Propriedades antioxidantes, antiinflamatórias e antienvelhecimento de aminoácidos semelhantes a micosporina: mecanismos moleculares e celulares na proteção do envelhecimento da pele

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Palavras-chave:aminoácidos do tipo micosporina; micosporina-2-glicina; Composto absorvente de UV;protetor solar;anti-envelhecimento; anti-oxidação; anti-inflamação; atividade anti-glicação de proteínas

1. Introdução

A pele, o maior órgão humano, está constantemente exposta ao meio externo. Exposição auma variedade de fatores de estresse ambiental, particularmente a radiação ultravioleta (UV) da luz solar, pode danificar opele. A luz solar pode ser dividida em três tipos de radiação eletromagnética não ionizante - infravermelho(IV) (780–3000 nm), visível (400–780 nm) e UV (100–400 nm). As porcentagens de energia irradiadapara a Terra, no total de energia emitida pelo Sol, são 53 por cento IR, 39 por cento visível e 8 por cento UV [1]. Nocom base em seus efeitos fisiológicos e biológicos, a radiação UV pode ser dividida em três principaisbandas - a banda de 315–400 nm (designada como UV-A), a banda de 280–315 nm (designada como UV-B),e a banda de 100-280 nm (designada como UV-C) [2]. A radiação UV solar é drasticamente diminuídaao passar pela camada de ozônio e pela atmosfera; como resultado, a proporção de raios UV ema luz solar que atinge a superfície da Terra é composta de 95 por cento de UV-A e 5 por cento de UV-B [1]. 

Apesar dissocompreende apenas uma pequena porção da radiação UV total, UV-B é pensado para ser mais prejudicial do queUV-A, uma vez que o UV-B é mais ativo em danificar a pele e os olhos [3]. UV-A e UV-B também são conhecidosgenotóxicos, o que significa que podem induzir danos fotoquímicos no DNA celular e nas proteínas.4,5]. Consequentemente, a exposição aos raios UV-A e UV-B, estimula o fotoenvelhecimento da pele e pode ser responsável pora indução de câncer de pele [6]. O fotoenvelhecimento da pele é caracterizado pelo desenvolvimento de manchas pigmentaresdistúrbios, como lentigos solares, rugas finas e grossas e benignos, pré-malignos e malignostumores de pele em pele exposta ao sol [7]. A radiação UV-C altamente energética não tem significado biológicopois não atinge a superfície terrestre, devido a sua completa absorção pela camada de ozônio ea atmosfera [1,3]. A destruição da camada de ozônio, nas últimas décadas, aumentou aquantidade de radiação ultravioleta solar que atinge a superfície da Terra [8], em particular os níveis de UV-B, uma vez que o UV-A énão absorvido pela camada de ozônio [9]. 

Muitos organismos marinhos expostos à radiação UV desenvolverammecanismos [10]. Por exemplo, em cianobactérias, que dominam o ambiente marinho, UVOs mecanismos de proteção evoluíram nos níveis molecular, celular e comportamental.11]. Cianobactériapode sintetizar vários tipos de compostos "protetores solares", que conferem proteção contra a radiação UV.Aminoácidos tipo micosporina (MAAs), Stoneman e carotenóides são conhecidos como compostos-chaveem cianobactérias que podem absorver comprimentos de onda na faixa UV. Esses produtos naturais são promissoresmoléculas candidatas no campo da descoberta de compostos cosmecêuticos [12]. Na verdade, os MAAs têmjá foi comercializado como Helioguard®365. Este reagente cosmético contém o lipossomalMAAs, shinorine (SHI) e Porphyra-334 (P334), que foi originalmente extraído da alga vermelhaPorphyra umbilicalis, e foi comercializado com sucesso como um protetor solar natural e segurocomposto [12]. Além disso, acredita-se que os MAAs sejam metabólitos secundários multifuncionais, nocélulas de produtores [13]. Muitos MAAs são conhecidos por atuar como antioxidantes.14], enquanto vários relatórios recentessugeriram que os MAAs têm aplicações terapêuticas potenciais para reduzir os processos de envelhecimento da pele.Deste ponto de vista, recentemente, vários relatórios de revisão com especial ênfase no uso potencialde MAAs em produtos cosméticos, foram publicados [15–17]. Neste artigo, revisamos MAAs eseu potencial como ingredientes antienvelhecimento da pele, descrevendo uma visão geral básica de sua estrutura, antespassando para um relato detalhado das observações experimentais mais recentes, acumuladasdistante. Os mecanismos pelos quais os MAAs podem atuar para proteger a pele do envelhecimento são discutidos em ambos,o nível celular e o nível molecular. Em particular, o proeminente potencial atividade antienvelhecimento doMAA micosporina-2-glicina (M2G), que é biossintetizada pela cianobactéria halotoleranteAphanothece halófito, é destacado.

2. Mecanismos do Envelhecimento Cutâneo Induzido por UV
A radiação UV é importante para a nossa saúde, pois a exposição aos raios UV-B pode induzir a produção de umnutriente, vitamina D, em nossa pele [18]. No entanto, a exposição prolongada e repetida aos raios UV pode promover aprocesso de fotoenvelhecimento da pele, incluindo a formação de câncer de pele [19]. Os mecanismos pelos quais a radiação UV mediadadano celular é induzido são brevemente descritos nesta seção.

2.1. Danos no DNA celular

Efeitos tóxicos diretos e indiretosda radiação UV na molécula de DNA, mediam o fotoenvelhecimento.A absorção direta de fótons UV-B pelo DNA pode resultar na geração de dímeros de pirimidina,levando a defeitos na fita de DNA [20]. A radiação UV-B leva principalmente à formação decis-synciclobutadipirimidinas (CPDs) e pirimidina (6-4) fotoprodutos de pirimidona (6-4PPs). 6-4PPspodem ser convertidos em isômeros de valência Dewar relacionados (DewPPs), após excitação por UV a 314 nm.Esses danos ao DNA interferem na replicação e transcrição do DNA e trazem vários efeitos nocivosà célula, como mutação, instabilidade do cromossomo e morte celular. UV-A nãoalteram diretamente a estrutura do DNA, pois o DNA não absorve fortemente a radiação na faixa UV-A [21]. No entanto, o UV-A pode danificar o DNA indiretamente, por meio de uma reação fotossensibilizada mediada pela geração deo oxigênio singleto radical (1O2), resultando em modificações da base purina [20]. O ânion de oxigênio singleto

oxida a porção guanina, seguida pela geração de 8-oxo-7,8-dihidroguanina (8-oxo-G) e8-oxo-7,8-dihidro-2'-desoxiguanosina (8-oxo-dG). Como 8-oxo-G e 8-oxo-dG podem se associar com adeninaem vez de citosina, podem ocorrer mutações de transição.

2.2. Geração de Espécies Reativas de Oxigênio

Espécies reativas de oxigênio (ROS), iniciadores do estresse oxidativo, são substâncias reativas contendo oxigênioespécies químicas que incluem peróxido de hidrogênio (H2O2), radicais hidroxila (·OH), ânion superóxidoradicais (·O2 −), e1O2. Na nossa pele, sabe-se que a exposição à radiação UV está associada àgeração de ROS. Essas ROS podem ativar cascatas de envelhecimento da pele, como a metaloproteinase da matriz(MMP)-1-envelhecimento mediado e NF-κB-TNF- Envelhecimento mediado e induzido por inflamação [22]. A variedadedo mecanismo de geração de ROS por UV, dependendo da faixa de comprimento de onda da radiação UV. Além de1O2 geração, como mencionado acima, foi relatado que a radiação UV-A pode induzir a geraçãode·O2 − pela ativação intracelular de nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADPH)oxidase, NOX [23], e associação com produtos finais de glicação avançada (AGEs) [24]. Sakurai et ai.elucidado que ambos1O2 e·O2 - foram gerados na pele de camundongos expostos ao UV-A [25]. H2O2, ·O2 −, e·Espécies OH podem ser geradas em AGEs, durante a exposição ao UV-A [24]. UV-B também é conhecido porlevar à produção de H2O2, ·O2 −, e·OH [26]. Embora a fonte dessas ROS induzidas por UV-Bpermanece incerto, recentemente foi relatado que a NADPH oxidase, NOX1, está associada ap38/Ativação e citotoxicidade de MAPK, via geração de ROS em queratinócitos [26]. 

Para evitar danos à pele induzidos pelo excesso de ROS induzidos por UV e regular a homeostase epidérmica,As células da pele possuem uma função antioxidante que atua como um sistema de defesa endógeno.20]. Este sistemaconsiste principalmente de seis enzimas - superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutationa peroxidase(GPX), glutationa redutase (GR), tioredoxina oxidase (TRXR) e peroxirredoxina (PRDX) (Figura1). SOD e CAT eliminam·O2 − e H2O2, respectivamente, e finalmente converter·O2 − para H2O, enquantoGPX, GR, TRXR e PRDX eliminam H2O2, pela regulação das condições redox da glutationae tioredoxina. Além desse sistema enzimático, moléculas não enzimáticas, como a vitamina C(ácido ascórbico), vitamina E ( -tocoferol), glutationa e ácido ureico, desempenham um papel importante como antioxidantesna pele [27]. Estas pequenas moléculas eliminam e neutralizam os radicais livres, fornecendo um extraelétron para formar um par de elétrons.

Figura 1.Remoção de espécies reativas de oxigênio (ROS) por um sistema de defesa antioxidante que consiste emsuperóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutationa peroxidase (GPX), glutationa redutase(GR), tioredoxina oxidase (TRXR) e peroxirredoxina (PRDX). GSHred e GSSGox indicam reduçãoglutationa e glutationa oxidada, respectivamente. TRXred e TRXox indicam tiorredoxina reduzidae tiorredoxina oxidada, respectivamente

A exposição à radiação UV induz inflamação ao desencadear reações químicas na pele. distintoos padrões de inflamação são causados ​​pela exposição a comprimentos de onda específicos da luz.Os três grupos, UV-A,UV-B e UV-C foram classificados com base nesses diferentespadrões de inflamação [28]. Eritemainduzida na pele, após a exposição à radiação UV-B caracteriza-se como queimadura solar. inflamatóriorespostas induzidas por UV-B são principalmente alcançadas através de uma variedade de mediadores, incluindo nitricóxido (NO), NO sintase induzível (iNOS), prostaglandina E2 (PGE2), ciclooxigenase-2 (COX-2),fator de necrose tumoral- (TNF- ) e outras citocinas, como interleucina-1 (IL-1) e interleucina-6(IL-6) (Figura2). Essas moléculas são predominantemente reguladas pelo fator nuclear kappa B (NF-κB), e são produzidos principalmente em queratinócitos, que são o tipo de célula predominante na epiderme.29]. Temfoi relatado que a expressão da proteína COX-2, que é responsável pela PGE2 produção, éupregulated, após exposição a UV-B, tanto na pele humana quanto em queratinócitos humanos cultivados [30]. As ROS também são conhecidas por estarem associadas à resposta inflamatória, pois foi observado queA expressão de COX-2 foi induzida por ROS em diferentestipos de células [31]

Figura 2.Resposta inflamatória induzida por UV-B. Óxido nítrico (NO), NO sintase induzível (iNOS),prostaglandina E2 (PGE2), ciclooxigenase-2 (COX-2), fator de necrose tumoral- (TNF- ), e outrocitocinas, como interleucina-1 (IL-1) e interleucina-6 (IL-6), são mostradas como mediadoras

2.4. Indução de Metaloproteinases de Matriz

A radiação UV regula positivamente a expressão de metaloproteinases de matriz (MMPs) na pele. MMPs, que é conhecido por ser responsável pela destruição de proteínas da matriz extracelular (MEC), como o colágeno, que desempenham um papel importante na manutenção da homeostase da pele e no envelhecimento da pele (32). As MMPs são secretadas por queratinócitos e fibroblastos dérmicos, em resposta a múltiplos estímulos, incluindo estresse oxidativo e citocinas, além da radiação ultravioleta. Acredita-se que a indução repetida dessas enzimas degradadoras de colágeno, a longo prazo, cause dano ao colágeno, que é uma das razões do fotoenvelhecimento. Embora várias MMPs sejam expressas na pele de mamíferos, foi sugerido que a MMP-1 é a principal enzima degradadora de colágeno responsável pela destruição do colágeno, em várias peles fotodanificadas (33). A regulação positiva da expressão de MMP é estimulada pela proteína ativadora -1(AP-1), que é conhecida por ser um fator de transcrição induzível por UV (34 Na verdade, o elemento regulador AP-1 existe na região flanqueadora 5' dos genes MMP.Também se sabe que o fator transformador de crescimento beta (ICF-P) e NF-KBare estão envolvidos na indução de MMPs na pele (34).

2.5. Indução de Glicação de Proteínas

A glicação de proteínas (glicosilação não enzimática), também conhecida como a primeira etapa da reação de Maillard,envolve a formação de ligações covalentes entre proteínas e açúcares redutores. Uma reação de condensaçãoentre os grupos amino livres de proteínas e os grupos carbonílicos de açúcares, resulta na formação de umbase Schiff, seguida por um produto Amadori. Produtos em excesso são oxidados e desidratados para formarprodutos estáveis, moleculares e de reticulação, chamados produtos finais de glicação avançada (AGEs) [35]. ProteínaA glicação influencia as propriedades físicas e funcionais de uma proteína, pois causamudanças na estrutura da proteína [36]. Na pele, foi relatado que a glicação do colágeno tipo I éassociado com o desenvolvimento de embotamento da pele e diminuição da elasticidade da pele [37]. AGEs também sãoenvolvidos na geração de ROS. Masaki et al. relataram que a exposição de AGEs à irradiação UV-Aem vitro, resultou na geração de ROS, como·O2 −, H2O2, e·OH, como mencionado acima [24]. Em humanos, a autofluorescência da pele, um biomarcador para AGEs, pode funcionar como um fotossensibilizador endógenoque induz a geração de ROS, após a exposição à radiação UV-A [35]. Assim, uma reação de glicaçãoseguido pela formação de AGE é pensado para ser um dos mecanismos fundamentais associados com a peleenvelhecimento, em condições ambientais, especialmente radiação UV [24]. 

3. Compostos Naturais que Previnem o Fotodano Induzido por Radiação UV (UVR)

A dependência do comprimento de onda é crucial na determinação dos efeitos fotobiológicos. UV-C de comprimento de onda curtoé o tipo de UV mais prejudicial, mas como é filtrado pela camada de ozônio, apenas UV-B eUV-A são considerados de importância biológica. Considerando seus impactos, apenas o UV-A causadanos indiretos no DNA, através da geração de·O2 −, um iniciador de importantes ROS (consulte a Seção2.2). UV-A penetra profundamente na derme da pele. A exposição prolongada aos raios UV-A pode levar ao fotoenvelhecimentoe supressão do sistema imunológico. Danos diretos no DNA, no entanto, são causados ​​por UV-B, através doformação de CPDs e 6-4PPs. UV-B também causa danos e transformação da pele, por exemplo,afetandoestruturas da pele e causando rugas (um sinal de fotoenvelhecimento), aspereza eenvelhecimento e até mesmo levando a malignidades de pele e doenças fatais, como câncer de pele [38]. Para prevenir ou melhorar esses efeitos adversos, o bloqueio de UV excessivo ou aliviar ocascata de foto-danos induzidos por UV é crucial. Agentes protetores solares (bloqueadores físicos ou químicosagentes) são frequentemente aplicados na pele para bloquear o excesso de UV. Recentemente, tem havido uma demanda crescenteque os protetores solares químicos artificiais sejam substituídos por naturais. Isso ocorre por causa dos efeitos adversosou efeitos colateraisde protetores solares químicos artificiais e por causa de preocupações ambientais. Naturalprotetores solares e compostos naturais que possuem propriedades que resistem ao fotodano induzido por UV são,portanto, de grande interesse. Alguns compostos naturais podem levar a melhorias significativas na pelesaúde e desempenho.Compostos naturais que podem fornecer proteção contra fotodanos induzidos por UVR podem sercategorizados com base nesses mecanismos—(1) bloqueio de fótons UV; (2) envolvimento noSistema de reparo de DNA; (3) atividade antioxidante; (4) atividade anti-imunomoduladora; (5) anti-inflamatórioatividade; e (6) ter uma ação inibitória na matriz celular [39]. Nesta seção, descrevemosos compostos naturais de extratos de plantas e uma classe de metabólitos secundários que têmrelevância farmacológica como compostos protetores solares superiores, chamados de aminoácidos semelhantes a micosporinaácidos (MAAs).

3.1. Extratos vegetais

O banco de dados de compostos naturais (NCs) contém mais de 320,000 compostos, relatados emSuper Natural II. Destes, mais de 50,000 compostos obtidosde extratos de plantas foram submetidos ao banco de dados. A maior classe de extratos de plantas naturais que demonstraram ter os efeitos mais relevantesatividade e os efeitos mais benéficoscontra fotodanos induzidos por UV-B relatados até o momento são aquelesque funcionam através de efeitos inibitóriosnas vias de sinalização (por exemplo, NF-κB, MARK e AP-1),e proteínas biomarcadoras das vias de sinalização alvo (por exemplo, COX-2 na inflamaçãosinalização). efeitos inibitóriosnessas vias de sinalização modulam ainda mais os alvos de sinalização celulare propriedades antioxidantes, para esgotar a geração de ROS. Por exemplo, extrato de fruta de romã foidemonstrou inibir a fosforilação mediada por UV-B do NF-κvias B e MARK, em condições normaisqueratinócitos epidérmicos humanos (NHEK) [40]. Inibição da ativação induzida por UV-B de MARK eNF-κB por proantocianidinas, uma classe de polifenóis isolados de sementes de uva, polifenóis dechá verde e quercetina de cebola, foram relatados [41]. Resveratrol, uma classe de fenóis naturaisobtido a partir de casca de uva, cranberries e amendoim, possui a capacidade de reduzir NF-κativação B [42]. A COX-2, proteína biomarcadora da cascata inflamatória, é inibida por compostos fenólicos, como a cafeínaácido de uvas brancas [43], kaempferol de uvas [44], e curcumina de açafrão [45]. Estudos abrangentes sobre agentes naturais de plantas que podem proteger contra o fotodano induzido por UVBforam resumidos em artigos de revisão anteriores [46–48].

3.2. Aminoácidos tipo micosporina

Aminoácidos tipo micosporina (MAAs) foram descobertos pela primeira vez em fungos e associados a umpapel fisiológico na esporulação estimulada pela luz. Em 1993, um efeito diretocomo fotoprotetorficou evidente pela capacidade do composto de bloquear fótons. Foi revelado que os MAAs poderiamimpede que 3 de 10 fótons atinjam um alvo citoplasmático em cianobactérias [49]. Essa habilidade levouMAAs para ser conhecido como protetor solar primário.Evidências acumuladas mostraram que alguns MAAs possuem funções benéficas adicionais. DelesO potencial fotoprotetor pronunciado foi notado pela primeira vez quando se provou que eles eram sequestradores de ROS,uma capacidade que surgiu através de sua capacidade antioxidante [14,50]. Além disso, funções biológicas distintas têmdesde então, incluindo proteção contra danos ao DNA, atividade anti-inflamatória e ação inibitóriaação para AGEs. Essas múltiplas funções benéficas tornam os MAAs biomoléculas muito interessantes.Mais detalhes desses compostos naturais serão revisados ​​na próxima seção.

4. Propriedades Moleculares dos MAAs

Nesta seção, o entendimento básico atual dos MAAs é resumido em três partes - uma visão geraldescrição de MAAs, sua estrutura química e suas vias biossintéticas.

4.1. Descrição geral

'Micosporina' é um termo comum usado para metabólitos fúngicos absorventes de UV que foramsubstituído por resíduos de aminoácidos [51]. Desde a década de 1960, os derivados de micosporina, agrupados como MAAs,foram encontrados e identificados a partir de uma ampla gama de organismos, incluindo organismos marinhos comocomo algas vermelhas, estrelas do mar, corais, dinoflagelados, cianobactérias e liquens [12,52]. MAAs compreendem umanel de ciclohexenona ou cicloheximida, pois sua estrutura de anel de cromóforo central é substituída porresíduos de aminoácidos ou iminoálcoois, ou algumas modificações adicionais (Figura3). Por exemplo, noestrutura de P334, treonina e glicina se ligam às posições C1 e C3 do cromóforo centralestrutura, respectivamente.Os MAAs são considerados os mais eficazesCompostos que absorvem UV-A na natureza [53]. MAAsexibem uma absorção máxima dentro da faixa UV-A e UV-B (de 310 a 362 nm), com altacoeficientes de extinção molar (ε = 28,100–50,000 M−1 cm−1 ). Em organismos que acumulam MAAs,acredita-se que esses compostos contribuam para a supressão do estresse induzido por UV, dissipandoexcesso de energia na forma de calor, sem gerar ROS, após a absorção da radiação UV. MAAs sãocompostos altamente solúveis em água, devido às suas propriedades zwitteriônicas, derivados de seus aminoácidossubstituições e, portanto, geralmente se acumulam no espaço citosólico. Foi relatado queMAAs podem atuar como compostos multifuncionais dentro das células. Além de sua função de proteção UV, outroimportante papel biológico dos MAAs é suas propriedades antioxidantes.14]. Outras propriedades dos MAAs,propostas até agora, incluem atividade protetora de DNA [54], atividade antiinflamatória [55,56], atividade parapromover o equilíbrio osmótico [57,58], e envolvimento em interações célula-célula [13].

Figura 3.Estruturas químicas dos aminoácidos semelhantes à micosporina (MAAs) selecionados - micosporinaglicina, shinorine, porphyra-334, micosporina-2-glicina, palitina e euhalothece-362

4.2. Estrutura química

Os MAAs podem ser divididos em dois grupos - MAAs mono-substituídos e MAAs di-substituídos. Em MAAs monossubstituídos, a posição C3 na estrutura da ciclohexenona é substituída por um composto amino. Um dos MAAs monossubstituídos, a micosporina-glicina (MG), que é um intermediário comum para a bioprodução de MAAs dissubstituídos, tem sido sugerido como um importante protetor contra danos causados ​​pela luz solar em organismos marinhos, através da eliminação de 'O, (591. O máximo de absorção de MC é relatado como sendo 310 nm. Por outro lado, os máximos de absorção de MAAs di-substituídos variam de 320 a 362 nm, dependendo do tipo de exemplo de substituinte, os máximos de absorção de P334 ( C1: Thr; C3: Gly), palitina (C1: -NH; C3: Gly e M2G (C1: Gly; C3: Gly) são 334, 320 e 331 nm, respectivamente [14]. Em di-substituído, MAAsa protonado átomo de nitrogênio no grupo imina, resulta na formação de um zwitterion seguido por conjugação e deslocalização da carga positiva no átomo de nitrogênio, sobre a estrutura do anel centralEsta conjugação estimula a absorção de UV por MAAs. A extensão da deslocalização de ressonância pode afetar o coeficiente de extinção e absorção máxima de cada MAA (14).A modificação adicional dos substituintes de MAAs por condensação, desidratação, descarboxilação, oxidação, reduçãosulfonação ou glicosilação também pode afetá-los.Até o momento, mais de 30 MAAs diferentes foram identificados. Para identificar e caracterizar esses MAAs, várias técnicas experimentais foram usadas, como análise de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), análise de espectrometria de massa (MS), incluindo cromatografia líquida LC)-MS, análise de aminoácidos, análise espectroscópica de infravermelho (IR). , ressonância magnética nuclear (análise de RMN e cromatografia gasosa (análise GC-MS). Uma combinação adequada dessas técnicas analíticas, juntamente com melhorias tecnológicas em instrumentos analíticos, tem sido eficaz para ajudar a caracterizar a estrutura de MAAs (12). Materiais MAA para análise, técnicas de cromatografia líquida preparativa têm sido frequentemente usadas, após a extração de MAAs de organismos usando solventes orgânicos, como metanol e etanol (60).