Ergothioneine, en mørk hest i antialdringsverdenen 

Ergothionein (EGT) ble først isolert fra ergotsopp av forskeren Charles Tanret i 1909, derav navnet. Det er et naturlig forekommende aminosyrederivat som er vidt distribuert i sopp, noen planter og dyr. I det menneskelige kostholdet er sopp, korn og visse sjømat hovedkildene. Med dyptgående forskning fra moderne vitenskap har de bemerkelsesverdige effektene av ergothioneine gradvis kommet frem i lyset.

Antialdringsprinsipper og virkningsmekanismer

Doble antioksidanteffekter

Direkte fjerning av frie radikaler: EGT kan raskt nøytralisere ulike reaktive oksygenarter (ROS) og reaktive nitrogenarter (RNS), inkludert superoksidanion (O₂⁻), hydrogenperoksid (H₂O₂), hydroksylradikaler (·OH) og singlett oksygen (¹O₂). Denne direkte renseeffekten er fullstendig verifisert i in vitro-eksperimenter.

Komparative fordeler

Regulering av antioksidantforsvarssystemet: EGT oppregulerer uttrykket av nedstrøms antioksidantgener (som HO-1, NQO1, SOD og CAT) ved å aktivere KEAP1-NRF2-signalveien. Den kjernefysiske translokasjonen av NRF2 er regulert av PI3K/AKT- og PKC-signalveiene, og EGT kan fremme frigjøring og kjernefysisk translokasjon av NRF2 ved å modulere tiolsensoren til KEAP1.

Beskyttende rolle i genomstabilitet

Reduserer DNA-skade: EGT hemmer effektivt ROS- og RNS-indusert DNA-skade, spesielt i mitokondrielt DNA (mtDNA). Studier har vist at celler som mangler EGT-transportører viser høyere nivåer av DNA-skade.

Fremme DNA-reparasjon: EGT absorberer ikke bare ultrafiolett (UV) stråling, men fremmer også DNA-reparasjon etter UV-bestråling, og beskytter hudceller mot fotoskader.

Regulering av epigenetiske modifikasjoner

Påvirker syntesen av metyldonor SAM: EGT påvirker indirekte tilgjengeligheten av S-adenosylmetionin (SAM) ved å regulere glutation (GSH) nivåer, og regulerer derved aktiviteten til DNA-metyltransferaser (DNMT) og histonmetyltransferaser (HMT).

Opprettholde fri jernion-homeostase: EGT opprettholder fri jernion-homeostase ved å rense ROS, og dermed sikre aktiviteten til demetylaser (som TET-er og JmjC).

Interaksjoner med Sirtuin-signalveien:

Oppregulering av SIRT1/SIRT6-ekspresjon: EGT forsinker endotelcelle-aldring og induserer nekrotiserende apoptose i kolorektale kreftceller ved å oppregulere uttrykket av SIRT1 og SIRT6.

Opprettholde NAD⁺-nivåer: EGT forbedrer Sirtuin-aktiviteten ved å regulere cellulær redoksstatus og opprettholde NAD⁺/NADH-forholdet.

Forberedelse Metod

Naturlig utvinningsmetode:

EGT finnes i naturlige produkter som spiselig sopp, ergot, frokostblandinger og dyrevev. Spiselige sopp har et høyt EGT-innhold og er en viktig kilde til EGT.

Imidlertid er EGT-innholdet i naturprodukter generelt svært lavt, og krever store mengder råvarer for utvinning, noe som resulterer i høye utvinningskostnader. Videre begrenser problemer som høye nivåer av urenheter og medikamentrester i råvarene den industrielle anvendelsen av naturlige produktekstraksjonsmetoder.

Kjemisk syntesemetode: Tradisjonell kjemisk syntese av EGT bruker histidin som et utgangsmateriale, og syntetiserer EGT i vandig løsning gjennom flere trinn, inkludert tiolering, tiobeskyttelse, metylering og avbeskyttelse. Denne metoden har en lang syntetisk rute og lavt utbytte. De siste årene har studier imitert biosyntetiske veier for å forbedre den kjemiske syntesen av EGT. For eksempel, Erdelmeier et al. brukte histidinbetain, cystein og merkaptopropionsyre som utgangsmaterialer for å syntetisere EGT ved å bruke en forenklet en-pot-reaksjon, unngå introduksjon av tiobeskyttende grupper, forkorte synteseveien og forbedre utbyttet.

Kjemisk syntese byr også på noen utfordringer. For eksempel fører chiraliteten til a-karbon i karboksylgruppen lett til racemisering under sure eller alkaliske forhold, noe som gjør det vanskelig å oppnå høyoptisk renhet EGT. Videre er råvarene som kreves for kjemisk syntese dyre, utgangsmaterialet 2-merkaptoimidazol er vanskelig å tilberede, og etterbehandling av produktet er også utfordrende. Derfor må forskere optimalisere og forbedre kjemiske syntesemetoder for å møte behovene til storskala industriell produksjon.

Mikrobiell gjæring: Å skaffe EGT gjennom biosyntese har fordeler som lett tilgjengelige råvarer og relativt lave kostnader, og har blitt hovedmetoden for EGT-fremstilling de siste årene. I naturen eksisterer EGT gjennom to veier: aerob biosyntese og anaerob biosyntese.

Aerob biosyntese av EGT

Mange studier har belyst biosynteseprosessen til EGT. I utgangspunktet kan den aerobe biosynteseveien til EGT deles inn i bakterie- og soppveier. Seebeck et al. belyste og rekonstruerte den aerobe biosynteseveien til EGT in vitro i Mycobacterium smegmatis, og identifiserte fem gener involvert i veien: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD og EgtE. Disse genene koder for henholdsvis glutamylcysteinsyntase (EgtA), Fe2+-avhengig oksidase (EgtB), gamma-glutamyltransferase (EgtC), S-adenosylmetionin (SAM)-avhengig histidinmetyltransferase (EgtD) og pyridoksalfosfatavhengig C-S-lyase (EgtE). I denne prosessen katalyserer EgtA kondensasjonen av glutamat og cystein for å generere γ-glutamylcystein; EgtB katalyserer oksidativ kobling i nærvær av oksygen og jernsulfat, og legger til en tiolgruppe fra γ-glutamylcystein til sidekjeden til histidinbetain (syntetisert fra histidin og SAM katalysert av EgtD); EgtC katalyserer deretter den videre dannelsen av histidin betain cysteinsulfoksid; til slutt katalyserer EgtE fjerningen av pyruvat og ammoniakk for å generere EGT.

I soppbiosynteseveien involverer EGT hovedsakelig to syntasegener, Egt1 og Egt2. Bello et al. identifiserte en spesifikk syntase, NcEgt1, i *Neurospora crassa*, som inneholder domener som ligner de i *Mycobacterium smegmatis*s EgtB og EgtD. Egt1 deltar i en to-trinns katalytisk reaksjon: først katalyserer den omdannelsen av histidin til histidinbetain, og deretter katalyserer den kombinasjonen av histidinbetain og cystein for å danne histidinbetaincysteinsulfoksid. I likhet med EgtE, katalyserer Egt2 dannelsen av EGT fra histidin, betain og cysteinsulfoksid. Som vist i figuren, fordi bare to enzymer er involvert, er biosynteseveien til EGT i sopp mye enklere enn i bakterier.

Anaerob biosyntese av EGT

En anaerob biosyntese av EGT er rapportert i en strengt anaerob slambakterie (Chlorobium limicola), der EGT-biosyntese oppnås gjennom en to-trinns reaksjon uavhengig av oksygen. Burn et al. identifiserte metyltransferase (EanA) og sulfotransferase (EanB) i denne anaerobe gjørmebakterien. Som vist i figuren, katalyserer EanA omdannelsen av histidin til histidinbetain, og deretter overfører EanB, under anaerobe forhold, et svovelatom til imidazolringen til histidinbetain for å generere EGT. Selv om den anaerobe biosynteseveien er enklere, er de katalytiske hastighetene til EanA og EanB mye lavere enn for EgtD og EgtB i den aerobe biosynteseveien. Derfor forblir den aerobe biosynteseveien den dominerende modusen for EGT-biosyntese.

Søknadsutsikter

Ergothioneine har kraftige antioksidant- og antialdringsegenskaper, og har brede bruksmuligheter i mat-, kosmetikk-, funksjonell mat og biofarmasøytisk industri. Dens anvendelse i skjønnhets- og hudpleiefeltet er spesielt fremtredende, noe som gjør den til en viktig ingrediens i antialdringsprodukter.

Hovedfordelene inkluderer:

1. Antioksidant og antialdring: Ergothioneines kraftige antioksidantkapasitet bekjemper effektivt frie radikaler, reduserer oksidativ skade på hudceller, forsinker aldring av huden og reduserer rynker og slapphet.
2. Bleking og flekkreduksjon: Hemmer produksjon og avsetning av melanin, forbedrer pigmentering og matthet, og lysner opp hudtonen.
3. Anti-inflammatorisk og beroligende: Reduserer hudbetennelse, lindrer effektivt rødhet og kløe, styrker hudens beskyttende barriere og forbedrer motstanden.
4. Fuktighetsgivende og reparerende: Forbedrer effektivt hudens barrierefunksjon, forbedrer hudens fuktighet og fremmer reparasjon og regenerering av skadet hud.
5. Fotobeskyttelse og beskyttelse mot UV-skader: Ultrafiolett stråling er en av hovedårsakene til aldring av huden. Ergothionein kan redusere hudskader forårsaket av ultrafiolett stråling, beskytte huden mot fotoaldring og gi effektiv solbeskyttelse.

Oppsummer

Ergothioneine, med sin unike antioksidantmekanisme og brede spekter av bruksområder, omformer antialdringsindustrien. Med gjennombrudd innen syntetisk biologi og dyptgående klinisk forskning, kan det bli en av kjerneingrediensene for å utsette aldring og forbedre livskvaliteten. For forbrukere kan det å velge høyrente, vitenskapelig formulerte ergothioneine-produkter være en nøkkel til å bekjempe tidens virkninger.