Ergothioneine, 'n donker perd in die wêreld teen veroudering 

Ergothioneine (EGT) is die eerste keer in 1909 deur die wetenskaplike Charles Tanret uit ergot-swamme geïsoleer, vandaar sy naam. Dit is 'n natuurlik voorkomende aminosuurderivaat wat wyd versprei word in swamme, sommige plante en diere. In die menslike dieet is sampioene, graan en sekere seekos die hoofbronne daarvan. Met diepgaande navorsing deur moderne wetenskap het die merkwaardige uitwerking van ergothioneine geleidelik aan die lig gekom.

Anti-veroudering beginsels en meganismes van werking

Dubbele antioksidant-effekte

Direkte opvang van vrye radikale: EGT kan verskeie reaktiewe suurstofspesies (ROS) en reaktiewe stikstofspesies (RNS) vinnig neutraliseer, insluitend superoksied anioon (O₂⁻), waterstofperoksied (H₂O₂), hidroksielradikale (·OH), en singlet suurstof (¹O₂). Hierdie direkte opvangeffek is ten volle geverifieer in in vitro eksperimente.

Vergelykende voordele

Regulering van die antioksidant verdedigingstelsel: EGT opreguleer die uitdrukking van stroomaf antioksidantgene (soos HO-1, NQO1, SOD en CAT) deur die KEAP1-NRF2 seinweg te aktiveer. Die kerntranslokasie van NRF2 word gereguleer deur die PI3K/AKT en PKC seinweë, en EGT kan die vrystelling en kerntranslokasie van NRF2 bevorder deur die tiolsensor van KEAP1 te moduleer.

Beskermende rol in genoomstabiliteit

Vermindering van DNA-skade: EGT inhibeer effektief ROS- en RNS-geïnduseerde DNA-skade, veral in mitochondriale DNA (mtDNA). Studies het getoon dat selle wat EGT-vervoerders ontbreek, hoër vlakke van DNA-skade toon.

Bevordering van DNS-herstel: EGT absorbeer nie net ultraviolet (UV) bestraling nie, maar bevorder ook DNS-herstel na UV-bestraling, wat velselle teen fotoskade beskerm.

Regulering van Epigenetiese Modifikasies

Beïnvloeding van die sintese van die metielskenker SAM: EGT beïnvloed indirek die beskikbaarheid van S-adenosielmetionien (SAM) deur glutathione (GSH) vlakke te reguleer, waardeur die aktiwiteit van DNA-metieltransferases (DNMTs) en histoonmetieltransferases (HMTs) gereguleer word.

Handhawing van vrye ysterioonhomeostase: EGT handhaaf vrye ysterioonhomeostase deur ROS op te vang en sodoende die aktiwiteit van demetielases (soos TET's en JmjC) te verseker.

Interaksies met die Sirtuin seinpad:

Opregulering van SIRT1/SIRT6-uitdrukking: EGT vertraag endoteelsel-veroudering en veroorsaak nekrotiserende apoptose in kolorektale kankerselle deur die uitdrukking van SIRT1 en SIRT6 op te reguleer.

Handhawing van NAD⁺-vlakke: EGT verhoog Sirtuin-aktiwiteit deur sellulêre redoksstatus te reguleer en die NAD⁺/NADH-verhouding te handhaaf.

Voorbereiding Metode

Natuurlike ekstraksiemetode:

EGT word in natuurlike produkte soos eetbare swamme, ergot, graan en diereweefsel aangetref. Eetbare swamme het 'n hoë EGT-inhoud en is 'n belangrike bron van EGT.

Die EGT-inhoud van natuurlike produkte is egter oor die algemeen baie laag, wat groot hoeveelhede grondstowwe benodig vir onttrekking, wat hoë ekstraksiekoste tot gevolg het. Verder beperk kwessies soos hoë vlakke van onsuiwerhede en geneesmiddelreste in die grondstowwe die industriële toepassing van natuurlike produkekstraksiemetodes.

Chemiese sintese metode: Tradisionele chemiese sintese van EGT gebruik histidien as 'n beginmateriaal, en sintetiseer EGT in waterige oplossing deur verskeie stappe, insluitend tiolering, tiobeskerming, metilering en ontbeskerming. Hierdie metode het 'n lang sintetiese roete en lae opbrengs. In onlangse jare het studies biosintetiese weë nageboots om die chemiese sintese van EGT te verbeter. Byvoorbeeld, Erdelmeier et al. het histidienbetaïen, sisteïen en merkaptopropionzuur as uitgangsmateriale gebruik om EGT te sintetiseer deur 'n vereenvoudigde eenpotreaksie te gebruik, wat die bekendstelling van tiobeskermende groepe vermy, die sintetiese roete verkort en die opbrengs verbeter.

Chemiese sintese bied ook 'n paar uitdagings. Byvoorbeeld, die chiraliteit van die α-koolstof in die karboksielgroep lei maklik tot rasemisering onder suur of alkaliese toestande, wat dit moeilik maak om hoë-optiese suiwer EGT te verkry. Verder is die grondstowwe wat benodig word vir chemiese sintese duur, die beginmateriaal 2-merkaptoïmidasool is moeilik om voor te berei, en naverwerking van die produk is ook uitdagend. Daarom moet navorsers chemiese sintesemetodes optimaliseer en verbeter om aan die behoeftes van grootskaalse industriële produksie te voldoen.

Mikrobiese fermentasie: Die verkryging van EGT deur biosintese hou voordele in soos geredelik beskikbare grondstowwe en relatief lae koste, en het die afgelope jare die hoofmetode vir EGT-voorbereiding geword. In die natuur bestaan ​​EGT deur twee weë: aërobiese biosintese en anaërobiese biosintese.

Aërobiese biosintese van EGT

Baie studies het die biosintetiese proses van EGT toegelig. Basies kan die aërobiese biosintetiese pad van EGT in bakteriële en swamweë verdeel word. Seebeck et al. die aërobiese biosintetiese pad van EGT in vitro in Mycobacterium smegmatis toegelig en gerekonstrueer, en vyf gene wat betrokke is by die pad geïdentifiseer: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD en EgtE. Hierdie gene kodeer onderskeidelik glutamielsisteïensintese (EgtA), Fe2+-afhanklike oksidase (EgtB), gamma-glutamieltransferase (EgtC), S-adenosielmetionien (SAM)-afhanklike histidienmetieltransferase (EgtD), en piridoksaalfosfaatafhanklike C-S-liase (EgtE). In hierdie proses kataliseer EgtA die kondensasie van glutamaat en sisteïen om γ-glutamielsisteïen te genereer; EgtB kataliseer oksidatiewe koppeling in die teenwoordigheid van suurstof en ystersulfaat, en voeg 'n tiolgroep van γ-glutamielsisteïen by die syketting van histidienbetaïen (gesintetiseer uit histidien en SAM wat deur EgtD gekataliseer word); EgtC kataliseer dan die verdere vorming van histidien betaïne sisteïensulfoksied; uiteindelik, EgtE kataliseer die verwydering van piruvaat en ammoniak om EGT te genereer.

In die swam biosintetiese pad behels EGT hoofsaaklik twee sintase-gene, Egt1 en Egt2. Bello et al. 'n spesifieke sintase, NcEgt1, in *Neurospora crassa* geïdentifiseer, wat domeine bevat soortgelyk aan dié in *Mycobacterium smegmatis* se EgtB en EgtD. Egt1 neem deel aan 'n tweestap-katalitiese reaksie: eerstens kataliseer dit die omskakeling van histidien na histidien-betaïen, en dan kataliseer dit die kombinasie van histidien-betaïen en sisteïen om histidien-betaïen-sisteïensulfoksied te vorm. Soortgelyk aan EgtE, kataliseer Egt2 die vorming van EGT uit histidien, betaïen en sisteïensulfoksied. Soos getoon in die figuur, omdat slegs twee ensieme betrokke is, is die biosintetiese pad van EGT in swamme baie eenvoudiger as dié in bakterieë.

Anaërobiese biosintese van EGT

'n Anaërobiese biosintese van EGT is aangemeld in 'n streng anaërobiese modderbakterie (Chlorobium limicola), waar EGT-biosintese bewerkstellig word deur 'n twee-stap reaksie onafhanklik van suurstof. Burn et al. metieltransferase (EanA) en sulfotransferase (EanB) in hierdie anaërobiese modderbakterie geïdentifiseer. Soos in die figuur getoon, kataliseer EanA die omskakeling van histidien na histidienbetaïen, en dan dra EanB, onder anaërobiese toestande, 'n swaelatoom oor na die imidasoolring van histidienbetaïen om EGT te genereer. Alhoewel die anaërobiese biosintese pad eenvoudiger is, is die katalitiese tempo van EanA en EanB baie laer as dié van EgtD en EgtB in die aërobiese biosintese pad. Daarom bly die aërobiese biosintese-weg die dominante wyse van EGT-biosintese.

Toepassingsvooruitsigte

Ergothioneine beskik oor kragtige antioksidante en anti-veroudering eienskappe, en het wye toepassingsvooruitsigte in die voedsel-, skoonheidsmiddels-, funksionele voedsel- en biofarmaseutiese industrieë. Die toepassing daarvan in die skoonheids- en velsorgveld is veral prominent, wat dit 'n belangrike bestanddeel in anti-verouderingsprodukte maak.

Die belangrikste voordele daarvan sluit in:

1. Antioksidant en anti-veroudering: Ergothioneine se kragtige antioksidant-vermoë bekamp vrye radikale effektief, verminder oksidatiewe skade aan velselle, vertraag velveroudering en verminder plooie en verslapping.
2. Bleiking en vlekvermindering: Inhibeer melanienproduksie en -afsetting, verbeter pigmentasie en dofheid, en verhelder velkleur.
3. Anti-inflammatories en strelende: Verminder velontsteking, verlig effektief rooiheid en jeuk, versterk die vel se beskermende versperring en verhoog sy weerstand.
4. Bevogtiging en herstel: Verbeter die vel se versperringsfunksie effektief, verbeter velhidrasie en bevorder die herstel en regenerasie van beskadigde vel.
5. Fotobeskerming en beskerming teen UV-skade: Ultraviolet bestraling is een van die vernaamste skuldiges van velveroudering. Ergothioneine kan velskade veroorsaak deur ultraviolet bestraling verminder, die vel beskerm teen fotoveroudering en effektiewe sonbeskerming bied.

Som op

Ergothioneine, met sy unieke antioksidantmeganisme en wye reeks toepassings, hervorm die anti-verouderingsbedryf. Met deurbrake in sintetiese biologie en in-diepte kliniese navorsing, kan dit een van die kernbestanddele word om veroudering te vertraag en lewensgehalte te verbeter. Vir verbruikers kan die keuse van hoë-suiwer, wetenskaplik geformuleerde ergothioneine produkte 'n sleutel wees om die gevolge van tyd te bekamp.