastazu, umanjili su efekte elastaze u aktivaciji receptora i pokazali superiornu aktivnost od klinički odobrenog inhibitora elastaze sivelestat, u kratkoročnim testovima, a takođe su pokazali superiornu trajnu aktivnost u dugoročnim testovima54.

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>?.Triciklični peptid mikroviri-din I pokazao je inhibitornu aktivnost na elastazu sa ICso od 0.34 ug/mL. Ciklični depsipetidi koji sadrže Ahp dio kao što su oscil-lapeptin G i oscilapeptilidi 97-A, -B, također su prepoznati kao inhibitori elastaze （ICso =0.73, 0.42 i 1.12 ug/mL） stepen. Drugi peptidi tipa mikro-viridin (G i H) i nostopeptini (A i B), koje proizvodi Nostoc minutum, takođe su pokazali sposobnost da spreče degradaciju elastina kroz inhibiciju elastaze5758. Pokazalo se i da cijanobakterija Microcystis aeruginosa proizvodi mikroviridine, odnosno mikroviridine B i C, koji inhibiraju elastazu sa ICso=0.044 i 0.084 ug/mL, i mikropeptine HH978, HH960, HH992 i DR1006, sa ICso =17.6,55.5,16.9 i 13.0μM, respektivno. Mikroviridini B i C imali su sličan ICso protiv elastaze kao G i H, a ovo zapažanje se može objasniti, barem djelomično, molekularnom strukturom: objavljeno je da aminokiselinska sekvenca X-Thr-Y utječe na aktivnost inhibitora elastaze, a oba mikroviridina B, C, G i H su predstavljala hidrofilni aminokiselinski ostatak na mjestu X, a Leu na mjestu Y59-61

Utvrđeno je da novi peptid, melasamid, iz Dichothrix utahensis, ima inhibitornu aktivnost serin proteaze protiv elastaze sa ICso=0.032μM, i sličan profil selektivnosti kao oni koji su prethodno opisani za lyngbyastatin 4-7, možda zbog njihove strukturne sličnosti

2. Dva druga ciklična depsipeptida sa aktivnošću

protiv elastaze su izolovani iz Scytonema Hofmann i označeni kao sistolni A i B*3. Korelacija između molekularne strukture i bioaktivnosti se također može predvidjeti, nakon što su uočene dvije različite karakteristike: peta pozicija zamijenjena Leu, kao što je ranije objavljeno u mikroviridini, i 3-hlorirani N-metil-Tyr ostatak na osmoj poziciji. Kao iu prethodnim studijama, PPE je korišten kao model, a prijavljeno je da sciptolin A i B blokiraju aktivnost elastaze pri niskim koncentracijama. Pokazalo se da se sciptolini vežu direktno u aktivni centar ciljne peptidaze, na način sličan supstratu, međutim, molekularna osnova ove selektivnosti je još uvijek nejasna.

Planktothrix rubescens je još jedna cijanobakterija koja proizvodi inhibitore elastaze (planktopeptin BL1125, BL843 i BL106) sa vrijednostima ICso od 96 nM, 1,7 μM i 40 nM, respektivno. Nakon ispitivanja molekularne strukture ovih spojeva, bilo je moguće predvidjeti odnos strukture i aktivnosti, pri čemu je otkriveno da fleksibilni bočni lanac molekula pokazuje marginalnu selektivnost za elastazu. BL1125 je linijski kompetitivni inhibitor čvrstog vezivanja humanih leukocita (HLE)(K; =2.9nM) i pankreatične (K =7.2nM) elastaze, i efikasan je u inhibiciji cijepanja, ne samo od sintetičkog supstrata, već i od elastina prirodnog porijekla. HLE je postao relevantniji zbog svoje uključenosti u nekoliko patoloških procesa, tako da pronalaženje inhibitora za ovaj enzim ima strateški terapijski interes?4. Godinama kasnije, Bubik i saradnici*5, otkrili su peptide anabaeno-peptine B i F iz istog soja cijanobakterija, sa sposobnošću da inhibiraju HLE i PPE, iako u manjoj mjeri od PPBL1125. Profili inhibicije HLE su pokazali kompetitivnu inhibiciju, sa K; vrijednosti između 0.1-1 μM. Što se tiče PPE, profili su otkrili sigmoidni oblik, koji opisuje vezivanje dva molekula inhibitora za enzim. Prvi inhibitorni molekul imao je K; u rasponu od 1-2 uM i, drugi, prezentirani K; vrijednosti približno 50-put više 5.

Inhibicija HLE je takođe postignuta brunsvicamidom AC koji proizvodi Tychonema sp. Ova jedinjenja su bila visoko selektivna za HLE sa K; vrijednosti od 1.1, 0.70 i 1.6 uM, respektivno, izračunate uz pretpostavku kompetitivne inhibicije. Također je objavljeno da brunsvicamidi mogu djelovati kao alternativni HLE supstrati sa jako usporenom dijacilacijom 0. Još jedna inhibicija HLE pronađena je kod Nostoc insulare cijanopeptolina, insulapeptolida AH. Insulapeptolidi AD su imali ICso vrijednosti između 85 (K; vrijednost od 36 nM) i 140 nM, pa su stoga bili visoko potentni inhibitori, dok su insulapeptolidi EH bili manje aktivni, sa vrijednostima ICso varirale između 1,6 i 3,5 uM. Stoga se može zaključiti da ovi spojevi zauzimaju mjesto vezanja supstrata HLE, što sugerira da insulapeptolidi djeluju kao kompetitivni inhibitori nagomilavanjem nekovalentnih enzim-inhibitorskih kompleksa sa HLE6′ (Tabela 1).

Ciklični depsipeptidi izolovani iz cijanobakterija otkrili su ogroman potencijal da izbjegnu i uspore degradaciju elastina putem direktne inhibicije elastaze i interferencije na nivou ekspresije enzima. U nekim situacijama, visoka specifičnost za enzim stavlja ove spojeve u prvi plan za razvoj učinkovitih i inovativnih formulacija protiv starenja, s potencijalom da održe i poboljšaju dermalno punjenje i odgode stvaranje bora. Od prethodno predstavljenih molekula, čini se da su tutuilamidi i lyngbiastatini vrijedni daljnjih studija farmaceutske i kozmetičke industrije, s obzirom na njihovu dokazanu moć protiv ovog enzima.

3.1.1.4.Hijaluronidaze

Prekomjerna površinska voda koja se gubi isparavanjem uvelike doprinosi starenju kože. Isparena voda se zamjenjuje vodom iz najnutarnjih epidermalnih slojeva i dermisa, što dovodi do skupljanja ćelija, a u najgorem scenariju do smrti ćelije *863. Odnos između hidratacije kože i pojave bora pokazao je da hidratacija kože značajno smanjuje dubinu bora i brazdi. Adekvatna vlažnost kože se, dijelom, postiže očuvanjem hijaluronske kiseline (HA), zbog njene jedinstvene sposobnosti zadržavanja vode. Hijaluronidaze (HASE) su enzimi koji razgrađuju polimere cijepanjem HA visoke molekularne težine na manje fragmente4. HA je ključni molekul uključen u vlagu kože. Njegova funkcija je, između ostalog, da veže vodu i podmazuje pokretne dijelove tijela'2. Kao što je već rečeno, HA se razgrađuje na fragmente različitih veličina pomoću HASE-a^?. HA se nalazi u mladoj koži na periferiji kolagenih i elastinskih vlakana. Stariju kožu, koja je manje puna od mladenačke kože, karakteriziraju smanjeni nivoi HA. Smanjenje nivoa HA može biti uključeno u promjene uočene na starijoj koži, uključujući bore, promijenjenu elastičnost i smanjenu čvrstoću74. Pobijanje enzima odgovornih za razgradnju HA onda se čini efikasnom strategijom za odlaganje starenja kože i poboljšanje izgleda kože u svim dobima.

Što se tiče inhibitorne aktivnosti HASE, Yamaguchi i Koketsu75 su otkrili da cijanobakterija Nostochopsis lobatus MAC08{{10}}4NAN proizvodi veliku količinu polisaharida sa visokim inhibitornim efektom （ICso{{2} }.18ug/mL） na HASE-u, što je oko 14,5 puta jače od prirodnog inhibitora dinatrijum kromoglikata. Budući da je jestiva vrsta, podržava njenu upotrebu u kozmetičke svrhe, kao i prihvaćanje od strane potrošača jer već ima poznat sigurnosni profil. Osim čistih spojeva, također je uočeno da ekstrakti, odnosno frakcije nerastvorljive u etanolu, mogu inhibirati aktivnost HASE-a, kao što su pokazali Fujitani et al. u studiji provedenoj sa sedam različitih rodova mikroalgi (Tabela 1). Takođe Spirulina platensis, Porphyridium purpureum, Rhodosorus Marinus, Chlorella pyrenoidosa, Dunaliella salina i Pleurochrysis carterae je bila 0.15, 0.18,0.26,0.94,0.15 i 0,41 mg/mL, respektivno, pri čemu S.platensis i D. salina predstavljaju slične vrijednosti kao kod prirodnog inhibitora HASE. Prijavljeno je da frakcija nerastvorljiva u etanolu uključuje makromolekule kao što su polisaharidi, koji mogu biti uključeni u inhibiciju hijaluronidaze.

Upotreba efikasnih ekstrakata kao aktivnih sastojaka za proizvodnju kozmetike može predstavljati prednost izolovanih jedinjenja, zbog većeg prinosa ekstrakcije i nižih troškova obrade.

3.2.Hiperpigmentacija

Izbjeljivanje kože, kao i estetski ugodna i ujednačena pigmentacija kože, primarni je fokus mnogih kozmetičkih industrija. Koža često postaje nepravilno potamnjena zbog UV zračenja, starenja i trudnoće. Iako hiperpigmentacija ni na koji način nije štetna, ponekad može uzrokovati ozbiljne probleme, poput melanoma. Kao rezultat toga, nekoliko modaliteta tretmana se istražuje u pogledu njihove učinkovitosti u liječenju poremećaja pigmentacije kože, melanogeneza se javlja u melanocitima, smještenim u bazi epiderme, u procesu koji uključuje nekoliko kemijskih i enzimskih reakcija za proizvodnju melanina, glavne komponente kože. boja Hiperpigmentacija može nastati povećanjem broja melanocita, ili prekomjernom aktivnošću melanogenih enzima -Tyrosinase780 (Slika 1). Akumulacija abnormalne količine melanina je uglavnom uzrokovana izlaganjem UV zračenju, što povećava stepen proizvodnje reaktivnih vrsta kiseonika (ROS). ROS se proizvode u epidermi kože i stimulišu melanocite da pretvore tirozin u melanin oksidacijom, djelovanjem tirozinaze. Tirozinaza je ključni enzim koji katalizuje sintezu melanina u melanocitima. Stoga se pigmentacija kože može spriječiti inhibitorima tirozinaze-tors1081. Neki od dobro poznatih inhibitora tirozinaze su hidrokinon (HQ), kojična kiselina i arbutin. Iako su efikasna kao sredstva za depigmentaciju, ova jedinjenja nisu lišena štetnih efekata. Već je pokazano da HQ ima mutagene efekte i citotoksičnost protiv V79 ćelija sisara82, uzrokuje oštećenje DNK88 i ima neke dokaze o karcinogenoj aktivnosti84. Što se tiče kojične kiseline, iritacija kože i alergijski dermatitis su se razvili nakon upotrebe proizvoda za njegu kože koji je sadrže85. U odnosu na arbutin, primena većih koncentracija izaziva iritaciju kože i hiperpigmentaciju 3. Osim toga, imaju visoku toksičnost, nisku stabilnost, lošu penetraciju u kožu i nedovoljnu aktivnost87. Suočavajući se sa izloženim, izuzetno je važno pronaći alternative za prevazilaženje hiperpigmentacije ili pronaći nove inhibitore tirozinaze sa efektivnošću i manje štetnim nuspojavama. Istraživanja o inhibiciji tirozinaze cijanobakterijama i spojevima izvedenim iz mikroalgi do sada su bila vrlo ograničena, a većina dostupnih studija istražuje tirozinazu gljiva kao enzimski model, što otežava prevođenje rezultata u ljudsko okruženje. Međutim, posljednjih godina pojavili su se neki obećavajući spojevi i bioaktivni ekstrakti iz cijanobakterija i mikroalgi (Tablica 2).

Primjeri potencijala cijanobakterija u hiperpigmentaciji uključuju sirove ekstrakte Arthrospira platensis. Sahin8', otkrio je da etanol i vodeni ekstrakti A. platensis predstavljaju vrijednosti ICso na uporedivoj skali s onima kojične kiseline. Utvrđeno je da se neka fenolna jedinjenja koja proizvodi ova vrsta, npr. kafeinska i ferulinska kiselina, a koja su prisutna u ekstraktima, smatraju najefikasnijim inhibitorima enzima tirozinaze, sa vrijednostima ICso znatno niže od onih kod lijekova kojične kiseline i arbutin. Iako su autori poduzeli studiju na modelu ne-humanog enzima, poređenje njihovih rezultata sa rezultatima inhibitora humane tirozinaze ukazuje na ekstrakte A. platensis kao alternativne prekursore u dobijanju efikasnih i sigurnijih inhibitora za aktivnost tirozinaze87.

Godine 1996., studija izvedena sa Oscillatoria agardhii pokazala je da oscillapeptin G pokazuje inhibiciju tirozinaze u 55 posto u odnosu na netretiranu kontrolu, ali nisu istraženi nikakvi mehanički ili referentni lijekovi88. Kompleksnija istraživanja na ovu temu poduzeli su Wu i saradnici, koji su istraživali antimelanogeni učinak C-PC iz Spirulina sp., koristeći B16F10 ćelije mišjeg melanoma. Autori su otkrili da C-PC inhibira biosintezu melanina dvostrukim mehanizmom, od kojih jedan potiče razgradnju MITF proteina, transkripcionog faktora tirozinaze, kroz regulaciju MAPK/ERK signalnog puta, a drugi potiskivanjem aktivacije CREB-a. , faktor transkripcije MITF-a, preko regulacije p38 MAPK puta 89. Oh i saradnici? istraživali su novi peptid izolovan iz Pavlove lutherie u stvaranju ROS-a i ekspresiji melanogenih specifičnih proteina. Autori su otkrili da je peptid pokazao inhibitorna svojstva protiv melanogeneze izazvane c-Melanocit stimulirajućim hormonom putem sadržaja melanina, inhibicije tirozinaze u B16F10 ćelijama melanoma, a također i smanjenih proteina povezanih s melanogenezom. Stoga ovaj protein ima potencijalne efekte izbjeljivanja i istaknute zaštitne efekte na oštećenje stanica uzrokovano oksidativnim stresom, što se može koristiti kao efikasan prirodni izvor u kozmetičkim i farmaceutskim proizvodima.

Unatoč oskudnim in vitro ispitivanjima na temu hiperpigmentacije korištenjem cijanobakterija i spojeva izvedenih iz mikroalgi, kompanija CODIF Research & Nature napravila je korak naprijed sa ispitivanjem na ljudima dobrovoljcima. Ova biotehnološka kompanija, koja istražuje morske resurse za proizvodnju kozmetike, razvila je biotehnološki ekstrakt, PHORMISKIN Bioprotech G@, od cijanobakterije Phormidium persicinum, sposoban da smanji sintezu melanina. U jednoj studiji, 15 dobrovoljaca starosti između 25 i 46 godina koristilo je ekstrakt, u koncentraciji od 2 posto, 28 uzastopnih dana. Nakon eksperimentalnog perioda, ton kože je postao ujednačeniji, a koža svjetlija. Ekstrakt je također stimulirao sintezu proteina tioredoksina, koji je poznat po svojim antioksidativnim i detoksikacijskim svojstvima",

Postoje i neke studije s bioaktivnim ekstraktima i spojevima izoliranim iz mikroalgi. Jedan od njih koristi astaksantin iz Haematococcus Pluvialis i pokazuje višeciljno djelovanje ovog ksantofila, naime u inhibiciji akumulacije ROS-a i smanjenju regulacije tirozinaze. U ovoj studiji, astaksantin diesteri su imali najveću inhibitornu aktivnost tirozinaze od monoestera, sa vrijednostima ICso od 2,12 i 3,5 ug/mL, respektivno. Stoga navedena svojstva mogu spriječiti nekontrolisanu proliferaciju i nakupljanje melanocita, a time i melanina. 2. Takođe, još jedno istraživanje sa zeaksantinom iz Nannochloropsis oculata je pokazalo inhibitornu aktivnost tirozinaze na način koji zavisi od doze", pretpostavljajući potencijal ksantofila kao agenasa za posvjetljivanje.

Drugi pristup za sprječavanje stvaranja melanozoma u koži je korištenje vitamina C i E*4. S tim u vezi, može se pretpostaviti da su Spirulina sp.8995 i Chlorella Vulgaris? 6 predstavljaju odlične kandidate za kozmetičke svrhe, zbog značajnog sadržaja ovih vitamina.

U pokušaju da se ukaže na mogući odnos strukture i aktivnosti, i uzimajući u obzir vrijednosti ICso pronađene za različite cijanobakterije i spojeve izvedene iz mikroalgi, čini se da su fenolne kiseline poput kafene i ferulne kiseline, prisutne u bioaktivnim ekstraktima, i sa molekularne strukture sličnije kojičnoj kiselini, efikasnije su u inhibiciji tirozinaze od peptida.

4. Buduće perspektive

Briga o odlaganju efekata starenja bila je pogonsko gorivo za ulaganje u potragu za novim, inovativnim, efikasnim i ekološki prihvatljivim jedinjenjima, sa ciljem otkrivanja savršene formulacije protiv starenja. S tim u vezi, rastuća istraživanja prirodnih izvora, tačnije morskog porijekla, omogućila su bezbroj novih molekula s obećavajućim bioaktivnostima vrijednim daljeg korištenja u području starenja kože. Osim inherentnih prednosti korištenja cijanobakterija i mikroalgi kao metaboličkih proizvođača, ovdje je pokazano njihov ogroman potencijal da ciljaju specifične enzime uključene u proces starenja, većinu vremena sa značajno većom aktivnošću od referentnih lijekova koji se trenutno koriste. S tim u vezi, čini se neupitnim da će daljnje toksikološke i biotehnološke studije biti sljedeći koraci za procjenu sigurnosti i djelotvornosti ovih molekula u formulacijama protiv starenja, te da će vjerovatno revolucionirati kozmetičko tržište.

Priznanja

Ovaj rad je podržao ALGAVALOR-MicroALGAs: integrirana proizvodnja i valorizacija biomase i njene različite primjene-SI I&DT br. inovacija o HUMAN-ovom zdravlju s ciljem pametnog rasta u atlantskom području-EAPA_151/2016 Programa Interreg Atlantic Area finansiranog od strane Evropskog fonda za regionalni razvoj. ClIMAR priznaje strateško finansiranje UIDB/04423/2020 i UIDP/04423/2020.

Izjava o objelodanjivanju

Autori navode da nema sukoba interesa. Finanseri nisu imali nikakvu ulogu u dizajnu studije, u prikupljanju, analizi ili interpretaciji podataka, u pisanju rukopisa ili u odluci da se rezultati objave.

Finansiranje

Ovaj rad je podržao ALGAVALOR-MicroALGAs: integrirana proizvodnja i valorizacija biomase i njene različite primjene-SI I&DT br 352234-podržan od PORTUGAL 2020 kroz Evropski fond za regionalni razvoj. CIMAR priznaje strateško finansiranje UIDB/04423/2020 i UIDP/04423/2020.

Ovaj članak je preuzet iz ČASOPISA ZA INHIBICIJU ENZIMA I MEDICINALNU HEMIJU 2021, VOL. 36, BR. 1, 1829–1838 https://doi.org/10.1080/14756366.2021.1960830