Ergothioneine, en mörk häst i anti-aging-världen 

Ergothionein (EGT) isolerades först från ergotsvampar av vetenskapsmannen Charles Tanret 1909, därav dess namn. Det är ett naturligt förekommande aminosyraderivat som är utbrett i svampar, vissa växter och djur. I den mänskliga kosten är svamp, spannmål och vissa skaldjur dess huvudsakliga källor. Med djupgående forskning av modern vetenskap har de anmärkningsvärda effekterna av ergotionein gradvis kommit fram.

Anti-aging principer och verkningsmekanismer

Dubbla antioxidanteffekter

Direkt rensning av fria radikaler: EGT kan snabbt neutralisera olika reaktiva syrearter (ROS) och reaktiva kvävearter (RNS), inklusive superoxidanjon (O₂⁻), väteperoxid (H₂O₂), hydroxylradikaler (·OH) och singlettsyre (¹O₂). Denna direkta rensningseffekt har verifierats fullständigt i in vitro-experiment.

Komparativa fördelar

Reglering av antioxidantförsvarssystemet: EGT uppreglerar uttrycket av nedströms antioxidantgener (som HO-1, NQO1, SOD och CAT) genom att aktivera KEAP1-NRF2-signalvägen. Den nukleära translokationen av NRF2 regleras av signalvägarna PI3K/AKT och PKC, och EGT kan främja frisättningen och nukleär translokation av NRF2 genom att modulera tiolsensorn i KEAP1.

Skyddande roll i genomstabilitet

Minska DNA-skador: EGT hämmar effektivt ROS- och RNS-inducerad DNA-skada, särskilt i mitokondrie-DNA (mtDNA). Studier har visat att celler som saknar EGT-transportörer uppvisar högre nivåer av DNA-skada.

Främjar DNA-reparation: EGT absorberar inte bara ultraviolett (UV) strålning utan främjar också DNA-reparation efter UV-bestrålning, vilket skyddar hudceller från fotoskador.

Reglering av epigenetiska modifieringar

Påverkar syntesen av metyldonator-SAM: EGT påverkar indirekt tillgängligheten av S-adenosylmetionin (SAM) genom att reglera nivåerna av glutation (GSH), och därigenom reglera aktiviteten av DNA-metyltransferaser (DNMT) och histonmetyltransferaser (HMT).

Bibehålla fri järnjonhomeostas: EGT upprätthåller fri järnjonhomeostas genom att rensa ROS, vilket säkerställer aktiviteten hos demetylaser (som TET och JmjC).

Interaktioner med Sirtuin-signalvägen:

Uppreglering av SIRT1/SIRT6-uttryck: EGT fördröjer endotelcellernas senescens och inducerar nekrotiserande apoptos i kolorektala cancerceller genom att uppreglera uttrycket av SIRT1 och SIRT6.

Bibehålla NAD⁺-nivåer: EGT förbättrar Sirtuin-aktiviteten genom att reglera cellulär redoxstatus och bibehålla NAD⁺/NADH-förhållandet.

Förberedelse Metod

Naturlig extraktionsmetod:

EGT finns i naturliga produkter som ätliga svampar, mjöldryg, spannmål och djurvävnader. Ätliga svampar har ett högt EGT-innehåll och är en viktig källa till EGT.

Emellertid är EGT-halten i naturprodukter i allmänhet mycket låg, vilket kräver stora mängder råvaror för utvinning, vilket resulterar i höga utvinningskostnader. Dessutom begränsar frågor som höga halter av föroreningar och läkemedelsrester i råvarorna den industriella tillämpningen av naturliga produktextraktionsmetoder.

Kemisk syntesmetod: Traditionell kemisk syntes av EGT använder histidin som ett utgångsmaterial, syntetiserar EGT i vattenlösning genom flera steg inklusive tiolering, tioprotektion, metylering och avskyddning. Denna metod har en lång syntetväg och låg avkastning. Under senare år har studier imiterat biosyntetiska vägar för att förbättra den kemiska syntesen av EGT. Till exempel har Erdelmeier et al. använde histidinbetain, cystein och merkaptopropionsyra som utgångsmaterial för att syntetisera EGT genom att använda en förenklad en-kärl-reaktion, undvika införandet av tioskyddande grupper, förkorta syntesvägen och förbättra utbytet.

Kemisk syntes ger också vissa utmaningar. Till exempel leder kiraliteten hos a-kolet i karboxylgruppen lätt till racemisering under sura eller alkaliska betingelser, vilket gör det svårt att erhålla EGT med hög optisk renhet. Dessutom är de råmaterial som krävs för kemisk syntes dyra, utgångsmaterialet 2-merkaptoimidazol är svårt att framställa och efterbearbetning av produkten är också utmanande. Därför måste forskare optimera och förbättra kemiska syntesmetoder för att möta behoven av storskalig industriell produktion.

Mikrobiell fermentering: Att erhålla EGT genom biosyntes har fördelar som lättillgängliga råvaror och relativt låg kostnad, och har blivit den huvudsakliga metoden för EGT-beredning de senaste åren. I naturen existerar EGT genom två vägar: aerob biosyntes och anaerob biosyntes.

Aerob biosyntes av EGT

Många studier har klarlagt den biosyntetiska processen för EGT. I grund och botten kan den aeroba biosyntetiska vägen för EGT delas in i bakterie- och svampvägar. Seebeck et al. belyst och rekonstruerade den aeroba biosyntetiska vägen för EGT in vitro i Mycobacterium smegmatis, och identifierade fem gener involverade i vägen: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD och EgtE. Dessa gener kodar för glutamylcysteinsyntas (EgtA), Fe2+-beroende oxidas (EgtB), gamma-glutamyltransferas (EgtC), S-adenosylmetionin (SAM)-beroende histidinmetyltransferas (EgtD) respektive pyridoxalfosfatberoende C-S-lyas (EgtE). I denna process katalyserar EgtA kondensationen av glutamat och cystein för att generera y-glutamylcystein; EgtB katalyserar oxidativ koppling i närvaro av syre och järnsulfat och lägger till en tiolgrupp från γ-glutamylcystein till sidokedjan av histidinbetain (syntetiserad från histidin och SAM katalyserad av EgtD); EgtC katalyserar sedan den ytterligare bildningen av histidinbetaincysteinsulfoxid; slutligen katalyserar EgtE avlägsnandet av pyruvat och ammoniak för att generera EGT.

I svampens biosyntesväg involverar EGT huvudsakligen två syntasgener, Egt1 och Egt2. Bello et al. identifierade ett specifikt syntas, NcEgt1, i *Neurospora crassa*, som innehåller domäner som liknar de i *Mycobacterium smegmatis*s EgtB och EgtD. Egt1 deltar i en tvåstegs katalytisk reaktion: först katalyserar den omvandlingen av histidin till histidinbetain, och sedan katalyserar den kombinationen av histidinbetain och cystein för att bilda histidinbetaincysteinsulfoxid. I likhet med EgtE katalyserar Egt2 bildningen av EGT från histidin, betain och cysteinsulfoxid. Som visas i figuren, eftersom endast två enzymer är inblandade, är biosyntesvägen för EGT i svampar mycket enklare än i bakterier.

Anaerob biosyntes av EGT

En anaerob biosyntes av EGT har rapporterats i en strikt anaerob lerbakterie (Chlorobium limicola), där EGT-biosyntes åstadkoms genom en tvåstegsreaktion oberoende av syre. Burn et al. identifierade metyltransferas (EanA) och sulfotransferas (EanB) i denna anaeroba lerbakterie. Som visas i figuren katalyserar EanA omvandlingen av histidin till histidinbetain, och sedan överför EanB, under anaeroba förhållanden, en svavelatom till imidazolringen av histidinbetain för att generera EGT. Även om den anaeroba biosyntesvägen är enklare, är de katalytiska hastigheterna för EanA och EanB mycket lägre än för EgtD och EgtB i den aeroba biosyntesvägen. Därför förblir den aeroba biosyntesvägen det dominerande sättet för EGT-biosyntes.

Ansökningsmöjligheter

Ergothioneine har kraftfulla antioxidant- och anti-aging egenskaper och har breda tillämpningsmöjligheter inom livsmedels-, kosmetika-, funktionell mat- och biofarmaceutisk industri. Dess tillämpning inom skönhets- och hudvårdsområdet är särskilt framträdande, vilket gör den till en viktig ingrediens i anti-aging produkter.

Dess främsta fördelar inkluderar:

1. Antioxidant och anti-aging: Ergothioneines kraftfulla antioxidantkapacitet bekämpar effektivt fria radikaler, minskar oxidativ skada på hudceller, fördröjer hudens åldrande och minskar rynkor och slapphet.
2. Blekning och fläckreducering: Hämmar produktion och avsättning av melanin, förbättrar pigmentering och matthet och gör hudtonen ljusare.
3. Antiinflammatorisk och lugnande: Minskar hudinflammation, lindrar effektivt rodnad och klåda, stärker hudens skyddande barriär och förbättrar dess motståndskraft.
4. Återfuktande och reparerande: Förbättrar effektivt hudens barriärfunktion, förbättrar hudens återfuktning och främjar reparation och regenerering av skadad hud.
5. Fotoskydd och skydd mot UV-skador: Ultraviolett strålning är en av de främsta orsakerna till hudens åldrande. Ergotionein kan minska hudskador orsakade av ultraviolett strålning, skydda huden från fotoåldring och ge effektivt solskydd.

Sammanfatta

Ergothioneine, med sin unika antioxidantmekanism och breda användningsområde, omformar anti-aging-industrin. Med genombrott inom syntetisk biologi och djupgående klinisk forskning kan det bli en av kärningredienserna för att fördröja åldrande och förbättra livskvaliteten. För konsumenter kan valet av högren, vetenskapligt formulerade ergotioneinprodukter vara en nyckel till att bekämpa tidens effekter.