ציאנובקטריה ומיקרו אצות תרכובות ביו-אקטיביות בהזדקנות העור: פוטנציאל לשקם מילוי מטריקס חוץ-תאי ולהתגבר על היפרפיגמנטציה

אנא צור קשרoscar.xiao@wecistanche.comלמידע נוסף

תַקצִיר

בתור האיבר הגדול ביותר בגוף האדם, העור משמש כמחסום פיזיקוכימי, המציע הגנה מפני גורמי לחץ סביבתיים מזיקים, כגון כימיקלים, פתוגנים, טמפרטורה וקרינה. אף על פי כן, בולטות העור הולכת רחוק יותר, עם תפקיד פסיכו-סוציאלי משמעותי באוכלוסייה שהולכת ומזדקנת. בעקבות דאגת הצרכנים לגבי טיפוח העור, תעשיית הקוסמטיקה פיתחה פורמולות חדשות המסוגלות להפחית את סימני ההזדקנות הנראים ביותר, לרבות הפחתה בצפיפות העור ובגמישותו, קמטים והיפרפיגמנטציה. בקשר לטיפוח העור החשיבות הגוברת שמוגדרת למוצרים טבעיים, המתקבלים באופן בר-קיימא משיטות פחות משפיעות על הסביבה. ציאנובקטריות ומיקרו-אצות מוסיפות חשיבות בתחום זה, לאור יכולתן לבצע ביוסינתזה של מטבוליטים משניים בעלי פוטנציאל אנטי-אייג'ינג. בסקירה זו, אנו מציגים סקירה כללית של הפוטנציאל של ציאנובקטריה ותרכובות מיקרו-אצות להתגבר על הזדקנות העור, בעיקר על ידי בחינת השפעותיהן על המטאלופרוטאנאזות קולגנאז, אלסטאז, ג'לטינאז והיאלורונידאז, ואנזימים אחרים המעורבים בתהליך הפיגמנטציה.

1. הקדמה

העור הוא האיבר האנושי הגדול ביותר, המהווה 16 אחוזים ממשקל הגוף הכולל.ביופלבנואידיםבין מספר תפקידיו, העור פועל כמחסום פיזי, המציע הגנה מפני גורמי לחץ מזיקים, כגון כימיקלים, פתוגנים, קור, חום וקרינה אולטרה סגולה (UVR)]. בנוסף, לעור תפקיד מכריע בסינתזה של ויטמין D, החיוני לשמירה על הומאוסטזיס של סידן, כמו גם בתפקודי ויסות חיסון, חושי וטמפרטורת הגוף23. מבחינה מבנית, העור מורכב משלוש שכבות נפרדות: אפידרמיס, דרמיס והיפודרמיס (איור 1). השכבה השטחית והחשופה ביותר, האפידרמיס, היא אפיתל קשקשי מרובד מתחדש ברציפות, המורכב בעיקר מקרטינוציטים ומלנוציטים. תפקידו העיקרי מסתמך על הגנה מפני איומים כימיים וביוכימיים סביבתיים, מתפקד כמחסום אימונולוגי פיזי וסתגלני?. מתחת לאפי-דרמיס, יש את הדרמיס, המורכב מרקמת חיבור הכוללת מטריצה ​​חוץ-תאית (ECM) ותאים כמו פיברובלסטים ומקרופאגים. ECM היא רשת תלת מימדית של סיבי קולגן ואלסטין המוקפת בחומרי הקרקע, כגון חומצה היאלורונית (HA), הפועלת יחד כדי לשמור על מילוי העור, גמישות וגמישות4 (איור 1). כל חוסר איזון בין מרכיבים עיקריים אלו עלול לגרום לאובדן מבנה העור, להוביל למראה לא בריא ומזדקן4. לאור תפקידה המכריע במאפיינים אישיים וברווחה חברתית, שימור כל שכבות העור הפך לאחת הדרישות העיקריות של החברות המודרניות, מה שהניע את הפיתוח של מוצרים חדשים וחדשניים על ידי תעשיות התרופות והקוסמטיקה6.

מוצרי טיפוח ויופי מילאו תפקידים חשובים בהיסטוריה האנושית. הרישומים העתיקים ביותר על מוצרי קוסמטיקה הגיעו ממצרים שדאגו במיוחד למראה גופני, כלומר בהתפתחות קמטים בפנים. בשל מזג האוויר היבש והחם אליו נחשפה האוכלוסייה, טיפוח העור עם שימוש בשמנים וקרמים היה חלק מהרוטינה היומית8.לקנות cistancheבמהלך השנים, מוצרים אחרים כמו מלחים, דבש, הידרוקסי וחומצות אבנית שימשו גם לטיפול וניקוי העור. מקורו במרחצאות הציבור הרומיים העתיקים, עלה המונח "קוסמטי", שמשמעותו "לייפות הגוף". נכון לעכשיו, מוצרי קוסמטיקה מוגדרים על ידי תקנה מס' 1223/2009 של הנציבות האירופית (EC) כ"כל חומר או תערובת המיועדת למגע עם החלקים החיצוניים של גוף האדם (אפידרמיס, שיער, ציפורניים, שפתיים ואיברי מין חיצוניים) או עם השיניים והריריות של חלל הפה, במטרה לנקות, לבשם, לשנות המראה, להגן, לשמור על מצב טוב או לתקן ריחות גוף" 10. בעולם, תעשיית הקוסמטיקה הושפעה לפחות מהתנודה של השווקים הפיננסיים. על פי סקר שנערך לאחרונה", צפויה נפח כלכלי של 805.61 מיליארד דולר עד 2023, כתוצאה מעלייה בצריכה העולמית. כמו כן, העלייה בתוחלת החיים הממוצעת הובילה לביקוש חזק למוצרי אנטי-אייג'ינג, ובכך יצרה מקום לאינספור חידושים והגבירה את מידת הצמיחה בתעשייה.

אנא לחץ כאן כדי לדעת יותר

הדרישה העיקרית של החברה בנוגע לעור היא למעשה עיכוב הזדקנות העור. תהליך איטי ומורכב זה נגרם על ידי גורמים אנדוגניים כגון גנטיקה וגורמים אקסוגניים כגון הרגלים אישיים וסביבה'2. הזדקנות אנדוגנית היא תהליך טבעי שבו העור מאבד בהדרגה את המאפיינים התפקודיים והמבניים שלו, כתוצאה טבעית מהזדקנות תאית עקב ירידה בחילוף החומרים התאי, יכולת תיקון DNA, מוטציות גנים, אובדן טלומרים, כרומוזומליים.

חריגות ושינויים הורמונליים13,12. מצד שני, הזדקנות אקסוגנית נגרמת על ידי כימיקלים, רעלים, מזהמים, תנאים קיצוניים של קור או חום וקרינה'4. בשני המקרים, התופעה משפיעה בדרך כלל על העובי, המבנה והפיגמנטציה של האפידרמיס, כמו גם על המורפולוגיה והמיקרו-מבנה של השכבות העמוקות יותר, וכתוצאה מכך דלדול, יובש, רפיון, נקבוביות מורחבות, קמטים עדינים וקמטים, כתמים כהים והיפרפיגמנטציה. ".

בעשורים האחרונים, המחקר המדעי עבר אבולוציה משמעותית בתחום מוצרי האנטי-אייג'ינג, תוך התמקדות במקורות טבעיים ותהליכים ירוקים, ללא ניסויים בבעלי חיים ובעלי מחזור חיים ירוק, כולל אריזה, ייצור, הפצה, פוסט- שימוש צרכנים ומקור".cistanchכתוצאה מכך, נוצרה התרחבות משמעותית של תעשיות קוסמטיקה ומספר אינספור של מוצרים חדשים הושקו לשוק". בעוד שצמחים היו חומר הגלם העיקרי לייצור קוסמטיקה במשך מאות שנים, מיצוי המשאב שנחקר יתר על המידה הוביל ל השימוש באורגניזמים אחרים כגון מאקרו-אצות ומיקרו-אצות איקריוטיות, כלומר ממקור ימי''. אורגניזמים ימיים הופיעו אפוא כמקור פורה של מרכיבים קוסמטיים המסוגלים למזער נזקים המתרחשים במהלך הזדקנות העור, כגון היווצרות והחמרה של קמטים, פיגמנטציה, פירוק קולגן ואובדן גמישות ' ואובדן לחות". ביניהם, ציאנובקטריות קיבלו חשיבות, בשל יכולתם לייצר מטבוליטים משניים ביו-אקטיביים, בעלי מבנים ומנגנוני פעולה ייחודיים. חיידק גרם שלילי זה מייצג את החיידק היחיד קבוצת פרוקריוטים שיכולים לבצע פוטוסינתזה חמצן, בדומה לצמחים, אם כי עם קצב פוטוסינתזה וביו גבוהים יותר ייצור המוני 2021. יכולתם להתחדש בעצמם, דרישות תזונתיות בסיסיות", שטח גידול מינימלי והשפעה סביבתית נמוכה''2, הופכת אותם לבחירה בת קיימא למוצרי טיפוח העור. ביומסה שיורית שלהם יכולה לשמש כדשן או במזון לבעלי חיים ויכולה ליצור ביו- פוליאסטרים, הידועים בשם "פלסטיק ירוק", ובכך מתאימים לתפיסה של כלכלה מעגלית'72425. לאור זאת, ניתן לראות באורגניזמים ימיים, ובמיוחד מיקרואורגניזמים, תקווה חדשה בחיפוש אחר מולקולות ביו-אקטיביות חדשות וחדשניות, המסוגלות לסתור התגובות המובילות לנזק לעור ולהזדקנות.

Cistanche יכול אנטי אייג'ינג

2. שיטות

מטרת סקירה זו הייתה לאסוף את המחקרים הזמינים על תמציות או תרכובות ביו-אקטיביות המיוצרות על ידי ציאנובקטריות ומיקרו-אצות כדי לשחזר את העור ECM ולהתגבר על היפרפיגמנטציה. הסקירה נערכה באמצעות מסדי נתונים של Scopus, Web of Science, PubMed, ScienceDirect, ResearchGate ו-Google Scholar. מונחי השאילתה כללו "ציאנובקטריה", "מיקרו-אצות", "תרכובות ביו-אקטיביות", "הזדקנות העור", "מטלופרוטאנאזות", "קולגנאז", "ג'לטינאז", "אלסטאז", "הילורונידאז", "טירוזינאז" ו"היפרפיגמנטציה". בנוסף, הוספנו את החיפוש על ידי חקירה נוספת של הפניות של המאמרים שאוחזרו ממאגרי המידע שהופנו.

3. ציאנובקטריה ומיקרו אצות בהזדקנות העור

ציאנובקטריה ומיקרו אצות הם מקורות פוריים של תרכובות ביו-אקטיביות טבעיות עם תחומי יישום שונים22. ידוע שציאנובקטריות ומיקרו-אצות מסנתזות פיגמנטים, שומנים (חומצות שומן רב בלתי רוויות - PUFAs, פחמימנים), חלבונים, פול-יסכרידים (צלולוזה, אלגינטים, עמילן) ותרכובות אחרות, עם ביולוגיות מוכחות ברפואה, באנרגיה, בתזונה ובקוסמטיקה. fields242627. ביחס ליישום אנרגיה, נעשה שימוש במיקרו אצות מגוונות לייצור ביואתנול, ביוגז וביומימן. בשל תכולת החלבון וה-PUFA הגבוהה, ניתן להשתמש בהם גם לתזונה של בני אדם ובעלי חיים24. בתחום התרופות ראוי לציון הייצור של grassysta-tin AB לסרטן ריאות, קמפופפטין A לסרטן המעי הגס, ו-dolastatin 15 לסרטן השד28.cistanche אוסטרליהמחקרים אחרים מראים שיש להם גם פעילות נוגדת גידולים, נוגד קרישה, אנטי דלקתית ומעכבת פרוטאז48. לגבי מוצרי קוסמטיקה, דווח כי התרכובות הביו-אקטיביות שלהם, בעיקר כתמציות, משמשות בשמפו, ובסבוני גוף1019, קרמי פנים, קרמים אנטי-אייג'ינג, איפור וחוסמי שמש'71922. לגבי מסנני קרינה, חלק מהמיקרואורגניזמים הללו מייצרים תרכובות סופגות UV, כגון חומצות אמינו דמויות מיקוספורין (MAA) וסטונמן, כמו גם קרוטנואידים, פיקוביליפרוטאינים ופוליפנולים, עם תפקיד חשוב במניעת עקה חמצונית באמצעות יכולתם לנקות חומרים מזיקים. רדיקלים חופשיים47. הם גם מייצרים אקסופוליסכרידים (EPS), בעלי תכונות לחות חשובות'', מעכבי מטלופרוטאטאז, ותרכובות המסוגלות לעכב טירוזינאז, ובכך להימנע מהיפרפיגמנטציה של העור".

3.1.תרכובות מטרת ECM

הדרמיס מורכב מרקמת חיבור רופפת וצפופה שבה ECM מהווה את המרכיב העיקרי. ECM הוא חומר דמוי ג'ל העשוי מקולגן וסיבים אלסטיים המפוזרים בחומר טחון העשוי מגליקוזאמינוגליקנים, פרוטאוגליקנים וגליקופרוטאינים של רקמת חיבור. זה חיוני להחזיק תאים יחד, ולספק מסלול לחומרים מזינים וחמצן לאפידר-mis³! מספר סוגי תאים, כגון קרטינוציטים, פיברובלסטים, מקרופאגים, תאי אנדותל, תאי פיטום, אאוזינופילים ונויטרופילים, מסוגלים לייצר אנזימים ספציפיים האחראים למחזור ה-ECM, ובמצבים מסוימים, להוביל לאובדן מבנה העור והופעת קמטים. . לאחרונה התקיים מחקר נוסף על מטאלופרוטאינזים, ובהשפעתם על מבנה המטריצה ​​העורית, וכן באנזימים האחראים על פיגמנטציה של העור. הן מטאלפרוטאנאזות והן אנזימים הקשורים לפיגמנטציה של העור הפכו למטרות עבור תרכובות ביו-אקטיביות בעלות פוטנציאל אנטי-אייג'ינג. לפיכך, אנו מציגים להלן סקירה כללית על הפוטנציאלים של ציאנובקטריה ותרכובות שמקורן במיקרו-אצות להתגבר על הזדקנות העור, תוך מיקוד האנזימים העיקריים האחראים לתחזוקת מבנה המטריצה ​​העורית.

3.1.1.מטלופרוטאינזים

מטריקס מטלופרוטאינזים (MMPs) הם משפחה של אנזימים תלויי אבץ תאיים, שתפקידם העיקרי הוא לעצב מחדש ולפרק את ה-ECM30. קולגן ואלסטין הם חלבונים ראשוניים של ה-ECM, האחראים על עמידות וגמישות העור32. לכן, כל שינוי בקולגן ובאלסטין המושרה על ידי MMPs יתרום לאובדן מבנה העור, וכתוצאה מכך לנזק שלו³3. מצב סטרס עיקרי בעור הוא החשיפה ל-UVR, המחמירה את הפירוק של סיבי הקולגן והאלסטין ECM באמצעות אינדוקציה של פעילות MMPs. למרות ש-MMPs חיוניים להתמיינות האפידרמיסית ולמניעת צלקות פצעים, וויסות העל שלהם מחזק את סימני ההזדקנות והתפתחות סרטן העור".

למרות קיומן של תת-קבוצות שונות של MMPs, כגון קולגנאזות, ג'לטינאזות, סטרומליזינים, מטריליזינים, MMPs מסוג ממברנה (MT-MMPs), בין היתר²4, סקירה זו תתמקד ברלוונטיות ביותר בנוגע להזדקנות העור: קולגנאז, ג'לטינאז, אלסטאז, והיאלורונידאז (איור 1).

3.1.1.1. קולגנאזות. ישנם תתי סוגים שונים של קולגנאזים, למשל MMPs-1, -8, -13 ו--18, שהם אנזימים פרוטאוליטיים האחראים על התחלת פיצול קולגן בבני אדם

עור, ולשליטה במחזור הקולגן³5. אנזימים אלו מבקעים את כל סוגי הקולגנים הביניים בעור (I, Il ו-II) באתר אחד. לאחר המחשוף, שברי הקולגן מאבדים את היציבות בטמפרטורת הגוף והמבנה שלהם מופרע, מה שתורם לאובדן הומאוסטזיס עורי ומוביל לפגיעה ברקמות303637. לפיכך, עיכוב MMPs מהווה אסטרטגיה לשימור מבנה המטריצה ​​העורית, הימנעות מנזק לרקמות ועיכוב היווצרות קמטים.

מספר דיווחים עדכניים מצביעים על תרכובות שונות המבודדות מציאנובקטריה ומיקרו אצות כמעכבים חזקים של אנזימים האחראים לעיכול רכיבי ECM, החיוניים לשמירה על מילוי עורי, ואשר מופחתים באופן טבעי במהלך תהליך ההזדקנות והחשיפה לגורמים אביוטיים מזיקים *(איור 1 , שולחן 1). דוגמה לכך היא ה-mycosporine-2-גליצין (M2G)(איור 2), מבודד מהציאנובקטריה Aphanothece halophytica, שהציג תכונות מעכבות קולגנאז, עם ICso חזק של 0.47mmol/L, דומה לזה של מעכב הקולגנאז הידוע phenanthroline. הוצע כי מנגנון עיכוב האנזים יכול להיות קשור ליכולת של M2G לקלוט יוני סידן, וליעילות של התרכובת בעיכוב היווצרות של קישור צולב חלבון-חלבון תלוי גליקציה, תהליך הקשור להתפתחות. של עור עמום ועד לירידה בגמישות העור. תוצאות אלו הוכיחו את M2G כמועמד מפתה לפיתוח מוצרי קוסמטיקה אנטי-אייג'ינג חדשים והדגישו את הפוטנציאל שלו במניעת הזדקנות העור³".

תמצית חלבון הצליחה להפחית את הביטוי של MMP-1 ב-mRNA ורמות החלבון התקבלו מהמיקרו-אצה Chlorella minutissima**. כמו כן, נמצא כי פפטיד שמקורו בכורלה מעכב ביטוי המושרה על ידי UVB של MMP-1, בפיברובלסטים אנושיים מוקרי UVB, על ידי דיכוי הביטוי של חלבון האיתות CYR61 הקשור ל-ECM, גורם השעתוק AP{{ 7}}, וייצור הגורם הכימוטקטי MCP-1. תוצאות אלו הן קריטיות מכיוון שהוויסות העליונה של CYR61 גורם לשינויים בקולגן מסוג I בדומה לאלו המאומתים בעור מיושן בצילום ובעור כרונולוגי, ברגע שקרינת UV גורמת לשעתוק של AP-1 ו-MCP{{14} }, שבתורו מעורר MMP-1 expression4!

Arthrospira maxima היא דוגמה נוספת של ציאנובקטריה המסוגלת לייצר פפטידים אנטי קולגנאז. חלק הפפטידים PHS הראה פעילות נוגדת קולגנאז (92.5 אחוזים) עם ICso של 32.5 ug/mL לעומת המעכב הסינטטי (57.13 אחוזים)".4. רצף פפטידים אלו יכול להידמות לאתר המחשוף בקולגן מקורי, ובכך למנוע את הפירוק של ה-ECM. התחרות עם האתר הפעיל של האנזים הודגשה כפעולת החסימה של הקולגנאז על ידי פפטידים אלה.

3.1.1.2.ג'לטינזים

ג'לטינאזות (MMPs-2 ו--9) מפרקות את קרום הבסיס ומבטלות קולגנים מבניים3036. אנזימים אלו חיוניים בעיכול שברי קולגן לאחר הביקוע הראשוני שלהם על ידי קולאז'-נאז"3. למרות שבכמויות נמוכות יותר, ישנם גם דיווחים על הפוטנציאל של תרכובות שמקורן בציאנובקטריה לפעול על ג'לט-נאז (איור 1, טבלה 1) ). Kunte ו-Desai"העריכו את ההשפעה של תמצית חלבון המכיל phycobiliprotein C-phycocyanin (תמצית C-PC) המתקבלת מהציאנובקטריה Spirulina platensis, בג'לטינאזות האנושיות MMP-2 ו-MMP-9. המחברים מצאו שמלבד הפחתה משמעותית של הפעילות של MMP-2 ב-55.13 אחוז ושל MMP-9 ב-57.9 אחוז, תמצית C-PC הפחיתה גם את ביטוי ה-mRNA של שני הג'לטינאזות, בתא הסרטני הכבד-תאי. קו HepG2. למרות שמנגנון העיכוב המדויק נותר לא ידוע, ממצאים אלה יכולים להוביל לתובנות חדשות יותר לגבי S. platensis כמקור פוטנציאלי למולקולות ביו-אקטיביות מבחינה טיפולית. שנה לאחר מכן, אותם מחברים מצאו תמצית חלבון נוספת מ-Chlorella minutissima שהפחיתה בהצלחה את ביטוי ה-mRNA של MMP אנושי-2 ו-9, וגם העלתה את ביטוי ה-mRNA של מעכב הרקמות של metalloproteinases-3 (TIMP{ {24}})40.

3.1.1.3.אלסטאז

Elastase (MMPs-12) הוא פרוטאז סרין בעל יכולת ייחודית לעכל אלסטין. לאחר הקולגן, האלסטין הוא המרכיב השכיח ביותר ברקמת החיבור בדרמיס437. הפירוק של סיבי האלסטין מביא לאובדן גמישות העור, וכתוצאה מכך, למראה נפול ומזדקן.יתרונות cistancheMMP-12 הוא ה-MMP היעיל ביותר נגד אלסטין, והוא מיוצר על ידי מאקרו-פאג'ים ופיברובלסטים בתגובה לקרינת UV"5. כמה דיווחים אחרונים התייחסו ליכולתן של תרכובות טבעיות שמקורן בציאנובקטריה ומיקרו-אצות להתגבר על אלסטז -פעילות (איור 1, טבלה 1) לאחרונה נמצא שהדפסיפפטידים המחזוריים tutuilamides AC, המבודדים מהציאנובקטריה Schizothrix sp. ו- Coleofasciculus sp, פועלים כמעכבים חזקים של אלסטאז לבלב חזירי (PPE), באמצעות אופן קשירה הפיך דומה לאלו של תרכובת הציאנובקטריה הטבעית lyngbyastatin". בעקבות הפרמטרים של המכון הלאומי לסרטן, אנו יכולים לשקול כי tutuilamides AC הציגו ערכי ICso נמוכים מדהימים (1.18 nM, 2.05 nM ו-4.93 nM), בהיותם tutuilamide A (איור 2) התרכובת היעילה ביותר שמקורה בציאנובקטריה לגבי עיכוב אלסטאז. ניתוח מבני של tutuilamide A מורכב עם PPE אישר קשר מימן נוסף בין שאריות 4-כלורו-3-מתיל אבל-3-חומצה אנואית לבין קבוצת עמוד השדרה האמיד של שייר אלסטאז R226, שנראה מתייצב הליגנד ועשוי להסביר את העוצמה המעכבת המוגברת של התרכובת. למעשה, tutuilamide A הראה פוטנציאל עיכוב אלסטז גבוה יותר בהשוואה לתרכובות אחרות כגון lyngbyastatin 7, שבהן אינטראקציה נוספת זו אינה מתרחשת *.

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>'. למרות שמדובר בערכי ICso גבוהים, הם מציינים את הפוטנציאל של lyngbyastatins לעיכוב elas-tase, ופותחים דלתות למחקרים נוספים שבהם ניתן לשקול שינויים כימיים כדי להגביר את פעילות התרכובות והספציפיות. מבין ה-lyngbyastatins שהוערכו עד כה, Lyngbyastatin 5 (איור 2) ו-lyngbyastatin 6 היו היעילים ביותר נגד אלסטאז, עם ערכי ICso של 3.2 ו-3.3nM, בהתאמה. בתוך אותו סוג, רוביו וצוותו52 בודדו שני אנלוגים מחזוריים של דפסיפפטידים של דולסטטין 13, bouillo-mides A ו-B, מהציאנובקטריה Lyngbya bouillonii, ומצאו את יכולתם לעכב באופן סלקטיבי את פרוטאזות הסרין הללו, אם כי עם ICso גבוה יותר （ 1.9 מיקרומטר). חלק אבו נמצא גם מראש בשתי התרכובות הללו, מה שמחזק את תפקידה בסלקטיביות לאלסטאז. דפ-סיפפטיד מחזורי אחר המכיל אבו, Stigonemapeptin, שבודד מ-Stigonema sp, הראה גם פעילות מעכבת אלסטאז סלקטיבית, עם ICso של 0.26μM53.

סלבדור ועמיתיו לעבודה?4 הוכיחו שסימפלוסטטין 5-10 (אבו המכיל דפסיפפטידים מחזוריים)(איור 2), שבודד מהציאנובקטריה Symploca sp., מעכב בעוצמה את הפעילות הפרו-טאוליטית של אלסטאז (ICso של 37 עד 89nM) , אשר היה דומה לפעילות של התרכובות הקשורות lyngbyastatin 4 ו-7. כמו כן הוכח כי תרכובות המכילות N-Me-Tyr (סימפלוסטטין 8-10) היו מעט חזקות יותר מה-N-Me-Phe שלהן ( סימפלוסטטין 5-7) קוגנרים בעיכוב PPE אלסטאז ואלסטאז נויטרופילים אנושיים. תרכובות אלו, בעלות סגוליות גבוהה לאלסטאז, החלישו את ההשפעות של אלסטאז בהפעלת הקולטן, והפגינו פעילות מעולה מזו של מעכב האלסטאז שאושר קלינית sivelestat, במבחנים קצרי טווח, וכן הפגינו פעילות מתמשכת מעולה במבחנים ארוכי טווח54.

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>?.Tricyclic peptide microviri-din I הראה פעילות מעכבת על elastase עם ICso של 0.34ug/mL. ה-depsipetides המחזוריים המכילים את החלק Ahp כגון oscil-lapeptin G ואוסcillapeptilides 97-A, -B, זוהו גם כמעכבי אלסטז (ICso =0.73, 0.42 ו-1.12 ug/mL） תואר. פפטידים אחרים מסוג מיקרו-ווירידין (G ו-H) ונוסטופטינים (A ו-B), המיוצרים על ידי Nostoc minutum, הוכיחו גם הם יכולת למנוע פירוק אלסטין באמצעות עיכוב אלסטאז5758. הוכח כי הציאנובקטריה Microcystis aeruginosa מייצרת גם מיקרוווירידינים, כלומר מיקרוווירידינים B ו-C, שעיכבו אלסטאז עם ICso=0.044 ו-0.084 ug/mL, ומיקרופפטינים HH978, HH960, HH992 ו-DR1006, עם ICso =17.6,55.5,16.9 ו-13.0μM, בהתאמה. למיקרוווירידינים B ו-C היה ICso דומה נגד אלסטאז כמו G ו-H, וניתן להסביר תצפית זו, לפחות חלקית, על ידי המבנה המולקולרי: דווח כי רצף חומצות האמינו של X-Thr-Y משפיע על פעילות מעכבת אלסטאז, ושני המיקרוווירידינים B, C, G ו-H הציגו שארית חומצת אמינו הידרופלית במקום X, ו-Leu במקום Y59-61

פפטיד חדש, מולאסמיד, מ-Dichothrix utahensis, נמצא בעל פעילות מעכבת סרין פרוטאז נגד אלסטאז עם ICso=0.032μM, ופרופיל סלקטיביות דומה לזה שתוארו קודם לכן עבור lyngbyastatin 4-7, אולי בשל הדמיון המבני שלהם

2. שני דפסיפפטידים מחזוריים נוספים עם פעילות

נגד elastase בודדו מ-Scytonema Hofmann, וסומנו A ו-B*3 סיסטולי. ניתן גם לחזות מתאם בין המבנה המולקולרי לבין הפעילות הביולוגית, לאחר שנצפו שני מאפיינים מובחנים: המיקום החמישי הוחלף ב-Leu, כפי שדווח בעבר במיקרוווירידינים, ושארית N-methyl-Tyr עם כלור 3- במקום השמיני. כמו במחקרים הקודמים, נעשה שימוש ב-PPE כמודל, ו-Scyptolin A ו-B דווחו חוסמים פעילות אלסטאז בריכוזים נמוכים. הוכח שסקפטולינים נקשרים ישירות למרכז הפעיל של הפפטידאז היעד, באופן דמוי מצע, אולם הבסיס המולקולרי של סלקטיביות זו עדיין לא ברור

Planktothrix rubescens הוא ציאנובקטריה נוספת המייצרת מעכבי אלסטז (פלנקטופפטין BL1125, BL843 ו-BL106) עם ערכי ICso של 96 nM, 1.7 מיקרומטר ו-40 ננומטר, בהתאמה. לאחר בחינת המבנה המולקולרי של תרכובות אלו, ניתן היה לחזות קשר בין מבנה לפעילות, והתגלה כי שרשרת הצד הגמישה של המולקולות הראתה סלקטיביות שוליים לאלסטאז. BL1125 הוא מעכב תחרותי קשירה הדוקה של אניה של לויקוציטים אנושיים (HLE)(K; =2.9nM) ו-pan-creatic (K =7.2nM) אלסטאז, והוא יעיל בעיכוב המחשוף, לא רק של המצע הסינטטי, אלא גם של אלסטין ממוצא טבעי. HLE הפך לרלוונטי יותר בשל מעורבותו במספר תהליכים פתולוגיים ולכן, למציאת מעכבים לאנזים זה יש עניין טיפולי אסטרטגי?4. שנים מאוחר יותר, Bubik ועמיתיו לעבודה*5, גילו את הפפטידים anabaeno-peptins B ו-F מאותו זן cyanobacteria, עם גם יכולת לעכב HLE ו-PPE, אם כי במידה פחותה מ-PPBL1125. פרופילי העיכוב של HLE הראו עיכוב תחרותי, עם ה-K; ערכים בין 0.1-1 מיקרומטר. לגבי PPE הפרופילים חשפו צורה סיגמואידית, המתארת ​​את הקישור של שתי מולקולות מעכבות לאנזים. למולקולת המעכב הראשונה הייתה K; החל מ-1-2 uM, והשנייה, שנשלחה מראש K; ערכים בקירוב פי 50- גבוה יותר 5.

עיכוב של HLE הושג גם עם תוצרת brunsvicamides AC על ידי Tychonema sp. תרכובות אלו היו סלקטיביות ביותר עבור HLE עם K; ערכים של 1.1, 0.70 ו-1.6 uM, בהתאמה, מחושבים בהנחה של עיכוב תחרותי. כמו כן, דווח כי ברונסוויקאמידים עשויים לפעול כמצעי HLE חלופיים עם דיאצילציה מואטת מאוד 0. עיכוב HLE נוסף נמצא עם ה-Nostoc insulare cyanopeptolins, insulapeptolides AH. ל-Insulapeptolides AD היו ערכי ICso בין 85 (K; ערך של 36nM) ל-140 nM, ומכאן שהם מעכבים חזקים ביותר, בעוד ש-Insulapeptolides EH היו פחות פעילים, כאשר ערכי ICso נעים בין 1.6 ל-3.5 uM. לכן, ניתן להסיק כי תרכובות אלו תופסות את אתר הקישור של הסובסטרט של HLE, מה שמרמז שהאינסולאפפטולידים פועלים כמעכבים תחרותיים על ידי עיבוד קומפלקסים של מעכבי אנזים לא קוולנטיים עם HLE6′ (טבלה 1).

הדפסיפפטידים המחזוריים שבודדו מציאנובקטריה חשפו פוטנציאל עצום להימנע ולהאט את פירוק האלסטין באמצעות עיכוב ישיר של אלסטאז והפרעה ברמת ביטוי האנזים. במצבים מסוימים, הספציפיות הגבוהה לאנזים שמה את התרכובות הללו בחזית לפיתוח תכשירים אנטי-אייג'ינג יעילים וחדשניים, בעלי פוטנציאל לשמר ולשפר מילוי עורי, ולדחות את היווצרות הקמטים. מבין המולקולות שהוצגו קודם לכן, נראה כי tutuilamides ו-lyngbyastatins ראויים למחקרים נוספים על ידי תעשיות התרופות והקוסמטיקה, לאור עוצמתם המוכחת כנגד אנזים זה.

3.1.1.4.היאלורונידאזות

מים שטחיים מוגזמים שאבדו באידוי תורמים מאוד להזדקנות העור. מים שהתאדו מוחלפים במים משכבות האפידרמיס והדרמיס הפנימיות ביותר, מה שמוביל להתכווצות התאים, ובתרחיש הגרוע ביותר למוות תאי *863. הקשר בין לחות העור להופעת קמטים הוכיח כי לחות העור מפחיתה משמעותית את עומק הקמטים והתלמים. לחות נאותה של העור מושגת, בין השאר, באמצעות שימור החומצה ההיאלורונית (HA), בשל יכולתה הייחודית לאגור מים. Hyaluronidases (HASEs) הם אנזימים המפרקים פולימרים על ידי ביקוע HA במשקל מולקולרי גבוה לשברים קטנים יותר. HA היא מולקולת המפתח המעורבת בלחות העור. תפקידו, בין היתר, לקשור מים ולשמן חלקים נעים בגוף'2. כפי שכבר נאמר, HA מפורק לשברים בגדלים שונים על ידי HASEs^?. HA נמצא בעור צעיר בפריפריה של סיבי קולגן ואלסטין. עור מבוגר, שהוא פחות שמנמן מעור צעיר, מאופיין בירידה ברמות של HA. הירידה ברמות ה-HA עשויה להיות מעורבת בשינויים שצוינו בעור מבוגר, כולל קמטים, שינוי גמישות וירידה בעמידות74. לנצח את האנזימים האחראים לפירוק HA נראה אסטרטגיה יעילה לעיכוב הזדקנות העור ולשפר את מראה העור בכל הגילאים.

לגבי פעילות מעכבת HASE, Yamaguchi ו-Koketsu75 מצאו שהציאנובקטריה Nostochopsis lobatus MAC08{{10}}4NAN מייצרת כמות גדולה של פוליסכריד עם אפקט מעכב גבוה (ICso{{2} }.18ug/mL） על HASE, חזק פי 14.5 מהמעכב הטבעי disodium cromoglycate. היותו מין אכיל מקיים את השימוש בו למטרות קוסמטיות, כמו גם את קבלתו על ידי הצרכנים מכיוון שכבר יש לו פרופיל בטיחות ידוע. מלבד תרכובות טהורות, הבחינו גם שתמציות, כלומר חלקים בלתי מסיסים באתנול, יכולים לעכב את הפעילות של HASE, כפי שהוצג על ידי Fujitani וחב'. במחקר שנערך עם שבעה סוגים שונים של מיקרו אצות (טבלה 1). גם של Spirulina platensis, Porphyridium purpureum, Rhodosorus Marinus, Chlorella pyrenoidosa, Dunaliella salina ו- Pleurochrysis carterae היה 0.15, 0.18,0.26,0.94,0.15 ו 0.41 מ"ג/מ"ל, בהתאמה, כאשר S.platensis ו-D. salina מציגים ערכים דומים לאלו של מעכב HASE הטבעי. דווח כי החלק הלא מסיס באתנול כלל מקרומולקולות כגון פוליסכרידים, אשר עשויים להיות מעורבים בעיכוב היאלורונידאז.

השימוש בתמציות יעילות כמרכיבים פעילים לייצור מוצרי קוסמטיקה יכול להוות נכס לתרכובות מבודדות, בשל תפוקת המיצוי הגבוהה ועלויות העיבוד הנמוכות יותר.

3.2.היפרפיגמנטציה

הלבנת העור, כמו גם פיגמנטציה אסתטית ואחידה של העור, היו מוקד עיקרי של תעשיות קוסמטיקה רבות. לעתים קרובות העור מתכהה באופן לא סדיר בגלל קרינת UV, הזדקנות והריון. למרות שהיפרפיגמנטציה אינה מזיקה בשום צורה, לפעמים היא עלולה לגרום לבעיות חמורות, כמו מלנומה. כתוצאה מכך, מספר שיטות טיפול נחקרות עבור יעילותן לטיפול בהפרעות פיגמנטציה בעור, מלנוגנזה מתרחשת במלנוציטים, הממוקמים בבסיס האפידרמיס, בתהליך הכולל מספר תגובות כימיות ואנזימטיות לייצור מלנין, מרכיב עיקרי בעור. צבע היפרפיגמנטציה יכולה להתרחש באמצעות עלייה במספר המלנוציטים, או באמצעות פעילות יתר של אנזימים מלנוגניים -Tyrosinase780 (איור 1). הצטברות של כמות לא תקינה של מלנין נגרמת בעיקר מחשיפה ל-UVR, המגבירה את מידת הייצור של מיני חמצן תגובתיים (ROS). ROS מיוצרים באפידרמיס של העור וממריצים את המלנוציטים להמיר טירוזין למלנין על ידי חמצון, באמצעות פעולת טירוזינאז. טירוזינאז הוא אנזים חיוני המזרז את סינתזת המלנין במלנוציטים. לכן, ניתן למנוע פיגמנטציה של העור על ידי מעכבי טירוזינאז1081. חלק ממעכבי טירוזינאז הידועים הם הידרוקינון (HQ), חומצה קוג'ית וארבוטין. למרות היותם יעילים כסוכני דה-פיגמנטציה, תרכובות אלו אינן נטולות השפעות מזיקות. כבר הוכח של-HQ יש השפעות מוטגניות וציטוטוקסיות כנגד תאי V79 של יונקים82, גורם לנזק ל-DNA88, ויש לו עדויות מסוימות לפעילות מסרטנת84. לגבי חומצה קוג'ית, גירוי עור ודלקת עור אלרגית פותחו לאחר שימוש במוצרי טיפוח המכילים אותה85. ביחס לארבוטין, יישום של ריכוזים גבוהים יותר גרם לגירוי עור והיפרפיגמנטציה 3. בנוסף, יש להם רעילות גבוהה, יציבות נמוכה, חדירת עור לקויה ופעילות לא מספקת87. מול החשופים, חשוב ביותר למצוא חלופות להתגברות על היפרפיגמנטציה או למצוא מעכבי טירוזינאז חדשים עם יעילות ותופעות לוואי פחות מזיקות. המחקר על עיכוב טירוזינאז על ידי ציאנובקטריה ותרכובות שמקורן במיקרו אצות היה מוגבל מאוד עד כה, ורוב המחקרים הזמינים חוקרים טירוזינאז פטריות כמודל אנזימטי, מה שמקשה על תרגום התוצאות לסביבה האנושית. עם זאת, כמה תרכובות מבטיחות ותמציות ביו-אקטיביות של ציאנובקטריות ומיקרו-אצות הופיעו בשנים האחרונות (טבלה 2).

דוגמאות לפוטנציאל של ציאנובקטריה בהיפרפיגמנטציה כוללות תמציות גולמיות של Arthrospira platensis. Sahin8', מצא שתמציות אתנול ומים של A. platensis הציגו ערכי ICso בקנה מידה דומה לאלו של חומצה קוג'ית. נמצא שחלק מהתרכובות הפנוליות המיוצרות על ידי מין זה, למשל חומצות קפה וחומצות פרוליות, ונמצאות בתמציות, נחשבות למעכבות היעילות ביותר של האנזים טירוזינאז, עם ערכי ICso נמוכים משמעותית מאלו של התרופות קוג'יק חומצה ו ארבוטין. למרות שהמחברים ביצעו את המחקר במודל אנזים לא אנושי, ההשוואה של תוצאותיהם לאלו של מעכבי טירוזינאז אנושיים מצביעה על תמציות A. platensis כמבשרים חלופיים בהשגת מעכבים יעילים ובטוחים יותר לפעילות טירוזינאז87.

בשנת 1996, מחקר שנערך עם Oscillatoria agardhii הראה שאוסילאפפטין G הפגין עיכוב טירוזינאז ב-55% מהפנים של הביקורת הלא מטופלת, אך לא נחקרו תרופות מכניסטיות או התייחסות88. מחקר מורכב יותר בנושא זה נערך על ידי וו ועמיתיו לעבודה, שחקרו את ההשפעה האנטי-מלנוגנית של C-PC מ-Spirulina sp., תוך שימוש בתאי מלנומה עכברים B16F10. המחברים מצאו ש-C-PC מעכב ביוסינתזה של מלנין על ידי מנגנון כפול, האחד מקדם את הפירוק של חלבון MITF, גורם השעתוק של טירוזינאז, באמצעות וויסות עלייה של מסלול איתות MAPK/ERK, והשני על ידי דיכוי ההפעלה של CREB , גורם התעתיק של MITF, באמצעות הרגולציה למטה של ​​p38 MAPK pathway 89. אה ועמיתים לעבודה? חקר פפטיד חדש שבודד מ-Pavlova lutherie ביצירת ROS וביטוי של חלבונים ספציפיים מלנוגניים. המחברים מצאו כי הפפטיד הפגין תכונות מעכבות כנגד c-מלנוציט מגרה מלנוגנזה הנגרמת על ידי הורמונים באמצעות תכולת מלנין, עיכוב טירוזינאז בתאי מלנומה B16F10, וכן הפחית חלבונים הקשורים למלנוגנזה. לכן, לחלבון זה יש השפעות הלבנה פוטנציאליות והשפעות הגנה בולטות על נזק לתאים שנגרם כתוצאה מלחץ חמצוני, אשר יכול לשמש כמקור טבעי יעיל במוצרי קוסמטיקה ותרופות.

למרות הניסויים המועטים במבחנה בנושא היפרפיגמנטציה באמצעות ציאנובקטריה ותרכובות שמקורן במיקרו-אצות, חברת CODIF Research & Nature עשתה צעד קדימה עם ניסוי שכלל מתנדבים אנושיים. חברה ביוטכנולוגית זו, החוקרת משאבי ים לייצור מוצרי קוסמטיקה, פיתחה תמצית ביוטכנולוגית, PHORMISKIN Bioprotech G@, מהציאנובקטריה Phormidium persicinum, המסוגלת להפחית את סינתזת המלנין. במחקר, 15 מתנדבים בגילאי 25 עד 46 השתמשו בתמצית, בריכוז של 2 אחוזים, במשך 28 ימים רצופים. לאחר תקופת הניסוי, גוון העור נעשה אחיד יותר והעור בהיר יותר. התמצית גם עוררה את הסינתזה של החלבון thioredoxin, הידוע בתכונותיו נוגדות החמצון וניקוי הרעלים שלו".

ישנם גם כמה מחקרים עם תמציות ביו-אקטיביות ותרכובות מבודדות ממיקרו-אצות. אחד מהם משתמש באסטקסנטין מ-Haematococcus Pluvialis ומראה את הפעולה הרב-מטרית של הקסנתופיל הזה, כלומר בעיכוב הצטברות ROS וויסות מטה של ​​טירוזינאז. במחקר זה, אסטקסנטין דיסטרים היו בעלי הפעילות המעכבת טירוזינאז הגבוהה ביותר מאשר מונו-אסטרים, והציגו ערכי ICso של 2.12 ו-3.5 ug/mL, בהתאמה. מכאן שהתכונות המוזכרות עשויות למנוע התפשטות והצטברות בלתי מבוקרת של מלנוציטים, וכתוצאה מכך של מלנין. 2. כמו כן, סקר נוסף עם zeaxanthin מ-Nannochloropsis oculata דיווח על פעילות מעכבת טירוזינאז באופן תלוי מינון", בהנחה שהפוטנציאל של xanthophylls כחומרי הבהרה.

גישה נוספת למניעת היווצרות מלנוזומים בעור היא באמצעות ויטמינים C ו-E*4. בהקשר זה, ניתן להניח כי Spirulina sp.8995 ו Chlorella Vulgaris? 6 מהווים מועמדים מצוינים למטרות קוסמטיות, בשל תכולתם המשמעותית בויטמינים אלו.

בניסיון להצביע על קשר אפשרי בין מבנה לפעילות, ובהתחשב בערכי ה-ICso שנמצאו עבור הציאנובקטריות השונות והתרכובות המופקות מאצות, נראה כי חומצות פנוליות כמו קפאית וחומצה פרולית, הקיימות בתמציות ביו-אקטיביות, ועם מבנה מולקולרי דומה יותר לחומצה קוג'ית, יעילים יותר בעיכוב טירוזינאז מאשר פפטידים.

4. נקודות מבט לעתיד

הדאגה בדחיית השפעות ההזדקנות הייתה הדלק להשקעה בחיפוש אחר תרכובות חדשות, חדשניות, יעילות וידידותיות לסביבה, במטרה לגלות את הפורמולה המושלמת נגד ההזדקנות. בקשר לכך, המחקר ההולך וגובר במקורות טבעיים, ליתר דיוק ממקור ימי, סיפק מספר אינספור של מולקולות חדשות עם ביולוגיות מבטיחות שכדאי לנצל עוד בתחום הזדקנות העור. מלבד היתרונות הגלומים בשימוש בציאנובקטריה ובמיקרו אצות כיצרניות מטבוליות, הוכח כאן הפוטנציאל העצום שלהן לכוון לאנזימים ספציפיים המעורבים בתהליך ההזדקנות, רוב הזמן עם פעילות גבוהה משמעותית מזו של תרופות הייחוס שנמצאות כיום בשימוש. בהקשר זה, נראה שאין עוררין שמחקרים טוקסיקולוגיים וביוטכנולוגיים נוספים יהיו הצעדים הבאים להערכת הבטיחות והיעילות של מולקולות אלו בתכשירי אנטי-אייג'ינג, וכי הם כנראה יחוללו מהפכה בשוק הקוסמטיקה.

תודות

עבודה זו נתמכה על ידי ALGAVALOR-MicroALGAs: ייצור משולבים של ביומסה ויישומיה השונים-SI I&DT no 352234-נתמכת על ידי PORTUGAL 2020 באמצעות הקרן האירופית לפיתוח אזורי, ועל ידי BLUEHUMAN-BLUE ביוטכנולוגיה כדרך עבור חדשנות בנושא הבריאות של HUMAN במטרה לצמיחה חכמה באזור האטלנטי-EAPA_151/2016 של תוכנית Interreg Atlantic Area במימון הקרן האירופית לפיתוח אזורי. CLIMAR מכיר במימון האסטרטגי UIDB/04423/2020 ו-UIDP/04423/2020.

הצהרת גילוי

המחברים אינם מדווחים על ניגוד עניינים. למממנים לא היה תפקיד בתכנון המחקר, באיסוף, ניתוחים או פרשנות של נתונים, בכתיבת כתב היד או בהחלטה לפרסם את התוצאות.

מימון

עבודה זו נתמכה על ידי ALGAVALOR-MicroALGAs: ייצור משולב של ביומסה והיישומים השונים שלה-SI I&DT no 352234-נתמכת על ידי PORTUGAL 2020 באמצעות הקרן האירופית לפיתוח אזורי. CIMAR מכירה במימון האסטרטגי UIDB/04423/2020 ו-UIDP/04423/2020.

מאמר זה מופק מתוך JOURNAL OF ENZYME Inhibition AND MEDICINAL CHEMISTRY 2021, VOL. 36, לא. 1, 1829–1838 https://doi.org/10.1080/14756366.2021.1960830