Ерготионеин, тъмен кон в света против стареене 

Ерготионеинът (EGT) е изолиран за първи път от моравото рогче от учения Чарлз Танрет през 1909 г., откъдето идва и името му. Това е естествено срещащо се аминокиселинно производно, широко разпространено в гъбичките, някои растения и животни. В човешката диета основните му източници са гъбите, зърнените храни и някои морски дарове. Със задълбочени изследвания на съвременната наука, забележителните ефекти на ерготионеин постепенно излизат наяве.

Принципи и механизми на действие против стареене

Двойни антиоксидантни ефекти

Директно отстраняване на свободните радикали: EGT може бързо да неутрализира различни реактивни кислородни видове (ROS) и реактивни азотни видове (RNS), включително супероксиден анион (O₂⁻), водороден пероксид (H₂O₂), хидроксилни радикали (·OH) и синглетен кислород (¹O₂). Този директен очистващ ефект е напълно потвърден в in vitro експерименти.

Сравнителни предимства

Регулиране на антиоксидантната защитна система: EGT повишава експресията на антиоксидантни гени надолу по веригата (като HO-1, NQO1, SOD и CAT) чрез активиране на сигналния път KEAP1-NRF2. Ядрената транслокация на NRF2 се регулира от PI3K/AKT и PKC сигналните пътища и EGT може да насърчи освобождаването и ядрената транслокация на NRF2 чрез модулиране на тиолния сензор на KEAP1.

Защитна роля в стабилността на генома

Намаляване на увреждането на ДНК: EGT ефективно инхибира ROS- и RNS-индуцираното увреждане на ДНК, особено в митохондриалната ДНК (mtDNA). Проучванията показват, че клетките без EGT транспортери показват по-високи нива на увреждане на ДНК.

Насърчаване на възстановяването на ДНК: EGT не само абсорбира ултравиолетовото (UV) лъчение, но също така насърчава възстановяването на ДНК след UV облъчване, предпазвайки кожните клетки от фотоувреждане.

Регулиране на епигенетичните модификации

Повлияване на синтеза на SAM на донора на метил: EGT индиректно влияе върху наличността на S-аденозилметионин (SAM) чрез регулиране на нивата на глутатион (GSH), като по този начин регулира активността на ДНК метилтрансферазите (DNMTs) и хистон метилтрансферазите (HMTs).

Поддържане на хомеостаза на свободни железни йони: EGT поддържа хомеостаза на свободни железни йони чрез изчистване на ROS, като по този начин осигурява активността на деметилазите (като TETs и JmjC).

Взаимодействия със сигналния път на Sirtuin:

Повишаване на експресията на SIRT1/SIRT6: EGT забавя стареенето на ендотелните клетки и индуцира некротизираща апоптоза в колоректални ракови клетки чрез регулиране на експресията на SIRT1 и SIRT6.

Поддържане на нивата на NAD⁺: EGT подобрява активността на Sirtuin чрез регулиране на клетъчния редокс статус и поддържане на съотношението NAD⁺/NADH.

Подготовка Method

Естествен метод на извличане:

EGT се намира в естествени продукти като годни за консумация гъби, мораво рогче, зърнени култури и животински тъкани. Ядливите гъби имат високо съдържание на EGT и са важен източник на EGT.

Съдържанието на EGT в естествените продукти обаче обикновено е много ниско, което изисква големи количества суровини за екстракция, което води до високи разходи за екстракция. Освен това проблеми като високи нива на примеси и остатъци от лекарства в суровините ограничават промишленото приложение на методите за извличане на естествени продукти.

Метод на химичен синтез: Традиционният химичен синтез на EGT използва хистидин като изходен материал, синтезирайки EGT във воден разтвор чрез множество стъпки, включително тиолиране, тиопротекция, метилиране и премахване на защитата. Този метод има дълъг синтетичен път и нисък добив. През последните години проучвания имитират биосинтетични пътища за подобряване на химическия синтез на EGT. Например Erdelmeier et al. използва хистидин бетаин, цистеин и меркаптопропионова киселина като изходни материали за синтезиране на EGT, използвайки опростена реакция в един съд, избягвайки въвеждането на тиопротективни групи, съкращавайки синтетичния път и подобрявайки добива.

Химическият синтез също представлява някои предизвикателства. Например, хиралността на α-въглерода в карбоксилната група лесно води до рацемизация при киселинни или алкални условия, което затруднява получаването на EGT с висока оптична чистота. Освен това суровините, необходими за химическия синтез, са скъпи, изходният материал 2-меркаптоимидазол е труден за приготвяне и последващата обработка на продукта също е предизвикателство. Следователно изследователите трябва да оптимизират и подобрят методите за химичен синтез, за ​​да отговорят на нуждите на широкомащабното промишлено производство.

Микробна ферментация: Получаването на EGT чрез биосинтеза има предимства като лесно достъпни суровини и относително ниска цена и се превърна в основен метод за получаване на EGT през последните години. В природата EGT съществува по два пътя: аеробна биосинтеза и анаеробна биосинтеза.

Аеробен биосинтез на EGT

Много изследвания са изяснили биосинтетичния процес на EGT. По принцип аеробният биосинтетичен път на EGT може да бъде разделен на бактериални и гъбични пътища. Seebeck и др. изясни и реконструира аеробния биосинтетичен път на EGT in vitro в Mycobacterium smegmatis, идентифицирайки пет гена, включени в пътя: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD и EgtE. Тези гени кодират глутамилцистеин синтаза (EgtA), Fe2+-зависима оксидаза (EgtB), гама-глутамил трансфераза (EgtC), S-аденозил метионин (SAM)-зависима хистидин метилтрансфераза (EgtD) и пиридоксал фосфат-зависима C-S лиаза (EgtE), съответно. В този процес EgtA катализира кондензацията на глутамат и цистеин, за да генерира γ-глутамилцистеин; EgtB катализира окислителното свързване в присъствието на кислород и железен сулфат, добавяйки тиолова група от γ-глутамилцистеин към страничната верига на хистидин бетаин (синтезиран от хистидин и SAM, катализиран от EgtD); След това EgtC катализира по-нататъшното образуване на хистидин бетаин цистеин сулфоксид; накрая, EgtE катализира отстраняването на пируват и амоняк за генериране на EGT.

В гъбичния биосинтетичен път EGT включва главно два гена на синтаза, Egt1 и Egt2. Bello и др. идентифицира специфична синтаза, NcEgt1, в *Neurospora crassa*, която съдържа домейни, подобни на тези в EgtB и EgtD на *Mycobacterium smegmatis*. Egt1 участва в двуетапна каталитична реакция: първо, катализира превръщането на хистидин в хистидин бетаин и след това катализира комбинацията от хистидин бетаин и цистеин, за да образува хистидин бетаин цистеин сулфоксид. Подобно на EgtE, Egt2 катализира образуването на EGT от хистидин, бетаин и цистеин сулфоксид. Както е показано на фигурата, тъй като участват само два ензима, биосинтетичният път на EGT при гъбите е много по-прост от този при бактериите.

Анаеробна биосинтеза на EGT

Съобщава се за анаеробна биосинтеза на EGT в строго анаеробна кална бактерия (Chlorobium limicola), където биосинтезата на EGT се осъществява чрез двуетапна реакция, независима от кислорода. Бърн и др. идентифицира метилтрансфераза (EanA) и сулфотрансфераза (EanB) в тази анаеробна кална бактерия. Както е показано на фигурата, EanA катализира превръщането на хистидин в хистидин бетаин и след това EanB, при анаеробни условия, прехвърля серен атом към имидазоловия пръстен на хистидин бетаин, за да генерира EGT. Въпреки че пътят на анаеробната биосинтеза е по-прост, каталитичните скорости на EanA и EanB са много по-ниски от тези на EgtD и EgtB в пътя на аеробната биосинтеза. Следователно пътят на аеробната биосинтеза остава доминиращият начин на биосинтеза на EGT.

Перспективи за приложение

Ерготионеинът притежава мощни антиоксидантни свойства и свойства против стареене и има широки перспективи за приложение в хранителната, козметичната, функционалната хранителна и биофармацевтичната промишленост. Приложението му в областта на красотата и грижата за кожата е особено важно, което го прави важна съставка в продуктите против стареене.

Основните му предимства включват:

1. Антиоксидант и против стареене: мощният антиоксидантен капацитет на ерготионеина ефективно се бори със свободните радикали, намалява окислителното увреждане на кожните клетки, забавя стареенето на кожата и намалява бръчките и отпуснатостта.
2. Избелване и намаляване на петна: Инхибира производството и отлагането на меланин, подобрява пигментацията и матовостта и изсветлява тена на кожата.
3. Противовъзпалително и успокояващо: Намалява възпалението на кожата, ефективно облекчава зачервяването и сърбежа, укрепва защитната бариера на кожата и повишава нейната устойчивост.
4. Овлажняване и възстановяване: Ефективно подобрява бариерната функция на кожата, подобрява хидратацията на кожата и насърчава възстановяването и регенерацията на увредената кожа.
5. Фотозащита и защита срещу UV увреждане: Ултравиолетовото лъчение е един от основните виновници за стареенето на кожата. Ерготионеинът може да намали увреждането на кожата, причинено от ултравиолетовото лъчение, да предпази кожата от фотостареене и да осигури ефективна слънцезащита.

Обобщете

Ерготионеинът, със своя уникален антиоксидантен механизъм и широк спектър от приложения, прекроява индустрията против стареене. С открития в синтетичната биология и задълбочени клинични изследвания, той може да се превърне в една от основните съставки за забавяне на стареенето и подобряване на качеството на живот. За потребителите изборът на високочисти, научно формулирани продукти с ерготионеин може да бъде ключ към борбата с ефектите на времето.