Proprietà antiossidanti, antinfiammatorie e antietà degli amminoacidi simili alle micosporine

Parole chiave:amminoacidi simili alle micosporine; micosporina-2-glicina; Composto che assorbe i raggi UV;crema solare;anti età; antiossidante; antinfiammatorio; attività anti-glicazione proteica

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1. Introduzione

La pelle, il più grande organo umano, è costantemente esposta all'ambiente esterno. Esposizione auna varietà di fattori di stress ambientale, in particolare la radiazione ultravioletta (UV) alla luce del sole, può danneggiarepelle. La luce solare può essere suddivisa in tre tipi di radiazioni elettromagnetiche non ionizzanti: gli infrarossi(IR) (780–3000 nm), visibile (400–780 nm) e UV (100–400 nm). Le percentuali di energia irradiataalla Terra, nell'energia totale emessa dal Sole, sono il 53 percento IR, il 39 percento visibile e l'8 percento UV [1]. Sulbase del suo fisiologico e biologico effffetti, la radiazione UV può essere ulteriormente suddivisa in tre principalibande: la banda 315–400 nm (designata come UV-A), la banda 280–315 nm (designata come UV-B),e la banda 100-280 nm (designata come UV-C) [2]. La radiazione solare UV è drasticamente diminuitamentre attraversa lo strato di ozono e l'atmosfera; di conseguenza, la percentuale di raggi UV inla luce solare che raggiunge la superficie terrestre è composta per il 95% da UV-A e per il 5% da UV-B [1]. Benché comprende solo una piccola parte della radiazione UV totale, si ritiene che l'UV-B sia più dannoso diUV-A, poiché l'UV-B è più attivo nel danneggiare la pelle e gli occhi [3]. Sono noti anche UV-A e UV-Bessere genotossici, nel senso che possono indurre danni fotochimici nel DNA cellulare e nelle proteine ​​[4,5]. Di conseguenza, l'esposizione ai raggi UV-A e UV-B, stimola il fotoinvecchiamento cutaneo e può esserne responsabilel'induzione del cancro della pelle [6]. Il fotoinvecchiamento cutaneo è caratterizzato dallo sviluppo della pigmentazionedisturbi, come lentiggini solari, rughe fini e grossolane e benigne, precancerose e malignetumori della pelle sulla pelle esposta al sole [7]. La radiazione UV-C altamente energetica non ha significato biologico,perché non raggiunge la superficie terrestre, a causa del suo completo assorbimento da parte dello strato di ozono el'atmosfera [1,3]. L'impoverimento dello strato di ozono, negli ultimi decenni, ha aumentato laquantità di radiazione solare UV che raggiunge la superficie terrestre [8], in particolare i livelli di UV-B, poiché UV-A lo ènon assorbito dallo strato di ozono [9]. Molti organismi marini esposti alle radiazioni UV hanno sviluppato fotoprotettivimeccanismi [10]. Ad esempio, nei cianobatteri, che dominano l'ambiente marino, i raggi UVi meccanismi di protezione si sono evoluti a livello molecolare, cellulare e comportamentale.11]. Cianobatteripuò sintetizzare vari tipi di composti "filtri solari", che conferiscono protezione contro le radiazioni UV.Gli amminoacidi simili alla micosporina (MAA), la scytonemin e i carotenoidi sono noti per essere composti chiavenei cianobatteri che possono assorbire lunghezze d'onda nella gamma UV. Questi prodotti naturali sono promettentimolecole candidate nel campo della scoperta di composti cosmeceutici [12]. In effetti, i MAA lo hannogià commercializzato come Helioguard®365. Questo reagente cosmetico contiene il liposomialeMAA, shinorine (SHI) e porphyra-334 (P334), originariamente estratti dall'alga rossaPorfira ombelicale, ed è stato commercializzato con successo come protezione solare naturale e sicuracomposto [12]. Inoltre, si ritiene che i MAA siano metaboliti secondari multifunzionali, nelcellule di produttori [13]. È noto che molti MAA agiscono come antiossidanti [14], mentre diversi rapporti recentihanno suggerito che i MAA hanno potenziali applicazioni terapeutiche per ridurre i processi di invecchiamento cutaneo.Da questo punto di vista, recentemente, diversi rapporti di revisione con particolare attenzione al potenziale utilizzodi MAA nei prodotti cosmetici, sono stati pubblicati [15–17]. In questo documento, esaminiamo MAA eil loro potenziale come ingredienti anti-invecchiamento cutaneo, descrivendo prima una panoramica di base della loro strutturapassando a un resoconto dettagliato delle osservazioni sperimentali più recenti, così accumulatelontano. I meccanismi attraverso i quali i MAA potrebbero agire per proteggere la pelle dall'invecchiamento sono discussi sia inil livello cellulare e quello molecolare. In particolare, l'importante potenziale attività antietà delMAA micosporina-2-glicina (M2G), biosintetizzata dal cianobatterio alotolleranteAphanothece halophytica, è evidenziato.

2. Meccanismi dell'invecchiamento cutaneo indotto dai raggi UV

La radiazione UV è importante per la nostra salute poiché l'esposizione ai raggi UV-B può indurre la produzione di un elemento crucialenutriente, vitamina D, nella nostra pelle [18]. Tuttavia, l'esposizione a lungo termine e ripetuta ai raggi UV può promuovere ilprocesso di fotoinvecchiamento della pelle, compresa la formazione del cancro della pelle [19]. I meccanismi attraverso i quali UV-mediatadanno cellulare indotto sono brevemente descritti in questa sezione.2.1. Danni al DNA cellulareTossico diretto e indiretto effffetti della radiazione UV sulla molecola del DNA, mediano il fotoinvecchiamento.L'assorbimento diretto dei fotoni UV-B da parte del DNA può provocare la generazione di dimeri pirimidinici,portando a difetti nel filamento di DNA [20]. La radiazione UV-B porta principalmente alla formazione dicis-synfotoprodotti di ciclobutadipirimidine (CPD) e pirimidina (6-4) pirimidone (6-4PP). 6-4PPpossono essere convertiti in isomeri di valenza Dewar correlati (DewPPs), dopo eccitazione UV a 314 nm.Tale danno al DNA interferisce con la replicazione e la trascrizione del DNA e porta vari dannieffffetti alla cellula, come mutazione, instabilità del cromosoma e morte cellulare. UV-A noalterano direttamente la struttura del DNA poiché il DNA non assorbe fortemente le radiazioni nella gamma UV-A [21]. Tuttavia, l'UV-A può danneggiare il DNA indirettamente, tramite una reazione fotosensibilizzata mediata dalla generazioneil radicale singoletto ossigeno (1O2), con conseguenti modificazioni della base purinica [20]. L'anione singoletto dell'ossigeno ossida la porzione di guanina, seguita dalla generazione di 8-oxo-7,8-diidroguanina (8-oxo-G) e8-osso-7,8-diidro-2'-deossiguanosina (8-osso-dG). Poiché 8-oxo-G e 8-oxo-dG possono associarsi con l'adeninainvece della citosina, potrebbero verificarsi mutazioni di transizione.2.2. Generazione di specie reattive dell'ossigenoLe specie reattive dell'ossigeno (ROS), iniziatori dello stress ossidativo, sono reattive contenenti ossigenospecie chimiche che includono il perossido di idrogeno (H2O2), radicali idrossilici (·OH), anione superossidoradicali (·O2 −), E1O2. Nella nostra pelle, l'esposizione ai raggi UV è nota per essere associata algenerazione di ROS. Questi ROS possono attivare cascate di invecchiamento cutaneo, come la metalloproteinasi della matrice(MMP)-1-invecchiamento mediato e NF-κB-TNF- invecchiamento mediato da infiammazione [22]. La varietàdel meccanismo di generazione dei ROS mediante UV, dipendono dalla gamma di lunghezze d'onda della radiazione UV. Inoltre1O2 generazione, come accennato in precedenza, è stato riportato che la radiazione UV-A può indurre la generazioneDi·O2 − dall'attivazione della nicotinammide adenina dinucleotide fosfato intracellulare (NADPH)ossidasi, NOX [23], e l'associazione con i prodotti finali della glicazione avanzata (AGE) [24]. Sakurai et al.chiarito che entrambi1O2 E·O2 - sono stati generati nella pelle di topi esposti ai raggi UV-A [25]. H2O2, ·O2 −, E·Le specie OH potrebbero essere generate negli AGE, durante l'esposizione ai raggi UV-A [24]. È anche noto che UV-Bportare alla produzione di H2O2, ·O2 −, E·OH [26]. Sebbene la fonte di questi ROS indotti da UV-Brimane poco chiaro, recentemente è stato riportato che la NADPH ossidasi, NOX1, è associata a UV-B indottop38/Attivazione e citotossicità di MAPK, tramite generazione di ROS nei cheratinociti26]. Per prevenire il danno cutaneo indotto dall'eccesso di ROS indotto dai raggi UV e regolare l'omeostasi epidermica,le cellule della pelle possiedono una funzione antiossidante che funge da sistema di difesa endogeno [20]. Questo sistemaconsiste principalmente di sei enzimi: superossido dismutasi (SOD), catalasi (CAT), glutatione perossidasi(GPX), glutatione reduttasi (GR), tioredossina ossidasi (TRXR) e perossiredossina (PRDX) (Figura1). SOD e CAT eliminano·O2 − e H2O2, rispettivamente, e infine convertire·O2 − ad H2Oh, mentreGPX, GR, TRXR e PRDX eliminano H2O2, mediante regolazione delle condizioni redox del glutationee tioredossina. Oltre a questo sistema enzimatico, le molecole non enzimatiche, come la vitamina C(acido ascorbico), vitamina E ( -tocoferolo), glutatione e acido ureico svolgono un ruolo importante come antiossidantinella pelle [27]. Queste piccole molecole eliminano e neutralizzano i radicali liberi, fornendo un extraelettrone per formare una coppia di elettroni.

Figura 1.Rimozione delle specie reattive dell'ossigeno (ROS) da parte di un sistema di difesa antiossidante costituito dasuperossido dismutasi (SOD), catalasi (CAT), glutatione perossidasi (GPX), glutatione reduttasi(GR), tioredossina ossidasi (TRXR) e perossiredossina (PRDX). GSHred e GSSGox indicano ridottorispettivamente glutatione e glutatione ossidato. TRXred e TRXox indicano tioredossina ridottae tioredossina ossidata, rispettivamente.

2.3. Risposte infiammatorie

L'esposizione ai raggi UV induce l'infiammazione innescando reazioni chimiche nella pelle. Distintoi modelli di infiammazione sono causati dall'esposizione a specifiche lunghezze d'onda della luce.I tre gruppi, UV-A,UV-B e UV-C sono stati classificati, sulla base di questi difffferenti modelli di infiammazione [28]. Eritemaindotta nella pelle, in seguito all'esposizione alle radiazioni UV-B è caratterizzata come scottatura. Infiammatoriole risposte indotte da UV-B sono per lo più ottenute attraverso una varietà di mediatori, incluso il nitricoossido (NO), NO sintasi inducibile (iNOS), prostaglandina E2 (PGE2), cicloossigenasi-2 (COX-2),fattore di necrosi tumorale- (TNF- ) e altre citochine, come l'interleuchina-1 (IL-1) e l'interleuchina-6(IL-6) (Figura2). Queste molecole sono prevalentemente regolate dal fattore nucleare-kappa B (NF-κB), e principalmente prodotto nei cheratinociti, che sono il tipo di cellula predominante nell'epidermide [29]. Esso hastato riportato che l'espressione della proteina COX-2, che è responsabile della PGE2 produzione, èsovraregolato, in seguito all'esposizione ai raggi UV-B, sia nella pelle umana che nei cheratinociti umani in coltura [30]. È anche noto che i ROS sono associati alla risposta infiammatoria, come è stato osservatoL'espressione COX-2 è stata indotta da ROS in difffferenti tipi di cellule [31]

Figura 2.Risposta infiammatoria indotta da UV-B. Ossido nitrico (NO), NO sintasi inducibile (iNOS),prostaglandina E2 (PGE2), cicloossigenasi-2 (COX-2), fattore di necrosi tumorale- (TNF- ), e altrole citochine, come l'interleuchina-1 (IL-1) e l'interleuchina-6 (IL-6), sono mostrate come mediatori.

2.4. Induzione delle metalloproteinasi della matrice

La radiazione UV sovraregola l'espressione delle metalloproteinasi della matrice (MMP) nella pelle. MMP,che sono noti per essere responsabili della distruzione delle proteine ​​della matrice extracellulare (ECM), comecome il collagene, svolgono un ruolo importante nel mantenimento dell'omeostasi cutanea e dell'invecchiamento cutaneo [32]. Le MMP lo sonosecreta dai cheratinociti e dai fifibroblasti dermici, in risposta a molteplici stimoli, inclusi quelli ossidativistress e citochine, oltre alle radiazioni UV. La ripetuta induzione di questi degradazione del collageneenzimi, a lungo termine, si pensa che causino danni al collagene, che è uno dei motiviphotoaging. Sebbene diverse MMP siano espresse nella pelle dei mammiferi, è stato suggeritoche MMP-1 è il principale enzima di degradazione del collagene responsabile della distruzione del collagene, in modo gravepelle foto-danneggiata [33]. La sovraregolazione dell'espressione di MMP è stimolata dalla proteina attivatore-1(AP-1), noto per essere un fattore di trascrizione UV-inducibile [34]. In effetti, elemento normativo AP-1esiste nella regione fiancheggiante 5' dei geni MMP. Fattore di crescita trasformante-beta (TGF- ) e NF-κB sono anche noti per essere coinvolti nell'induzione di MMP nella pelle [34].

2.5. Induzione della glicazione proteica

Glicazione proteica (glicosilazione non enzimatica), nota anche come prima fase della reazione di Maillard,comporta la formazione di legami covalenti tra proteine ​​e zuccheri riducenti. Una reazione di condensazionetra i gruppi amminici liberi delle proteine ​​e i gruppi carbonilici degli zuccheri, porta alla formazione di aBase Schiff, seguita da un prodotto Amadori. I prodotti in eccesso vengono ossidati e disidratati per formareprodotti stabili, molecolari, reticolanti, chiamati prodotti finali della glicazione avanzata (AGE) [35]. Proteinala glicazione influenza le proprietà fisiche e funzionali di una proteina, in quanto provoca conformazionecambiamenti nella struttura proteica [36]. Nella pelle, è stato riportato che lo è la glicazione del collagene di tipo Iassociato allo sviluppo dell'ottusità della pelle e alla diminuzione dell'elasticità della pelle [37]. Anche gli AGE lo sonocoinvolti nella generazione di ROS. Masaky et al. riferito che l'esposizione di AGE all'irradiazione UV-Ain vitro, ha portato alla generazione di ROS, come ad esempio·O2 −, H2O2, E·OH, come accennato in precedenza [24]. Nell'uomo, l'autofluorescenza cutanea, un biomarcatore per gli AGE, può funzionare come fotosensibilizzante endogenoche induce la generazione di ROS, in seguito all'esposizione alla radiazione UV-A [35]. Quindi, una reazione di glicazioneseguito dalla formazione di AGE si ritiene che sia uno dei meccanismi fondamentali associati alla pelleinvecchiamento, in condizioni ambientali, in particolare radiazioni UV [24].

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