Antioxidáns tulajdonságai és lehetséges alkalmazása

Abstract

A ferulasav alacsony toxicitású és számos élettani funkcióval rendelkezik (gyulladáscsökkentő, antioxidáns, antimikrobiális aktivitás, rákellenes és antidiabetikus hatás). Széles körben használják a gyógyszer-, élelmiszer- és kozmetikai iparban. A ferulasav szabad gyökfogó, de egyben a szabad gyökök keletkezését katalizáló enzimek gátlója és a szabadgyökfogó enzimek aktivitásának fokozója is. A ferulasav védő szerepet tölt be a bőr fő struktúráiban: keratinociták, fibroblasztok, kollagén, elasztin. Gátolja a melanogenezist, fokozza az angiogenezist és gyorsítja a sebgyógyulást. Széles körben alkalmazzák a bőrápoló készítményekben fényvédő szerként, a bőr fényöregedési folyamatainak késleltetőjeként és világosító összetevőként. Mindazonáltal felhasználását korlátozza a gyors oxidációra való hajlama.

© 2018 S. Karger AG, Basel

Bevezetés

A ferulasav tulajdonságai

A ferulasav (-3- prop-2-énsav) (1. ábra) a növényi szövetekben gyakran megtalálható fenolos savcsoportba tartozik . A fenolsavak különböző kémiai szerkezetű és biológiai tulajdonságokkal rendelkező másodlagos metabolitok. A növényekben főként kötött formában észter vagy glikozidok, lignin komponensek és hidrolízis tanninok formájában fordulnak elő . Kémiai szerkezetüket tekintve a fahéjsav és a benzoesav származékaira, amelyek a hidroxil- és metoxicsoportok számában és szubsztitúciójában különböznek, valamint a szokatlan jellegű fenolsavakra oszthatók. Egy további csoport a depsid, amely két vagy több fenolsav kombinációja . A ferulasav, akárcsak a kávésav, a p-kumársav, a szinapinsav, a sziritsav és a vanillinsav, a leggyakoribb fahéjsavszármazék .

A ferulasav leggyakrabban teljes kiőrlésű gabonafélékben, spenótban, petrezselyemben, szőlőben, rebarbarában és gabonamagvakban, főként búzában, zabban, rozsban és árpában található (1. táblázat). A fenolsavak, különösen a fahéjsavszármazékok egyik legfontosabb szerepe az antioxidáns hatásuk, amely elsősorban a fenilgyűrűhöz kapcsolódó hidroxil- és metoxicsoportok számától függ . A ferulasav könnyebben felszívódik a szervezetben és hosszabb ideig marad a vérben, mint bármely más fenolsav. A ferulasavat kiváló antioxidánsnak tartják . A ferulasav alacsony toxicitású, és számos élettani funkcióval rendelkezik, többek között gyulladáscsökkentő, antimikrobiális, rákellenes (például tüdő-, emlő-, vastagbél- és bőrrák), antiaritmiás és antitrombotikus hatással, továbbá antidiabetikus hatást és immunstimuláns tulajdonságokat mutat, valamint csökkenti az idegsejtek károsodását és segíthet a károsodott sejtek helyreállításában. Továbbá sportkiegészítő, mert képes semlegesíteni a szabad gyököket az izomszövetben (enyhíti az izomfáradtságot). A gyógyszeriparban és az élelmiszeriparban széles körben használják. Ezenkívül széles körben alkalmazzák a bőrápoló készítményekben fényvédő szerként (fényvédő szerek), a bőr fényöregedési folyamatainak késleltetőjeként és világosító összetevőként. Használatát azonban korlátozza a gyors oxidációra való hajlama .

A ferulasav antioxidáns hatása

A ferulasav antioxidáns hatásmechanizmusa összetett, elsősorban a reaktív oxigénfajok (ROS) vagy nitrogén képződésének gátlásán, de a szabad gyökök semlegesítésén (“söprésén”) is alapul. Ezenkívül ez a sav felelős a protonált fémionok, például a Cu(II) vagy a Fe(II) kelátképzéséért. A ferulasav nemcsak szabad gyökfogó, hanem a szabad gyökök keletkezését katalizáló enzimek gátlója és a szabadgyökfogó enzimek aktivitásának fokozója is. Ez közvetlenül kapcsolódik a kémiai szerkezetéhez . Antioxidáns tulajdonságai elsősorban a szabad gyökök elkapásához, az átmeneti fémek, például a vas és a réz megkötéséhez és a lipidperoxidáció megelőzéséhez kapcsolódnak. A ferulasav antioxidatív aktivitásának mechanizmusa az a képesség, hogy stabil fenoxilgyököket képez, a gyökmolekula reakciója révén az antioxidáns molekulával. Ez megnehezíti a szabad gyökök keletkezéséhez vezető komplex reakciókaszkád beindítását. Ez a vegyület hidrogéndonorként is működhet, közvetlenül atomokat adva a gyököknek. Ez különösen fontos a sejtmembrán lipidsavainak védelme szempontjából, a nemkívánatos autoxidációs folyamatoktól. Másodlagos antioxidánsként a ferulasavak és rokon vegyületeik képesek átmeneti fémeket, például vasat és rezet megkötni. Ez megakadályozza a toxikus hidroxilgyökök képződését, amelyek a sejtmembrán peroxidációjához vezetnek.

A szabad gyökök természetes emberi fiziológiai folyamatok, például a sejtlégzés során is keletkezhetnek. Ezeket a reakciókat néhány enzim katalizálja, többek között a xantin-oxidáz és a ciklooxigenáz-2 . Azt feltételezik, hogy ezen enzimek gátlása megakadályozhatja az oxidatív stressz okozta változásokat, beleértve a fotofóbiát is . A szakirodalmi adatok a ferulasav és származékai nagy hatékonyságáról számolnak be a xantin-oxidáz és a ciklooxigenáz aktivitásának csökkentésében. Ezért úgy gondolják, hogy a ferulasav csökkenti az enzimkatalizált átalakulás során keletkező ROS mennyiségét .

A ferulasav mint antioxidáns a negatív UV-befolyás ellen

Az UV által kiváltott oxidatív stressznek erősen kitett keratinociták és fibroblasztok. A ROS károsítja a sejteket a lipidperoxidáció, az aminosav-nitráció, sőt a DNS elváltozásai révén, ami a sejtek pusztulásához vezet. A ferulasav védő antioxidáns tulajdonságokat mutat a különböző bőrstruktúrákhoz és bőrsejtekhez viszonyítva. Pluemsamran és társai bebizonyították, hogy az emberi endotélsejtek és keratinociták sokkal kevésbé érzékenyek az UVA-indukált szabadgyök-károsodásra, ha a besugárzás előtt ferulasavval kezelik őket. Úgy vélik, hogy a fibroblasztok UVA-nak vannak kitéve, és az ezzel járó oxidatív stressz nagyobb, mint a felületesebben exponált keratinocitáké. A humán fibroblasztok vizsgálata azt mutatta, hogy az UVA-sugárzásnak való kitettség előtt beadott ferulasav jelentősen csökkentette annak káros hatásait. Megakadályozza az UV által kiváltott sejtciklus-változásokat és DNS-károsodást, és szabályozza a DNS-javító gének expresszióját. Hahn és társai kimutatták, hogy az intracelluláris ROS-termelés közel 2-szer alacsonyabb azokban a fibroblasztokban, amelyek UVA-sugárzás után ferulasavat kaptak. Hasonló hatást, a szabadgyök-károsodás elleni védelem formájában UVB-exponált fibroblasztokban is megfigyeltek. Ambothi és Nagarajan kutatásukban kimutatták a sejtekre 30 perccel az UVB-expozíció előtt alkalmazott ferulasav védő szerepét. Az antioxidánsnak nem kitett sejtekhez képest citotoxicitást, lipidperoxidációt, DNS-változást, antioxidáns enzimek csökkenését és csökkent ROS-termelődést figyeltek meg. Mivel az UVB által kiváltott ROS az egyik olyan tényező, amely jelentősen hozzájárul a bőrrák kialakulásához, a ferulasav, amelyről ismert, hogy csökkenti a szintjüket, ígéretes rákellenes anyagnak bizonyult. Egy másik, humán fibroblasztokon végzett vizsgálatban a ferulasav hatékony anyagnak bizonyult, amely védi a hősokkfehérjéket a hidrogén-peroxid okozta degradációtól. Ennek eredményeképpen az UV-sugárzás előtt a sejtekkel kezelt vizsgálatban a sejtek jelentősen nagyobb túlélést és kevesebb ROS-indukált károsodást mutattak. Bebizonyosodott, hogy ez szorosan összefügg a védő hősokkfehérjék jelentősen megnövekedett szintjével a ferulasav kísérlethez képest .

Az MMP-2 és MMP-9 aktiválása UVB sugárzás hatására fotoszaturációhoz és a fotokancerogenezis folyamatok beindulásához vezet . Staniforth és munkatársai bebizonyították, hogy ezeket a folyamatokat hatékonyan megakadályozza a ferulasav alkalmazása, közvetlenül az UVB sugárzásnak való kitettség után. Egereken végzett vizsgálatok az MMP-2 és MMP-9 aktivitás 37, illetve 83%-os csökkenését mutatták ki az antioxidánsnak nem kitett csoporthoz képest . A besugárzás előtt beadott ferulasav csökkent citotoxicitást, az MMP-1 mátrix metalloproteinázok kisebb mértékű stimulációját és a ROS-ok keletkezését okozza az antioxidáns nélkül exponáltakhoz képest. Az endogén antioxidánsok, a glutation és a kataláz szintje is kevésbé csökkent és gyorsabban helyreállt a ferulinsavval kezelt szondában. A vizsgált antioxidáns nemcsak a szabadgyökfogó kapacitása, hanem az intracelluláris antioxidáns rendszerre gyakorolt védőhatása is hatékonynak bizonyult . Bian és társai bizonyították a ferulasav nagy hatékonyságát a H2O2 által kiváltott károsodás megelőzésében humán embrionális vesesejtekben. A ferulasav alkalmazása a H2O2 expozíció előtt növelte a sejtek túlélését és az antioxidáns enzimek (kataláz, szuperoxid-dizmutáz) szintjét. Megállapították, hogy az olyan természetes antioxidánsok, mint a ferulasav, megakadályozhatják az oxidatív stresszből eredő káros változásokat a szervezetben, beleértve a kollagén lebomlását .

Kawaguchi és munkatársai emberi fibroblasztokon végzett vizsgálatukban kimutatták, hogy az elasztózis (tropoelasztin aggregátumok felhalmozódása a bőr retikuláris rétegében) fő oka a szabad oxigéngyökök. A ROS-nak kitett sejtekben a tropoelasztin mRNS expressziójának jelentős növekedését figyelték meg. Ez a folyamat csökkent, amikor a fibroblasztokat katalázzal kezelték, amelyet szabad gyökfogónak neveznek. Mindezek alapján a szerzők azt sugallják, hogy az antioxidánsok, például a ferulasav alkalmazása megelőzheti a kedvezőtlen elasztózis jelenséget .

Angiogenezis hatás

A jelenlegi ismeretek fényében a ferulasavnak vélhetően angiogenezis hatása van azáltal, hogy befolyásolja az ebben részt vevő fő faktorok, azaz a vaszkuláris endotél növekedési faktor (VEGF), a vérlemezkéből származó növekedési faktor (PDGF) és a hipoxia-indukálható faktor 1 (HIF-1) aktivitását. Lin és társai humán köldökvénás endotélsejtek felhasználásával végzett kutatásukban kimutatták, hogy a ferulasav fokozza a VEGF és a PDGF expresszióját, és növeli a hipoxia indukálta HIF-1 mennyiségét, ami hipoxia-érzékeny válaszokat hoz létre. A szerzők úgy vélik, hogy a ferulasav hatékony anyag, amely elősegíti az új erek kialakulását, amint azt in vivo és in vitro vizsgálatok is bizonyítják .

Regenerációs és sebgyógyító hatás

A cukorbeteg patkányok felhasználásával végzett kísérlet kimutatta, hogy a ferulasav gyorsítja a regenerációt és a sebgyógyulást. Azoknál a patkányoknál, akiknek ferulasavas kenőcsöt adtak, 4 nap után 27%-os volt a seb összehúzódásának aránya, míg abban a csoportban, amelyik nem kapott ferulasavas kenőcsöt, 4 nap után csak 14%-os. A ferulasavval kezelt patkányok 16 nap elteltével szinte teljesen begyógyultak (96%). A kontrollcsoportban, amely a nehezen gyógyuló sebek kezelésére szabványosított 1%-os szoframicint tartalmazó kenőcsöt használt, 16 nap után 83%-ban gyógyult be a seb. A ferulomasavas csoportban a kontrollcsoporthoz képest gyorsabb volt a granulóma kialakulása és a gyorsabb hámosodás is . Ghaisas és társai egy hasonló vizsgálatban a seb gyorsabb zsugorodása és a fokozott epithelializáció mellett megnövekedett hidroxiprolin és hidroxilizin szintézist figyeltek meg (a sebgyógyulásban részt vevő fő aminosavak, amelyek a kollagén előanyagai) azon cukorbeteg patkányok bőrében, akiknek ferulasavat adtak. Továbbá kimutatták, hogy a gyógyulás során a ferulasav kenőcs alkalmazása gátolja a lipidperoxidációt, és növeli a kataláz, a szuperoxid-dizmutáz és a glutation mennyiségét. A szerzők szerint ez a jelenség jelentősen felgyorsítja a seb zsugorodását is.

A ferulasav használata a kozmetológiában és az esztétikai bőrgyógyászatban

A bőr öregedési folyamatainak megelőzése a kortárs kozmetológia és esztétikai orvoslás egyik fő kérdése. Fontos szerepet játszik a külső tényezők, például az UV-sugárzás, a légszennyezés és a szabadgyök-leválasztás hatásai elleni védelem. A bizonyítottan antioxidatív hatású vegyületek közé tartozik a ferulasav. Kezdetben a kozmetikumokban más általánosan ismert antioxidánsok, például a C-vitamin és az E-vitamin stabilizátoraként használták. A kutatások azonban azt mutatják, hogy ez a vegyület nemcsak kiegészítő vegyületként, hanem antioxidatív tulajdonságokkal rendelkező hatóanyagként is használható, amely támogatja az intracelluláris antioxidáns védelmi rendszereket. Ennek köszönhetően a ferulasavnak védő szerepe van a bőr fő struktúrái (keratinociták, fibroblasztok, kollagén, elasztin) számára, amit az öregedésgátló kozmetikai készítményekben használnak. Mivel képes gátolni a melanogenezis fő enzimét (tirozináz), ezért a foltok elleni kozmetikai készítményekben is alkalmazzák.

A ferulasavat bőrvilágosító készítményekben használják, mivel gátolja a tirozináz aktivitását (a melanogenezisben részt vevő enzim) és gátolja a melanocita proliferációt . Staniforth és munkatársai megállapították, hogy a ferulasav elnyeli az UV-sugárzást (290-320 nm). A világosító hatás fokozása érdekében a ferulasav kombinálható más vegyületekkel, amelyek szintén világosító hatásúak, de más folyamatok révén, mint például a niacinamid (gátolja a melanoszómák mozgását a melanocitákból a keratinocitákba). Saint-Leger és munkatársai a ferulasav jobb hatásáról számoltak be, miután keratolitikus szert, például lipohidroxikarbonokat adtak hozzá.

A ferulasavat széles körben alkalmazzák a bőrápoló készítményekben a bőr fényöregedési folyamatainak késleltetőjeként és fényvédő szerként. Helyi antioxidánsként való alkalmazása fontos alkalmazási útvonallá vált a magas helyi koncentráció fenntartása és az alacsony bőrmetabolizmus miatt . Ezenkívül a helyi ferulasav mélyen behatol a bőrbe, mind savas, mind semleges pH-n, disszociált és nem disszociált formában . Saija és munkatársai a telített vizes oldatokban (pH 3 és pH 7,2) oldódó ferulasav és kávésav penetrációját vizsgálták a Franz-sejtekbe vágott emberi bőrön . Kiderült, hogy ezek a savak pH-tól függetlenül behatoltak a szarurétegbe. Megállapították, hogy a ferulasav valamivel jobb penetrációs képességgel rendelkezik, amit e sav ismert nagyobb lipofilitásával magyaráztak. A fenolos antioxidánsokkal kapcsolatos kutatások kimutatták, hogy a ferulasav javítja az L-aszkorbinsav és az α-tokoferol készítmények kémiai stabilitását, ezáltal növeli a fotoprotektív tulajdonságait.

A ferulasavat arcmaszkok, valamint antioxidáns, védő és hidratáló krémek/krémek előállításához használják. Az ilyen típusú kozmetikai termékekben az ajánlott savkoncentráció 0,5 és 1% között van. A ferulasavat az orvosi kozmetológiában és az esztétikai szalonokban is használják. Leggyakrabban 12%-os koncentrációban és C-vitaminnal és hialuronsavval kombinálva használják. A ferulasavat a következő eljárásokban használják: mikronedling és nem tűs mezoterápia, kémiai hámlasztás és ápoló kezelések. A ferulasav alkalmazásának indikációi közé tartozik a bőröregedés és a fényöregedés, a hiperpigmentáció (melaszma), a seborrheás bőr és az akne.

Következtetés

Az eddig végzett kutatások kimutatták, hogy a ferulasav erős antioxidáns tulajdonságokkal rendelkezik, ami közvetlenül kapcsolódik a sejtstruktúrákat védő szerepéhez és a melanogenezis gátlásához. Egyre gyakrabban használják kozmetikai készítményekben, főként a fotostagozódás gátlására. Ugyanakkor segít csökkenteni a finom ráncokat és a meglévő elszíneződéseket. A bőrbe való jó penetráció, a számos kozmetikai készítménnyel való kompatibilitás és a többi összetevő stabilizáló tulajdonságai miatt a ferulasav egyre gyakrabban használt vegyület a kozmetológiában.

Köszönet

Ezt a munkát a Lodzi Orvosi Egyetem Gyógyszerészeti Karának Kozmetológiai és Esztétikai Bőrgyógyászati Tanszékének törvényben előírt kutatási tevékenysége támogatta, No. 503/3-066-01/503-31-001.

Közzétételi nyilatkozat

A szerzők nem jelentenek összeférhetetlenséget.

A szerzői kapcsolatok

Cikk / publikáció adatai