해양 자원의 미코스포린 유사 아미노산
Aug 26, 2022
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추상적인:지난 10년 동안 미코스포린 유사 아미노산(MAA)의 흥미로운 분자에 대해 많은 간행물(정규 논문 및 리뷰 모두)이 발표되었습니다. MAA 연구의 상당한 발전에도 불구하고 MAA 연구와 관련된 최근 간행물의 최신 개요는 여전히 보고가 필요합니다. 이 특별호의 목적은 해조류와 동물성 플랑크톤 MAA를 모두 얻기 위한 새로운 천연 자원에 중점을 두고 광화학적 및 광생물학적 측면을 학제 간 접근으로 결합하고 새로운 MAA의 추출 및 화학적 식별 방법론의 발전에 합류하는 것입니다. 마지막으로, 이 특별호에서는 UVR 스크린, 항산화제, 면역자극제, 성장인자, DNA 보호, 콜라게나제, 엘라스타제 및 히알루로니다제의 억제, 광노화 방지를 포함한 MAA의 생물학적 활성과 기능식품 분자로서의 잠재적 용도를 검토합니다. 구강 및 주제 광보호제).
키워드:항산화제; 화학물질 식별, MAA 데이터베이스; 추출; 거대 조류; HPLC; 질량 분광법; 미코스포린 유사 아미노산; 동물성 플랭크톤
1. 소개
미코스포린 유사 아미노산(MAA)은 수용성이고 질소가 풍부한 저분자량 분자이며 UV 영역(310-365 nm)에서 최대 흡수를 나타냅니다. 그들은 높은 광 및 열안정성, 강한 UV 흡수, 열로 에너지 분산, 광생성물 형성으로 원치 않는 광화학 반응을 피하는 짧은 들뜬 상태로 인해 이상적인 선스크린입니다. 그들은 남조류, 미세 조류, 거대 조류(주로 Rhodophyta에서) 및 해양 동물(섭취에 의해)에서 검출되었습니다. 이들의 UV 흡수, 항산화 능력 및 물리화학적 특성은 MAA를 인간의 자유 라디칼 생성 및 UV 조사와 관련된 질병의 예방 및 치료 치료에 사용할 수 있는 가능성을 제공합니다.
MAA에 대한 많은 정기 논문, 리뷰 및 책이 출판되어 기초 연구 수준뿐만 아니라 새로운 발전을 코스메슈티컬 산업으로 이전하는 데 관심이 있음을 나타냅니다. [1-11] MAA 기반 자외선 차단제 Porphyra{2}}와 shinorine을 사용하여 시중에서 구할 수 있지만 이러한 화합물은 Porplyra 속의 한 독특한 종에서 분리되었습니다. Schmid et al.[12] 리포솜 포르피라-334 및 시노린을 함유한 크림을 개발하여 Helioguard 365로 상품화했습니다. 그들은 높은 노화 방지 활성 외에도 제형이 UV-A로 인한 세포 생존력 손실에 대한 보호 특성을 나타낸다는 것을 발견했습니다. 및 DNA 손상. Helioguard 365는 UV-A로 인한 인체 피부 손상에 대해 높은 예방 효과를 나타냅니다. 즉, Helioguard 365를 적용한 후 피부의 미처리 부위 또는 크림 대조군에 비해 피부 탄력 및 피부 매끄러움이 개선되었습니다[13] . Helionori는 P umbilicalis에서 추출한 MAA 활성 성분, 즉 포르피라{15}}와 시노린(shinorine)을 함유한 햇볕에 대한 자연적인 보호 기능을 제공하는 다른 제품입니다. Helionori(2%)는 각질세포의 막 지질을 139%, 섬유아세포를 134%까지 강력하게 보존하고 DNA를 최대한 보호합니다[14]. 최근에는 홍조류 Chondrus Yendoi에서 추출한 또 다른 MAA인 Palythine이 발견되었습니다. 세포 생존력, DNA 손상(비특이적, 시클로부탄 피리미딘 이량체 및 산화적으로 생성된 손상) 및 유전자 발현 변화(염증, 광노화 및 산화 스트레스와 관련됨) 및 항산화 활성을 테스트한 후 HaCaT 인간 각질세포에서 높은 광보호 능력을 갖는 것으로 나타났습니다[15]. Palythine은 통계적으로 유의미한 보호를 제공했습니다(p<0.005)against all="" end="" points="" tested="" even="" at="" extremely="" low="" concentrations="" (0.3%="" w/v)="" and="" in="" ad-dition="" it="" presents="" potent="" antioxidant="" capacity="" [15].="" thus,="" porphyra-334,="" shinorine="" and="" palythine="" present="" effective="" multifunctional="" photoprotective="" properties="" in="" vitro="" and="" have="" the="" potential="" to="" be="" developed="" as="" a="" natural="" and="" biocompatible="" alternative="" to="" currently="" approved="" uvr="" filters.="" this="" is="" an="" important="" point="" since="" the="" european="" chemicals="" agency="" (echa)is="" concerned="" about="" the="" potential="" adverse="" health="" and="" ecotoxical="" effects="" of="" eight="" of="" sixteen="" commonly="" used="" sunscreen="" filters="" in="" europe.="" the="" environmental="" effects="" assessment="" panel="" (eeap)="" of="" the="" united="" nations="" environment="" program="" has="" expressed="" similar="" concerns.="">시스탄체 줄기자외선 차단제용 UV 필터의 안전성은 급성경구독성, 만성독성, 배태자독성 피부독성, 광자극, 경피흡수 등의 독성학적 연구에 의해 결정된다[16]. 일부는 알레르기 반응이나 광독성 [17]. 특정 UV 필터는 내분비 교란 특성[18], 피부 침투[19], 낮은 광안정성, 낮은 생분해성 및 피부 보호 효과 부족[20]으로 인간의 건강에 영향을 미칠 수 있습니다. 현재 상업용 무기 및 유기 미립자 UV 필터는 자연 환경에서 손상을 유발할 수 있습니다[21,22]. 화학적 자외선 차단제는 연안 및 대륙 해역에 축적되어 있으며[23], 극도로 낮은 농도에서도 경산호를 빠르게 완전히 백화시킬 수 있습니다[24]. UV 필터는 무척추 동물과 어류에서 발견되었다[21,25,26] 또한 Sanchez-Quiles와 Tovar-Sanchez[22]는 UV 필터 TiOz가 있는 무기 산화물 나노 입자가 연안 해역에서 과산화수소를 생성한다는 것을 보여주었다. TiOg 나노 입자는 생태계에 직접적인 생태적 영향을 미치는 관광지의 연안 해역에 유입되는 주요 산화제입니다.
따라서 인간과 생태계 전체에 대해 광안정성과 생분해성이 높고 독성이 없는 UV 필터로 신소재를 개발하는 것이 중요합니다. 이들 후보 중 MAA는 천연자원에서 얻은 필터로 독성이 보고되지 않고 광안정성 및 열안정성이 높기 때문에 화학 합성 물질에 대한 대안이다[12,27]. 그러나 그들은 아직 상업적 규모로 널리 이용되지 않았으며 Porplyra umbilicalis에서 추출한 MAA를 포함하는 Helioguard 365 및 Helionori와 같은 몇 가지 제품만 사용할 수 있습니다. 앞으로 P. umbilicalis 이외의 다른 해양 자원에서 얻은 MAA를 함유한 새로운 코스메슈티컬 제품 개발의 진전이 기대됩니다.
Cistanche 캔 안티 에이징
이 특별호 "해양 자원의 마이코스포린 유사 아미노산"은 다양한 조류에서 MAA의 추출 및 화학적 식별을 위한 방법론의 발전에 대한 여러 장을 제시합니다. 가장 높은 항산화 능력을 가진 알려진 또는 새로운 분자의 풀 중에서 높은 함량의 MAA 및 MAA의 특정 구성을 포함하는 새로운 천연 자원을 조사할 필요가 있습니다[8,{2}}]. 이번 특집에서는 거대 조류 및 동물성 플랑크톤과 같은 해양 생물의 MAA 분포에 관한 여러 논문이 제시됩니다. 마지막으로, UV 광보호, 항산화 및 항광노화 특성으로 인한 자외선 차단제로서의 MAA는 다른 원고에서 검토되었습니다. 이 특별호는 UV 차단, 항산화, DNA 보호, 항염 및 노화 방지 특성으로 인해 이러한 강력한 광보호 물질에 대한 정보를 추가하여 MAA 연구의 발전에 기여하고자 합니다[9,11]2. 방법론
MAA의 추출 및 화학적 식별용
다양한 용매, 온도 및 추출 시간을 사용한 추출에 대한 몇 가지 보고된 프로토콜이 있습니다. Karsten et al. 건조 후 재용해 용매(100% 메탄올, 증류수 및 HPLC 용리액)가 다른 HPLC 컬럼(Synergi C18, Sphereclone C8 및 Luna C8)을 사용하여 MAA 추출 효율에 미치는 영향을 평가했습니다. 증류수와 HPLC 용리액은 C8 및 C18 컬럼에서 거의 동일한 피크 패턴과 MAA 함량을 나타냈습니다[31]. 대조적으로, 널리 사용되는 메탄올의 적용은 이중 피크 또는 심지어 특정 피크의 손실을 야기할 뿐만 아니라 P. 크리스파에서 최대의 약 35%에서 80%에 이르는 범위의 총 MAA 양이 크게 감소했습니다. P.umbilicalis [31]에서 최대. 결과적으로 Karsten et al. 메탄올은 HPLC 샘플 준비를 위한 재용해 용매로 피해야 한다고 제안했습니다. Karsten et al.[31]의 C18 컬럼을 기반으로 한 추출 및 HPLC 식별 프로토콜 이번 호 [{16}}]의 세 논문에서 보고된 프로토콜과 비교됩니다.
Chaves-Pefia et al.[32]은 이 호에서 4개의 Rhodophyta에서 증류수와 20% 수성 메탄올을 사용한 MAA 추출을 비교했습니다. 다른 재용해 용매와 C8 및 C18 컬럼을 HPLC 분석을 위해 테스트했습니다. Porphyra-334, shinorine, polythene, palythine-serine, asterina{8}} 및 폴리페놀은 HPLC/ESI-MS로 확인되었습니다. 이러한 MAA의 분리는 C 컬럼을 사용하고 메탄올을 재용해 용매로 사용하여 개선되었습니다. 총 MAA 농도와 관련하여 두 용매 간의 차이는 발견되지 않았지만 HPLC에 직접 주입하여 가장 높은 MAA 양이 관찰되었습니다. 이러한 결과에 따르면 Nishida et al. [33] 팔마리아 팔마타(Palmaria palmata)에서 MAA의 추출로 결론지었다. Nishida et al.[33] 물을 이용한 연속 추출법을 적용한 후 메탄올 추출을 하였으며, 분광광도계 및 HPLC 분석 결과 6시간 물 추출기에 의한 MAA의 수율이 가장 높은 것으로 나타났다. 그럼에도 불구하고 Chaves-Pena et al.[32]에 따르면 건조 후 순수한 메탄올에서의 재용해는 Karsteen et al. [31].cistanche tubulosa의 이점과 부작용메탄올은 천연 화장품에 허용되지 않는 반응성 물질이기 때문에 물에서 효율적으로 추출하는 것은 천연 화장품에 MAA를 사용하는 이점이 있습니다.
한편, Orfanoudaki et al. [34]다양한 크로마토그래피 기술을 사용하여 7개의 미코스포린 유사 아미노산과 2개의 베타인이 염습지에서 수집된 홍조류 Bostrychia scor{2}}피오이드에서 분리되었습니다. 그들의 구조는 핵 자기 공명(NMR) 분광법과 고분해능 질량 분석법(HRMS)에 의해 확인되었습니다. 6개의 MAA와 1개의 베타인은 화학적으로 새로운 천연 제품으로 특성화되었습니다. 새로운 MAA의 식별은 특히 항산화제 및 항염증 특성을 평가하기 위한 생물학적 활성에 대한 연구의 기회를 열어줍니다. Or-fanoudaki et al. [34]은 전갈자리에서 추출한 14개의 mycosporine-like-amino acid의 절대 배열을 LC-MS를 이용한 전자 순환 이색성(ECD) 실험 결과와 고급 Marfey 방법의 결과를 결합하여 결정하였다. 시노린 수화물의 결정 구조는 단결정 X선 회절 연구로부터 결정되었고, 그 절대 배열은 이상 분산 효과로부터 확립되었습니다.
3. 해양 생물 사이의 MAA 분포: 거대 조류 및 동물성 플랑크톤 MAA 농도 및 구성을 평가하는 많은 연구가 열대에서 극지방에 이르기까지 전 세계의 다양한 환경에서 종에서 실현되었습니다. 이 스크리닝은 MAA 농도가 높고 연중 지속 가능한 바이오매스 생산을 가진 종을 찾는 것을 목표로 하는 노력입니다. 광보호 특성을 가진 새로운 천연 분자를 찾기 위해서는 지난 몇 년 동안 수행된 것처럼 천연 자원에서 스크리닝을 수행하는 것이 매우 중요합니다[34-41].시스탄체 튜불로사 추출물스크리닝 연구에서 MAA 함량이 가장 높은 종을 식별하는 것이 가능합니다. 연안 해역에서 자라는 조류의 MAA 함량은 주로 조도와 질산염 수준의 영향을 받으므로 MAA 수준은 계절에 영향을 받습니다[40,41].
칠레 해안(온대 지역)에서는 Porphyra 속의 종(2~10mg g{2}} DW)에서 MAA 농도가 가장 높았고 Bostrychia(4.7mg g DW)가 그 뒤를 이었습니다[35]. Hoyer et al. [36]은 남극 고유종인 Porphyra endivifolium(9.7 mg gI DW), Bangia atropurpurea(5.8 mg g7 DW) 및 Curdiea racowitzae(4.9 mg g{16}} DW)에 고유한 남극 고유종을 연구한 17종의 홍조류 중에서 가장 높은 수치를 나타냈다고 보고했습니다. MAA 농도. 유럽 연안에서는 Gymnogongrus devoniensis(1.{18}}.8 mg gl DW)에서 MAA 농도가 가장 높았고, Ceramium nodulosum(7.6 mg g-2 DW), Bangia atropurpurea(5 .5-7 mg g-1 DW) 및 Gelidium pusillum(5-6.5 mg g-1 DW)[37,38]. Karsten et al.[39] Bostrychia radicans(2.{35}} mg g-1 DW), Stictosiphonia arbuscula(6 mg g-1 dw), Caloglossa leprieurii(2-6.5 mg-g-2 DW) 및 Catenella impudica(5.2mg g DW). 브라질 연안 해역에서 MAA 함량이 가장 높은 것은 Pyropia acanthoma(5.9 mg gl DW) 다음으로 Hypnea musciformis(3mg g{49}} DW) 및 Spyridia clavata(2mg gI DW)[40]. 가장 높은 함량은 UVR 선량이 가장 높은 지역(열대 지역)에 도달하지 않았지만 해안 용승으로 인해 아열대 질산염이 풍부한 지역의 연안 해역에서[40]. Schneider et al.[41)은 조류에서 가장 높은 수준의 MAA를 보고했습니다. Porplyra umbilicalis(11 mg g{56}} DW),Bangia atroporpurea(5.5 mg gl DW), Felmanophycusraysiae 및 Porplym leucosticta(4 mg g{61}} DW)의 남부 이베리아 반도의 지중해 및 대서양 연안에서 채집 ) 따라서 MAA의 가장 높은 함량은 Pophyra, Pyropia 또는 Bangia 속의 Bangiales 목의 종에서 발견됩니다.
Sun et al. [42], 이번 호에서 Web of Science, Springer, Google Scholar 및 중국 국가 지식 인프라(CNKI)에서 사용되는 CiteSpace 소프트웨어를 기반으로 한 거대 조류의 MAA 데이터베이스(http://210.28.32.218/MAAs/)를 제시했습니다. ). 이전에 Sinha et al. [43]은 균류, 남조류, 식물성 플랑크톤, 거대 조류 및 동물의 마이코스포린 및 MAA 데이터베이스를 제시했습니다. Sun et al.의 연구[42] 지난 30년간 해양 거대 조류의 MAA 관련 논문(190-2019)을 주로 MAA 분포, 내용 및 유형에 대해 요약 및 분석했습니다. 해양 거대 조류 572종, 즉 Chlorophytes 45종, Pheophytes 41종, Rhodophytes 486종에 MAA가 포함되어 있는 것으로 확인되었으며, 이들은 각각 28목에 속해 있습니다. 거대 조류가 제시됩니다. 어쨌든, 식별은 HPLS, ESI-질량 분광법 및 RNM과 같은 다양한 기술에 따라 보고되었습니다. HPLC만으로는 정확한 동정이 불가능하므로 화학물질 동정 연구에 ESI-mass spectroscopy 또는 RNM 데이터를 포함시킬 필요가 있다. 한편, 화학물질 식별에 사용하기 위해 천연자원에서 MAA를 정제한 MAA 표준은 아직 시장에 나와 있지 않습니다. 따라서 천연자원으로부터 다양한 MAA의 정량화를 선진화하기 위해서는 향후 해양 거대 조류로부터 MAA 정제 표준물질의 제조 및 정제에 대한 연구를 강화할 필요가 있다.
MAA가 있는 유기체 중에서 Hylander[44]는 동물성 플랑크톤 MAA 농도가 감지할 수 없는 범위에서 ~13mg DW-l에 이르는 범위를 이 특별 호에서 보여줍니다. 마지막은 거대 조류(방지알목)에서 발견되는 최고 수준에 가깝습니다. 요각류, 로티퍼 및 크릴새우에는 광범위한 농도가 나타나는 반면, 분지류는 일반적으로 MAA를 포함하지 않습니다. MAA를 얻기 위해 제안된 메커니즘은 MAA가 풍부한 식품의 섭취 또는 동물성 플랑크톤에 MAA를 제공하는 공생 박테리아를 통한 것입니다. 자외선에 노출되면 식물성 플랑크톤 식품의 MAA 농도 증가와 활성 축적으로 인해 동물성 플랑크톤의 농도가 증가합니다. 동물성 플랑크톤의 MAA 함량은 계절의 영향을 받으며 일반적으로 겨울에는 낮고 여름에는 높습니다. 암컷은 알에 MAA를 축적하는 것으로 보입니다. 또한 동물성 플랑크톤의 MAA는 고도에 따라 증가하지만 특정 고도까지만 증가하여 섭취에 약간의 제한이 있습니다. 높은 MAA 농도는 또한 UV로 인한 사망률을 낮추고 전반적인 체력을 증가시키는 것으로 나타났습니다.
이번 호에서 Jofre et al. [45]는 MAA의 조성과 함량이 종과 여러 환경적 요인에 따라 다르다는 것을 보여준다. 그것의 높은 미용적 관심은 내용과 구성에 대한 연구를 요구합니다. 분광광도법 및 HPLC 기술을 사용하여 조간대 아남극 적색 거대조류 Iridaea tuberculosa, Notogenia fastigiate 및 Corallina officinalis의 MAA 함량 및 조성을 평가했습니다. MAA의 내용과 구성은 계절에 따라 다양했습니다. I. tuberculosa는 가장 높은 MAA 값(건조 질량 중량의 1 mg gl 이상)을 나타냈고, porphyra-334는 N. fastigiata의 주성분인 반면.I. tuberculosa와 C. officinalis는 높은 함량의 palythine을 나타냈다. 흥미롭게도 이 두 MAA인 porphyra{7}}와 palythine은 높은 항산화 활성을 나타냅니다[8,15,29]. MAA 조성을 보다 정확하게 식별하기 위해 일부 샘플은 HPLC-ESI-MS와 결합된 고해상도 질량 분석기를 사용하여 분석되었습니다. HPLC-ESI-MS를 통해 7가지 다른 MAA를 식별할 수 있었습니다. 남극해역의 해조류(mycosporine-glutamic acid 및 palythine-serine)에서 2개가 처음으로 기록되었으며, 미확인으로 남아 있는 8번째 UV 흡수 화합물도 기록되었습니다[45].
마지막으로 Vega et al.[46] 적색 거대조류와 남조류 중에서 미코스포린 유사 아미노산 및 기타 UV 차단 물질인 폴리페놀 및 스톤맨(남조류에서만 제시됨)의 스크리닝을 제시합니다. MAA의 가장 높은 농도는 적색 대조류 Porphyra umbilicalis, Gelidium corneum 및 Osmundea pinnatifida와 cyanobacterium Lymgbya sp.에서 발견되었습니다. 사이토네마 sp. 이 종에서 처음으로 mycosporine-glutaminyl로 확인된 UV-B 대역에서 최대 흡수를 갖는 MAA를 제시한 독특한 종이었습니다[46]. 물은 MAA 및 페놀에 대한 최고의 추출 용매인 반면, scytonemin은 에탄올:aH20(4:1)와 같은 덜 극성인 용매에서 더 잘 추출되었으며 다양한 분자, 특히 폴리페놀, 빌리프로틴 및 MAA와의 항산화 활성의 양의 상관관계가 관찰되었습니다. [46]. 크림에 포함된 일부 종의 히드로에탄올 추출물은 베이스 크림과 비교하여 광보호 능력이 증가한 것으로 나타났습니다.cistanche tubulosa 리뷰따라서 red macroal-gae 및 cyanobacteria 추출물은 자외선 차단제의 다양성을 향상시키는 천연 광 보호제로 사용될 수 있습니다. Stoneman과 MAA가 풍부한 다양한 추출물의 조합은 광대역 천연 UV 스크린 코스메슈티컬 제품을 설계하는 데 유용할 수 있습니다[46]. 자외선 차단제로서의 MAA: 항산화 및 항광노화 특성
특집의 마지막 부분에서 Nishida et al. [3]은 계절 연구에서 MAA를 분석한 결과 ABTS 방법으로 측정한 가장 높은 항산화 능력과 MAA 함량이 모두 2월(6.93 umol gl DW)에 도달했음을 발견했습니다. 가장 높은 소거 활성과 환원력은 알칼리성 조건(pH 8.{5}})에서 발견되었습니다.
Orfanoudakiet al. [30]은 홍조류 Bostrychia scorpioid에서 추출한 MAA가 콜라게나아제 억제, 최종 당화 생성물(AGEs) 억제 및 상처 치유 분석(scratch)의 세 가지 다른 분석을 수행하여 노화 방지 및 상처 치유 특성을 나타냄을 보여주었습니다. 시험).
마지막으로 Rosic[47]은 피부 보호에 사용되는 분자로서의 MAA에 대한 리뷰를 발표했습니다. ROS를 소거함으로써 MAA는 항산화 역할을 하고 일중항 산소 유발 손상을 억제합니다. Rosic[47]에 따르면, 현재 자연에서 발견되는 30가지 이상의 서로 다른 MAA가 있으며 서로 다른 항산화제와 UV가 특징입니다. 흡수 능력. 환경 조건 및 UV 수준에 따라 MAA 생합성 경로에서 유전자의 상향 또는 하향 조절은 수생 종의 MAA 함량의 계절적 변동을 초래합니다.시스탄체 영국Rosic[46]의 리뷰는 MAA 생합성에 관련된 유전자를 포함하여 MAA 항산화 및 UV 흡수 기능에 대한 요약을 제공합니다. 특히 MAA 경로와 관련된 조절 메커니즘은 제어된 MAA 합성에 대해 평가되어 인간 피부 보호에서 MAA의 잠재적 사용을 발전시킵니다. 마이코스포린 유사 아미노산에 대한 활발한 연구는 자외선 차단제, 세포 증식 활성화제, 항암제, 항광노화 분자, 피부 재생 촉진제 및 UV 보호 생체 재료의 기능성 성분으로서 UVR 광보호의 유용성에 대한 더 많은 발견을 가져올 것입니다. [48]
이 기사는 3월 Drugs 2021, 19, 18에서 발췌했습니다. https://doi.org/10.3390/md19010018 https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs
