Swertiajaponin remt huidpigmentatie door dubbele mechanismen om tyrosinase te onderdrukken Deel 1

ABSTRACT

Veel huidblekende verbindingen richten zich op tyrosinase omdat het twee snelheidsbeperkende stappen in de melaninesynthese katalyseert. Hoewel er momenteel veel tyrosinaseremmers beschikbaar zijn voor het bleken van de huid, worden ook ongewenste bijwerkingen gemeld. Er zijn dus talloze pogingen gedaan om veiligere tyrosinaseremmers te ontwikkelen uit natuurlijke producten. In overeenstemming hiermee hebben we vijftig flavonoïden getest, een groep van natuurlijk voorkomende antioxidanten en metaalchelatoren, en swertiajaponine gescreend als de sterkste tyrosinaseremmer in celvrije experimenten. Swertiajaponin vertoonde geen cytotoxiciteit in B16F10-, HaCat- en Hs27-cellen en vertoonde sterke antioxidatieve activiteit in experimenten met het celvrije systeem en B16F10-cellen. Het remde duidelijk MSH- of UVB-geïnduceerde melanine-accumulatie in B16F10-cellen en onderdrukte huidpigmentatie in een menselijk huidmodel. Als onderliggende mechanismen toonden in silico- en Lineweaver-Burk-plotanalyses aan dat swertiajaponine direct kan binden aan tyrosinase-activiteit en deze kan remmen door meerdere waterstofbruggen en hydrofobe interacties met de bindingsholte van tyrosinase te vormen. Bovendien gaven Western-blotting-resultaten aan dat swertiajaponine door oxidatieve stress gemedieerde MAPK/MITF-signalering remde, wat leidde tot een afname van het tyrosinase-eiwitniveau. Samen onderdrukt swertiajaponine de ophoping van melanine door zowel de activiteit als de eiwitexpressieniveaus van tyrosinase te remmen. Het zou dus een nieuw additief zijn voor het bleken van cosmetica.

Trefwoorden

swertiajaponine; melanogenese; pigmentatie; menselijke huid; tyrosinase

INVOERING

De huid is een belangrijke plaats waar melaninepigmenten zich ophopen. Melaninesynthese en -accumulatie treden op als een beschermend mechanisme tegen ultraviolette (UV) straling. Mensen met een zwarte huid lopen dus een lager risico op huidkanker dan mensen met een bleke huid omdat ze beschermd zijn tegen de mutagene effecten van UV [1]. Ongecontroleerde melanogenese is echter nauw verbonden met pigmentstoornissen, waaronder melisma, sproeten en seniele lentigines [2]. Bovendien leiden abnormale veranderingen in de huidskleur tot ongunstige cosmetische problemen en uiteindelijk tot een verslechtering van de kwaliteit van leven. Het voorkomen van abnormale melanogenese heeft dus veel aandacht gekregen voor de ontwikkeling van cosmetica die de huid witter maakt [3-5].

De melanocyt is het belangrijkste celtype dat melanine synthetiseert in de opperhuid van de huid. Na synthese brengen melanocyten melanine over naar keratinocyten via de dendrieten, wat leidt tot huidpigmentatie. Melanine kan worden gesynthetiseerd uit L-tyrosine via hydroxylatie- en oxidatieprocessen, waarbij een multifunctioneel koperbevattend tyrosinase een cruciale rol speelt in de melaninesynthese. Tyrosinase katalyseert twee snelheidsbeperkende stappen in de melaninesynthese; de mycofenolaathydroxylering van L-tyrosine tot 3,4-dihydroxy-L-fenylalanine (L-DOPA) en de oxidatie van L-DOPA tot DOPA-kinine [6, 7]. Dienovereenkomstig is remming van tyrosinase een goede strategie om de huid op te fleuren, maar cytotoxiciteit en gebrek aan stabiliteit hebben de toepassing van verschillende tyrosinaseremmers op het gebied van medische producten en cosmetica beperkt. Er zijn dus onophoudelijke pogingen gedaan om veiligere tyrosinaseremmers te vinden met een sterkere stabiliteit en selectiviteit uit natuurlijke bronnen.

Om verbindingen te vinden voor betere en veiligere bleekeffecten voor de huid, hebben we vijftig flavonoïden die van nature beschikbaar zijn, getest op hun remmende effecten op tyrosinase en gescreend dat swertiajaponine de sterkste tyrosinaseremmer is. We hebben het effect ervan op huidpigmentatie verder onderzocht met behulp van cel- en menselijke huidmodellen met verschillende biologische assays en in silico-analyse.

Cistanche is een veel voorkomend kruid dat bekend staat als "het wonderkruid dat het leven verlengt". Het belangrijkste bestanddeel is cistanoside, dat verschillende effecten heeft, zoals antioxiderende, ontstekingsremmende en immuunfunctiebevordering. Het mechanisme tussen cistanche en het bleken van de huid ligt in het antioxiderende effect van cistanche-glycosiden.

Klik op Cistanche voor het verbeteren van het bleken van de huid

Vraag voor meer:

david.deng@wecistanche.com WhatsApp:86 13632399501

Melanine in de menselijke huid wordt geproduceerd door de oxidatie van tyrosine gekatalyseerd door tyrosinase, en de oxidatiereactie vereist de deelname van zuurstof, dus de zuurstofvrije radicalen in het lichaam worden een belangrijke factor die de melanineproductie beïnvloedt. Cistanche bevat cistanoside, een antioxidant en kan de vorming van vrije radicalen in het lichaam verminderen, waardoor de melanineproductie wordt geremd.

Daarnaast heeft cistanche ook de functie om de collageenproductie te bevorderen, wat de elasticiteit en glans van de huid kan verhogen en beschadigde huidcellen kan helpen herstellen.

Cistanche Fenylethanol Glycosiden hebben een significant neerwaarts regulerend effect op de tyrosinase-activiteit, en het effect op tyrosinase blijkt een competitieve en omkeerbare remming te zijn, wat een wetenschappelijke basis kan vormen voor het ontwikkelen en gebruiken van de bleekingrediënten in Cistanche.

Daarom speelt cistanche een sleutelrol bij het bleken van de huid. Het kan de productie van melanine remmen om verkleuring en dofheid te verminderen; en bevordert de collageenproductie om de elasticiteit en uitstraling van de huid te verbeteren. Vanwege de wijdverbreide erkenning van deze effecten van cistanche, zijn veel producten voor het bleken van de huid begonnen met het infuseren van kruideningrediënten zoals Cistanche om aan de vraag van de consument te voldoen, waardoor de commerciële waarde van Cistanche in producten voor het bleken van de huid is toegenomen.

Samengevat, de rol van cistanche bij het bleken van de huid is cruciaal. Het antioxiderende effect en het collageenproducerende effect kunnen verkleuring en dofheid verminderen, de elasticiteit en glans van de huid verbeteren en zo een witmakend effect bereiken. Ook toont de brede toepassing van Cistanche in producten voor het bleken van de huid aan dat de rol ervan in commerciële waarde niet kan worden onderschat.

RESULTATEN EN DISCUSSIE

Swertiajaponin is de sterkste tyrosinaseremmer van vijftig flavonoïden

Van verschillende natuurlijke verbindingen is bekend dat flavonoïden, een groep van natuurlijk voorkomende antioxidanten en metaalchelatoren, de tyrosinase-activiteit onderdrukken vanwege hun vermogen om koper-flavonoïde-complexen te vormen [8, 9]. We gebruikten vijftig flavonoïden die in de handel verkrijgbaar waren om te testen of ze remmende werking hebben tegen paddenstoelentyrosinase. Kojinezuur, een bekende tyrosinaseremmer, werd gebruikt als een positieve controle om betere tyrosinaseremmers te screenen (Afbeelding 1A-1B). Als resultaat vertoonde monster nummer 40 (swertiajaponine) (figuur 1C) de sterkste remmende activiteit tegen tyrosinase dan die van andere flavonoïden (figuur 1A-1B en aanvullende figuur 1). Toen de remmende activiteit verder werd onderzocht door een concentratie-afhankelijk experiment, was de IC50-waarde van kojiczuur 41,26 μM en die van swertiajaponine 43,47 μM (figuur 1D), wat aangeeft dat remming van de tyrosinase-activiteit van swertiajaponine vergelijkbaar is met die van op kojiczuur gebaseerd over reageerbuisexperimenten.

Swertiajaponine vertoont in vitro geen cytotoxiciteit

Swertiajaponin behoort tot de familie van flavonoïde C-glycosiden. Het bevat een koolhydraatgroep die C-glycosidisch is gekoppeld aan een van de flavonoïde-ruggengraten (Figuur 1C). Er is gemeld dat het een verbinding is die voorkomt in het hele kruid Swertia japonica [10]. Hoewel sommige onderzoeken hebben gemeld dat Swertia japonica klinisch wordt gebruikt als remedie tegen gastro-intestinale symptomen in Japan [11], zijn er weinig studies beschikbaar over de biologische functies van swertiajaponine. Daarom hebben we de effecten ervan op de melanogenese verder onderzocht. Omdat cytotoxiciteit een belangrijk probleem is bij synthetische tyrosinaseremmers, hebben we getest of swertiajaponine cellulaire toxiciteit vertoonde met behulp van meerdere cellijnen, waaronder HaCat (menselijke keratinocyt), B16F10 (muismelanoom) en Hs27 (menselijke fibroblast). Swertiajaponin vertoonde geen cytotoxiciteit in deze cellijnen (Figuur 2A-2C).

Swertiajaponine remt de melanogenese in B16F10-cellen

We bestudeerden het effect ervan op melanogenese met behulp van B16F10-cellen die waren voorbehandeld met kojiczuur of swertiajaponine, gevolgd door UVB- of MSH-blootstelling, de sterkste melanogene inductoren. Zoals verwacht verhoogde blootstelling aan UVB of MSH met name de melaninespiegels in B16F10-cellen (Afbeelding 2D-2F), en behandeling met swertiajaponine verlaagde het melaninegehalte in cellen op een dosisafhankelijke manier na blootstelling aan UVB of MSH (Afbeelding 2D{{10 }}F). In celstudies lijkt het anti-melanogene effect van swertiajaponine sterker te zijn dan dat van kojiczuur (Figuur 2E- 2F). Evenzo was de kleur van de celpellet die was voorbehandeld met swertiajaponine vóór de MSH-behandeling helderder in vergelijking met de met MSH behandelde cellen (Figuur 2D), wat aangeeft dat swertiajaponine door UVB of MSH geïnduceerde melanogenese remt.

Swertiajaponine remt melanogenese in een menselijk huidmodel

Om te bevestigen dat swertiajaponine huidpigmentatie bij mensen onderdrukt, hebben we een levensvatbare, driedimensionale, gereconstitueerde menselijke epidermis gekweekt die bestaat uit menselijke melanocyten en keratinocyten waarvan bekend is dat ze na verloop van tijd spontane melanogenese ondergaan [12]. We hebben het menselijke huidmodel gedurende 1 uur voorbehandeld met swertiajaponin en het gedurende 5 dagen in het onderhoudsmedium gekweekt. Vergeleken met dag 1 was het model van de menselijke huid op dag 5 verdonkerd en de behandeling met swertiajaponine voorkwam dit op een concentratieafhankelijke manier (Afbeelding 3A-3B). Evenzo toonde Fontana-Masson-kleuring aan dat swertiajaponine de melaninespiegels in de epidermis aanzienlijk verlaagde (Figuur 2C), wat suggereert dat swertiajaponine de pigmentatie in de epidermis vermindert.menselijk huidmodel.

Swertiajaponine kan zich binden aan tyrosinase en deze inactiveren

Vervolgens onderzochten we mechanismen die ten grondslag liggen aan de door swertiajaponine gemedieerde anti-melanogene effecten met behulp van B16F10-cellen. Omdat swertiajaponine de tyrosinase-activiteit onderdrukte in de celvrije experimenten met paddenstoelentyrosinase (Figuur 1B), veronderstelden we dat het direct bindt aan tyrosinase en het deactiveert. Om dit te testen, werd eiwit-ligand docking-simulatie uitgevoerd om de bindingsaffiniteit te voorspellen met behulp van AutoDock Vina. De voorspelde bindingsaffiniteit tussen tyrosinase en kojiczuur was -5.4 kcal/mol en de affiniteit tussen tyrosinase en swertiajaponin was -6.3 kcal/mol (Figuur 4A en 4C), wat suggereert dat swertiajaponin kan binden tot tyrosinase met een sterkere affiniteit dan kojiczuur. Om de bindingsmodus tussen verbindingen en tyrosinase verder te onderzoeken, werd farmacofooranalyse uitgevoerd met behulp van LigandScout 3.1-software. Hoewel kojiczuur voornamelijk aan tyrosinase kan binden via waterstofbruggen met de ASN260- of GLU256-rest van tyrosinase (Figuur 4B), vormt swertiajaponine meerdere waterstofbruggen met HIS85, ASN81, ASN260, HIS244 en ARG268-residuen van tyrosinase en hydrofobe interacties met MET257, VAL248 , en PHE264-residu van tyrosinase (figuur 4D), wat waarschijnlijk de hogere bindingsaffiniteit van swertiajaponine voor tyrosinase verklaart.

Omdat een vooraf gedefinieerde bindingsplaats van tyrosine werd toegepast als een docking-pocket in de eiwit-ligand docking-simulatie [3], is het waarschijnlijk dat swertiajaponin competitief kan binden aan tyrosinase met tyrosine. Om dit te onderzoeken is een Lineweaver-Burk-analyse uitgevoerd. Naarmate de concentratie van swertiajaponine toenam, namen de Km-waarden ook toe, terwijl de Vmax-waarden consistent waren (Figuur 4E-4F), wat aangeeft dat swertiajaponine een competitieve remmer van tyrosinase is.

Swertiajaponin is een antioxidant die UVB-geïnduceerde MITF/tyrosinase-signalering onderdrukt

Hoewel de IC50-waarde van swertiajaponine vergelijkbaar is met die van kojiczuur in het celvrije experiment, is de daadwerkelijke remming van melanogenese groter in de met swertiajaponine behandelde cellen dan in de met kojiczuur behandelde cellen, wat aangeeft dat de directe binding aan tyrosinase mogelijk niet het enige mechanisme dat ten grondslag ligt aan door swertiajponine gemedieerde remming van melanogenese. Het is goed gedocumenteerd dat de biologische functies van flavonoïden verband houden met hun anti-oxidatieve effecten [13]. Daarom hebben we onderzocht of swertiajaponine oxidatieve stress reguleert door celvrije reactieve zuurstof (ROS) en peroxynitriet (ONOO-) wegvangende assays. Swertiajaponine vertoonde sterke ROS- en ONOO-afvangende activiteiten die vergelijkbaar zijn met Trolox en penicillamine, respectievelijk bekende ROS- en ONOO-remmers (Afbeelding 5A-5B). We hebben verder getest of de anti-oxidatieve activiteit van swertiajaponine ook werd aangetoond in B16F10-cellen na blootstelling aan UVB. UVB-blootstelling verhoogde de ROS- en ONOO-productie aanzienlijk, terwijl swertiajaponine deze op een concentratieafhankelijke manier verlaagde, wat suggereert dat swertiajaponine een antioxidant is (Afbeelding 5C-5D).

david.deng@wecistanche.com WhatsApp:86 13632399501