Ergothioneine, en mørk hest i anti-aldringsverdenen 

Ergothionein (EGT) blev først isoleret fra ergotsvampe af videnskabsmanden Charles Tanret i 1909, deraf navnet. Det er et naturligt forekommende aminosyrederivat udbredt i svampe, nogle planter og dyr. I den menneskelige kost er svampe, korn og visse fisk og skaldyr dens vigtigste kilder. Med dybdegående forskning fra moderne videnskab er de bemærkelsesværdige virkninger af ergothionein gradvist kommet frem i lyset.

Anti-aging principper og virkningsmekanismer

Dobbelt antioxidantvirkning

Direkte fjernelse af frie radikaler: EGT kan hurtigt neutralisere forskellige reaktive oxygenarter (ROS) og reaktive nitrogenarter (RNS), herunder superoxidanion (O₂⁻), hydrogenperoxid (H₂O₂), hydroxylradikaler (·OH) og singlet oxygen (¹O₂). Denne direkte rensende effekt er blevet fuldt verificeret i in vitro eksperimenter.

Komparative fordele

Regulering af antioxidantforsvarssystemet: EGT opregulerer ekspressionen af nedstrøms antioxidantgener (såsom HO-1, NQO1, SOD og CAT) ved at aktivere KEAP1-NRF2-signalvejen. Den nukleare translokation af NRF2 er reguleret af PI3K/AKT og PKC signalvejene, og EGT kan fremme frigivelsen og nuklear translokation af NRF2 ved at modulere thiolsensoren af ​​KEAP1.

Beskyttende rolle i genomstabilitet

Reduktion af DNA-skader: EGT hæmmer effektivt ROS- og RNS-induceret DNA-skade, især i mitokondrielt DNA (mtDNA). Undersøgelser har vist, at celler, der mangler EGT-transportører, udviser højere niveauer af DNA-skade.

Fremme af DNA-reparation: EGT absorberer ikke kun ultraviolet (UV) stråling, men fremmer også DNA-reparation efter UV-bestråling, hvilket beskytter hudceller mod fotoskader.

Regulering af epigenetiske modifikationer

Påvirker syntesen af methyldonor SAM: EGT påvirker indirekte tilgængeligheden af S-adenosylmethionin (SAM) ved at regulere glutathion (GSH) niveauer og derved regulere aktiviteten af DNA-methyltransferaser (DNMT'er) og histonmethyltransferaser (HMT'er).

Opretholdelse af fri jernion-homeostase: EGT opretholder fri jernion-homeostase ved at fjerne ROS, hvilket sikrer aktiviteten af demethylaser (såsom TET'er og JmjC).

Interaktioner med Sirtuin-signalvejen:

Opregulering af SIRT1/SIRT6-ekspression: EGT forsinker endotelcelle-ældning og inducerer nekrotiserende apoptose i kolorektale cancerceller ved at opregulere ekspressionen af SIRT1 og SIRT6.

Vedligeholdelse af NAD⁺-niveauer: EGT øger Sirtuin-aktiviteten ved at regulere cellulær redoxstatus og vedligeholde NAD⁺/NADH-forholdet.

Forberedelse Metod

Naturlig ekstraktionsmetode:

EGT findes i naturlige produkter som spiselige svampe, ergot, korn og animalsk væv. Spiselige svampe har et højt EGT-indhold og er en vigtig kilde til EGT.

Imidlertid er EGT-indholdet i naturprodukter generelt meget lavt, hvilket kræver store mængder råmaterialer til udvinding, hvilket resulterer i høje udvindingsomkostninger. Desuden begrænser spørgsmål som høje niveauer af urenheder og medicinrester i råvarerne den industrielle anvendelse af naturlige produktekstraktionsmetoder.

Kemisk syntesemetode: Traditionel kemisk syntese af EGT bruger histidin som udgangsmateriale og syntetiserer EGT i vandig opløsning gennem flere trin, herunder thiolering, thiobeskyttelse, methylering og afbeskyttelse. Denne metode har en lang syntetisk rute og lavt udbytte. I de senere år har undersøgelser efterlignet biosyntetiske veje for at forbedre den kemiske syntese af EGT. For eksempel har Erdelmeier et al. brugte histidin-betain, cystein og mercaptopropionsyre som udgangsmaterialer til at syntetisere EGT ved hjælp af en forenklet one-pot-reaktion, hvor man undgår introduktionen af ​​thioprotektive grupper, forkorter syntesevejen og forbedrer udbyttet.

Kemisk syntese giver også nogle udfordringer. For eksempel fører chiraliteten af ​​a-carbonet i carboxylgruppen let til racemisering under sure eller alkaliske betingelser, hvilket gør det vanskeligt at opnå høj-optisk renhed EGT. Desuden er de råmaterialer, der kræves til kemisk syntese, dyre, udgangsmaterialet 2-mercaptoimidazol er vanskeligt at fremstille, og efterbehandling af produktet er også udfordrende. Derfor er forskere nødt til at optimere og forbedre kemiske syntesemetoder for at imødekomme behovene for storstilet industriel produktion.

Mikrobiel gæring: At opnå EGT gennem biosyntese har fordele såsom let tilgængelige råmaterialer og relativt lave omkostninger, og er blevet den vigtigste metode til EGT-forberedelse i de senere år. I naturen eksisterer EGT gennem to veje: aerob biosyntese og anaerob biosyntese.

Aerob biosyntese af EGT

Mange undersøgelser har belyst den biosyntetiske proces af EGT. Grundlæggende kan den aerobe biosyntesevej for EGT opdeles i bakterie- og svampeveje. Seebeck et al. belyst og rekonstrueret den aerobe biosyntesevej for EGT in vitro i Mycobacterium smegmatis, ved at identificere fem gener involveret i pathwayen: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD og EgtE. Disse gener koder for henholdsvis glutamylcysteinsyntase (EgtA), Fe2+-afhængig oxidase (EgtB), gamma-glutamyltransferase (EgtC), S-adenosylmethionin (SAM)-afhængig histidinmethyltransferase (EgtD) og pyridoxalphosphatafhængig C-S-lyase (EgtE). I denne proces katalyserer EgtA kondensationen af ​​glutamat og cystein for at generere γ-glutamylcystein; EgtB katalyserer oxidativ kobling i nærvær af oxygen og ferrosulfat, tilføjer en thiolgruppe fra γ-glutamylcystein til sidekæden af ​​histidin betain (syntetiseret fra histidin og SAM katalyseret af EgtD); EgtC katalyserer derefter den yderligere dannelse af histidin betain cysteinsulfoxid; endelig katalyserer EgtE fjernelsen af ​​pyruvat og ammoniak for at generere EGT.

I den svampebiosyntesevej involverer EGT hovedsageligt to syntasegener, Egt1 og Egt2. Bello et al. identificeret en specifik syntase, NcEgt1, i *Neurospora crassa*, som indeholder domæner svarende til dem i *Mycobacterium smegmatis*'s EgtB og EgtD. Egt1 deltager i en to-trins katalytisk reaktion: Først katalyserer det omdannelsen af ​​histidin til histidin betain, og derefter katalyserer det kombinationen af ​​histidin betain og cystein til dannelse af histidin betain cysteinsulfoxid. I lighed med EgtE katalyserer Egt2 dannelsen af ​​EGT fra histidin, betain og cysteinsulfoxid. Som vist i figuren, fordi kun to enzymer er involveret, er den biosyntesevej for EGT i svampe meget enklere end i bakterier.

Anaerob biosyntese af EGT

En anaerob biosyntese af EGT er blevet rapporteret i en strengt anaerob mudderbakterie (Chlorobium limicola), hvor EGT-biosyntese opnås gennem en to-trins reaktion uafhængig af oxygen. Burn et al. identificeret methyltransferase (EanA) og sulfotransferase (EanB) i denne anaerobe mudderbakterie. Som vist i figuren katalyserer EanA omdannelsen af ​​histidin til histidinbetain, og derefter overfører EanB under anaerobe forhold et svovlatom til imidazolringen af ​​histidinbetain for at generere EGT. Selvom den anaerobe biosyntesevej er enklere, er de katalytiske hastigheder for EanA og EanB meget lavere end dem for EgtD og EgtB i den aerobe biosyntesevej. Derfor forbliver den aerobe biosyntesevej den dominerende måde for EGT-biosyntese.

Ansøgningsmuligheder

Ergothionein besidder kraftige antioxidant- og anti-aldringsegenskaber og har brede anvendelsesmuligheder i fødevare-, kosmetik-, functional food- og biofarmaceutiske industrier. Dens anvendelse inden for skønheds- og hudplejeområdet er særlig fremtrædende, hvilket gør den til en vigtig ingrediens i anti-aging produkter.

Dens vigtigste fordele omfatter:

1. Antioxidant og anti-aldring: Ergothioneines kraftfulde antioxidantkapacitet bekæmper effektivt frie radikaler, reducerer oxidativ skade på hudceller, forsinker hudens aldring og reducerer rynker og slaphed.
2. Hvidning og pletreduktion: Hæmmer melaninproduktion og -aflejring, forbedrer pigmentering og sløvhed og lysner hudtonen.
3. Anti-inflammatorisk og beroligende: Reducerer hudbetændelse, lindrer effektivt rødme og kløe, styrker hudens beskyttende barriere og forbedrer dens modstand.
4. Fugtgivende og reparerende: Forbedrer effektivt hudens barrierefunktion, forbedrer hudens hydrering og fremmer reparation og regenerering af beskadiget hud.
5. Fotobeskyttelse og beskyttelse mod UV-skader: Ultraviolet stråling er en af de største syndere i hudens aldring. Ergothionein kan reducere hudskader forårsaget af ultraviolet stråling, beskytte huden mod fotoældning og give effektiv solbeskyttelse.

Opsummer

Ergothionein er med sin unikke antioxidantmekanisme og brede vifte af anvendelser ved at omforme anti-aldringsindustrien. Med gennembrud inden for syntetisk biologi og dybdegående klinisk forskning kan det blive en af ​​kerneingredienserne til at forsinke aldring og forbedre livskvaliteten. For forbrugere kan det være en nøgle til at bekæmpe tidens virkninger at vælge videnskabeligt formulerede ergothioneinprodukter med høj renhed.