Ерготіонеїн, темна конячка у світі боротьби зі старінням 

Ерготіонеїн (EGT) вперше був виділений із грибів ріжків вченим Чарльзом Танретом у 1909 році, звідки і походить його назва. Це природне похідне амінокислоти, широко поширене в грибах, деяких рослинах і тваринах. У раціоні людини його основними джерелами є гриби, зернові та деякі морепродукти. Завдяки поглибленим дослідженням сучасної науки дивовижні ефекти ерготіонеїну поступово виявляються.

Принципи та механізми дії проти старіння

Подвійний антиоксидантний ефект

Пряме поглинання вільних радикалів: EGT може швидко нейтралізувати різні активні форми кисню (ROS) і активні форми азоту (RNS), включаючи супероксид-аніон (O₂⁻), перекис водню (H₂O₂), гідроксильні радикали (·OH) і синглетний кисень (¹O₂). Цей прямий ефект поглинання був повністю перевірений в експериментах in vitro.

Порівняльні переваги

Регуляція системи антиоксидантного захисту: EGT посилює експресію нижніх антиоксидантних генів (таких як HO-1, NQO1, SOD і CAT), активуючи сигнальний шлях KEAP1-NRF2. Ядерна транслокація NRF2 регулюється сигнальними шляхами PI3K/AKT і PKC, і EGT може сприяти вивільненню та ядерній транслокації NRF2 шляхом модуляції тіолового датчика KEAP1.

Захисна роль у стабільності геному

Зменшення пошкодження ДНК: EGT ефективно пригнічує індуковане АФК та РНС пошкодження ДНК, зокрема мітохондріальної ДНК (мтДНК). Дослідження показали, що клітини, у яких відсутні транспортери EGT, демонструють вищий рівень пошкодження ДНК.

Стимулювання відновлення ДНК: EGT не тільки поглинає ультрафіолетове (УФ) випромінювання, але також сприяє відновленню ДНК після УФ-опромінення, захищаючи клітини шкіри від фотопошкодження.

Регуляція епігенетичних модифікацій

Вплив на синтез SAM донора метилу: EGT опосередковано впливає на доступність S-аденозилметіоніну (SAM), регулюючи рівні глутатіону (GSH), тим самим регулюючи активність ДНК-метилтрансфераз (DNMT) і гістон-метилтрансфераз (HMT).

Підтримка гомеостазу вільних іонів заліза: EGT підтримує гомеостаз вільних іонів заліза шляхом поглинання ROS, таким чином забезпечуючи активність деметилаз (таких як TETs і JmjC).

Взаємодія з сигнальним шляхом Sirtuin:

Посилення експресії SIRT1/SIRT6: EGT затримує старіння ендотеліальних клітин і індукує некротичний апоптоз у клітинах колоректального раку шляхом підвищення експресії SIRT1 і SIRT6.

Підтримка рівня NAD⁺: EGT посилює активність сиртуїну, регулюючи окисно-відновний статус клітин і підтримуючи співвідношення NAD⁺/NADH.

Підготовка Mетод

Природний метод видобутку:

EGT міститься в натуральних продуктах, таких як їстівні гриби, ріжки, злаки та тканини тварин. Їстівні гриби мають високий вміст EGT і є важливим джерелом EGT.

Однак вміст EGT у натуральних продуктах, як правило, дуже низький, що вимагає великої кількості сировини для екстракції, що призводить до високих витрат на екстракцію. Крім того, такі проблеми, як високий рівень домішок і залишків ліків у сировині, обмежують промислове застосування методів екстракції натуральних продуктів.

Метод хімічного синтезу: Традиційний хімічний синтез EGT використовує гістидин як вихідний матеріал, синтезуючи EGT у водному розчині за допомогою кількох етапів, включаючи тіолування, тіозахист, метилювання та зняття захисту. Цей метод має тривалий синтетичний шлях і низький вихід. В останні роки дослідження імітували шляхи біосинтезу для покращення хімічного синтезу EGT. Наприклад, Erdelmeier et al. використовували гістидинбетаїн, цистеїн і меркаптопропіонову кислоту як вихідні матеріали для синтезу EGT за допомогою спрощеної однореакційної реакції, уникаючи введення тіопротекторних груп, скорочуючи шлях синтезу та покращуючи вихід.

Хімічний синтез також представляє деякі проблеми. Наприклад, хіральність α-вуглецю в карбоксильній групі легко призводить до рацемізації в кислотних або лужних умовах, що ускладнює отримання EGT високої оптичної чистоти. Крім того, сировина, необхідна для хімічного синтезу, є дорогою, вихідний матеріал 2-меркаптоімідазол важко підготувати, а подальша обробка продукту також є складною. Тому дослідникам необхідно оптимізувати та вдосконалити методи хімічного синтезу для задоволення потреб великомасштабного промислового виробництва.

Мікробна ферментація: Отримання EGT шляхом біосинтезу має такі переваги, як легкодоступна сировина та відносно низька вартість, і стало основним методом приготування EGT в останні роки. У природі EGT існує двома шляхами: аеробним біосинтезом і анаеробним біосинтезом.

Аеробний біосинтез EGT

Багато досліджень з’ясували процес біосинтезу EGT. В основному аеробний біосинтетичний шлях EGT можна розділити на бактеріальний і грибковий шляхи. Seebeck та ін. з'ясував і реконструював аеробний біосинтетичний шлях EGT in vitro в Mycobacterium smegmatis, визначивши п'ять генів, залучених до цього шляху: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD і EgtE. Ці гени кодують глутамілцистеїнсинтазу (EgtA), Fe2+-залежну оксидазу (EgtB), гамма-глутамілтрансферазу (EgtC), S-аденозилметіонін (SAM)-залежну гістидинметилтрансферазу (EgtD) і піридоксальфосфат-залежну C-S-ліазу (EgtE), відповідно. У цьому процесі EgtA каталізує конденсацію глутамату та цистеїну з утворенням γ-глутамілцистеїну; EgtB каталізує окисне сполучення в присутності кисню та сульфату заліза, додаючи тіолову групу з γ-глутамілцистеїну до бічного ланцюга гістидинбетаїну (синтезується з гістидину та SAM, каталізованого EgtD); Потім EgtC каталізує подальше утворення гістидину бетаїну цистеїну сульфоксиду; нарешті, EgtE каталізує видалення пірувату та аміаку з утворенням EGT.

У шляху біосинтезу грибів EGT в основному включає два гени синтази, Egt1 і Egt2. Белло та ін. ідентифікували специфічну синтазу, NcEgt1, у *Neurospora crassa*, яка містить домени, подібні до доменів EgtB і EgtD *Mycobacterium smegmatis*. Egt1 бере участь у двоетапній каталітичній реакції: спочатку він каталізує перетворення гістидину в гістидинбетаїн, а потім каталізує комбінацію гістидинбетаїну та цистеїну з утворенням гістидинбетаїнцистеїнсульфоксиду. Подібно до EgtE, Egt2 каталізує утворення EGT з гістидину, бетаїну та цистеїну сульфоксиду. Як показано на малюнку, оскільки задіяні лише два ферменти, шлях біосинтезу EGT у грибів набагато простіший, ніж у бактерій.

Анаеробний біосинтез EGT

Повідомлялося про анаеробний біосинтез EGT у суто анаеробних грязьових бактеріях (Chlorobium limicola), де біосинтез EGT здійснюється за допомогою двоетапної реакції незалежно від кисню. Берн та ін. ідентифікували метилтрансферазу (EanA) і сульфотрансферазу (EanB) у цій анаеробній грязьовій бактерії. Як показано на малюнку, EanA каталізує перетворення гістидину в гістидинбетаїн, а потім EanB в анаеробних умовах переносить атом сірки в імідазольне кільце гістидинбетаїну для генерації EGT. Хоча шлях анаеробного біосинтезу є простішим, каталітичні швидкості EanA та EanB набагато нижчі, ніж швидкості EgtD та EgtB у шляху аеробного біосинтезу. Таким чином, аеробний шлях біосинтезу залишається домінуючим способом біосинтезу EGT.

Перспективи застосування

Ерготіонеїн має потужні антиоксидантні та антивікові властивості та має широкі перспективи застосування в харчовій, косметичній, функціональній харчовій промисловості та біофармацевтичній промисловості. Його застосування в сфері краси та догляду за шкірою є особливо помітним, що робить його важливим інгредієнтом у продуктах проти старіння.

Його основні переваги:

1. Антиоксидант і запобігає старінню: потужна антиоксидантна здатність ерготіонеїну ефективно бореться з вільними радикалами, зменшує окисне пошкодження клітин шкіри, уповільнює старіння шкіри та зменшує зморшки та в’ялість.
2. Відбілювання та зменшення плям: пригнічує вироблення та відкладення меланіну, покращує пігментацію та тьмяність, а також освітлює тон шкіри.
3. Протизапальну та заспокійливу: зменшує запалення шкіри, ефективно знімає почервоніння та свербіж, зміцнює захисний бар’єр шкіри та підвищує її стійкість.
4. Зволоження та відновлення: Ефективно покращує бар’єрну функцію шкіри, покращує гідратацію шкіри та сприяє відновленню та регенерації пошкодженої шкіри.
5. Фотозахист і захист від УФ-пошкодження: Ультрафіолетове випромінювання є одним із головних винуватців старіння шкіри. Ерготіонеїн може зменшити пошкодження шкіри, спричинені ультрафіолетовим випромінюванням, захистити шкіру від фотостаріння та забезпечити ефективний захист від сонця.

Підведіть підсумки

Ерготіонеїн з його унікальним антиоксидантним механізмом і широким спектром застосування змінює індустрію боротьби зі старінням. Завдяки проривам у синтетичній біології та поглибленим клінічним дослідженням він може стати одним із основних інгредієнтів для уповільнення старіння та покращення якості життя. Для споживачів вибір продуктів високої чистоти з науково розробленим ерготіонеїном може стати ключем до боротьби з впливом часу.