Podstawowym warunkiem zdrowia człowieka jest zachowanie homeostazy organizmu, o czym często świadczy stan jego skóry. Homeostaza (gr. homoíos – podobny, równy; stásis – trwanie) to zdolność organizmu do utrzymywania względnej równowagi wewnętrznej, mimo zmian zachodzących w środowisku zewnętrznym.
Można zatem przyjąć, że wszelkie schorzenia wynikają z zaburzenia tej równowagi, gdy organizm nie jest w stanie tego stanu przywrócić. Dobrym przykładem jest wytwarzanie barwników (pigmentów) skóry w procesie zwanym melanogenezą. Proces ten zachodzi w komórkach skóry zwanych melanocytami, a dokładniej w ich organellach, zwanych melanosomami lub ciałkami melaninowymi. Substratem do produkcji melanin (pigmentów) jest tyrozyna, a kluczowym enzymem inicjującym reakcje, jak i determinującym szybkość procesu, jest tyrozynaza. W pierwszym etapie aminokwas tyrozyna (o charakterze monofenolu) przekształcana jest do difenolu, czyli 3,4-ihydroksyfenyloalaniny – L-DOPA, a następnie utlenianie L-DOPA do o-DOPAchinonu (działanie difenolazy). W kolejnych etapach powstają biopolimery melaninowe: brązowo-czarna eumelanina lub żółto-czerwona feomelanina.
Eumelanina ma właściwości fotoprotekcyjne, wynikające ze zdolności do pochłaniania promieniowania ultrafioletowego oraz neutralizacji wolnych rodników i reaktywnych form tlenu, czyli czynników niekorzystnie wpływających na stan skóry. Feomelanina ma właściwości fotouczulające i pod wpływem UVR może wspomagać tworzenie niebezpiecznych, reaktywnych form tlenu. Promienie w zakresie UV powodują zwiększenie tempa procesów starzenia się skóry lub mogą zainicjować proces nowotworzenia (kancerogenezy).
Przy prawidłowej aktywności enzymatycznej tyrozynazy, wytwarzane są pigmenty nadające nie tylko kolor skórze, wpływające na barwę oczu i koloryt włosów, ale także pełniące funkcje ochronne przed ekspozycją na promieniowanie UV i zabezpieczające przed aktywnością wolnych rodników. Zaburzenie homeostazy powoduje nadaktywność tyrozynazy, co skutkuje nadmierną produkcję melanin i jest częstym powodem powstawania przebarwień. Jest to zwyczajowe określenie oznaczające hiperpigmentację (dyschromię), mało estetyczne zmiany w postaci wykwitów pierwotnych, najczęściej plam, na przykład plamy starcze, piegi. Przyczyną zmian patologicznych jest zaburzenie w funkcjonowaniu melanocytów, co prowadzi zarówno do hiper-, jak i hipopigmentacji skóry i jest przyczyną powstawania piegów, plam soczewicowatych, ostudy (melasmy) czy odczynów fototoksycznych. Hiperpigmentacja pozapalna obejmuje zmiany powstałe po trądziku, urazach, substancjach drażniących, liszajach, łuszczycy, także często po wysypce polekowej. Jest spowodowana stymulacją wzrostu melanocytów oraz produkcji i transportu melaniny, na skutek działania czynników prozapalnych, cytokin czy też reaktywnych form tlenu.
Znamienny jest udział niekontrolowanej produkcji melaniny w etiologii czerniaka złośliwego, który rozwija się w melanocytach.
Ciekawym zjawiskiem jest również zaangażowanie tyrozynazy w enzymatyczne brązowienie żywności, co jest uważane za negatywny proces, obniżający jakość i wartość żywności pochodzenia roślinnego oraz soków owocowych. Dlatego kontrolowanie aktywności tyrozynazy (poprzez jej inhibicję) jest istotnym przedsięwzięciem w przetwarzaniu i konserwacji żywności.
Aby poradzić sobie zarówno z nadmiarem, jak i niedoborem barwnika w skórze, by przywrócić równowagę procesu melanogenezy, naukowcy zaczęli poszukiwać związków – syntetycznych i naturalnych, wpływających na działanie enzymu odpowiadającego za biosyntezę pigmentu.
Obecnie produkty wybielające skórę i usuwające przebarwienia są komercyjnie dostępne do celów kosmetycznych w celu uzyskania jaśniejszego i jednolitego wyglądu skóry. Duża część środków wybielających opiera swe działanie na obecnych w nich konkurencyjnych inhibitorach tyrozynazy.
Hamowanie aktywności enzymu spowodowane jest blokadą jego centrum aktywnego (zwierającego jony miedzi) przez inhibitor, co uniemożliwia połączenie się z substratem reakcji i jej przebieg, co z kolei skutecznie blokuje wytwarzanie pigmentów (melanin). Jednym z najskuteczniejszych inhibitorów tyrozynazy jest arbutyna, należąca do grupy glikozydów fenolowych (β-glukozyd hydrochinou), a wystepjąca i otrzymywana do celów kosmetycznych z liści mącznicy lekarskiej (Arctostaphylos uva-ursi). Działanie arbutyny sprowadza się do zahamowania rozwoju barwnika skóry (melaniny), bez powodowania uszkodzeń na poziomie komórkowym. Dzięki temu, że blokuje aktywność tyrozynazy, wytwarzanie pigmentu zostaje wstrzymane, co skutkuje tym, że ciemniejsze plamy bledną, a odcień skóry staje się jednolity i naturalny. Inną substancją pochodzenia naturalnego, stosowaną w leczeniu zaburzeń barwnikowych, jest kwas kojowy. Został odkryty przez naukowców japońskich w grzybie kropidlaku ryżowym (Aspergillus oryzae), który w Japonii znany jest jako koja. Kwas kojowy redukuje efekty hiperpigmentacji poprzez bezpośrednie oddziaływanie na enzym tyrozynazę, tworząc związek kompleksowy z cząsteczką miedzi. Wobec tyrozynazy wykazuje on mieszany (kompetycyjny i niekompetycyjny) typ inhibicji. Ponadto substancja wykazuje zdolność zmiatania wolnych rodników. Kwas kojowy stosowany jest w kosmetykach jako substancja wybielająca skórę oraz jako dodatek do żywności, zapobiegający enzymatycznemu brązowieniu.
Kwas azelainowy jest kolejnym przykładem substancji pochodzenia naturalnego, która wykazuje hamujący wpływ na aktywność tyrozynazy. Jest to kwas dikarboksylowy, wytwarzany przez grzyby z gatunku Pityrosporum ovale. Zmniejsza natężenie procesu melanogenezy poprzez kompetencyjne hamowanie tyrozynazy. Cechuje go działanie cytotoksyczne w stosunku do melanocytów, ponieważ hamuje zarówno syntezę DNA, jak i enzymów. Wykazuje przy tym, podobnie jak kwas kojowy, zdolność do wymiatania wolnych rodników.
W leczeniu zaburzeń pigmentacji stosuje się szereg produktów naturalnych, takich jak zielona herbata, hesperydyna, wyciąg z lukrecji, preparaty z aloesu, soi czy stokrotki pospolitej.
Preparaty pochodzenia naturalnego cechują się duża skutecznością przy relatywnie wysokim stopniu
bezpieczeństwa ich stosowania. Dlatego trwają poszukiwania, wśród produktów pochodzenia naturalnego, nowych źródeł aktywnych i bezpiecznych inhibitorów tyrozynazy. Dużym potencjałem w tym zakresie cechują się produkty pszczele, od wieków wykorzystywane w lecznictwie i kosmetologii, a zwłaszcza propolis.
Propolis
– znany również pod nazwą kitu pszczelego, jest materiałem żywicznym, ze względu na swoje właściwości fizyczne, używanym przez pszczoły w ulu, głównie jako materiał uszczelniający i budowlany do wzmocnienia ścianek plastrów i wejścia do ula. Pszczoły pokrywają propolisem ubytki, uszkodzenia i szczeliny w ścianach ula. Pod względem chemicznym propolis jest mieszaniną żywicy roślinnej (60%), wosku (30%) i substancji lotnych (10%), uzupełnioną o 5% innych związków organicznych. Oprócz dobrze ugruntowanych właściwości przeciwdrobnoustrojowych, propolis wykazuje wiele działań biologicznych, takich jak działanie przeciwutleniające, przeciwpasożytnicze, przeciwzapalne i wreszcie przeciwnowotworowe (aktywność cytostatyczna i zdolność do zapobiegania wzrostowi guza). Za aktywność biologiczną propolisu i jego ekstraktów odpowiedzialne są głównie flawonoidy, kwasy fenolowe i ich liczne pochodne, które należą do związków polifenolowych.
Szczególne znaczenie ma zdolność propolisu do hamowania aktywności różnych enzymów (acetylocholinoesterazy, lipooksygenazy, α-glukozydazy, oksydazy ksantynowej, hialuronidazy), co czyni go ważnym składnikiem suplementów diety i kosmeceutyków, a w przyszłości zapewne źródłem nowych związków aktywnych, wykorzystywanych w terapiach chorób cywilizacyjnych skóry i chorób neurodegeneracyjnych.
W ramach badań własnych, dotyczących składu i aktywności ekstraktów propolisowych, przetestowano kilka próbek propolisów: dwóch z Polski (z Dolnego Śląska; PLS2 i PLS3), dwóch z Ukrainy (z Tarnopola – TP i Chmielnickiego – UK2) oraz jednej próbki z Grecji. (Parga – GP) i z Rosji (Saratow – RS). Badane propolisy ekstrahowano 70% roztworem etanolu w wodzie, wykorzystując ekstrakcję na łaźni ultradźwiękowej.
Wszystkie ekstrakty propolisu analizowano pod kątem ich zdolności do hamowania tyrozynazy grzybowej. Test na tyrozynazę grzybową jest najczęściej stosowaną metodą określania potencjału inhibicji badanych związków naturalnych i ekstraktów roślinnych lub produktów pszczelich.
Aktywność inhibicyjną każdej próbki badano w trzech stężeniach 25,00, 50,00 i 100,00 µg/ml. Największą aktywność hamującą monofenolazę tyrozynazy (100,00 µg/mL) wykazała próbka UK2 (93,25% inhibicji), następnie PLS2, UT, GP z inhibicją na poziomie odpowiednio 90, 93, 88, 70 i 86,55%. Przy stężeniu 50,00 µg/mL najsilniejszą aktywność hamującą wykazywała próbka PLU (88,40%), następnie kolejno UT (87,35%), PLS2 (86,37%), UK2 (85,75%) i GP (83,00%). Aktywność pięciu najskuteczniejszych ekstraktów propolisu (UT, PLS2, PLU, UK2 i GP) w stężeniu 25,00 µg/ml była podobna, w zakresie (83,15 – 86,90%), przy czym UT były próbkami o najwyższym poziomie inhibicji. Dla dwóch próbek propolisu PLS3 i RS wyniki testów inhibicji aktywności monofenolazy tyrozynazy były znacząco niższe od pozostałych i wynosiły odpowiednio dla PLS3 (67,04; 57,03; 28,74%), dla RS (56,03; 47,13; 31,27), przy stężeniach badanych próbek (100,00; 50,00 i 25,00 µg/mL).
Nieco niższe wyniki inhibicji badanych ekstraktów propolisów uzyskano dla aktywności difenolazy.
Wyniki prezentujące aktywność różnych innych rodzajów propolisu (charakteryzujących się różnym pochodzeniem i składem chemicznym) w hamowaniu tyrozynazy tylko podkreślają duży potencjał badanych przez nas propolisów jako naturalnych inhibitorów tego enzymu (zwykle osiągały dużo niższe wartości inhibicji).
Testowane w tym badaniu próbki propolisu euroazjatyckiego, o wysokiej zawartości związków polifenolowych, zostały sklasyfikowane, zgodnie z występowaniem związków markerowych, jako topolowe, osikowo-brzozowe, osikowo-topolowe i osikowo-brzozowo-topolowe. Wydaje się, że ten rodzaj budowy chemicznej ma wpływ na wybitną aktywność biologiczną, w tym zdolność do silnej inhibicji tyrozynazy.
W porównaniu z innymi wynikami dotyczącymi poziomu inhibicji tyrozynazy, próbki propolisu badane przez naszą grupę wywierały silniejszą inhibicję tyrozynazy niż większość propolisów i ekstraktów roślinnych w mniejszych dawkach. Obiecujące dla przyszłych badań jest to, że nasze próbki propolisu wykazywały aktywność podobną do substancji referencyjnych (kwasu kojowego), użytych w tych badaniach.
Duża liczba substancji naturalnych, w tym ekstrakty otrzymane z propolisu, wykazuje zdolność modulowania syntezy melanin, głównie przez inhibicję głównego enzymu melanogenezy, czyli tyrozynazy. Ta właściwość może mieć zastosowanie w leczeniu zaburzeń pigmentacji skóry, co nie tylko poprawi gładkość i koloryt naszej zewnętrznej powłoki, ale może również zapobiegać poważnym schorzeniom, u podstaw których leżą właśnie zaburzenia wytwarzania naszych naturalnych barwników.
