Antioksidanttiset ominaisuudet ferulihaposta ja sen mahdollinen käyttö

Abstract

Ferulihapolla on vähäinen myrkyllisyys ja sillä on monia fysiologisia funktioita (anti-inflammatorinen, antioksidanttinen, mikrobien vastainen aktiivisuus, syövänvastainen ja diabeteksen vastainen vaikutus). Sitä on käytetty laajalti lääke-, elintarvike- ja kosmetiikkateollisuudessa. Ferulihappo on vapaiden radikaalien vapauttaja, mutta myös vapaiden radikaalien muodostumista katalysoivien entsyymien estäjä ja vapauttajaentsyymien aktiivisuuden tehostajana. Ferulihapolla on suojaava vaikutus ihon tärkeimpiin rakenteisiin: keratinosyytteihin, fibroblasteihin, kollageeniin ja elastiiniin. Se estää melanogeneesiä, tehostaa angiogeneesiä ja nopeuttaa haavan paranemista. Sitä käytetään laajalti ihonhoitovalmisteissa valolta suojaavana aineena, ihon valon vanhenemisprosessien hidastajana ja kirkastavana aineena. Kuitenkin sen käyttöä rajoittaa sen taipumus hapettua nopeasti.

© 2018 S. Karger AG, Basel

Esittely

Feruliinihapon ominaisuudet

Feruliinihappo (-3- prop-2-eenihappo) (kuva 1) kuuluu fenolihapporyhmään, jota esiintyy yleisesti kasvikudoksissa . Fenolihapot ovat sekundaarisia aineenvaihduntatuotteita, joiden kemiallinen rakenne ja biologiset ominaisuudet vaihtelevat. Kasveissa niitä esiintyy pääasiassa sidottuna esterinä tai glykosideina, ligniinikomponentteina ja hydrolyysitanniineina . Kemiallisen rakenteensa perusteella ne voidaan jakaa kaneli- ja bentsoehapon johdannaisiin, jotka vaihtelevat hydroksyyli- ja metoksiryhmien lukumäärän ja substituution mukaan, sekä luonteeltaan epätavallisiin fenolihappoihin. Lisäryhmä on depsidi, joka on kahden tai useamman fenolihapon yhdistelmä . Ferulihappo on kofeiini-, p-kumariini-, synapiini-, syryti- ja vanilliinihappojen tavoin yleisin kanelihappojohdannainen .

Ferulihappoa esiintyy yleisimmin täysjyväviljoissa, pinaatissa, persiljassa, viinirypäleissä, raparperissa ja viljakasvien siemenissä, lähinnä vehnässä, kaurassa, rukiissa ja ohrassa (taulukko 1). Yksi fenolihappojen, erityisesti kanelihappojohdannaisten, tärkeimmistä tehtävistä on niiden antioksidanttinen aktiivisuus, joka riippuu pääasiassa fenyylirenkaaseen kiinnittyneiden hydroksyyli- ja metoksiryhmien lukumäärästä . Ferulihappo imeytyy helpommin elimistöön ja pysyy veressä pidempään kuin muut fenolihapot. Ferulihappoa pidetään ylivoimaisena antioksidanttina . Ferulihapolla on vähäinen myrkyllisyys, ja sillä on monia fysiologisia toimintoja, kuten tulehdusta, mikrobilääkettä, syöpää (esimerkiksi keuhko-, rinta-, paksusuoli- ja ihosyöpää), rytmihäiriöitä ja tromboosia ehkäisevä vaikutus, ja sillä on myös osoitettu olevan diabeteksen vastaisia vaikutuksia ja immunostimuloivia ominaisuuksia, ja se vähentää hermosolujen vaurioitumista ja voi auttaa korjaamaan vaurioituneita soluja. Lisäksi se on urheilulisä, koska se voi neutraloida vapaita radikaaleja lihaskudoksessa (lievittää lihasväsymystä). Sitä on käytetty laajalti farmaseuttisissa tuotteissa ja elintarvikkeissa. Lisäksi sitä käytetään laajalti ihonhoitovalmisteissa valolta suojaavana aineena (aurinkosuojat), ihon valon vanhenemisprosessien hidastajana ja kirkastavana aineena. Sen käyttöä rajoittaa kuitenkin sen taipumus hapettua nopeasti .

Ferulihapon antioksidatiivinen aktiivisuus

Ferulihapon antioksidanttinen vaikutusmekanismi on monimutkainen, ja se perustuu pääasiassa reaktiivisten happilajien (ROS) tai typenmuodostuksen estämiseen, mutta myös vapaiden radikaalien neutraloimiseen (”pyyhkimiseen”). Lisäksi tämä happo vastaa protonoitujen metalli-ionien, kuten Cu(II) tai Fe(II), kelatoinnista. Ferulihappo ei ole ainoastaan vapaiden radikaalien pelastaja, vaan myös vapaiden radikaalien muodostumista katalysoivien entsyymien estäjä ja pelastusentsyymien aktiivisuuden tehostajana. Se liittyy suoraan sen kemialliseen rakenteeseen . Sen antioksidatiiviset ominaisuudet liittyvät ensisijaisesti vapaiden radikaalien puhdistamiseen, siirtymämetallien, kuten raudan ja kuparin, sitomiseen ja lipidiperoksidaation estämiseen. Ferulihapon antioksidatiivisen aktiivisuuden mekanismi on kyky muodostaa stabiileja fenoksyyliradikaaleja radikaalimolekyylin reagoidessa antioksidanttimolekyylin kanssa. Tämä vaikeuttaa vapaiden radikaalien syntyyn johtavan monimutkaisen reaktiokaskadin käynnistämistä. Tämä yhdiste voi myös toimia vedynluovuttajana, jolloin se antaa atomeja suoraan radikaaleille. Tämä on erityisen tärkeää solukalvojen lipidihappojen suojaamiseksi ei-toivotuilta autoksidaatioprosesseilta. Toissijaisena antioksidanttina ferulihapot ja niihin liittyvät yhdisteet pystyvät sitomaan siirtymämetalleja, kuten rautaa ja kuparia. Tämä estää myrkyllisten hydroksyyliradikaalien muodostumisen, jotka johtavat solukalvojen peroksidoitumiseen.

Vapaita radikaaleja voi muodostua myös ihmisen luonnollisissa fysiologisissa prosesseissa, kuten soluhengitysprosessissa. Näitä reaktioita katalysoivat eräät entsyymit, muun muassa ksantiinioksidaasi ja syklooksygenaasi-2 . On ehdotettu, että tämän entsyymin estäminen voisi estää oksidatiivisen stressin aiheuttamat muutokset, mukaan lukien valonarkuus . Kirjallisuustiedot kertovat ferulihapon ja sen johdannaisten suuresta tehosta ksantiinioksidaasi- ja syklooksygenaasiaktiivisuuden vähentämisessä. Siksi uskotaan, että ferulihappo vähentää entsyymin katalysoiman transformaation tuottamien ROS:ien määrää .

Ferulihappo antioksidanttina negatiivista UV-vaikutusta vastaan

Korkeasti UV-säteilyn aiheuttamalle oksidatiiviselle stressille altistuvat keratinosyytit ja fibroblastit. ROS vahingoittaa soluja lipidiperoksidaation, aminohappojen nitraation ja jopa DNA-muutosten kautta, mikä johtaa solukuolemaan. Ferulihapolla on suojaavia antioksidanttisia ominaisuuksia suhteessa ihon eri rakenteisiin ja ihosoluihin. Pluemsamran ja kumppanit osoittivat, että ihmisen endoteelisolut ja keratinosyytit ovat paljon vähemmän alttiita UVA:n aiheuttamille vapaiden radikaalien aiheuttamille vaurioille, kun ne altistetaan ferulihapolle ennen säteilytystä. Uskotaan, että fibroblastit altistuvat UVA:lle, ja siihen liittyvä oksidatiivinen stressi on suurempi kuin pinnallisemmin altistuvilla keratinosyyteillä. Ihmisen fibroblastitesti osoitti, että feruliinihappo, jota annettiin ennen UVA-säteilylle altistumista, vähensi merkittävästi sen haitallisia vaikutuksia. Se ehkäisee UV-säteilyn aiheuttamia solusyklin muutoksia ja DNA-vaurioita ja säätelee DNA:n korjausgeenien ilmentymistä. Hahn ja kumppanit ovat osoittaneet, että solunsisäinen ROS-tuotanto on lähes kaksi kertaa vähäisempää fibroblasteissa, joille on UVA-säteilytyksen jälkeen annettu ferulihappoa. Samanlaisia vaikutuksia vapaiden radikaalien aiheuttamilta vaurioilta suojaamisen muodossa on havaittu UVB-altistetuissa fibroblasteissa. Ambothi ja Nagarajan osoittivat tutkimuksessaan soluihin 30 minuuttia ennen UVB-altistusta annostellun ferulihapon suojaavan vaikutuksen. Verrattuna antioksidantille altistumattomiin soluihin havaittiin sytotoksisuutta, lipidiperoksidaatiota, DNA-muutoksia, antioksidanttientsyymien vähenemistä ja ROS-tuotannon vähenemistä. Koska UVB:n aiheuttamat ROS:t ovat yksi ihosyövän kehittymiseen merkittävästi vaikuttavista tekijöistä, ferulihapon, jonka tiedetään alentavan niiden määrää, on todettu olevan lupaava syöpää ehkäisevä aine. Toisessa ihmisen fibroblasteilla tehdyssä tutkimuksessa ferulihappo osoittautui tehokkaaksi aineeksi, joka suojaa lämpösokkiproteiineja vetyperoksidin aiheuttamalta hajoamiselta. Tämän seurauksena ennen UV-säteilytystä käsitellyt solut osoittivat huomattavasti parempaa solujen selviytymistä ja vähemmän ROS-indusoituja vaurioita. On osoitettu, että se liittyy läheisesti merkittävästi lisääntyneisiin suojaavien lämpösokkiproteiinien tasoihin verrattuna ferulihappokokeeseen .

MMP-2:n ja MMP-9:n aktivoituminen UVB-säteilyn vaikutuksesta johtaa fotosaturaatioon ja valosyöpäkasvainten syntyprosessien käynnistymiseen . Staniforth et al. ovat osoittaneet, että nämä prosessit estetään tehokkaasti ferulihapon käytöllä heti UVB-säteilylle altistumisen jälkeen. Hiirillä tehdyt tutkimukset osoittivat, että MMP-2:n ja MMP-9:n aktiivisuus väheni 37 ja 83 prosenttia verrattuna ryhmään, joka ei ollut altistunut antioksidantille . Ennen säteilytystä annosteltu ferulihappo vähentää sytotoksisuutta, vähentää MMP-1-matriksin metalloproteinaasien stimulaatiota ja ROS:ien muodostumista verrattuna ilman antioksidanttia altistuneisiin. Myös endogeenisten antioksidanttien, glutationin ja katalaasin, taso laski vähemmän ja palautui nopeammin ferulihappoa saaneessa koehenkilössä. Testattu antioksidantti osoittautui tehokkaaksi paitsi vapaiden radikaalien torjuntakapasiteettinsa myös solunsisäiseen antioksidanttijärjestelmään kohdistuvan suojavaikutuksensa vuoksi. Bian ja kumppanit ovat osoittaneet ferulihapon suuren tehokkuuden H2O2:n aiheuttamien vaurioiden ehkäisyssä ihmisen alkion munuaissoluissa. Ferulihapon käyttö ennen H2O2-altistusta lisäsi solujen eloonjäämistä ja antioksidanttisten entsyymien (katalaasi, superoksididismutaasi) tasoja. On todettu, että luonnolliset antioksidantit, kuten ferulihappo, voivat ehkäistä hapetusstressistä johtuvia haitallisia muutoksia elimistössä, mukaan lukien kollageenin hajoaminen.

Kawaguchi ym. osoittivat ihmisen fibroblasteja koskevassa tutkimuksessaan, että elastoosin (tropoelastiiniaggregaattien kerääntyminen ihon retikulaariseen kerrokseen) pääasiallinen syy ovat vapaat happiradikaalit. ROS:lle altistuneissa soluissa havaittiin tropoelastiinin mRNA-ekspression merkittävää lisääntymistä. Tämä prosessi väheni, kun fibroblasteja käsiteltiin katalaasilla, johon viitataan vapaiden radikaalien pelastajina. Tämän perusteella kirjoittajat ehdottavat, että antioksidanttien, kuten feruliinihapon, käyttö voisi ehkäistä epäsuotuisaa elastoosi-ilmiötä.

Angiogeneesivaikutus

Nykytuntemuksen valossa feruliinihapolla uskotaan olevan angiogeneesivaikutus vaikuttamalla siihen osallistuvien tärkeimpien tekijöiden eli verisuonten endoteelikasvutekijän (vascular endothelial growth factor, VEGF), verihiutaleista peräisin olevan kasvutekijän (platelet derived growth factor, PDGF) ja hypoksiaan vaikuttavan tekijä 1:n (hypoxia-inducible factor 1, HIF-1) toimintaan. Lin ja kumppanit osoittivat tutkimuksessaan, jonka he tekivät ihmisen napavaltimon endoteelisoluilla, että ferulihappo lisää VEGF:n ja PDGF:n ilmentymistä ja lisää hypoksiaan indusoituvan HIF-1:n määrää, mikä synnyttää hypoksiaan reagoivia vasteita. Kirjoittajat uskovat, että ferulihappo on tehokas aine, joka edistää uusien verisuonten muodostumista, mikä on osoitettu sekä in vivo että in vitro -tutkimuksissa.

Regeneraatio- ja haavanparannusvaikutus

Diabeettisilla rotilla suoritettu koe osoitti, että ferulihappo kiihdyttää haavojen uudistumista ja paranemista. Niiden rottien, joille annettiin feruliinihappovoidetta, haavan supistumisprosentti oli 27 % 4 päivän kuluttua, kun taas ryhmässä, joka ei saanut feruliinihappovoidetta, se oli vain 14 % 4 päivän kuluttua. Feruliinihapolla hoidetut rotat olivat 16 päivän kuluttua lähes täysin parantuneet (96 %). Kontrolliryhmässä, jossa käytettiin vaikeasti paranevien haavojen hoitoon standardoitua 1-prosenttista soframysiiniä sisältävää voidetta, haavasta oli parantunut 83 prosenttia 16 päivän kuluttua. Feruliinihapporyhmässä granuloomien ilmaantuminen oli myös nopeampaa ja epitelisaatio nopeampaa kuin kontrolliryhmässä. Ghaisas ja kumppanit havaitsivat samankaltaisessa tutkimuksessa haavan nopeamman kutistumisen ja lisääntyneen epitelisaation lisäksi lisääntynyttä hydroksiproliinin ja hydroksylysiinin synteesiä (tärkeimmät haavan paranemiseen osallistuvat aminohapot, jotka ovat kollageenin esiasteita) diabeettisten rottien ihossa, joille annettiin ferulihappoa. Lisäksi on osoitettu, että ferulihappovoiteen käyttö paranemisen aikana estää lipidiperoksidaatiota ja lisää katalaasin, superoksididismutaasin ja glutationin määrää. Kirjoittajat esittävät, että tämä ilmiö myös nopeuttaa merkittävästi haavan kutistumista.

Ferulihapon käyttö kosmetiikassa ja esteettisessä ihotautilääketieteessä

Ihon ikääntymisprosessien ehkäiseminen on yksi nykyajan kosmetiikan ja esteettisen lääketieteen tärkeimmistä kysymyksistä. Suojautuminen ulkoisten tekijöiden, kuten UV-säteilyn, ilmansaasteiden ja vapaiden radikaalien haalistumisen vaikutuksilta on tärkeässä asemassa. Antioksidatiivisen tehon osoittaneisiin yhdisteisiin kuuluu ferulihappo. Alun perin sitä käytettiin kosmetiikassa muiden yleisesti tunnettujen antioksidanttien, kuten C- ja E-vitamiinin, stabilointiaineena. Tutkimukset osoittavat kuitenkin, että tätä yhdistettä ei käytetä vain lisäyhdisteenä vaan myös aktiivisena ainesosana, jolla on antioksidatiivisia ominaisuuksia ja joka tukee solunsisäisiä antioksidanttisia puolustusjärjestelmiä. Tämän ansiosta ferulihapolla on ihon tärkeimpiä rakenteita (keratinosyytit, fibroblastit, kollageeni, elastiini) suojaava rooli, jota käytetään ikääntymistä ehkäisevissä kosmeettisissa valmisteissa. Koska ferulihappo estää melanogeneesin tärkeintä entsyymiä (tyrosinaasi), sitä käytetään myös epäpuhtauksia ehkäisevissä kosmeettisissa valmisteissa.

Ferulihappoa käytetään ihoa vaalentavissa valmisteissa, koska se estää tyrosinaasiaktiivisuutta (melanogeneesiin osallistuva entsyymi) ja estää melanosyyttien proliferaatiota . Staniforth et al. totesivat, että ferulihappo absorboi UV-säteilyä (290-320 nm). Vaalentavan vaikutuksen lisäämiseksi ferulihappo voidaan yhdistää muihin yhdisteisiin, joilla on myös vaalentava vaikutus, mutta muilla prosesseilla, kuten niasiiniamidi (estää melanosomien siirtymistä melanosyyteistä keratinosyyteihin). Saint-Leger et al. raportoivat ferulihapon paremmista vaikutuksista sen jälkeen, kun siihen oli lisätty keratolyyttistä ainetta, kuten lipohydroksikarbonia.

Ferulihappoa käytetään laajalti ihonhoitovalmisteissa ihon valon vanhenemisprosessien viivyttäjänä ja valosuoja-aineena. Sen käytöstä paikallisena antioksidanttina on tullut tärkeä antoreitti, koska sen paikallinen pitoisuus pysyy korkeana ja ihon aineenvaihdunta on vähäistä. Lisäksi paikallinen ferulihappo tunkeutuu syvälle ihoon sekä happamassa että neutraalissa pH:ssa dissosioituneessa ja ei-dissosioituneessa muodossa . Saija et al. tutkivat tyydyttyneisiin vesiliuoksiin (pH 3 ja pH 7,2) liukenevien ferulihapon ja kahvihapon tunkeutumista ihmisen iholeikkaukseen Franzin soluissa. Kävi ilmi, että nämä hapot tunkeutuivat pH:sta riippumatta sarveiskerrokseen. Todettiin, että ferulihapolla oli hieman parempi tunkeutumiskyky, mikä selittyy tämän hapon tunnetusti suuremmalla lipofilisyydellä. Fenolisia antioksidantteja koskevat tutkimukset ovat osoittaneet, että ferulihappo parantaa L-askorbiinihappo- ja α-tokoferolivalmisteiden kemiallista stabiilisuutta, mikä lisää niiden valonsuojausominaisuuksia.

Ferulihappoa käytetään kasvonaamioiden sekä antioksidanttisten, suojaavien ja kosteuttavien voiteiden/voiteiden valmistuksessa. Suositeltu happopitoisuus tämäntyyppisissä kosmeettisissa valmisteissa on 0,5-1 %. Ferulihappoa käytetään myös lääketieteellisessä kosmetiikassa ja kauneushoitoloissa. Sitä käytetään useimmiten 12 prosentin pitoisuutena ja yhdessä C-vitamiinien ja hyaluronihapon kanssa. Ferulihappoa käytetään seuraavissa toimenpiteissä: mikroneulaus ja neulaton mesoterapia, kemialliset kuorinnat ja hoitotoimenpiteet. Indikaatioita ferulihapon käytölle ovat ihon ikääntyminen ja valovanheneminen, hyperpigmentaatio (melasma), seborrooinen iho ja akne.

Johtopäätös

Tähän mennessä tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että ferulihapolla on vahvat antioksidanttiset ominaisuudet, mikä liittyy suoraan sen suojaavaan rooliin solurakenteille ja melanogeneesin estoon. Sitä käytetään enenevässä määrin kosmeettisissa valmisteissa, pääasiassa estämään valokatoa. Samalla se auttaa vähentämään hienoja ryppyjä ja olemassa olevia värimuutoksia. Hyvä tunkeutuminen ihoon, yhteensopivuus monien kosmeettisten kaavojen kanssa ja muiden ainesosien stabiloivat ominaisuudet tekevät ferulihaposta yhä useammin käytetyn yhdisteen kosmetologiassa.

Kiitokset

Tämä työ sai tukea lakisääteisestä tutkimustoiminnasta kosmetologian ja esteettisen ihotautien osaston farmaseuttisen tiedekunnan farmaseuttisesta tiedekunnasta lääketieteellisessä yliopistossa Lodzissa, nro. 503/3-066-01/503-31-001.

Disclosure Statement

Tekijät ilmoittavat, ettei heillä ole eturistiriitoja.

Tekijän yhteystiedot

Artikkelin / julkaisun tiedot