Compuși bioactivi de cianobacterii și microalge în îmbătrânirea pielii: potențialul de a restabili umplerea matricei extracelulare și de a depăși hiperpigmentarea

Vă rog contactațioscar.xiao@wecistanche.compentru mai multe informatii

ABSTRACT

Fiind cel mai mare organ din corpul uman, pielea acționează ca o barieră fizico-chimică, oferind protecție împotriva factorilor de stres nocivi de mediu, cum ar fi substanțele chimice, agenții patogeni, temperatura și radiațiile. Cu toate acestea, proeminența pielii merge mai departe, cu un rol psihosocial semnificativ într-o populație din ce în ce mai îmbătrânită. Declanșată de îngrijorarea consumatorilor cu privire la îngrijirea pielii, industria cosmetică a dezvoltat noi formule capabile să atenueze cele mai vizibile semne de îmbătrânire, inclusiv reducerea densității și elasticității pielii, a ridurilor și a hiperpigmentării. Alături de îngrijirea pielii se află importanța crescândă acordată produselor naturale, obținute în mod durabil din metode cu mai puțin impact asupra mediului. Cianobacteriile și microalgele adaugă importanță în acest domeniu, având în vedere capacitatea lor de a biosintetiza metaboliți secundari cu potențial anti-îmbătrânire. În această recenzie, prezentăm o imagine de ansamblu asupra potențialului cianobacteriilor și compușilor de microalge de a depăși îmbătrânirea pielii, în esență prin explorarea efectelor acestora asupra metaloproteinazelor colagenazei, elastazei, gelatinazei și hialuronidază și a altor enzime implicate în procesul de pigmentare.

1. Introducere

Reprezentând 16% din greutatea corporală totală, pielea este cel mai mare organ uman.bioflavonoidePrintre numeroasele sale funcții, pielea funcționează ca o barieră fizică, oferind protecție împotriva factorilor de stres nocivi, cum ar fi substanțele chimice, agenții patogeni, frigul, căldura și radiațiile ultraviolete (UVR)]. În plus, pielea joacă un rol crucial în sinteza vitaminei D, esențială pentru menținerea homeostaziei calciului, precum și în funcțiile imune, senzoriale și de reglare a temperaturii corpului23. Din punct de vedere structural, pielea este compusă din trei straturi distincte: epidermă, dermă și hipodermă (Figura 1). Stratul cel mai superficial și expus, epiderma, este un epiteliu scuamos stratificat cheratinizat, care se reînnoiește continuu, constituit în principal din keratinocite și melanocite. Funcția sa principală se bazează pe protecția împotriva amenințărilor chimice și biochimice din mediu, funcționând ca o barieră imunologică fizică și adaptativă? La baza epidermului se află dermul, constituit din țesut conjunctiv care include o matrice extracelulară (ECM) și celule precum fibroblastele și macrofagele. ECM este o rețea tridimensională de fibre de colagen și elastină înconjurată de substanțele fundamentale, cum ar fi acidul hialuronic (HA), care acționează împreună pentru a menține umplerea, elasticitatea și flexibilitatea pielii4 (Figura 1). Orice dezechilibru între aceste componente principale poate duce la pierderea structurii pielii, ducând la un aspect nesănătos și îmbătrânit4. Având în vedere rolul său crucial în trăsăturile personale și bunăstarea socială, conservarea tuturor straturilor pielii a devenit una dintre principalele cerințe ale societăților moderne, care a determinat dezvoltarea de produse noi și inovatoare de către industria farmaceutică și cosmetică6.

Produsele de îngrijire a pielii și de înfrumusețare au jucat un rol important în istoria umanității. Cele mai vechi înregistrări despre cosmetice au venit de la egipteni care erau preocupați în special de aspectul fizic, și anume de dezvoltarea ridurilor faciale. Datorită vremii uscate și calde la care a fost expusă populația, îngrijirea pielii cu utilizarea de uleiuri și creme a făcut parte din rutina zilnică8.cumpara cistancheDe-a lungul anilor, pentru tratarea și curățarea pielii au fost folosite și alte produse precum sărurile, mierea și hidroxi și acizii tartric. Având origine în băile publice romane antice, a apărut termenul „cosmetic”, adică „înfrumusețarea corpului”. În prezent, produsele cosmetice sunt definite de Regulamentul Comisiei Europene (CE) nr. 1223/2009 ca „orice substanță sau amestec destinat a fi pus în contact cu părțile externe ale corpului uman (epiderma, părul, unghiile, buzele și organele genitale externe) sau cu dinții și mucoasele cavității bucale, în scopul curățării, parfumării, modificării aspectul, protejarea, păstrarea în stare bună sau corectarea mirosurilor corporale"10. La nivel global, industria cosmetică a fost una dintre cele mai puțin afectate de oscilația piețelor financiare. Potrivit unui sondaj foarte recent", se preconizează un volum economic. de 805,61 miliarde USD până în 2023, ca urmare a creșterii consumului global. De asemenea, creșterea speranței medii de viață a condus la o cerere puternică de produse anti-îmbătrânire, creând astfel loc pentru nenumărate inovații și stimulând gradul de creștere a industriei.

Vă rugăm să faceți clic aici pentru a afla mai multe

Principala cerere a societății în ceea ce privește pielea este de fapt întârzierea îmbătrânirii pielii. Acest proces lent și complex este indus de factori endogeni precum genetica și factori exogeni, cum ar fi obiceiurile personale și mediul”2. Îmbătrânirea endogenă este un proces natural în care pielea își pierde treptat caracteristicile funcționale și structurale, ca o consecință naturală a senescenței celulare din cauza scăderii metabolismului celular, a capacității de reparare a ADN-ului, a mutațiilor genetice, a pierderii telomerilor, cromozomiale.

anomalii și modificări hormonalel3,12. Pe de altă parte, îmbătrânirea exogenă este cauzată de substanțe chimice, toxine, poluanți, condiții extreme de frig sau căldură și radiații'4. În ambele cazuri, fenomenul afectează în mod obișnuit grosimea, structura și pigmentarea epidermei, precum și morfologia și microstructura straturilor mai profunde, rezultând subțierea, uscăciunea, flaciditatea, porii dilați, linii fine și riduri, pete întunecate și hiperpigmentare. ".

În ultimele decenii, cercetarea științifică a cunoscut o evoluție semnificativă în domeniul produselor anti-îmbătrânire, cu accent pe surse naturale și procese verzi, lipsite de testare pe animale și cu un ciclu de viață verde, inclusiv ambalare, fabricare, distribuție, post- utilizarea de către consumatori și aprovizionare”.cistancăCa urmare, a apărut o expansiune substanțială a industriilor cosmetice și au fost lansate pe piață un număr nenumărat de produse noi”. În timp ce plantele au fost materia primă principală pentru producția de cosmetice timp de secole, epuizarea acestei resurse supra-studiate a dus la utilizarea altor organisme precum macroalgele și microalgele eucariote, și anume de origine marina". Organismele marine au apărut astfel ca o sursă prolifică de ingrediente cosmetice capabile să minimizeze daunele care apar în timpul îmbătrânirii pielii, cum ar fi formarea și exacerbarea ridurilor, pigmentarea, degradarea colagenului si pierderea elasticitatii' si pierderea umiditatii"". Printre acestea, cianobacteriile au capatat importanta, datorita capacitatii lor de a produce metaboliti secundari bioactivi, cu structuri si mecanisme de actiune unice. Aceasta bacterie gram-negativa reprezinta singura grup de procariote care pot efectua fotosinteza oxigenată, asemănător plantelor, deși cu o rată fotosintetică mai mare și bio producție de masă2021. Capacitatea lor de auto-reînnoire, cerințe nutriționale de bază”, spațiu de cultivare minim și impact redus asupra mediului”2, le face o alegere durabilă pentru produsele de îngrijire a pielii. Biomasa lor reziduală poate fi folosită ca îngrășământ sau în hrana animalelor și poate genera bio- poliesteri, cunoscuți sub denumirea de „Green Plastics”, care se potrivesc astfel conceptului de economie circulară” 72425. Având în vedere acest lucru, organismele marine, și în special microorganismele, pot fi văzute ca o nouă speranță în căutarea unor molecule bioactive noi și inovatoare, capabile să contracareze reacțiile care duc la deteriorarea pielii și îmbătrânire.

Cistanche poate anti-imbatranire

2. Metode

Scopul acestei revizuiri a fost de a compila studiile disponibile privind extractele sau compușii bioactivi produși de cianobacterii și microalge pentru a restabili potențial ECM a pielii și a depăși hiperpigmentarea. Analiza a fost efectuată folosind bazele de date Scopus, Web of Science, PubMed, ScienceDirect, ResearchGate și Google Scholar. Termenii de interogare au inclus „cianobacterii”, „microalge”, „compuși bioactivi”, „îmbătrânire a pielii”, „metaloproteinaze”, „colagenază”, „gelatinază”, „elastaza”, „hialuronidază”, „tirozinază” și „hiperpigmentare”. În plus, am completat căutarea prin explorarea în continuare a referințelor articolelor preluate din bazele de date menționate.

3. Cianobacterii și microalge în îmbătrânirea pielii

Cianobacteriile și microalgele sunt surse prolifice de compuși naturali bioactivi cu diferite domenii de aplicare22. Se știe că cianobacteriile și microalgele sintetizează pigmenți, lipide (acizi grași polinesaturați - PUFA, hidrocarburi), proteine, polizaharide (celuloză, alginați, amidon) și alți compuși, cu bioactivități dovedite în domeniul farmaceutic, energetic, nutrițional și cosmetic. câmpuri242627. În ceea ce privește aplicarea energiei, diverse microalge sunt folosite pentru a produce bioetanol, biogaz și biohidrogen. Datorită conținutului ridicat de proteine ​​și PUFA, acestea pot fi utilizate și pentru alimentația umană și animală24. În domeniul farmaceutic, este de remarcat producția de grassysta-tin AB pentru cancerul pulmonar, kempopeptină A pentru cancerul de colon și dolastatin 15 pentru cancerul de sân28.cistanche AustraliaAlte studii arată că au, de asemenea, activități antitumorale, anticoagulante, antiinflamatoare și inhibitoare de protează48. În ceea ce privește produsele cosmetice, s-a raportat că compușii lor bioactivi, mai ales ca extracte, sunt utilizați în șampoane și săpunuri de corp1019, loțiuni de față, creme anti-îmbătrânire, machiaj și blocante solare'71922. În ceea ce privește cremele solare, unele dintre aceste microorganisme produc compuși care absorb UV, cum ar fi aminoacizii de tip micosporinei (MAA) și Stoneman, precum și carotenoizi, și ficobiliproteine ​​și polifenoli, cu un rol important în prevenirea stresului oxidativ prin capacitatea lor de a elimina efectele nocive. radicalii liberi47. De asemenea, produc exopolizaharide (EPS), cu importante proprietăți de hidratare'', inhibitori de metaloproteinaze'', și compuși capabili să inhibe tirozinaza, și astfel să evite hiperpigmentarea pielii''.

3.1.ECM-compuși țintă

Dermul este constituit din țesut conjunctiv lax și dens în care ECM constituie componenta majoră. ECM este un material asemănător gelului format din colagen și fibre elastice dispersate într-o substanță fundamentală formată din glicozaminoglicani, proteoglicani și glicoproteine ​​ale țesutului conjunctiv. Este esențial să menținem celulele împreună și să oferim o cale pentru nutrienți și oxigen către epider-mis³! Mai multe tipuri de celule, cum ar fi keratinocite, fibroblaste, macrofage, celule endoteliale, mastocite, eozinofile și neutrofile, sunt capabile să producă enzime specifice responsabile de turnover-ul ECM și, în unele situații, ducând la pierderea structurii pielii și a aspectului ridurilor. . Recent, s-au făcut mai multe cercetări asupra metaloproteinazelor, și în efectul acestora asupra structurii matricei dermice, precum și în enzimele responsabile de pigmentarea pielii. Atât metaloproteinazele, cât și enzimele asociate pigmentării pielii au devenit ținte pentru compușii bioactivi cu potențial anti-îmbătrânire. Prin urmare, prezentăm mai jos o imagine de ansamblu asupra potențialităților cianobacteriilor și compușilor derivați din microalge de a depăși îmbătrânirea pielii, concentrându-se pe principalele enzime responsabile de menținerea structurii matricei dermice.

3.1.1.Metaloproteinaze

Metaloproteinazele matriceale (MMP) sunt o familie de enzime extracelulare dependente de zinc, a căror funcție principală este de a remodela și degrada ECM30. Colagenul și elastina sunt proteine ​​primare ale ECM, responsabile de rezistența și elasticitatea pielii32. Prin urmare, orice modificări ale colagenului și elastinei induse de MMP, vor contribui la pierderea structurii dermice, ducând la deteriorarea acesteia³3. O condiție principală de stres cutanat este expunerea la UVR, care exacerbează degradarea fibrelor de colagen și elastină ECM prin inducerea activității MMP. Deși MMP-urile sunt cruciale pentru diferențierea epidermică și prevenirea cicatricilor rănilor, reglarea lor în sus potențează semnele îmbătrânirii și dezvoltarea cancerului de piele”.

În ciuda existenței diferitelor subgrupe de MMP, cum ar fi colagenaze, gelatinaze, stromelizine, matrilizine, MMP de tip membrană (MT-MMP), printre altele²4, această recenzie se va concentra pe cele mai relevante în ceea ce privește îmbătrânirea pielii: colagenaza, gelatinaza, elastaza, și hialuronidază (Figura 1).

3.1.1.1. Colagenaze. Există diferite subtipuri de colagenaze, de exemplu MMP-1, -8, -13 și -18, care sunt enzime proteolitice responsabile de inițierea fragmentării colagenului la om.

piele și pentru controlul turnover-ului de colagen³5. Aceste enzime scindează toate tipurile de colagen interstițial din piele (I, Il și II) într-un singur loc. După scindare, fragmentele de colagen își pierd stabilitatea la temperatura corpului și structura lor este perturbată, contribuind la pierderea homeostaziei dermice și ducând la deteriorarea țesuturilor303637. Prin urmare, inhibarea MMP-urilor constituie o strategie de conservare a structurii matricei dermice, evitând deteriorarea țesuturilor și întârziind formarea ridurilor.

Câteva rapoarte recente indică diferiți compuși izolați din cianobacterii și microalge ca inhibitori puternici ai enzimelor responsabile de digestia componentelor ECM, esențiali pentru menținerea umplerii dermice și care sunt scazuți în mod natural în timpul procesului de îmbătrânire și expunerea la factori abiotici nocivi *(Figura 1). , Tabelul 1). Un exemplu este micosporin-2-glicina (M2G) (Figura 2), izolată din cianobacteria Aphanothece halophytica, care a prezentat proprietăți inhibitoare de colagenază, cu un ICso robust de 0.47 mmol/L, comparabil cu cel a cunoscutului inhibitor al colagenazei fenantrolinei. S-a sugerat că mecanismul de inhibare a enzimei ar putea fi legat de capacitatea M2G de a chela ionii de calciu și de eficiența compusului în inhibarea formării de reticulare proteină-proteină dependentă de glicație, un proces asociat dezvoltării. a pielii terne și la scăderea elasticității pielii. Aceste rezultate au demonstrat că M2G este un candidat atrăgător pentru dezvoltarea de noi produse cosmetice anti-îmbătrânire și au subliniat potențialul său în prevenirea îmbătrânirii pielii³”.

Un extract proteic a reușit să reducă expresia MMP-1 la nivelul ARNm și a fost obținută din microalgele Chlorella minutissima**. De asemenea, s-a descoperit că o peptidă derivată din Chorella inhibă expresia indusă de UVB a MMP-1, în fibroblastele umane iradiate cu UVB, prin suprimarea expresiei proteinei de semnalizare asociate cu ECM CYR61, factorul de transcripție AP{{ 7}} și producerea factorului chemotactic MCP-1. Aceste rezultate sunt cruciale, deoarece reglarea în sus a CYR61 declanșează modificări ale colagenului de tip I în mod similar cu cele verificate în pielea foto-îmbătrânită și cronologică, odată ce iradierea UV induce transcripția AP-1 și MCP{{14} }, care la rândul său stimulează expresia MMP-14!

Arthrospira maxima este un alt exemplu de cianobacterii capabile să producă peptide anti-colagenază. Fracția peptidică PHS a prezentat activitate anti-colagenază (92,5 la sută) cu un ICso de 32,5 ug/mL în comparație cu inhibitorul sintetic (57,13 la sută)"4. Aceste secvență de peptide pot să semene cu locul de scindare din colagenul nativ și astfel previne degradarea ECM.Concurența cu situsul activ al enzimei a fost evidențiată ca acțiunea de blocare a colagenazei de către aceste peptide.

3.1.1.2.Gelatinaze

Gelatinazele (MMP-2 și -9) degradează membrana bazală și denaturează colagenii structurali3036. Aceste enzime sunt esențiale în digerarea fragmentelor de colagen după scindarea lor inițială de către colagen-naze”3. Deși, în cantități mai mici, există și rapoarte despre potențialul compușilor derivați din cianobacterie de a acționa asupra gelatinazelor (Figura 1, Tabelul 1). Kunte și Desai au evaluat efectul extractului proteic care conține ficobiliproteina C-ficocianină (extract C-PC) obținut din cianobacteriile Spirulina platensis, în gelatinazele umane MMP-2 și MMP{-9. Autorii au descoperit că, pe lângă reducerea semnificativă a activității MMP-2 cu 55,13% și a MMP-9 cu 57,9%, extractul C-PC a redus și expresia ARNm a ambelor gelatinaze, în celula canceroasă hepatocelulară. linia HepG2. Deși mecanismul exact de inhibare rămâne necunoscut, aceste constatări pot duce la noi perspective asupra S. platensis ca o sursă potențială de molecule bioactive terapeutic. Un an mai târziu, aceiași autori au găsit un alt extract proteic din Chlorella minutissima care a redus cu succes expresia ARNm a MMP-2 și 9 umană și, de asemenea, a reglat în sens pozitiv expresia ARNm a inhibitorului tisular al metaloproteinazelor-3 (TIMP{ {24}})40.

3.1.1.3.Elastaza

Elastaza (MMPs-12) este o serin protează cu o capacitate unică de a digera elastina. După colagen, elastina este cel mai abundent constituent al țesutului conjunctiv din derm437. Degradarea fibrelor de elastină are ca rezultat pierderea elasticității pielii și, în consecință, un aspect lasat și îmbătrânit.beneficii cistancheMMP-12 este cel mai eficient MMP împotriva elastinei și este produs de macrofagi și fibroblasti ca răspuns la radiațiile UV"5. Mai multe rapoarte recente au abordat capacitatea compușilor naturali derivați din cianobacterii și microalge de a depăși elastaza. -activitate (Figura 1, Tabelul 1).S-a constatat recent că depsipeptidele ciclice tutuilamide AC, izolate din cianobacteriile Schizothrix sp. și Coleofasciculus sp, acționează ca inhibitori puternici ai elastazei pancreatice porcine (PPE), printr-un mod de legare reversibil similar. la cele ale compusului natural al cianobacteriilor lyngbyastatin”. Urmând parametrii Institutului Național al Cancerului, putem considera că tutuilamidele AC au prezentat valori incredibil de scăzute ale ICso (1,18 nM, 2,05 nM și 4,93 nM), fiind tutuilamida A (Figura 2) cel mai eficient compus derivat din cianobacterii în ceea ce privește inhibarea elastazei. Analiza structurală a tutuilamidei A complexată cu PPE a confirmat o legătură de hidrogen suplimentară între restul de acid 4-cloro{-3-metil, dar{-3-enoic și grupul amidic principal al restului de elastază R226, care pare să se stabilizeze ligand și poate explica potența inhibitorie crescută a compusului. De fapt, tutuilamida A a arătat un potențial mai mare de inhibare a elastazei în comparație cu alți compuși, cum ar fi lyngbyastatin 7, unde această interacțiune suplimentară nu are loc *.

Other compounds such as the cyclic depsipeptides lyngbyasta-tin-4,-5,-6, and -7,somamide B, tiglicamides A-C, and largamides A-C, produced by Lyngbya spp,were shown to selectively inhibit PPE in vitro47-49. Lyngbyastatin -5, -6, -7, and somamide B inhib-ited elastase in a competitive way, following the Michaelis-Menten kinetics. The 2-amino-2-butenoic acid (Abu) moiety of the hexa-depsipeptide core appears to be the main contributor to the selectivity for elastase3. The activity of largamides A-C and tiglica-mides A-C in elastase inhibition was inferior to lyngbyastatin 4-74950. Later, three new members of lyngbyastatins, namely lyng-byastatins 8, 9 and 10 isolated from the marine cyanobacteria Lyngbia semiplena, were also found to inhibited PE, with ICso val-ues ranging from 120 to 210 nM>'. Chiar dacă acestea sunt valori ridicate ale ICso, ele denotă potențialul lingbiastatinelor pentru inhibarea elas-tazei și deschid porți pentru studii ulterioare în care modificările chimice pot fi luate în considerare pentru a crește activitatea și specificitatea compușilor. Dintre lingbiastatinele evaluate până acum, lingbiastatina 5 (Figura 2) și lingbiastatina 6 au fost cele mai eficiente împotriva elastazei, cu valori ICso de 3,2 și, respectiv, 3,3 nM. În cadrul aceluiași gen, Rubio și echipa sa52 au izolat două depsipeptide ciclice analoge ale dolastatinei 13, bouillomidele A și B, din cianobacteriile Lyngbya bouillonii, și au descoperit capacitatea lor de a inhiba selectiv aceste serin proteaze, deși cu un ICso mai mare （ 1,9 μM). Franța Abu este de asemenea prezentă în acești doi compuși, ceea ce îi întărește rolul în selectivitatea pentru elastază. O altă dep-sipeptidă ciclică care conține fragment Abu, stigonemapeptina, izolată din Stigonema sp, a prezentat, de asemenea, activitate selectivă inhibitoare a elastazei, cu un ICso de 0.26μM53.

Salvador și colegii?4 au demonstrat că simplostatin 5-10 (Abu care conține depsipeptide ciclice) (Figura 2), izolat din cianobacteriile Symploca sp., a inhibat puternic activitatea pro-teolitică a elastazei (ICso de 37 până la 89 nM) , care a fost comparabil cu activitatea compușilor înrudiți lyngbyastatin 4 și 7. S-a demonstrat, de asemenea, că compușii care conțin N-Me-Tyr (simplostatin 8-10) au fost puțin mai puternici decât N-Me-Phe lor ( simplostatin 5-7) congeneri în inhibarea elastazei PPE și a elastazei neutrofile umane. Acești compuși, cu specificitate ridicată pentru elastază, au atenuat efectele elastazei în activarea receptorului și au prezentat o activitate superioară decât inhibitorul de elastază sivelestat aprobat clinic, în testele pe termen scurt și, de asemenea, au demonstrat o activitate susținută superioară în testele pe termen lung54.

The cyclic depsipeptides oscillapeptins A, B, D, and E, isolated from Oscillatoria agardhil, inhibited elastase with ICso values of 0.3, 0.05,30, and 3.0ug/mL, respectively. The structure/activity analysis of these compounds suggested that the presence of an amino acid residue between Thr and the 3-amino-6-hydroxy-2-piperidone (Ahp) unit is essential in the selectivity>?.Peptida triciclică microviri-din I a prezentat activitate inhibitoare asupra elastazei cu un ICso de 0.34ug/mL. Depsipetidele ciclice care conțin fragmentul Ahp, cum ar fi oscil-lapeptina G și oscilpeptidele 97-A, -B, au fost, de asemenea, recunoscute ca inhibitori de elastază (ICso =0.73, 0.42 și 1.12). ug/mL） grad. Alte peptide de tip microviridină (G și H) și nostopeptine (A și B), produse de Nostoc minutum, au demonstrat, de asemenea, capacitatea de a preveni degradarea elastinei prin inhibarea elastazei5758. De asemenea, s-a demonstrat că cianobacteriile Microcystis aeruginosa produc microviridine, și anume microviridinele B și C, care inhibă elastaza cu ICso=0.{044 și 0.084 ug/mL și micropeptine HH978, HH960, HH992 și DR1006, cu ICso =17.6,55.5,16.9 și 13.0μM, respectiv. Microviridinele B și C au avut ICso împotriva elastazei similare cu G și H, iar această observație poate fi explicată, cel puțin parțial, prin structura moleculară: s-a raportat că secvența de aminoacizi a X-Thr-Y afectează activitatea inhibitoare a elastazei, și ambele microviridine B, C, G și H au prezentat un reziduu de aminoacid hidrofil în locul lui X și un Leu în locul lui Y59-61

O nouă peptidă, molassamida, de la Dichothrix utahensis, s-a dovedit a avea activitate inhibitoare a serin protează împotriva elastazei cu ICso=0.032μM și un profil de selectivitate similar cu cel descris anterior pentru lingbiastatina 4-7, poate datorită asemănării lor structurale

2. Alte două depsipeptide ciclice cu activitate

împotriva elastazei au fost izolate din Scytonema Hofmann și au fost desemnate sistolice A și B*3. O corelație între structura moleculară și bioactivitate poate fi, de asemenea, prezisă, odată ce au fost observate două trăsături distincte: a cincea poziție înlocuită cu Leu, așa cum a fost raportat anterior în microviridine, și un rest N-metil-Tyr clorurat 3- pe pozitia a opta. Ca și în studiile anterioare, PPE a fost folosit ca model și s-a raportat că scyptolina A și B blochează activitatea elastazei la concentrații scăzute. S-a demonstrat că sciptolinele se leagă direct în centrul activ al peptidazei țintă, într-o manieră asemănătoare substratului, cu toate acestea, baza moleculară a acestei selectivități este încă neclară.

Planktothrix rubescens este o altă cianobacterie care produce inhibitori de elastază (planktopeptina BL1125, BL843 și BL106) cu valori ICso de 96 nM, 1,7 μM și, respectiv, 40 nM. După examinarea structurii moleculare a acestor compuși, a fost posibilă prezicerea unei relații structură-activitate, fiind relevat că lanțul lateral flexibil al moleculelor a prezentat selectivitate marginală pentru elastază. BL1125 este un inhibitor competitiv al leucocitelor umane (HLE) (K; =2.9nM) și a elastazei pancreatice (K =7.2nM) și este eficient în inhibarea clivajului, nu numai a substratului sintetic, ci și a elastinei de proveniență naturală. HLE a devenit mai relevantă datorită implicării sale în mai multe procese patologice, astfel încât găsirea inhibitorilor acestei enzime are un interes terapeutic strategic?4. Ani mai târziu, Bubik și colegii*5, au descoperit peptidele anabaeno-peptine B și F din aceeași tulpină de cianobacterie, cu, de asemenea, capacitatea de a inhiba HLE și PPE, deși într-o măsură mai mică decât PPBL1125. Profilele de inhibiție ale HLE au prezentat inhibiție competitivă, cu K; valori cuprinse între 0.1-1 μM. În ceea ce privește EIP, profilele au evidențiat o formă sigmoidă, care descrie legarea a două molecule inhibitoare de enzimă. Prima moleculă inhibitoare a avut un K; variind de la 1-2 uM și, al doilea, K pre-prezentat; valori de aproximativ 50-ori mai mari 5.

Inhibarea HLE a fost realizată și cu brunsvicamide AC produse de Tychonema sp. Acești compuși au fost foarte selectivi pentru HLE cu K; valori de 1,1, 0,70 și, respectiv, 1,6 uM, calculate presupunând inhibiție competitivă. S-a raportat, de asemenea, că brunsvicamidele pot acționa ca substraturi HLE alternative cu o diacilare puternic decelerată 0. O altă inhibare a HLE a fost găsită cu cianopeptolinele Nostoc insulare, insulapeptolidele AH. Insulapeptolidele AD au avut valori ICso între 85 (K; valoare de 36 nM) și 140 nM, deci fiind inhibitori foarte puternici, în timp ce insulapeptolidele EH au fost mai puțin active, cu valorile ICso variind între 1,6 și 3,5 uM. Prin urmare, se poate concluziona că acești compuși ocupă locul de legare la substrat al HLE, ceea ce sugerează că insulapeptolidele acționează ca inhibitori competitivi prin combinarea complexelor enzime-inhibitori necovalente cu HLE6′ (Tabelul 1).

Depsipeptidele ciclice izolate din cianobacterii au dezvăluit un potențial imens de a evita și de a încetini degradarea elastinei atât prin inhibarea directă a elastazei, cât și prin interferența la nivelul expresiei enzimatice. În unele situații, specificitatea ridicată pentru enzimă a pus acești compuși în fruntea dezvoltării unor formulări anti-îmbătrânire eficiente și inovatoare, cu potențial de menținere și îmbunătățire a umplerii dermice și de a întârzia formarea ridurilor. Dintre moleculele prezentate anterior, tutuilamidele și lingbiastatinele par demne de studii ulterioare de către industria farmaceutică și cosmetică, având în vedere potența lor dovedită împotriva acestei enzime.

3.1.1.4.Hialuronidaze

Apa superficială excesivă pierdută prin evaporare contribuie foarte mult la îmbătrânirea pielii. Apa evaporată este înlocuită cu apă din straturile epidermice cele mai interioare și dermă, ceea ce duce la micșorarea celulelor și, în cel mai rău scenariu, moartea celulelor *863. Relația dintre hidratarea pielii și apariția ridurilor a demonstrat că hidratarea pielii reduce semnificativ profunzimea ridurilor și brazdelor. Umiditatea adecvată a pielii se realizează, în parte, prin conservarea acidului hialuronic (HA), datorită capacității sale unice de reținere a apei. Hialuronidazele (HASE) sunt enzime care descompun polimerii prin scindarea HA cu greutate moleculară mare în fragmente mai mici4.HA este molecula cheie implicată în umiditatea pielii. Funcția sa este, printre altele, de a lega apa și de a lubrifia părțile mobile ale corpului'2. După cum sa menționat deja, HA este degradat în fragmente de dimensiuni diferite de HASE-uri^?. HA se găsește în pielea tânără la periferia fibrelor de colagen și elastină. Pielea îmbătrânită, care este mai puțin plină decât pielea tânără, se caracterizează prin niveluri scăzute de HA. Scăderea nivelurilor de HA poate fi implicată în modificările observate în pielea îmbătrânită, inclusiv încrețirea, alterarea elasticității și reducerea turgenței74. Învingerea enzimelor responsabile de degradarea HA pare atunci o strategie eficientă pentru a întârzia îmbătrânirea pielii și pentru a îmbunătăți aspectul pielii la toate vârstele.

În ceea ce privește activitatea inhibitorie a HASE, Yamaguchi și Koketsu75 au descoperit că cianobacteriile Nostochopsis lobatus MAC08{{{10}}4NAN produc o cantitate mare de polizaharidă cu un efect inhibitor ridicat (ICso{{2}). }.18ug/mL） pe HASE, fiind de aproximativ 14,5 ori mai puternic decât inhibitorul natural cromoglicat disodic. A fi o specie comestibilă susține utilizarea acesteia în scopuri cosmetice, precum și acceptarea sa de către consumatori, deoarece are deja un profil de siguranță cunoscut. Pe lângă compușii puri, s-a observat și că extractele, și anume fracțiile insolubile în etanol, ar putea inhiba activitatea HASE, așa cum arată Fujitani și colab. într-un studiu efectuat cu șapte genuri diferite de microalge (Tabelul 1). De asemenea, Spirulina platensis, Porphyridium purpureum, Rhodosorus Marinus, Chlorella pyrenoidosa, Dunaliella salina și Pleurochrysis carterae a fost de 0.15, 0.18,0.26,0.94,0.15 și 0,41 mg/mL, respectiv, cu S.platensis și D. salina prezentând valori similare cu cele ale inhibitorului HASE natural. S-a raportat că fracția insolubilă în etanol include macromolecule precum polizaharidele, care pot fi implicate în inhibarea hialuronidazei.

Utilizarea extractelor eficiente ca ingrediente active pentru producția de produse cosmetice poate constitui un atu față de compușii izolați, datorită randamentului de extracție mai mare și a costurilor de procesare mai mici.

3.2.Hiperpigmentarea

Albirea pielii, precum și pigmentarea uniformă și plăcută din punct de vedere estetic a pielii, a fost un obiectiv principal al multor industrii cosmetice. Pielea se întunecă adesea neregulat din cauza radiațiilor UV, a îmbătrânirii și a sarcinii. Deși hiperpigmentarea nu este dăunătoare în niciun fel, uneori poate provoca probleme grave, cum ar fi melanomul. Drept urmare, sunt investigate mai multe modalități de tratament pentru eficacitatea lor în tratarea tulburărilor de pigmentare a pielii, Melanogeneza are loc în melanocite, situate la baza epidermei, într-un proces care implică mai multe reacții chimice și enzimatice pentru a produce melanina, o componentă majoră a pielii. culoare Hiperpigmentarea poate apărea prin creșterea numărului de melanocite, sau prin hiperactivitatea enzimelor melanogene -Tyrosinase780 (Figura 1). Acumularea cantității anormale de melanină este cauzată în principal de expunerea la UVR, care crește gradul de producție a speciilor reactive de oxigen (ROS). ROS sunt produse în epiderma pielii și stimulează melanocitele să transforme tirozina în melanină prin oxidare, prin acțiunea tirozinazei. Tirozinaza este o enzimă crucială care catalizează sinteza melaninei în melanocite. Prin urmare, pigmentarea pielii poate fi prevenită prin inhibitori de tirozinază-tors1081. Unii dintre inhibitorii bine-cunoscuți ai tirozinazei sunt hidrochinona (HQ), acidul kojic și arbutina. Deși sunt eficienți ca agenți de depigmentare, acești compuși nu sunt lipsiți de efecte nocive. S-a demonstrat deja că HQ are efecte mutagene și citotoxicitate împotriva celulelor V79 de mamifere82, provoacă leziuni ADN88 și are unele dovezi de activitate carcinogenă84. În ceea ce privește acidul kojic, iritația pielii și dermatita alergică au fost dezvoltate în urma utilizării produselor de îngrijire a pielii care îl conțin85. În raport cu arbutina, aplicarea unor concentrații mai mari a provocat iritații ale pielii și hiperpigmentare 3. În plus, au toxicitate ridicată, stabilitate scăzută, pătrundere slabă în piele și activitate insuficientă87. Față de cei expuși, este extrem de important să găsim alternative pentru a depăși hiperpigmentarea sau să găsim noi inhibitori de tirozinază cu eficacitate și efecte secundare mai puțin nocive. Cercetările privind inhibarea tirozinazei de către cianobacterii și compușii derivați din microalge au fost foarte limitate până în prezent, iar majoritatea studiilor disponibile explorează tirozinaza ciuperci ca model enzimatic, ceea ce face dificilă transpunerea rezultatelor în mediul uman. Cu toate acestea, în ultimii ani au apărut unii compuși promițători și extracte bioactive din cianobacterii și microalge (Tabelul 2).

Exemple de potențial al cianobacteriilor în hiperpigmentare includ extracte brute de Arthrospira platensis. Sahin8', a constatat că extractele cu etanol și apă de A. platensis au prezentat valori ICso la o scară comparabilă cu cele ale acidului kojic. S-a constatat că unii compuși fenolici produși de această specie, de exemplu acizii cafeic și ferulic, și prezenți în extracte, sunt considerați a fi cei mai eficienți inhibitori ai enzimei tirozinaze, cu valori ICso semnificativ mai mici decât cele ale medicamentelor acid kojic și arbutină. Deși autorii au întreprins studiul într-un model de enzime non-umane, compararea rezultatelor lor cu cele ale inhibitorilor umani de tirozinază indică extractele de A. platensis ca precursori alternativi în obținerea de inhibitori atât eficienți, cât și mai siguri pentru activitatea tirozinazei87.

În 1996, un studiu efectuat cu Oscillatoria agardhii a demonstrat că oscillapeptina G a prezentat inhibare a tirozinazei în 55% față de controlul netratat, dar nu au fost explorate medicamente mecaniciste sau de referință88. Cercetări mai complexe în această temă au fost întreprinse de Wu și colegii de muncă, care au explorat efectul anti-melanogenic al C-PC din Spirulina sp., folosind celule de melanom murin B16F10. Autorii au descoperit că C-PC inhibă biosinteza melaninei printr-un mecanism dublu, unul care promovează degradarea proteinei MITF, factorul de transcripție al tirozinazei, prin reglarea în sus a căii de semnalizare MAPK/ERK, iar celălalt prin suprimarea activării CREB. , factorul de transcripție al MITF, prin reglarea în jos a căii p38 MAPK 89. Oh și colegii de muncă? a explorat o nouă peptidă izolată din luteria Pavlova în generarea ROS și exprimarea proteinelor specifice melanogene. Autorii au descoperit că peptida a demonstrat proprietăți inhibitoare împotriva melanogenezei induse de hormonul de stimulare a c-melanocitelor prin conținutul de melanină, inhibarea tirozinazei în celulele melanomului B16F10 și, de asemenea, a scăzut proteinele legate de melanogeneză. Prin urmare, această proteină are potențiale efecte de albire și efecte de protecție proeminente asupra daunelor celulare induse de stresul oxidativ, care pot fi utilizate ca o sursă naturală eficientă în produsele cosmetice și farmaceutice.

În ciuda studiilor in vitro limitate în tema hiperpigmentării folosind cianobacterii și compuși derivați din microalge, compania CODIF Research & Nature a făcut un pas înainte cu un studiu care a implicat voluntari umani. Această companie biotehnologică, care explorează resursele marine pentru producția de produse cosmetice, a dezvoltat un extract biotehnologic, PHORMISKIN Bioprotech G@, din cianobacteriile Phormidium persicinum, capabil să reducă sinteza melaninei. Într-un studiu, 15 voluntari cu vârsta cuprinsă între 25 și 46 de ani au aplicat extractul, într-o concentrație de 2%, timp de 28 de zile consecutive. După perioada experimentală, nuanța pielii a devenit mai uniformă și pielea mai strălucitoare. Extractul a stimulat, de asemenea, sinteza proteinei tioredoxină, care este cunoscută pentru proprietățile sale antioxidante și detoxifiante”,

Există, de asemenea, unele studii cu extracte bioactive și compuși izolați din microalge. Unul dintre ele folosește astaxantina din Haematococcus Pluvialis și arată acțiunea multițintă a acestei xantofile, și anume în inhibarea acumulării de ROS și reglarea în jos a tirozinazei. În acest studiu, diesterii de astaxantină au avut cea mai mare activitate inhibitoare a tirozinazei decât monoesterii, prezentând valori ICso de 2,12 și, respectiv, 3,5 ug/mL. Prin urmare, proprietățile menționate pot preveni proliferarea și acumularea necontrolată a melanocitelor și, în consecință, a melaninei. 2. De asemenea, un alt studiu cu zeaxantina din Nannochloropsis oculata a raportat activitatea inhibitoare a tirozinazei într-o manieră dependentă de doză”, presupunând potențialul xantofilelor ca agenți de strălucire.

O altă abordare pentru a preveni formarea melanozomilor în piele este utilizarea vitaminelor C și E*4. În acest sens, se poate presupune că Spirulina sp.8995 și Chlorella Vulgaris? 6 constituie candidați mari în scopuri cosmetice, datorită conținutului lor semnificativ în aceste vitamine.

În încercarea de a indica o posibilă relație structură-activitate și ținând cont de valorile ICso găsite pentru diferitele cianobacterii și compuși derivați din microalge, se pare că acizii fenolici precum acidul cafeic și ferulic, prezenți în extractele bioactive, și cu un structura moleculară mai asemănătoare cu acidul kojic, sunt mai eficiente în inhibarea tirozinazei decât peptidele.

4. Perspective de viitor

Preocuparea pentru amânarea efectelor îmbătrânirii a fost combustibilul investiției în căutarea de compuși noi, inovatori, eficienți și ecologici, având ca scop descoperirea formulării perfecte anti-îmbătrânire. Alături de aceasta, cercetarea în creștere în surse naturale, mai precis de origine marina, a oferit un număr nenumărat de noi molecule cu bioactivități promițătoare care merită exploatate în continuare în domeniul îmbătrânirii pielii. Pe lângă avantajele inerente ale utilizării cianobacteriilor și microalgelor ca producători metabolici, s-a demonstrat aici potențialul uriaș al acestora de a viza enzimele specifice implicate în procesul de îmbătrânire, de cele mai multe ori cu o activitate semnificativ mai mare decât cea a medicamentelor de referință utilizate în prezent. În acest sens, pare incontestabil că studiile toxicologice și biotehnologice ulterioare vor fi următorii pași pentru evaluarea siguranței și eficacității acestor molecule în formulările anti-îmbătrânire și că probabil vor revoluționa piața cosmetică.

Mulțumiri

Această lucrare a fost susținută de ALGAVALOR-MicroALGAs: producția integrată și valorizarea biomasei și diversele sale aplicații-SI I&DT nr 352234-susținut de PORTUGALIA 2020 prin Fondul European de Dezvoltare Regională și de BLUEHUMAN-BLUE biotehnologia ca drum inovație în sănătatea umană, care vizează creșterea inteligentă în Spațiul Atlantic-EAPA_151/2016 din Programul Interreg Zona Atlantică finanțat de Fondul European de Dezvoltare Regională. ClIMAR recunoaște finanțarea strategică UIDB/04423/2020 și UIDP/04423/2020.

Declarație de divulgare

Autorii nu raportează niciun conflict de interese. Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, în colectarea, analizele sau interpretarea datelor, în scrierea manuscrisului sau în decizia de a publica rezultatele.

Finanțarea

Această lucrare a fost susținută de ALGAVALOR-MicroALGAs: producția integrată și valorificarea biomasei și diversele sale aplicații-SI I&DT nr 352234-susținut de PORTUGALIA 2020 prin Fondul European de Dezvoltare Regională. CIMAR recunoaște finanțarea strategică UIDB/04423/2020 și UIDP/04423/2020.

Acest articol este extras din JOURNAL OF ENZYME INHIBITION AND MEDICINAL CHIMISTRY 2021, VOL. 36, NR. 1, 1829–1838 https://doi.org/10.1080/14756366.2021.1960830