ABSTRAKT

Tyrosinase ist ein wichtiges Enzym bei der Steuerung der Melaninbildung in Melanosomen und spielt eine Schlüsselrolle bei der Pigmentierung von Haaren und Haut. Die abnormale Expression oder Aktivierung von Tyrosinase wird mit mehreren Krankheiten wie Albinismus, Vitiligo, Melanom und Parkinson-Krankheit in Verbindung gebracht. Eine übermäßige Ablagerung von Melanin kann Krankheiten wie Sommersprossen und braune Flecken im menschlichen Körper verursachen und steht auch in engem Zusammenhang mit der Bräunung von Obst und Gemüse sowie der Häutung von Insekten. Der Nachweis und die Hemmung der Tyrosinase-Aktivität sind für den Fortschritt der Diagnose und Behandlung dieser Krankheiten von außerordentlicher Bedeutung. Daher wurden zahlreiche selektive optische Nachweissonden und niedermolekulare Inhibitoren entwickelt, die einen wesentlichen Beitrag zur Grundlagenforschung und klinischen Forschung zu diesen Krankheiten geleistet haben. In diesem Artikel werden der Nachweis und die Hemmung von Tyrosinase sowie ihre Anwendung in Aufhellungsprodukten besprochen, mit besonderem Schwerpunkt auf der Entwicklung von Fluoreszenzsonden und -inhibitoren. Wir hoffen, dass dieser Aufsatz dazu beitragen wird, effizientere und empfindlichere Tyrosinase-Sonden und -Inhibitoren zu entwickeln und Aufschluss über neue Behandlungsmöglichkeiten für Krankheiten wie Melanome zu geben.

Laut einschlägigen StudienCistancheist ein weit verbreitetes Kraut, das als „Wunderkraut, das das Leben verlängert“ bekannt ist. Sein Hauptbestandteil istCistanosid, was verschiedene Auswirkungen hat, wie zAntioxidans,Antiphlogistikum, UndFörderung der Immunfunktion. Der Mechanismus zwischen Cistanche undHautAufhellungliegt in der antioxidativen Wirkung von Cistanche-Glykosiden. Melanin in der menschlichen Haut entsteht durch die katalysierte Oxidation von TyrosinTyrosinaseDa die Oxidationsreaktion die Beteiligung von Sauerstoff erfordert, werden die sauerstofffreien Radikale im Körper zu einem wichtigen Faktorbeeinflussend MelaninProduktion. Cistanche enthält Cistanosid, ein Antioxidans, das die Bildung freier Radikale im Körper reduzieren kannhemmendMelaninProduktion.

Klicken Sie auf Cistanche Tubulosa Supplement

Für mehr Information:

david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501

Schlüsselwörter:

1. Einleitung

Tyrosinase (EC 1.14.18.1; Catecholoxidase; Polyphenoloxidase [1] oder Diphenolase) gilt als das wichtigste kupferhaltige Enzym bei der Melaninbildung. Tyrosinase kann unter Einwirkung von molekularem Sauerstoff die Hydroxylierung und anschließende Oxidation der Monophenoleinheit zu Orthochinon katalysieren. Es kommt in Melanosomen vor, dem Ort der Synthese, Speicherung und des Transports von Melanin. Die pH-Werte leicht und stark melanisierter Melanosomen liegen bei etwa 4,5 bzw. 3. Der optimale pH-Wert für die Tyrosinase-Aktivität liegt bei 6,8 [2]. Raper [3] und Mason [4] waren die ersten, die die Biosynthesewege der Melaninbildung in verschiedenen Organismen aufklärten, die kürzlich von Schallreuter et al. verschönert wurden. [5] und Cooksey et al. (Abb. 1) [6].

Tyrosinase kommt häufig in Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen vor. Angesichts der Beteiligung der Tyrosinase an der Pathogenese des Melanoms wird die Überwachung und pharmakologische Regulierung ihrer Aktivität die Diagnose und Behandlung der Krankheit unterstützen [7]. Sonden wurden entwickelt, um Tyrosinase-Aktivität in physiologischen Umgebungen gezielt nachzuweisen. Es wurden auch Inhibitoren entwickelt, die Tyrosinase inaktivieren könnten, und einige von ihnen wurden klinisch zur Behandlung von Krankheiten eingesetzt. Beispielsweise wurden Kojisäure und Arbutin [8] als spezifische Tyrosinase-Inhibitoren klinisch als Aufhellungsprodukte eingesetzt. Mit den Fortschritten in der Arzneimittelentwicklung wurde in jüngster Zeit eine zunehmende Anzahl wirksamer Verbindungen entwickelt und synthetisiert, die die Tyrosinaseaktivität erkennen/hemmen können. Dies würde den Fortschritt bei der Diagnose und Behandlung von Krankheiten, die auf eine fehlerhafte Melaninproduktion zurückzuführen sind, erheblich erleichtern. In diesem Aufsatz werden wir die Fortschritte bei der Entwicklung niedermolekularer Sonden und Inhibitoren für die endogene Tyrosinaseaktivität diskutieren. Hoffentlich wird es uns helfen, mehr über Tyrosinase zu erfahren und weitere funktionelle Verbindungen zu finden, die auf Tyrosinase abzielen/regulieren.

2. Struktur der Tyrosinase

Das aktive Zentrum der Tyrosinase weist eine zweikernige Kupferzentrumsstruktur auf, die aus zwei Kupferionen besteht (Abb. 2), die an Histidinreste im Protein binden. Die beiden Kupferionenzentren sind durch eine endogene Koordinationsbrücke verbunden. Tyrosin und andere Substanzen werden durch die Bindung zwischen dem aktiven Zentrum des Enzyms und der Hydroxylgruppe mit dem Enzym komplexiert. Im Prozess der katalytischen Reaktion von Melanin wird die katalytische Stelle in drei Formen eingeteilt: Oxidationszustand (Eoxy), Reduktionszustand (Emet) und Desoxygenierungszustand (Edeoxy). Der Unterschied liegt in der Struktur des aktiven Zentrums mit zweikernigen Kupferionen (Abb. 2).

Epoxid besteht aus zwei quadratischen Kupfer(II)-Atomen; Jedes Atom besteht aus zwei starken Äquatoren und der Ligand ist ein schwächeres axiales NH [9]. Das exogene Sauerstoffmolekül bindet und überbrückt die beiden Kupferzentren in Form von Peroxiden. Die CueCu-Bindungslänge beträgt etwa 0,35 nm. Die Kombination von Sauerstoffmolekülen führt zur Bildung der (m-h2:h2 -peroxo)-Struktur [10], sodass das aktive Eoxy-Zentrum als [Cu(II)eO2eCu(II)] geschrieben werden kann. Die elektronische Struktur von Peroxiden spielt eine entscheidende Rolle für die biologischen Funktionen von Eoxy. Aufgrund der starken s*-Akzeptorwirkung hat das Peroxid eine weniger negative Ladung, während der p-Elektronenakzeptor mit den Elektronen im s*-Orbital des Peroxids interagiert, was die Stärke der Sauerstoff-Sauerstoff-Bindung stark schwächt und den Kern zerstört des aktiven Zentrums der Tyrosinase leicht zerbrechlich [9]. Mettyrosinase (Emet) ähnelt Eoxy und enthält ebenfalls zwei tetragonale Kupfer(II)-Atome, die über eine endogene Brücke verbunden sind. Der Unterschied besteht darin, dass der Brückenligand zwischen Kupferionen Hydroxid und nicht Peroxid ist [2]. Auch hinsichtlich der oxidativen Eigenschaften unterscheiden sich Emet und Eoxy geringfügig. Emet ist nicht in der Lage, monophenolische Verbindungen zu oxidieren. In Abwesenheit von Substraten kommt Emet als Hauptform in Organismen vor. Desoxytyrosinase (Edeoxy) hat ähnlich wie Desoxyhämocyanin eine symmetrische Struktur [(Cu(I)eCu(I)]. Es gibt keinen Brückenliganden wie Peroxid oder Hydroxid zwischen zweikernigem Kupfer; daher ist Hydroxid in Wasser ein wesentlicher Brückenligand.

3. Wirkmechanismus der Tyrosinase

Obwohl Forscher eingehende Studien zu Tyrosinase und ihren verwandten Proteinen durchgeführt haben, ist der Mechanismus ihrer katalytischen Reaktion immer noch umstritten. Beispielsweise ist die katalytische Aktivität am gleichen aktiven Zentrum der Tyrosinase unterschiedlich. Das katalytische Zentrum der Tyrosinase enthält ein zweikerniges Kupferzentrum mit den Namen Cu(A) bzw. Cu(B). Jedes Kupferion im aktiven Zentrum ist mit drei verschiedenen Histidinresten koordiniert. Es besteht ein großer Unterschied zwischen der Mycophenolat-Aktivität und der Diphenolase-Aktivität, und reduzierte Tyrosinase weist bei der Reaktion mit Monophenol eine Verzögerungsphase auf. Dies sind wichtige Themen, die kontinuierlich erforscht und untersucht werden müssen [11].

Die Reaktion zwischen Tyrosinase und verwandten Substraten erfolgt hauptsächlich durch die Bildung einer wirksamen Koordinationsbindung zwischen der Hydroxylgruppe am Substrat und dem aktiven Zentrum der Tyrosinase. Olivares et al. [12] schlugen vor, dass Eoxy und geeignete Substrate bei Säugetieren Mycophenolataktivität und Diphenolaseaktivität auslösen. Während der Mycophenolataktivität werden Monophenole (L-Tyrosin) zu o-Chinonen (o-Dopaquinon), einem wichtigen Vorläufer von Melanin, und Edeoxy oxidiert. Während der Diphenolase-Aktivität können Eoxy und Emet auch o-Diphenole (L-DOPA) oxidieren, um o-Dopaquinon zu produzieren [13]. Dieser Mechanismus wird von Forschern allgemein akzeptiert, da er die kinetischen Eigenschaften der Tyrosinase am genauesten widerspiegeln kann, bei der der geschwindigkeitsbestimmende Schritt bei der Melaninproduktion der Monophenolzyklus ist [14].

3.1. Mechanismus der Mycophenolataktivität

Während der Melaninsynthese besteht die Hauptfunktion des Enzyms darin, Monophenolsubstrate durch Eoxy zu o-Chinon zu oxidieren. Dieser Prozess ist ein wichtiges Merkmal, das Tyrosinase von anderen Oxidoreduktasen wie der Catecholoxidase unterscheidet. Während des Monophenolzyklus (Abb. 2) wird das Sauerstoffatom des deprotonierten Phenols mit dem Kupferion des aktiven Zentrums der oxidierten Tyrosinase koordiniert, um den Mycophenolat-Eoxy-Komplex (EoxyM) zu bilden. Anschließend wird das Phenol ortho-elektrophil durch Diphenolase Emet ersetzt komplex (EmetD). EmetD durchläuft einen Spaltungsprozess, um direkt o-Chinon und Edeoxy zu erzeugen. Edeoxy verbindet sich direkt mit Sauerstoffmolekülen, um Eoxy neu zu bilden. Dies ist der zyklische Prozess der Mycophenolataktivität. Dieser Prozess endet erst, wenn die Substratreaktion abgeschlossen ist. Wenn im Reaktionsprozess des Monophenolzyklus das Emet im natürlichen Zustand auf ein Monophenolsubstrat trifft, unterliegt es einer extrem langsamen Oxidationsreaktion und behindert den normalen Ablauf der Monophenolreaktion. Daher wird dieser Zeitraum als „Lag-Zeitraum“ bezeichnet, da Emet selbst keine Sauerstoffmoleküle binden kann [12].

3.2. Mechanismus der Diphenolase-Aktivität

4. Funktion der Tyrosinase

Tyrosinase gehört zur Kupferfamilie Typ 3 und kommt im frühen Prozess der Melaninbildung vor. Es ist hauptsächlich an den folgenden zwei Reaktionsprozessen beteiligt [17]: (1) Hydroxylierung von L-Tyrosin zu L-DOPA; (2) Oxidation von L-DOPA zu Dopaquinon. Dopaquinon bildet schließlich durch eine Reihe von Reaktionen Melanin. Die anderen beiden Familienmitglieder der Typ-3-Kupferfamilie sind Catecholoxidase und Hämocyanin. Catecholoxidase zeigt nur Diphenolaseaktivität und Hämocyanin ist ein Sauerstoffträger in der Lymphe vieler Weichtiere und Arthropoden. Obwohl die aktiven Zentren der Proteine ​​der Typ-3-Kupferfamilie hinsichtlich der Gesamtstruktur und der Fähigkeit, Sauerstoffmoleküle zu verbinden, konserviert sind, sind ihre potenziellen enzymatischen Aktivitäten aufgrund der Variabilität der Bindung des Substrats an das Enzymzentrum oder der Unkontrollierbarkeit, die das aufweist, leicht unterschiedlich Substrat erreichen kann.

Tyrosinase ist nicht nur am Prozess der Melaninproduktion beteiligt, sondern hat auch andere wichtige physiologische Funktionen. In Schwämmen, Pflanzen und einigen Wirbellosen ist Tyrosinase hauptsächlich am Prozess der Wundheilung und der primären Immunantwort beteiligt [18]. Bei Arthropoden kann Tyrosinase den Verhärtungsprozess des Stratum Corneum von Tieren nach der Häutung fördern. Bakterielle Tyrosinase kann im Boden abgesondert werden und am Prozess der zufälligen Kopplung verschiedener aromatischer Verbindungen zur Bildung von Humus beteiligt sein. Und es wurde entdeckt, dass Tyrosinase auch ein potenzielles Gegenmittel gegen Benzol-toxische Substanzen sein kann [13,19]. Darüber hinaus spielt es eine unverzichtbare Rolle bei der Abtötung parasitärer Pflanzen gegen phenolische symbiotische Bakterien, der Produktion natürlicher Pigmente und der Synthese von Aminosäureantibiotika wie Lincomycin. Der gemeinsame Punkt dieser Effekte ist untrennbar mit der Tyrosinase verbunden, die Redoxreaktionen mit Sauerstoffmolekülen nutzt [11].

5. Tyrosinase-bedingte Erkrankungen

Die Verteilung der Tyrosinase ist eng mit den physiologischen Funktionen von Pflanzen und Tieren verbunden. Es wird allgemein angenommen, dass die Farben von Federn, Haaren, Augen, Insektenepidermis, Samen und anderen Pigmenten das Ergebnis von Tyrosinase sind [10]. Tyrosinase hat in verschiedenen Organismen unterschiedliche, aber wichtige Funktionen. Bei den meisten Insekten liegt Tyrosinase unter normalen physiologischen Bedingungen in Form des Zymogens vor, und in bestimmten Teilen von Insekten existieren verschiedene Arten von Tyrosinase, um bestimmte physiologische Funktionen zu erfüllen [20]. Insektentyrosinase ist nicht nur an der Melaninproduktion beteiligt, sondern auch das einzige Enzym, das an Keratose beteiligt ist. Insektengehärtetes Keratin kann das Eindringen von Mikroorganismen und Fremdkörpern blockieren und den weichen Körper der Wirbellosen schützen. Bei Arthropoden ist Tyrosinase auch an zwei weiteren wichtigen physiologischen Prozessen beteiligt, nämlich der Abwehrreaktion und der Wundheilung. Das von Tyrosinase bei Säugetieren produzierte Melanin wird in die Keratinozyten der Epidermis und der Haare abgesondert, verfärbt die Körperoberfläche und schützt dadurch Haut und Augen, widersteht ultravioletter Strahlung und verhindert eine Überhitzung des inneren Gewebes [10]. Die bei Säugetieren vorkommende Tyrosinase kommt häufig in Melanozyten vor, bei denen es sich um hochspezifische Zellen handelt, die in der Haut, Haarfollikeln und Augen vorkommen und Pigmente produzieren [4,21]. Wenn die Tyrosinasefunktion verringert ist oder fehlt, beeinträchtigt dies den Melaninstoffwechsel und verursacht Krankheiten wie Epilepsie und Albinismus. Auch autosomal rezessive Erkrankungen bei Tieren und Menschen stehen im Zusammenhang mit dem Verlust der Tyrosinase bzw. verminderter Aktivität [22].

6. Sonden der Tyrosinase

Sonden sind Substanzen, die das Ziel spezifisch erkennen und nachweisbare Signale aussenden, die die Anwesenheit und Aktivität des Ziels widerspiegeln. Die traditionelle kolorimetrische Methode zur Tyrosinase-Analyse war aufgrund ihrer geringen Empfindlichkeit eingeschränkt [23]. Zunächst wurden von Willners Gruppe mehrere andere auf Elektrochemie und Goldnanopartikeln basierende Nachweismethoden beschrieben [24e27], die nicht nur die Vielseitigkeit des Nachweises erhöhen, sondern auch die Farbmetrik hinsichtlich der Empfindlichkeit erheblich auf den neuesten Stand bringen. Es wurde auch eine Fluoreszenzstrategie eingeführt, um hochempfindliche Tyrosinase-Sonden zu entwerfen, wie in Abb. 3 dargestellt. Ursprünglich entwickelte Quantenpunkte und konjugierte Polymer-Fluoreszenzsonden können zur Überwachung der Tyrosinase-Aktivität eingesetzt werden [28]. Dennoch sind niedermolekulare Fluoreszenzsonden aufgrund ihrer besonderen Vorteile wie Empfindlichkeit, Spezifität und Kompatibilität besonders attraktiv. Im Jahr 2008 synthetisierte Zhus Team ein neues wasserlösliches Oligo (Phenylenvinylen) (Pr1) als FL-Fluorophor, das einen Tyrosin-Gefechtskopf (WH) als fluoreszierende Sonde für Tyrosinase enthält. Es konnte gezeigt werden, dass Pr1 bisher in einer wässrigen Pufferlösung auch im Agarosegel zum Nachweis der Aktivität von Tyrosinase geeignet ist [29]. Zunächst wurde 2010 von Ma et al. eine Cyanin-basierte Nahinfrarot-Fluoreszenzsonde (Pr2) zur Überwachung der Aktivität von Tyrosinase verwendet. [30]. Der deutliche Farbumschlag vor und nach der Reaktion war mit bloßem Auge erkennbar. Allerdings zeigen diese Sonden auch einen Abschaltmodus, der durch die Chinoneinheit verursacht wird, die durch Tyrosinase-katalysierte Oxidation erzeugt wird. Für funktionelle Zwecke ist jedoch die Implementierung eines Bioassays im Einschaltmodus aufgrund seiner Empfindlichkeit und seiner besseren Eignung für die Biobildgebung von Tyrosinase in lebenden Systemen der beste Ansatz. Im Jahr 2010 haben Kim et al. [31] schlugen eine BODIPY-basierte anschaltbare fluorogene Sonde zum Nachweis der endogenen Tyrosinaseaktivität in lebenden Melanomzellen vor (Pr3, Abb. 4). Basierend auf früheren Untersuchungen zur Tyrosinase zur Entfernung der Aminschutzgruppen [32] haben Yan et al. [33] stellten 2012 die Tyrosinase-Sonden Pr4 und Pr5 her, in denen eine Phenolgruppe und eine Naphthylamingruppe über eine Harnstoffbindung verbunden waren. Wichtig ist, dass Pr4 die erste fluoreszierende Sonde mit Zwei-Photonen-Einschaltfunktion war, die zum Nachweis der Aktivität von Tyrosinase entwickelt wurde in wässrigen Puffern und lebenden Zellen. Im Jahr 2013 haben Wang et al. [34] zeigten, dass die NBD-NH2--basierte Fluoreszenzsonde (Pr6 und Pr7), die Phenoleinheiten (WH) enthält, zum Nachweis der Aktivität von Tyrosinase und zum Screening auf potenzielle Tyrosinase-Inhibitoren mit einem „Anschalt“-System verwendet werden kann. Strategie. Allerdings gibt es in dieser Arbeit kein biologisches Experiment im Zusammenhang mit der Zellbildgebung. Im Jahr 2016 entwarfen Li und Kollegen eine Gruppe neuer Sonden auf Basis von 7- Amino-4-(trifluormethyl)cumarin als FL-Fluorophor und synthetisierten sie, Pr8-11, mit unterschiedlichen Abständen zwischen FL Fluorophor und Phenole. Es wurde festgestellt, dass Pr9 eine hochempfindliche und selektive „einschaltbare“ fluorogene Sonde zur Abbildung lebender Melanomzellen ist [35]. Im Jahr 2018 war Wus Team das erste, das eine FL-Fluoreszenzsonde (Pr12) zur Diagnose früher Melanome in Nagetier-Mausmodellen einsetzte (Abb. 4 und 5A). Die Sonde kann durch Tyrosinase-vermittelte Oxidation aktiviert werden und dann Harnstoffbindungen hydrolysieren, um ein Fluoreszenzsignal zu erzeugen. Gleichzeitig kann damit auch der Spiegel der endogenen Tyrosinase in lebenden Zellen und im Zebrafisch empfindlich und selektiv überwacht werden (Abb. 5 B/C) [36].

Im Jahr 2016 entwickelte Ma's Gruppe [37] eine neuartige fluorogene Sonde namens Mela-TYR (Pr13, Abb. 4), um auf Melanosomen abzuzielen und die Aktivität von Tyrosinase nachzuweisen. Pr13 wurde durch den Einbau von Phthalimid mit Morpholin und 4-Aminophenol-abgeleitetem Harnstoff entwickelt. Die Sonde zeigt eine hochempfindliche und selektive Aktivierungsreaktion auf Tyrosinase durch eine Oxidations-Spaltungsreaktion. Die oben beschriebenen Fluoreszenzsonden enthielten hauptsächlich eine 4-Hydroxyphenylgruppe als Erkennungseinheit (WH) und zeigten eine parallele Fluoreszenzreaktion auf mehrere reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und Tyrosinase, die somit durch ROS gestört wurden. Mas Gruppe entdeckte eine neue Tyrosinase-Erkennungseinheit, 3-Hydroxybenzyloxy (WH), die verschiedene Reaktionsmechanismen für Tyrosinase und ROS zeigte [38]. Eine NIR-Fluoreszenzsonde (Pr14, Abb. 4) wurde durch den Einbau von 3--Hydroxybenzyloxy in ein NIR-Fluorophor (HXPI) entwickelt und zeigte eine hochspezifische Off-On-Reaktion auf Tyrosinase anstelle von ROS, wodurch die Interferenz überwunden wurde. Das Vorhandensein der 3--Hydroxygruppe erleichtert die Hydroxylierung durch Tyrosinase an der 4--Positionslücke, nicht jedoch durch ROS, und das Zwischenprodukt würde eine spontane 1,6--Umlagerungseliminierung durchlaufen, wodurch freies Fluorophor freigesetzt wird. Die hohe Spezifität der entwickelten Sonde wurde durch Bildgebung und Nachweis der endogenen Tyrosinaseaktivität in lebenden Zellen und Zebrafischen nachgewiesen, und die hohe Spezifität der Sonde wurde durch einen enzymgebundenen Immunosorbens-Assay weiter verifiziert (Abb. 4 und 6). Ma's Gruppe entwickelte anschließend eine weitere anschaltbare fluorogene Sonde (Pr15, Abb. 4), die auf Resorufin mit eingebauter 3-Hydroxyphenylgruppe basiert [39]. Es wurde verwendet, um die Aktivität endogener Tyrosinase in einer Vielzahl lebender Zellen nachzuweisen und abzubilden. Inspiriert durch das obige Design schlugen Zhang und Mitarbeiter [40] eine fluorogene Tyrosinase-Sonde (Pr16, Abb. 4) mit Resorufin als Fluorophor und dem m-Tolylboronsäurepinakolester (WH) als neue Tyrosinase-Erkennung vor Einheit. Die Sonde zeigte eine hohe Selektivität für Tyrosinase gegenüber anderen biologischen Substanzen, einschließlich ROS. Allerdings wurde es durch H2O2 stark beeinträchtigt. Im Jahr 2019 haben Hu et al. [41] berichteten über eine neue fluorogene Sonde mit hoher chemischer Selektivität auf Basis von Fluorescein (Pr17, Abb. 4), die Tyrosinase in vitro und in vivo verfolgen und einen hoch chemoselektiven Nachweis von Tyrosinase ermöglichen kann. Darüber hinaus reagierte die Sonde in einer wässrigen Lösung und zeigte in Gegenwart von Tyrosinase eine mehr als 24-fache Fluoreszenzverstärkung. Darüber hinaus zeigte Pr17 hervorragende Zellmembran- und Gewebepermeabilitätseigenschaften, was zu seinem Erfolg bei der Verfolgung der endogenen Tyrosinaseaktivität in bestimmten lebenden Zellen und Zebrafischmodellen beitrug. Dings Gruppe konstruierte eine neuartige wasserlösliche NIR-Fluoreszenzsonde (Pr18, Abb. 4), die Tyrosinase spezifisch erkennen kann, die innerhalb der physiologischen Temperatur und des physiologischen pH-Werts äußerst stabil ist und Tyrosinase in biologischen Systemen genau nachweisen kann, ohne durch allgegenwärtige Einheiten gestört zu werden. Es kann zur Abbildung von Tyrosinase in lebenden Zellen, Zebrafischen und xenogenen Mausmodellen verwendet werden [42].

Sidhu et al. entwickelten und synthetisierten eine ratiometrische Fluoreszenzsonde (Pr19, Abb. 4) auf Basis von Naphthalimid. Pr19 weist eine hohe Selektivität und Empfindlichkeit für Tyrosinase auf und die Nachweisgrenze (LOD) ist recht niedrig [43]. Die Verschiebung des Anregungs- oder Emissionsspektrums erfolgt, nachdem die Sonde mit den Reaktanten kombiniert wurde. Sie kann über das Verhältnis der bei zwei verschiedenen Wellenlängen gemessenen Fluoreszenzintensität erfasst werden, was als Verhältnismessung bezeichnet wird. Ratiometrische Fluoreszenzsonden, die auf diesem Prinzip basieren, zeigen ihre Empfindlichkeit und Selektivität und können für die Untersuchung der Enzymfunktion in lebenden Systemen verwendet werden [44]. Guos Team schlug eine neue ratiometrische und einschaltbare NIR-Fluoreszenzsonde (Pr20, Abb. 4) für den Echtzeitnachweis der endogenen Tyrosinaseaktivität vor. Diese besonderen Eigenschaften von Pr20, kombiniert mit seltener Zytotoxizität, überlegenen photophysikalischen Eigenschaften und Zellmembranpermeabilität, machen es ideal für den quantitativen Nachweis endogener Tyrosinaseaktivität [45]. Cyaninderivate können als typische NIR-Fluoreszenzfarbstoffe in wässrigen Lösungen kontrollierbar aggregiert werden und weisen daher viele deutlich unterschiedliche spektrale Eigenschaften auf. Das Chloratom im Zentrum des Cyaningerüsts lässt sich leicht durch andere funktionelle Gruppen ersetzen. Basierend auf dieser Funktion haben Zhang et al. [46] entwickelten eine neue Fluoreszenzsonde auf Cyaninbasis (Pr21, Abb. 4) für den ratiometrischen Fluoreszenznachweis der Tyrosinaseaktivität (Abb. 7). Die Verhältnisbestimmung ergab ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis und der LOD-Wert der Tyrosinase-Aktivität betrug 0,02 U/ml. Darüber hinaus wurde Pr21 erfolgreich zur Abbildung der endogenen Tyrosinaseaktivität in B16-Zellen und zur qualitativen Unterscheidung von anderen Krebs-/normalen Zellen in Abwesenheit von Tyrosinase eingesetzt (Abb. 7).

7. Tyrosinase-Inhibitoren

Inhibitoren werden im Allgemeinen in reversible Inhibitoren und irreversible Inhibitoren unterteilt, je nachdem, ob die Inhibitoren, die mit Enzymen interagieren, eine dauerhafte Inaktivierung des Enzyms bewirken. Das Hemmungsmerkmal der Tyrosinase ist eine reversible Hemmung. Bei der durch reversible Hemmung gekennzeichneten Hemmung handelt es sich bei der Kombination von Inhibitor und Enzym um einen reversiblen dynamischen Gleichgewichtsprozess [47–49]. Eine Erhöhung der Konzentration des Inhibitors führt zu einer Abnahme der Enzymaktivität, der Inhibitor hemmt jedoch nur die Enzymaktivität, anstatt das Enzym dauerhaft zu inaktivieren. Wenn die Inhibitorkonzentration abnimmt, nimmt die Tyrosinase-Aktivität zu. Unterdessen wird die irreversible Hemmung die dauerhafte Inaktivierung der Tyrosinase sein. Je nach den verschiedenen Stellen und Methoden der Interaktion von Tyrosinase-Inhibitoren mit dem Enzym können sie in vier Formen unterteilt werden: kompetitiv, nichtkompetitiv, gemischt und langsam bindend.

Flavonoide sind eine Reihe von Verbindungen, die aus zwei Benzolringen bestehen, die durch eine Kette mit drei Kohlenstoffatomen verbunden sind. Da sich die Hydroxyl-, Methoxy- und Glykosid-Seitenkettengruppen in den Benzolringen befinden, kann die Anordnung in Flavonole, Chalkone, Dihydroflavone und Orangen unterteilt werden (Abb. 8) [56]. Flavonoide sind in den Blättern, Samen, Schalen und Anhängern von Pflanzen weit verbreitet, und Forscher haben mehr als 4000 Flavonoide nachgewiesen. Bei einigen Pflanzen bieten Flavonoide und ihre Derivate einen Schutz vor UV-Strahlen, Krankheitserregern und Pflanzenfressern [57]. Die Analyse der Struktur des Süßholzwurzelextrakts zeigt, dass die Tyrosinase-Hemmwirkung von Neo-Glycyrrhizin, Glycyrrhizin, Isoliquiritigenin und Glycyrrhizin mit ihrer Lipophilie zusammenhängt. Unter diesen ist die Hemmung von Monophenol wirksamer als die von Diphenol, was darauf hindeutet, dass es sich um eine geschwindigkeitsbestimmende Reaktion im ersten Schritt der Oxidationsreaktion handelt [58].

Einige Flavone mit einer {{0}}Hydroxy-4--Ketonstruktur können die Enzymaktivität kompetitiv hemmen, indem sie Kupfer am aktiven Zentrum der Tyrosinase chelatisieren, was zur irreversiblen Inaktivierung der Tyrosinase führt. Nach der Chelatisierung der Tyrosinase verliert das Molekül theoretisch seine planare Struktur und wird verzerrt. Kompetitive Inhibitoren weisen in der Regel eine parallele Struktur zum Substrat auf, sodass das Molekül leicht in das aktive Zentrum der Tyrosinase eindringt und den Eintritt von L-DOPA verhindert [59,60]. Jeong et al. extrahierten zwei Flavonole aus den Blättern von Zanthoxylum piperitum. Die Flavonole können die Tyrosinaseaktivität von Pilzen hemmen, was eine kompetitive Hemmung darstellt, sie können jedoch nicht die Melaninproduktion von Streptomyces bikiniensis hemmen. Später wurde festgestellt, dass die aus der philippinischen Formosa isolierte Flavonoidverbindung auch Tyrosinase hemmen kann, und die Hemmwirkung ist besser als die von Kojisäure [62]. Liang et al. fanden heraus, dass das gelbe Pigment der Distel auch die Tyrosinaseaktivität von Pilzen hemmen kann, mit einem halbmaximalen Hemmkonzentrationswert (IC50) von 1,01 mg/ml. Diese Hemmbeziehung scheint dosisabhängig zu sein [63]. Aus Shuiliao extrahiertes (2R, 3R)-(þ)-Purpurin hemmt 70 Prozent der Tyrosinaseaktivität und die Konzentration beträgt 0,50 mM. Die Hemmwirkung ist besser als die von Kojisäure und Arbutin [64].

7,8,40 -Trihydroxyflavon ist ein Flavonoidderivat, das die Tyrosinase-Diphenolase-Aktivität auf nichtkompetitive Weise mit einem IC50-Wert von 10,31 ± 0,41 mM und einem Ki von hemmt 9,50 ± 0,40 mM. Der Wirkungsmechanismus dieser Verbindung mit Tyrosinase ist ein statischer Mechanismus und zeigt eine einzelne Bindungsstelle mit einer Bindungskonstante von (7,05 ± 1,20) × 104 M-1 bei 298 K. Thermodynamische Parameter zeigen, dass der Bindungsprozess damit zusammenhängt zu Wasserstoffbrückenbindungen und Van-der-Waals-Kräften [51].

3,8-Hydroxychinolin (In1, Abb. 9 [65]), abgetrennt von Scolopendra Subventionen Mutilans, kann die Produktion und Oxidation von Melanin in Melan-a-Zellen hemmen. In1 zeigt eine konzentrationsabhängige antioxidative Wirkung und hemmt die Tyrosinaseaktivität von Pilzen durch nichtkompetitive Hemmung erheblich. Gleichzeitig wurde in der Studie festgestellt, dass In1 nicht zytotoxisch ist, wie in Tabelle 1 gezeigt [65]. Der Ethylacetatanteil des Nymphaea-Nackenblütenextrakts (NNFE) (100 mg/ml) kann die Melaninproduktion wirksam reduzieren und die Pilztyrosinaseaktivität hemmen. Der zugrunde liegende Mechanismus beinhaltet die Beeinträchtigung von Transkriptionsfaktoren und universellen Signalwegen bei der Melaninsynthese [66]. Aus Pfeffer extrahiertes Capsaicin (In2, Abb. 9 [67]) und Dihydrocapsaicin (In3, ​​Abb. 9) können die Tyrosinaseaktivität hemmen. Das Ergebnis zeigt, dass der IC50-Wert von In2 1,73-mal kleiner ist als der von In3. Die Hemmkonstante (Ki) belegt auch, dass die Hemmaktivität von In3 (0,39 mM, Tabelle 1) auf Tyrosinase geringer ist als die von In2 (0,30 mM, Tabelle 1) [67]. Es wurde festgestellt, dass aus Kamelienpollen extrahiertes Koffein (In4, Abb. 9 [68]) in einem nichtkompetitiven Modell eine starke Hemmwirkung gegenüber Pilztyrosinase zeigt, wie in Tabelle 1 gezeigt. In4 verändert die Bindungsstelle von L-Tyrosin und den Ring Konformation neben dem aktiven Zentrum durch Bindung an Tyrosinase. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass In4 eine offensichtliche hemmende Wirkung auf die Tyrosinaseaktivität in den Zellen hat und die Melaninerzeugung von B16F10-Melanomzellen mit der Konzentration zusammenhängt [68]. Die aus Trauben gewonnene Kaftarsäure (In5, Abb. 9) kann die Tyrosinase kompetitiv hemmen, und der IC50-Wert (Tabelle 1) ist niedriger als der der verwandten Verbindungen Kaffee- und Chlorogensäure [47]. Phloretin (In6, Abb. 9) kann durch einen statischen Prozess an Tyrosinase binden, wodurch sich die Konformation der Tyrosinase ändert und dadurch ihre Aktivität gehemmt wird. Gleichzeitig verfügt In6 über eine starke antioxidative Kapazität und die Fähigkeit, o-Dopaquinon zu LDOPA zu reduzieren [48].

Forscher haben zwei Spiro-Acridine (AMTAC-01, In7, Abb. 9) und (AMTAC-02, In8, Abb. 9) als Tyrosinase-Inhibitoren bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass Acridin-Derivate stark mit Pilztyrosinase interagieren. In8 ist bei der Hemmung der Enzymaktivität wirksamer als In7, wie in Tabelle 1 gezeigt, was darauf hinweist, dass die Methoxygruppe von In8 stark mit der Hemmaktivität korreliert [49]. Mehrere 21 halogenierte Thiosemicarbazone (TSCs) wurden synthetisiert und untersucht. Es wurde festgestellt, dass die TSCs 6, 12 und 21 (In9/10/11, Abb. 9 [69]) starke inhibitorische Eigenschaften mit jeweils unterschiedlichem IC50 aufweisen (Tabelle 1). Sie zeigen einen gegenseitig reversiblen und kompetitiven Mechanismus zur Hemmung der Tyrosinase. Unter den untersuchten Verbindungen weisen para-substituierte Acetophenon-Derivate von Thiosemicarbazonen die höchste Affinität zum Enzym auf [69]. Penicillin V (In12, Abb. 9) ist ein bakteriolytisches B-Lactam-Antibiotikum. Studien haben ergeben, dass In12 die Mycophenolat- und Diphenolase-Aktivität hemmen kann. Studien zur Fluoreszenzlöschung und zum molekularen Docking haben gezeigt, dass In12 eine statische Wechselwirkung in der Nähe der katalytischen Tasche des Enzyms eingehen kann, wodurch der Substrattransport zum aktiven Zentrum behindert und die Plastizität von Kupfer für die Katalyse verringert wird [70]. Kürzlich haben Raza et al. untersuchte das Hemmpotenzial von N-(substituiertem Phenyl)-4-{(4-[(E)-3- phenyl-2-propenyl]-1-piperazinyl)butanamiden ( 5a-e) über Tyrosinase. Alle Verbindungen erwiesen sich als biologisch aktiv, wobei 5b (In13, Abb. 9) das höchste Hemmpotential zeigte [71]. Mahajan et al. entwarf und synthetisierte die Chinazolinon-Benamide 4a-h (In14e21, Abb. 9). Durch die Untersuchung der hemmenden Wirkung von Verbindungen auf die Aktivität von Tyrosinase wurde festgestellt, dass alle Verbindungen niedrigere IC50-Werte aufweisen als Standard-Kojinsäure, wie in Tabelle 1 gezeigt [72]. Shen et al. fanden einen neuen Tyrosinase-Inhibitor, das Peptid ECGYF (EF-5, In22), wie in Abb. 9 gezeigt. Die Bindung zwischen In22 und Tyrosinase hängt hauptsächlich von Wasserstoffbrückenbindungen und hydrophoben Wechselwirkungen ab, und die Wirkung der Hemmung von Tyrosinase ist stärker als das von Arbutin und Glutathion [73]. Er et al. isolierte drei Tamariscinole 1/2/3 (In23/24/25) und zwei Phenole 4 und 5 (In26 und 27), wie in Abb. 9 gezeigt. Experimente haben gezeigt, dass alle Isolate hemmende Wirkungen auf Pilztyrosinase haben, wobei In23 das ist wirksamste (Tabelle 1) [74].

Für weitere Informationen: david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501