Ergothioneine, kuda hitam dalam dunia anti-penuaan 

Ergothioneine (EGT) pertama kali diasingkan daripada kulat ergot oleh saintis Charles Tanret pada tahun 1909, oleh itu namanya. Ia adalah terbitan asid amino semulajadi yang diedarkan secara meluas dalam kulat, sesetengah tumbuhan dan haiwan. Dalam diet manusia, cendawan, bijirin, dan makanan laut tertentu adalah sumber utamanya. Dengan penyelidikan mendalam oleh sains moden, kesan luar biasa ergothioneine telah beransur-ansur terserlah.

Prinsip dan mekanisme tindakan anti-penuaan

Kesan antioksidan ganda

Penghapusan langsung radikal bebas: EGT boleh meneutralkan pelbagai spesies oksigen reaktif (ROS) dan spesies nitrogen reaktif (RNS) dengan pantas, termasuk anion superoksida (O₂⁻), hidrogen peroksida (H₂O₂), radikal hidroksil (·OH), dan oksigen singlet (¹O₂). Kesan penghapusan langsung ini telah disahkan sepenuhnya dalam eksperimen in vitro.

Kelebihan perbandingan

Peraturan sistem pertahanan antioksidan: EGT mengimbangi ekspresi gen antioksidan hiliran (seperti HO-1, NQO1, SOD, dan CAT) dengan mengaktifkan laluan isyarat KEAP1-NRF2. Translokasi nuklear NRF2 dikawal oleh laluan isyarat PI3K/AKT dan PKC, dan EGT boleh menggalakkan pelepasan dan translokasi nuklear NRF2 dengan memodulasi sensor thiol KEAP1.

Peranan Pelindung dalam Kestabilan Genom

Mengurangkan Kerosakan DNA: EGT berkesan menghalang kerosakan DNA yang disebabkan oleh ROS dan RNS, terutamanya dalam DNA mitokondria (mtDNA). Kajian telah menunjukkan bahawa sel yang kekurangan pengangkut EGT menunjukkan tahap kerosakan DNA yang lebih tinggi.

Menggalakkan Pembaikan DNA: EGT bukan sahaja menyerap sinaran ultraungu (UV) tetapi juga menggalakkan pembaikan DNA selepas penyinaran UV, melindungi sel kulit daripada kerosakan foto.

Peraturan Pengubahsuaian Epigenetik

Mempengaruhi Sintesis Methyl Donor SAM: EGT secara tidak langsung mempengaruhi ketersediaan S-adenosylmethionine (SAM) dengan mengawal tahap glutation (GSH), dengan itu mengawal aktiviti DNA methyltransferases (DNMTs) dan histon methyltransferases (HMTs).

Mengekalkan Homeostasis Ion Besi Bebas: EGT mengekalkan homeostasis ion besi bebas dengan membuang ROS, sekali gus memastikan aktiviti demetilase (seperti TET dan JmjC).

Interaksi dengan laluan isyarat Sirtuin:

Penyelarasan ekspresi SIRT1/SIRT6: EGT melambatkan penuaan sel endothelial dan mendorong apoptosis necrotizing dalam sel-sel kanser kolorektal dengan mengawal selia ekspresi SIRT1 dan SIRT6.

Mengekalkan tahap NAD⁺: EGT meningkatkan aktiviti Sirtuin dengan mengawal selia status redoks selular dan mengekalkan nisbah NAD⁺/NADH.

Persediaan Metod

Kaedah Pengekstrakan Semulajadi:

EGT ditemui dalam produk semula jadi seperti kulat yang boleh dimakan, ergot, bijirin dan tisu haiwan. Kulat yang boleh dimakan mempunyai kandungan EGT yang tinggi dan merupakan sumber EGT yang penting.

Walau bagaimanapun, kandungan EGT produk semula jadi secara amnya sangat rendah, memerlukan sejumlah besar bahan mentah untuk pengekstrakan, mengakibatkan kos pengekstrakan yang tinggi. Tambahan pula, isu seperti tahap kekotoran yang tinggi dan sisa ubat dalam bahan mentah mengehadkan penggunaan kaedah pengekstrakan produk semula jadi secara industri.

Kaedah Sintesis Kimia: Sintesis kimia tradisional EGT menggunakan histidin sebagai bahan permulaan, mensintesis EGT dalam larutan akueus melalui pelbagai langkah termasuk tiolasi, tioproteksi, metilasi dan penyahlindungan. Kaedah ini mempunyai laluan sintetik yang panjang dan hasil yang rendah. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kajian telah meniru laluan biosintetik untuk meningkatkan sintesis kimia EGT. Sebagai contoh, Erdelmeier et al. menggunakan histidine betaine, cysteine, dan asid mercaptopropionic sebagai bahan permulaan untuk mensintesis EGT menggunakan tindak balas satu periuk yang dipermudahkan, mengelakkan pengenalan kumpulan tioprotektif, memendekkan laluan sintetik, dan meningkatkan hasil.

Sintesis kimia juga memberikan beberapa cabaran. Sebagai contoh, kiraliti α-karbon dalam kumpulan karboksil dengan mudah membawa kepada perlumbaan dalam keadaan berasid atau beralkali, menjadikannya sukar untuk mendapatkan EGT ketulenan optik tinggi. Tambahan pula, bahan mentah yang diperlukan untuk sintesis kimia adalah mahal, bahan permulaan 2-mercaptoimidazole sukar disediakan, dan pasca pemprosesan produk juga mencabar. Oleh itu, penyelidik perlu mengoptimumkan dan menambah baik kaedah sintesis kimia untuk memenuhi keperluan pengeluaran industri berskala besar.

Penapaian mikrob: Mendapatkan EGT melalui biosintesis mempunyai kelebihan seperti bahan mentah yang mudah didapati dan kos yang agak rendah, dan telah menjadi kaedah utama untuk penyediaan EGT dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Secara semula jadi, EGT wujud melalui dua laluan: biosintesis aerobik dan biosintesis anaerobik.

Biosintesis Aerobik EGT

Banyak kajian telah menjelaskan proses biosintetik EGT. Pada asasnya, laluan biosintetik aerobik EGT boleh dibahagikan kepada laluan bakteria dan kulat. Seebeck et al. menjelaskan dan membina semula laluan biosintetik aerobik EGT in vitro dalam Mycobacterium smegmatis, mengenal pasti lima gen yang terlibat dalam laluan: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD, dan EgtE. Gen ini mengekod glutamylcysteine ​​​​synthase (EgtA), Fe2+-dependent oxidase (EgtB), gamma-glutamyl transferase (EgtC), histidine methyltransferase (EgtD) yang bergantung kepada S-adenosyl methionine (SAM) dan pyridoxal phosphate-dependent C-S lyase (E.gt lyase). Dalam proses ini, EgtA memangkinkan pemeluwapan glutamat dan sistein untuk menghasilkan γ-glutamylcysteine; EgtB memangkinkan gandingan oksidatif dengan kehadiran oksigen dan ferus sulfat, menambahkan kumpulan tiol daripada γ-glutamylcysteine ​​​​ke rantai sisi histidine betaine (disintesis daripada histidin dan SAM yang dimangkin oleh EgtD); EgtC kemudian memangkinkan pembentukan selanjutnya histidine betaine cysteine ​​​​sulfoxide; akhirnya, EgtE memangkinkan penyingkiran piruvat dan ammonia untuk menjana EGT.

Dalam laluan biosintetik kulat, EGT terutamanya melibatkan dua gen sintase, Egt1 dan Egt2. Bello et al. mengenal pasti sintase tertentu, NcEgt1, dalam *Neurospora crassa*, yang mengandungi domain yang serupa dengan domain dalam *Mycobacterium smegmatis* EgtB dan EgtD. Egt1 mengambil bahagian dalam tindak balas pemangkin dua langkah: pertama, ia memangkinkan penukaran histidine kepada histidine betaine, dan kemudian ia memangkinkan gabungan histidine betaine dan cysteine ​​​​untuk membentuk histidine betaine cysteine ​​​​sulfoxide. Sama seperti EgtE, Egt2 memangkinkan pembentukan EGT daripada histidine, betaine, dan cysteine ​​​​sulfoxide. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, kerana hanya dua enzim yang terlibat, laluan biosintetik EGT dalam kulat adalah lebih mudah daripada bakteria.

Biosintesis anaerobik EGT

Biosintesis anaerobik EGT telah dilaporkan dalam bakteria lumpur anaerobik (Chlorobium limicola), di mana biosintesis EGT dicapai melalui tindak balas dua langkah tanpa oksigen. Burn et al. mengenal pasti metiltransferase (EanA) dan sulfotransferase (EanB) dalam bakteria lumpur anaerobik ini. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, EanA memangkinkan penukaran histidine kepada histidine betaine, dan kemudian EanB, di bawah keadaan anaerobik, memindahkan atom sulfur ke cincin imidazole histidine betaine untuk menghasilkan EGT. Walaupun laluan biosintesis anaerobik lebih mudah, kadar pemangkin EanA dan EanB adalah jauh lebih rendah daripada EgtD dan EgtB dalam laluan biosintesis aerobik. Oleh itu, laluan biosintesis aerobik kekal sebagai mod dominan biosintesis EGT.

Prospek permohonan

Ergothioneine mempunyai sifat antioksidan dan anti-penuaan yang kuat, dan mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam industri makanan, kosmetik, makanan berfungsi dan biofarmaseutikal. Penggunaannya dalam bidang kecantikan dan penjagaan kulit amat menonjol, menjadikannya sebagai ramuan penting dalam produk anti-penuaan.

Faedah utamanya termasuk:

1. Antioksidan dan Anti-penuaan: Kapasiti antioksidan kuat Ergothioneine berkesan memerangi radikal bebas, mengurangkan kerosakan oksidatif pada sel kulit, melambatkan penuaan kulit, dan mengurangkan kedutan dan kendur.
2. Pemutihan dan Pengurangan Bintik: Menghalang pengeluaran dan pemendapan melanin, memperbaiki pigmentasi dan kekusaman, serta mencerahkan warna kulit.
3. Anti-radang dan Menenangkan: Mengurangkan keradangan kulit, berkesan melegakan kemerahan dan gatal-gatal, menguatkan penghalang pelindung kulit, dan meningkatkan daya tahannya.
4. Melembap dan Membaiki: Memperbaiki fungsi penghalang kulit dengan berkesan, meningkatkan penghidratan kulit, dan menggalakkan pembaikan dan penjanaan semula kulit yang rosak.
5. Perlindungan foto dan Perlindungan terhadap Kerosakan UV: Sinaran ultraungu adalah salah satu punca utama penuaan kulit. Ergothioneine boleh mengurangkan kerosakan kulit yang disebabkan oleh sinaran ultraungu, melindungi kulit daripada penuaan foto, dan memberikan perlindungan matahari yang berkesan.

ringkaskan

Ergothioneine, dengan mekanisme antioksidannya yang unik dan pelbagai aplikasi, sedang membentuk semula industri anti-penuaan. Dengan penemuan dalam biologi sintetik dan penyelidikan klinikal yang mendalam, ia mungkin menjadi salah satu bahan teras untuk melambatkan penuaan dan meningkatkan kualiti hidup. Bagi pengguna, memilih produk ergothioneine ketulenan tinggi yang dirumus secara saintifik mungkin menjadi kunci untuk memerangi kesan masa.