Ergothioneine, chú ngựa ô trong thế giới chống lão hóa 

Ergothioneine (EGT) lần đầu tiên được nhà khoa học Charles Tanret phân lập từ nấm cựa gà vào năm 1909, do đó có tên như vậy. Nó là một dẫn xuất axit amin tự nhiên được phân bố rộng rãi trong nấm, một số thực vật và động vật. Trong chế độ ăn uống của con người, nấm, ngũ cốc và một số loại hải sản là nguồn chính của nó. Với sự nghiên cứu chuyên sâu của khoa học hiện đại, những tác dụng vượt trội của ergothioneine dần được sáng tỏ.

Nguyên lý và cơ chế hoạt động chống lão hóa

Tác dụng chống oxy hóa kép

Quét trực tiếp các gốc tự do: EGT có thể nhanh chóng vô hiệu hóa các loại oxy phản ứng (ROS) và các loại nitơ phản ứng (RNS), bao gồm anion superoxide (O₂⁻), hydro peroxide (H₂O₂), gốc hydroxyl (·OH) và oxy nhóm đơn (¹O₂). Hiệu ứng nhặt rác trực tiếp này đã được xác minh đầy đủ trong các thí nghiệm in vitro.

Lợi thế so sánh

Điều chỉnh hệ thống phòng thủ chống oxy hóa: EGT điều chỉnh tăng cường sự biểu hiện của các gen chống oxy hóa ở hạ nguồn (như HO-1, NQO1, SOD và CAT) bằng cách kích hoạt đường dẫn tín hiệu KEAP1-NRF2. Sự chuyển vị hạt nhân của NRF2 được điều chỉnh bởi các đường dẫn tín hiệu PI3K/AKT và PKC, và EGT có thể thúc đẩy quá trình giải phóng và chuyển vị hạt nhân của NRF2 bằng cách điều chỉnh cảm biến thiol của KEAP1.

Vai trò bảo vệ trong sự ổn định của bộ gen

Giảm tổn thương DNA: EGT ức chế hiệu quả tổn thương DNA do ROS và RNS gây ra, đặc biệt là ở DNA ty thể (mtDNA). Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các tế bào thiếu chất vận chuyển EGT biểu hiện mức độ tổn thương DNA cao hơn.

Thúc đẩy quá trình sửa chữa DNA: EGT không chỉ hấp thụ bức xạ cực tím (UV) mà còn thúc đẩy quá trình sửa chữa DNA sau khi chiếu tia UV, bảo vệ tế bào da khỏi tổn thương do ánh sáng.

Quy định sửa đổi biểu sinh

Ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp chất cho Methyl SAM: EGT gián tiếp ảnh hưởng đến sự sẵn có của S-adenosylmethionine (SAM) bằng cách điều chỉnh nồng độ glutathione (GSH), từ đó điều chỉnh hoạt động của DNA methyltransferase (DNMT) và histone methyltransferase (HMT).

Duy trì cân bằng nội môi ion sắt tự do: EGT duy trì cân bằng nội môi ion sắt tự do bằng cách loại bỏ ROS, do đó đảm bảo hoạt động của demethylase (như TET và JmjC).

Tương tác với đường truyền tín hiệu Sirtuin:

Điều chỉnh tăng biểu hiện SIRT1/SIRT6: EGT làm chậm quá trình lão hóa tế bào nội mô và gây ra hiện tượng apoptosis hoại tử trong tế bào ung thư đại trực tràng bằng cách điều chỉnh tăng biểu hiện SIRT1 và SIRT6.

Duy trì mức NAD⁺: EGT tăng cường hoạt động của Sirtuin bằng cách điều chỉnh trạng thái oxy hóa khử của tế bào và duy trì tỷ lệ NAD⁺/NADH.

Chuẩn bị Mphong tục

Phương pháp chiết xuất tự nhiên:

EGT được tìm thấy trong các sản phẩm tự nhiên như nấm ăn được, nấm cựa gà, ngũ cốc và mô động vật. Nấm ăn được có hàm lượng EGT cao và là nguồn cung cấp EGT quan trọng.

Tuy nhiên, hàm lượng EGT trong các sản phẩm tự nhiên nhìn chung rất thấp, cần lượng lớn nguyên liệu thô để chiết xuất nên chi phí chiết xuất cao. Hơn nữa, các vấn đề như hàm lượng tạp chất và dư lượng thuốc cao trong nguyên liệu thô đã hạn chế việc áp dụng công nghiệp các phương pháp chiết xuất sản phẩm tự nhiên.

Phương pháp tổng hợp hóa học: Quá trình tổng hợp hóa học truyền thống của EGT sử dụng histidine làm nguyên liệu ban đầu, tổng hợp EGT trong dung dịch nước thông qua nhiều bước bao gồm thiolation, thioprotection, methyl hóa và khử bảo vệ. Phương pháp này có lộ trình tổng hợp dài và năng suất thấp. Trong những năm gần đây, các nghiên cứu đã bắt chước con đường sinh tổng hợp để cải thiện quá trình tổng hợp hóa học của EGT. Ví dụ, Erdelmeier và cộng sự. đã sử dụng histidine betaine, cysteine ​​và axit mercaptopropionic làm nguyên liệu ban đầu để tổng hợp EGT bằng phản ứng một bình đơn giản hóa, tránh đưa vào các nhóm thioprotective, rút ​​ngắn lộ trình tổng hợp và cải thiện năng suất.

Tổng hợp hóa học cũng đặt ra một số thách thức. Ví dụ, tính bất đối của α-carbon trong nhóm carboxyl dễ dàng dẫn đến sự phân biệt chủng tộc trong điều kiện axit hoặc kiềm, gây khó khăn cho việc thu được EGT có độ tinh khiết quang học cao. Hơn nữa, nguyên liệu thô cần thiết cho quá trình tổng hợp hóa học rất đắt tiền, nguyên liệu ban đầu 2-mercaptoimidazole khó điều chế và quá trình xử lý sau sản phẩm cũng gặp nhiều thách thức. Vì vậy, các nhà nghiên cứu cần tối ưu hóa và cải tiến các phương pháp tổng hợp hóa học để đáp ứng nhu cầu sản xuất công nghiệp quy mô lớn.

Lên men vi sinh vật: Thu được EGT thông qua quá trình sinh tổng hợp có những ưu điểm như nguyên liệu sẵn có và chi phí tương đối thấp, đồng thời đã trở thành phương pháp chính để điều chế EGT trong những năm gần đây. Trong tự nhiên, EGT tồn tại thông qua hai con đường: sinh tổng hợp hiếu khí và sinh tổng hợp kỵ khí.

Sinh tổng hợp hiếu khí của EGT

Nhiều nghiên cứu đã làm sáng tỏ quá trình sinh tổng hợp EGT. Về cơ bản, con đường sinh tổng hợp hiếu khí của EGT có thể được chia thành con đường vi khuẩn và nấm. Seebeck và cộng sự. đã làm sáng tỏ và tái tạo lại con đường sinh tổng hợp hiếu khí của EGT in vitro ở Mycobacteria smegmatis, xác định 5 gen liên quan đến con đường này: EgtA, EgtB, EgtC, EgtD và EgtE. Những gen này lần lượt mã hóa glutamylcysteine ​​​​synthase (EgtA), oxidase phụ thuộc Fe2+ (EgtB), gamma-glutamyl transferase (EgtC), histidine methyltransferase phụ thuộc S-adenosyl methionine (SAM) (EgtD) và C-S lyase phụ thuộc pyridoxal phosphate (EgtE). Trong quá trình này, EgtA xúc tác quá trình ngưng tụ glutamate và cysteine ​​để tạo ra γ-glutamylcysteine; EgtB xúc tác quá trình liên kết oxy hóa với sự có mặt của oxy và sắt sunfat, bổ sung nhóm thiol từ γ-glutamylcysteine ​​​​vào chuỗi bên của histidine betaine (được tổng hợp từ histidine và SAM được xúc tác bởi EgtD); EgtC sau đó xúc tác cho sự hình thành thêm histidine betaine cysteine ​​​​sulfoxide; cuối cùng, EgtE xúc tác việc loại bỏ pyruvate và amoniac để tạo ra EGT.

Trong con đường sinh tổng hợp của nấm, EGT chủ yếu liên quan đến hai gen tổng hợp là Egt1 và Egt2. Bello và cộng sự. đã xác định được một synthase cụ thể, NcEgt1, trong *Neurospora crassa*, chứa các miền tương tự như các miền trong EgtB và EgtD của *Mycobacteria smegmatis**. Egt1 tham gia phản ứng xúc tác hai bước: đầu tiên, nó xúc tác quá trình chuyển đổi histidine thành histidine betaine, sau đó nó xúc tác sự kết hợp giữa histidine betaine và cysteine ​​​​để tạo thành histidine betaine cysteine ​​​​sulfoxide. Tương tự như EgtE, Egt2 xúc tác cho sự hình thành EGT từ histidine, betaine và cysteine ​​sulfoxide. Như thể hiện trong hình, vì chỉ có hai enzyme tham gia nên quá trình sinh tổng hợp EGT ở nấm đơn giản hơn nhiều so với quá trình sinh tổng hợp ở vi khuẩn.

Sinh tổng hợp kỵ khí của EGT

Một quá trình sinh tổng hợp kỵ khí EGT đã được báo cáo ở một loại vi khuẩn bùn kỵ khí nghiêm ngặt (Chlorobium limicola), trong đó quá trình sinh tổng hợp EGT được thực hiện thông qua phản ứng hai bước độc lập với oxy. Đốt cháy và cộng sự. đã xác định methyltransferase (EanA) và sulfotransferase (EanB) ở vi khuẩn bùn kỵ khí này. Như thể hiện trong hình, EanA xúc tác quá trình chuyển đổi histidine thành histidine betaine, và sau đó EanB, trong điều kiện yếm khí, chuyển một nguyên tử lưu huỳnh sang vòng imidazole của histidine betaine để tạo ra EGT. Mặc dù con đường sinh tổng hợp kỵ khí đơn giản hơn nhưng tốc độ xúc tác của EanA và EanB thấp hơn nhiều so với EgtD và EgtB trong con đường sinh tổng hợp hiếu khí. Do đó, con đường sinh tổng hợp hiếu khí vẫn là phương thức sinh tổng hợp EGT chủ yếu.

Triển vọng ứng dụng

Ergothioneine sở hữu đặc tính chống oxy hóa và chống lão hóa mạnh mẽ, đồng thời có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm chức năng và dược phẩm sinh học. Ứng dụng của nó trong lĩnh vực làm đẹp và chăm sóc da đặc biệt nổi bật, khiến nó trở thành thành phần quan trọng trong các sản phẩm chống lão hóa.

Lợi ích chính của nó bao gồm:

1. Chống oxy hóa và chống lão hóa: Khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ của Ergothioneine chống lại các gốc tự do một cách hiệu quả, giảm tổn thương oxy hóa cho tế bào da, làm chậm quá trình lão hóa da và giảm nếp nhăn và chảy xệ.
2. Làm trắng và giảm đốm: Ức chế sản xuất và lắng đọng melanin, cải thiện sắc tố và tình trạng xỉn màu, đồng thời làm sáng tông màu da.
3. Chống viêm và làm dịu: Giảm viêm da, giảm mẩn đỏ và ngứa hiệu quả, củng cố hàng rào bảo vệ da và tăng cường sức đề kháng.
4. Dưỡng ẩm và phục hồi: Cải thiện hiệu quả chức năng rào cản của da, tăng cường hydrat hóa cho da và thúc đẩy quá trình phục hồi và tái tạo làn da bị tổn thương.
5. Bảo vệ ánh sáng và bảo vệ chống lại tác hại của tia cực tím: Bức xạ tia cực tím là một trong những thủ phạm chính gây lão hóa da. Ergothioneine có thể làm giảm tổn thương da do bức xạ tia cực tím, bảo vệ da khỏi lão hóa và chống nắng hiệu quả.

Tóm tắt

Ergothioneine, với cơ chế chống oxy hóa độc đáo và nhiều ứng dụng, đang định hình lại ngành công nghiệp chống lão hóa. Với những đột phá trong sinh học tổng hợp và nghiên cứu lâm sàng chuyên sâu, nó có thể trở thành một trong những thành phần cốt lõi giúp trì hoãn lão hóa và cải thiện chất lượng cuộc sống. Đối với người tiêu dùng, việc lựa chọn các sản phẩm ergothioneine có công thức khoa học, có độ tinh khiết cao có thể là chìa khóa để chống lại tác động của thời gian.