Antioxidant Properties of Ferulic Acid and Its Possible Application

Abstract

Acidul ferulic are o toxicitate scăzută și posedă numeroase funcții fiziologice (antiinflamator, antioxidant, activitate antimicrobiană, efect anticancerigen și antidiabetic). Acesta a fost utilizat pe scară largă în industria farmaceutică, alimentară și cosmetică. Acidul ferulic este un captator de radicali liberi, dar și un inhibitor al enzimelor care catalizează generarea de radicali liberi și un potențator al activității enzimelor captatoare. Acidul ferulic are un rol protector pentru principalele structuri ale pielii: keratinocite, fibroblaste, colagen, elastină. Acesta inhibă melanogeneza, îmbunătățește angiogeneza și accelerează vindecarea rănilor. Este aplicat pe scară largă în formulele de îngrijire a pielii ca agent fotoprotector, întârziator al proceselor de fotoîmbătrânire a pielii și componentă iluminatoare. Cu toate acestea, utilizarea sa este limitată de tendința sa de a fi oxidat rapid.

© 2018 S. Karger AG, Basel

Introducere

Proprietăți ale acidului ferulic

Acidul ferulic (acid -3- prop-2-enoic) (Fig. 1) aparține grupului de acizi fenolici care se găsesc în mod obișnuit în țesuturile vegetale . Acizii fenolici sunt metaboliți secundari cu structuri chimice și proprietăți biologice variate. La plante se găsesc în principal în formă legată sub formă de esteri sau glicozide, componente ale ligninei și taninuri de hidroliză . Din punct de vedere al structurii chimice, aceștia pot fi împărțiți în derivați ai acidului cinamic și benzoic, variind în funcție de numărul și substituția grupărilor hidroxil și metoxi, și acizi fenolici cu caracter neobișnuit. Un grup suplimentar este cel al depsidelor, care reprezintă o combinație de doi sau mai mulți acizi fenolici . Acidul ferulic, la fel ca și acizii cafeic, p-coumaric, sinapină, siret și vanilină, este cel mai frecvent derivat al acidului cinamic .

Acidul ferulic se găsește cel mai frecvent în cereale integrale, spanac, pătrunjel, struguri, rubarbă și semințe de cereale, în principal grâu, ovăz, secară și orz (tabelul 1). Unul dintre cele mai importante roluri ale acizilor fenolici, în special ale derivaților acidului cinamic, este activitatea lor antioxidantă, care depinde în primul rând de numărul de grupe hidroxil și metoxi atașate la inelul fenil . Acidul ferulic este mai ușor de absorbit în organism și rămâne în sânge mai mult timp decât orice alt acid fenolic. Acidul ferulic este considerat a fi un antioxidant superior . Acidul ferulic are o toxicitate scăzută și posedă numeroase funcții fiziologice, inclusiv antiinflamatoare, antimicrobiene, anticancerigene (de exemplu, cancerul de plămâni, de sân, de colon și de piele), antiaritmice și activitate antitrombotică, și a demonstrat, de asemenea, efecte antidiabetice și proprietăți imunostimulatoare, și reduce deteriorarea celulelor nervoase și poate ajuta la repararea celulelor deteriorate. În plus, este un supliment sportiv, deoarece poate neutraliza radicalii liberi din țesutul muscular (ameliorează oboseala musculară). A fost utilizat pe scară largă în domeniul farmaceutic și alimentar. În plus, este aplicat pe scară largă în formulele de îngrijire a pielii ca agent fotoprotector (creme de protecție solară), întârziator al proceselor de fotoîmbătrânire a pielii și componentă de iluminare. Cu toate acestea, utilizarea sa este limitată de tendința sa de a fi oxidat rapid .

Activitatea antioxidantă a acidului ferulic

Mecanismul de acțiune antioxidantă a acidului ferulic este complex, bazat în principal pe inhibarea formării de specii reactive de oxigen (ROS) sau azot, dar și pe neutralizarea („măturarea”) radicalilor liberi. În plus, acest acid este responsabil de chelarea ionilor metalici protonați, cum ar fi Cu(II) sau Fe(II) . Acidul ferulic nu este doar un captator de radicali liberi, ci și un inhibitor al enzimelor care catalizează generarea de radicali liberi și un potențator al activității enzimelor captatoare. Aceasta este direct legată de structura sa chimică . Proprietățile sale antioxidante sunt legate în primul rând de captarea radicalilor liberi, de legarea metalelor de tranziție, cum ar fi fierul și cuprul, și de prevenirea peroxidării lipidelor. Mecanismul activității antioxidative a acidului ferulic este capacitatea de a forma radicali fenoxilici stabili, prin reacția moleculei de radical cu molecula de antioxidant. Acest lucru face dificilă inițierea unei cascade de reacții complexe care să conducă la generarea de radicali liberi. Acest compus poate acționa, de asemenea, ca donator de hidrogen, dând atomi direct radicalilor. Acest lucru este deosebit de important pentru protecția acizilor lipidici din membrana celulară, împotriva proceselor nedorite de autoxidare. Ca antioxidant secundar, acizii ferulici și compușii lor înrudiți sunt capabili să lege metale de tranziție, cum ar fi fierul și cuprul . Acest lucru previne formarea radicalilor hidroxilici toxici, care duc la peroxidarea membranei celulare .

Radicalii liberi pot fi, de asemenea, formați prin procesele fiziologice umane naturale, cum ar fi procesul de respirație celulară. Aceste reacții sunt catalizate de unele enzime, printre altele xantină-oxidaza și ciclooxigenază-2 . Se sugerează că inhibarea acestei enzime ar putea preveni modificările cauzate de stresul oxidativ, inclusiv fotofobia . Datele din literatura de specialitate raportează o eficacitate ridicată a acidului ferulic și a derivaților săi în reducerea activității xantin oxidazei și a ciclooxigenazei. Prin urmare, se crede că acidul ferulic reduce cantitatea de ROS produsă de transformarea catalizată de enzimă .

Acidul ferulic ca antioxidant împotriva influenței negative a UV

Mult expuse la stresul oxidativ indus de UV sunt keratinocitele și fibroblastele. ROS deteriorează celulele prin procesul de peroxidare a lipidelor, nitrare a aminoacizilor și chiar alterări ale ADN-ului, ducând la moartea celulară. Acidul ferulic prezintă proprietăți antioxidante protectoare, în raport cu diverse structuri și celule cutanate. Pluemsamran și partenerii au demonstrat că celulele endoteliale umane și keratinocitele sunt mult mai puțin susceptibile la deteriorarea radicalilor liberi indusă de UVA atunci când sunt expuse la acid ferulic înainte de iradiere. Se crede că fibroblastele sunt expuse la UVA, iar stresul oxidativ asociat cu acestea este mai mare decât cel al keratinocitelor expuse mai superficial. Testul pe fibroblaste umane a arătat că acidul ferulic, administrat înainte de expunerea la radiațiile UVA, a redus semnificativ efectele adverse ale acestora. Acesta previne alterările ciclului celular și leziunile ADN induse de UV și reglează expresia genelor de reparare a ADN-ului. Hahn și partenerii săi au demonstrat că producția intracelulară de ROS este de aproape 2 ori mai mică în fibroblastele, cărora, după iradierea cu UVA, li s-a aplicat acid ferulic. Efecte similare, sub forma unei protecții împotriva daunelor provocate de radicalii liberi, au fost observate la fibroblastele expuse la UVB. În cercetările lor, Ambothi și Nagarajan au demonstrat rolul protector al acidului ferulic aplicat pe celule cu 30 de minute înainte de expunerea la UVB. În comparație cu celulele neexpuse la antioxidant, au fost observate citotoxicitatea, peroxidarea lipidelor, alterarea ADN-ului, declinul enzimelor antioxidante și reducerea producției de ROS. Deoarece ROS induse de UVB sunt unul dintre factorii care contribuie în mod semnificativ la dezvoltarea cancerului de piele, acidul ferulic, despre care se știe că reduce nivelul acestora, s-a dovedit a fi o substanță anticancerigenă promițătoare . Într-un alt studiu efectuat pe fibroblaste umane, acidul ferulic s-a dovedit a fi o substanță eficientă care protejează proteinele de șoc termic de degradarea cauzată de peroxidul de hidrogen. Ca urmare, testul cu celule tratate, înainte de iradierea cu UV, a prezentat o supraviețuire celulară semnificativ mai mare și mai puține leziuni induse de ROS. S-a dovedit a fi în strânsă legătură cu nivelurile semnificativ crescute ale proteinelor de șoc termic protectoare, comparativ cu studiul cu acid ferulic .

Activarea MMP-2 și MMP-9 sub influența radiațiilor UVB duce la fotosaturare și la inițierea proceselor de fotocancerogeneză . Staniforth și colab. au dovedit că aceste procese sunt prevenite eficient prin aplicarea acidului ferulic, imediat după expunerea la radiațiile UVB. Studiile efectuate pe șoareci au arătat o scădere a activității MMP-2 și MMP-9 cu 37 și, respectiv, 83%, în comparație cu grupul neexpus la antioxidanți . Acidul ferulic administrat înainte de iradiere determină o citotoxicitate redusă, o stimulare mai mică a metaloproteinazelor matriciale MMP-1 și generarea de ROS, în comparație cu cei expuși fără antioxidant. De asemenea, nivelul antioxidanților endogeni, glutationul și catalaza, a scăzut mai puțin și s-a restabilit mai repede în sonda cu acid ferulic. Antioxidantul testat s-a dovedit a fi eficient nu numai pentru capacitatea sa de captare a radicalilor liberi, ci și pentru efectul său protector asupra sistemului antioxidant intracelular . Bian și partenerii au demonstrat o eficacitate ridicată a acidului ferulic în prevenirea leziunilor induse de H2O2 în celulele renale embrionare umane. Aplicarea acidului ferulic, înainte de expunerea la H2O2, a crescut supraviețuirea celulară și nivelul enzimelor antioxidante (catalază, superoxid dismutază). S-a afirmat că antioxidanții naturali, cum ar fi acidul ferulic, pot preveni modificările adverse din organism care rezultă din stresul oxidativ, inclusiv degradarea colagenului .

Kawaguchi și colab. în studiul lor asupra fibroblastelor umane au arătat că principala cauză a elastozei (acumularea de agregate de tropoelastină în stratul reticular al pielii) sunt radicalii liberi de oxigen. În celulele expuse la ROS, s-a observat o creștere semnificativă a expresiei ARNm a tropoelastinei. Acest proces a fost redus atunci când fibroblastele au fost tratate cu catalaza menționată ca fiind captatoare de radicali liberi. Pe această bază, autorii sugerează că utilizarea antioxidanților, cum ar fi acidul ferulic, ar putea preveni fenomenul nefavorabil de elastroză .

Efectul de angiogeneză

În lumina cunoștințelor actuale, se crede că acidul ferulic are un efect de angiogeneză prin afectarea activității principalilor factori implicați în aceasta, și anume factorul de creștere endotelială vasculară (VEGF), factorul de creștere derivat din trombocite (PDGF) și factorul 1 indus de hipoxie (HIF-1). În cercetările lor efectuate cu ajutorul celulelor endoteliale venoase ombilicale umane, Lin și partenerii au arătat că acidul ferulic sporește expresia VEGF și PDGF și crește cantitatea de HIF-1 indusă de hipoxie, ceea ce generează răspunsuri sensibile la hipoxie. Autorii consideră că acidul ferulic este o substanță eficientă care favorizează formarea de noi vase, așa cum reiese atât din studiile in vivo, cât și din cele in vitro .

Efectul de regenerare și vindecare a rănilor

Experimentul realizat cu ajutorul șobolanilor diabetici a demonstrat că acidul ferulic accelerează regenerarea și vindecarea rănilor. Procentul de contracție a rănilor la șobolanii cărora li s-a administrat unguent cu acid ferulic a fost de 27% după 4 zile, în timp ce la grupul căruia nu i s-a administrat, după 4 zile, a fost de numai 14%. După 16 zile, șobolanii tratați cu acid ferulic erau aproape complet vindecați (96%). Într-un grup de control care a folosit un unguent cu 1% soframicină, standardizat pentru tratamentul rănilor greu vindecabile, rana a fost vindecată în proporție de 83% după 16 zile. De asemenea, a existat o apariție mai rapidă a granuloamelor în grupul cu acid ferulic și o epitelizare mai rapidă în comparație cu grupul de control . Ghaisas și partenerii , într-un studiu similar, pe lângă micșorarea mai rapidă a plăgii și epitelizarea crescută, au observat o sinteză crescută de hidroxiprolină și hidroxilizină (aminoacizi majori implicați în vindecarea plăgilor, care sunt precursorii colagenului), în pielea șobolanilor diabetici cărora li s-a administrat acid ferulic. Mai mult decât atât, s-a demonstrat că utilizarea unguentului cu acid ferulic în timpul cicatrizării inhibă peroxidarea lipidelor și crește nivelul catalazei, al superoxid dismutazei și al glutationului. Autorii sugerează că acest fenomen accelerează, de asemenea, în mod semnificativ contracția plăgii .

Utilizarea acidului ferulic în cosmetologie și dermatologie estetică

Prevenirea proceselor de îmbătrânire a pielii este una dintre principalele probleme în cosmetologia și medicina estetică contemporană. Protecția împotriva efectelor factorilor externi, cum ar fi radiațiile UV, poluarea aerului și eliminarea radicalilor liberi, joacă un rol important. Printre compușii cu eficacitate antioxidantă dovedită se numără acidul ferulic. Inițial, acesta a fost utilizat în produsele cosmetice ca stabilizator al altor antioxidanți cunoscuți în mod obișnuit, cum ar fi vitamina C și vitamina E. Cercetările arată, însă, că acest compus nu este utilizat doar ca un compus suplimentar, ci și ca un ingredient activ cu proprietăți antioxidante, care susține sistemele de apărare antioxidantă intracelulare. Datorită acestui fapt, acidul ferulic are un rol protector pentru principalele structuri ale pielii (keratinocite, fibroblaste, colagen, elastină), care este utilizat în formulele cosmetice antiîmbătrânire. Datorită capacității sale de a inhiba principala enzimă a melanogenezei (tirozinaza), este utilizat, de asemenea, în formulele cosmetice anti imperfecțiuni.

Acidul ferulic este utilizat în preparatele de iluminare a pielii deoarece inhibă activitatea tirozinazei (o enzimă implicată în melanogeneză) și inhibă proliferarea melanocitelor . Staniforth și colab. au observat că acidul ferulic absoarbe UV (290-320 nm). Pentru a crește efectul de iluminare, acidul ferulic poate fi combinat cu alți compuși care au, de asemenea, un efect de iluminare, dar prin alte procese, cum ar fi niacinamida (inhibă mișcarea melanozomilor de la melanocite la keratinocite). Saint-Leger et al. au raportat efecte mai bune ale acidului ferulic după adăugarea la acesta a unui agent keratolitic, cum ar fi lipohidroxicarbonii.

Acidul ferulic este aplicat pe scară largă în formulele de îngrijire a pielii ca agent de întârziere a proceselor de fotoîmbătrânire a pielii și ca agent fotoprotector. Aplicarea sa ca antioxidant topic a devenit o cale de administrare importantă datorită menținerii unei concentrații locale ridicate și a metabolismului cutanat scăzut . Mai mult, acidul ferulic local pătrunde în profunzime în piele, atât la pH acid cât și neutru, sub formă disociată și nedisociată . Saija și colab. au studiat pătrunderea acidului ferulic și a acidului cafeic solubile în soluții apoase saturate (pH 3 și pH 7,2) printr-o tăietură a pielii umane în celulele Franz. S-a dovedit că acești acizi, indiferent de pH, au pătruns în stratul cornos. S-a observat că acidul ferulic are o capacitate de penetrare ușor mai bună, ceea ce s-a explicat prin lipofilicitatea cunoscută mai mare a acestui acid. Cercetările privind antioxidanții fenolici au arătat că acidul ferulic îmbunătățește stabilitatea chimică a preparatelor de acid L-ascorbic și α-tocoferol, crescând astfel proprietățile de fotoprotecție ale acestora.

Acidul ferulic este utilizat în producerea măștilor de față, precum și a cremelor/loțiunilor antioxidante, protectoare și hidratante. Concentrația de acid recomandată în produsele cosmetice de acest tip este cuprinsă între 0,5 și 1%. Acidul ferulic este, de asemenea, utilizat în cosmetologia medicală și în saloanele de estetică. Cel mai adesea este utilizat la o concentrație de 12% și în combinație cu vitaminele C și acidul hialuronic. Acidul ferulic este utilizat în următoarele proceduri: microneedling și mezoterapie fără ace, peelinguri chimice și tratamente de îngrijire. Indicațiile pentru utilizarea acidului ferulic includ îmbătrânirea pielii și fotoîmbătrânirea, hiperpigmentarea (melasma), pielea seboreică și acneea.

Concluzie

Cercetările efectuate până în prezent au arătat că acidul ferulic are proprietăți antioxidante puternice, ceea ce este direct implicat cu rolul său de protecție a structurilor celulare și de inhibare a melanogenezei. Acesta este din ce în ce mai mult utilizat în preparatele cosmetice, în principal pentru a inhiba fotostadiul. În același timp, ajută la reducerea ridurilor fine și a decolorării existente. Buna penetrare în piele, compatibilitatea cu multe formule cosmetice și proprietățile de stabilizare a altor ingrediente fac din acidul ferulic un compus din ce în ce mai utilizat în cosmetologie.

Recunoștințe

Acestă lucrare a fost susținută de activitatea de cercetare statutară a Departamentului de Cosmetologie și Dermatologie Estetică, Facultatea de Farmacie, Universitatea de Medicină din Lodz, nr. 503/3-066-01/503-31-001.

Declarație de dezvăluire

Autorii declară că nu sunt în conflict de interese.

Contacte autor

Detalii articol / publicație