천연색소 Astaxanthin에 관한 연구

현재까지 적어도 600 종류의 천연 카로티노이드가 인간에 의해 발견되었다.카로 티 노이 드화학구조에서 산소를 함유하는가 함유하지 않는가에 따라 두 가지로 나눌수 있다:한 종류는 산소를 함유하는 카로티노이드-크산토필군으로, 다음을 포함한다루테인그리고 astaxanthin;다른 유형은 산소 carotenoid-이카로 틴 그룹을 포함하는 β-carotene과리코 펜[1].

아스타잔틴은 자연계에서 널리 발견되지만 고등 생물은 합성할 수 없으며 일반적으로 식이를 통해 얻는다.천연 아스타잔틴은 주로 미세조류나 식물플랑크톤에 의해 생합성된 후 동물플랑크톤과 갑각류에 축적되어 포식관계를 통해 어류나 조류와 같은 고등생물에서 나타난다.또한 일부 효모 및 세균도 아스타잔틴을 합성할 수 있으나 이들이 합성하는 아스타잔틴은 표 1에 나타낸 바와 같이 구조에 차이가 있다.

서로 다른 구조를 가진 Astaxanthin은 생리기능에 현저한 차이를 보일 수 있다.All-trans astaxanthin존재하는 형태 중 가장 안정적인 형태이며, cis-leucastin은 다른 astaxanth에서구조보다 생물학적 활성이 좋다 [2].현재 시판되는 아스타잔틴의 95%는 석유화학 제품을 이용해 합성된다.그러나 합성 astaxanthin은 알려진 인체 안전성 연구가 없으며 인체 임상 시험에서 어떠한 건강 이점이 있다고 밝혀진 적이 없습니다.따라서 합성 아스타잔틴은 인간을 위한 건강보조식품으로 FD한승인을 받지 못했다 [3].자연 astaxanthin헤마토코쿠스 플루비알리스 (Haematococcus pluvialis)에서 추출된 것은 주로 올 트랜스 형태로 되어 있으며 [4] 현재 인간의 건강 보조제로 아스타잔틴 (astaxanthin)의 주 원료이다.일부 임상 연구에서 아스타잔틴은 다양한 질병에 효과적인 예방 및 치료제로 밝혀졌다.이 문서에서는 생물학적 유용성 (bioavailability)과 생리학적 유용성 (physiological)을 검토하였다아스타잔틴 (astaxanthin)의 기능항산화, 항염증, 인지기능 개선, DNA 손상 회복 등을 포함한다.또한 astaxanthin의 생물학적 활성에 대한 현재 연구의 간극을 확인하고 astaxanthin에 대한 기능성 연구를 위한 이론적 지침을 제공하고자 한다.

1 Astaxanth에서생물학적 이용 가능

아스타잔틴의 소수성 특성으로 인해 장내 흡수 메커니즘은 식이 지질과 유사하다.즉, 동물의 위장관에서 소화효소의 작용으로 단백질이 결합된 복합체로부터 분리되어 담즙에 의해 십이지장의 다른 지질물질과 유화되어 chylomicrons을 형성하여 자동으로 장벽의 표면으로 확산되어 장 점막세포에 흡수되어 이후 림프계로 배출된다.일단 chylomicrons 가 간에서 lipoprote에서lipase에 의해 소화되면, astaxanthin은 lipoprotein, 특히 LDL과 동화되어 [5] 다른 조직으로 더 많이 분배된다.아스타잔틴의 흡수는 화학적 특성, 식이 및 비식이 관련 변수 [1]에 의해 영향을 받는다.

표 2에 나타난 바와 같이 존재하는 형태 및 다른 화합물 (예:단백질, 지방) 과의 결합 여부는 아스타잔틴 흡수 정도에 영향을 미치는 직접적인 인자임;가열 또는 압출은 세포벽의 파괴를 초래하여 astaxanthin의 방출을 촉진함으로써 간접적으로 흡수에 영향을 줄 수있다;신체가 노화되면서 소화관에서 비정상적인 지방 흡수와 관련된 모든 질병은 아스타잔틴의 흡수에 큰 영향을 줄 수 있다 [6].아스타잔틴은 장내 상피세포에 흡수되고 대사된 후 체내에 다른 형태로 존재할 수 ' s 혈장.아스타잔틴을 섭취한 후 시스 이성질체의 혈중 수치가 올 트랜스 이성질체의 혈중 수치보다 상당히 높다는 것이 보고되었으나 [7], 그 이유는 분석되지 않았다.

최근의 연구는 다음과 같은 사실을 발견했다astaxanthincis-isomers사람의 혈장에 존재하는 것은 주로 13-cis와 9-cis 이성질체이다.이들의 인체 혈장내 수치가 높은 이유는 인체가 올 트랜스 아스타잔틴이 풍부한 음식을 섭취한 후, 체내에서 소화 및 흡수 과정에서 올 트랜스 아스타잔틴이 다양한 요인으로 인해 cis-이성질체를 형성하기 위해 이성질화되기 때문이다.그리고 시스-아스타잔틴은 생체이용률이 높고 세포에 의한 분비율이 높아 [8] 인체에서의 흡수에 이롭다.인체 내 아스타잔틴의 기하학적 이성질체는 연구 및 증명되어 왔으며, 인체 내 아스타잔틴의 입체 이성질체에 대한 보고는 적었다.astaxanthin이 levoglucose 또는 dextrose의 형태로 존재하는지 여부는 밝혀지지 않았으며,이 문제는 관심사가되어야 한다.

astaxanthin의 생리적 기능 2

2.1 항산화 활성

아스타잔틴은 전자를 받아들이거나 제공함으로써 활성산소나 다른 산화제를 중화시키며, 그 과정에서 파괴되지 않거나 친산화제가 된다.그 선형의 극성-무극성 분자 배치는 세포막을 파괴하지 않고 [9] 세포막에 정확하게 삽입하고 전체 폭을 넓힐 수 있게 한다.아스타잔틴의 이러한 특성은 체내 항산화 및 다른 효과의 기초를 마련합니다.활성산소 (무료radicals)는 대부분 산소로 인간의 생활과 운동 과정에서 생성된다.항산화제의 전자 청소 능력은 체내 과도한 활성산소를 제거하는 데 결정적이다 [10].표 3은 천연 항산화제의 활성산소 제거 능력을 비교한다.현재 연구에 따르면, astaxanthin은 singlet산소와 superoxide 음이온 라디칼을 청소하는 데 가장 적합합니다.singlet산소quenching 동안 에너지는 singlet산소에서 astaxanthin분자로 전달된다.

그러면 에너지적으로 풍부한 아스타잔틴 분자는 에너지를 열로 방출함으로써 바닥 상태로 돌아갈 수 있으며, 아스타잔틴 분자는 온전할 뿐만 아니라 singletoxygen [17]의 다음 quenching을 위해 준비된다.B. Capelli et알다.[14]은 비타민 C,비타민 E, 베타카로틴 및 pycnogenol과 같은 항산화제에 비해 아스타잔틴은 활성산소를 제거하는 항산화 활성이 14~16배 높을 뿐만 아니라 합성 아스타잔틴에 비해 약 20배 높다고 천연 항산화제에 의한 superoxide 음이온 라디칼 소거능을 확인하기 위한 실험에서 결론을 내렸다.그러나 최근 Janin한Dose 등의 연구 [18]는 B. Capelli 등의 연구 결과와 모순되며 이를 보여준다합성 astaxanthinis는 superoxide 음이온 라디칼을 청소할 수 없습니다.이러한 불일치의 원인은 실험 방법이나 조건의 차이일 수도 있고, 합성 아스타잔틴 자체에 항산화 능력이 없기 때문일 수도 있다.항산화능이 항산화제의 순도와 관련이 있는지는 관련 문헌에 나와 있지 않다.

2.2 항염증 활성

염증반응은 신체&의 중요한 부분이다#39;s 건강한 면역 기능, 그러나 만성 염증은 일반적으로 동맥경화증, 피부 손상, 신경 변성, 종양, 면역 장애 등 다양한 건강 문제의 근본 원인으로 간주됩니다.Astaxanthin's는 몸 전체를 왕복할 수 있는 능력으로 심장, 뇌, 눈, 피부와 같은 많은 스트레스를 많이 받는 염증 부위를 표적으로 하여 항염증 효과를 발휘하게 한다.표 4는 astaxanthin의 항염증 활성에 대한 실험 연구를 보여준다.

동맥경화증 (AS)은 관상동맥 심장질환, 뇌경색, 말초혈관 질환의 주요 원인이다.AS에 대한 최근 연구들은 염증에 초점을 맞추고 있어 질병의 메커니즘에 대한 새로운 통찰을 제공하고 있다.AS는 만성적인 염증성 변화를 특징으로 하는 질환이며, 많은 염증성 신호전달 경로는 AS의 초기 발생, 진행, 궁극적으로 급성 합병증과 관련이 있다고 알려져 있다 [27].아스타잔틴은 과도한 간 지질 축적 및 과산화를 감소시키고, 성상세포를 활성화시켜 간 염증과 섬유화 [19]를 개선할 수 있어, 잠재적으로 새롭고 유망한 동맥경화증 치료제로 꼽힌다.지속적인 산화 스트레스는 만성 염증을 유발하는 핵심 메커니즘이다.

uv 유발성 피부염증의 주요 원인은 세포 내 반응성 질소/산소 종 생성과 각질형성세포 사멸이다.Astaxanthin은 inducible nitric oxide synthase (iNOS)와 cyclooxygenase (COX)-2 수준의 현저한 감소를 유발하며, 또한 자외선 조사 후 각질형성세포로부터 프로스타글란딘 E2의 방출을 감소시켜 각질형성세포 사멸을 억제한다 [20].Astaxanthin's의 iNOS에 대한 억제 효과는 염증성 질환에서 피부용 항염증제 개발에 매우 중요하다.pro-inflammatory factor 농도의 증가와 항염증 매개체 생성의 감소는 노화된 뇌의 특징이며 많은 신경퇴행성 질환의 병리학적 특징이기도하다.미세아교세포는 뇌의 상주하는 대식세포이며 CNS[28]의 면역반응에 밀접하게 관여한다.나이가 들어감에 따라 CNS 반응은 dysregulated 되는데, 면역자극이 없는 상태에서 proinflammatory factors의 기저산출 (basal output)이 증가하고 미세신경교 활성화를 종료시키는 조절신호에 대한 불감증이 특징이며 [27]신경조직의 손상을 초래한다.

Astaxanthin구체적으로 미세아교세포 기능을 조절할 수 있다.Balietti et알다.[22]것을 관찰 astaxanthinIL-1 감소 세인의 해마와 소뇌에 β 암컷 쥐에게 astaxanth에서먹이고 쥐 세에 의해, 그리고 탐지에서 IL-10 증가 소뇌의 암컷 쥐와 수컷 쥐의 해마이다.아스타잔틴 보충제가 신경퇴행성 질환 치료의 목적을 달성하기 위해 성별에 따라 사이토카인 활성을 다르게 변화시킬 수 있음을 시사한다.만성염증도 암의 특징 중 하나다.염증반응은 흔히 미생물의 반응과 관계된다.장 속에는 셀 수 없이 많은 박테리아 변종이 존재하며, 이들은 보통 숙주와 조화롭게 공존하지만, 박테리아 사회의 실질적인 변화는 염증 반응에 상당한 영향을 미치고 종양 발생을 촉진할 수 있다 [29].근래의 연구에 의하면 전립선암환자와 양성전립선비대증의 동식물구조는 기본상 비슷한 반면 특이 종수는 군간에 매우 다양하다.Astaxanthin(100 mg/kg)은 Lactobacillus 종의 성장을 억제함으로써 종양의 성장을 억제할 수 있습니다.

면역세포는 혈장막에 높은 비율의 다불포화지방산을 함유하고 있어 정상적으로 더 많은 산화산물을 생성하기 때문에 산화적 스트레스에 특히 민감하다.반응성 산소종과 질소종의 과도한 생산은 체내 &의 불균형을 일으킬 수 있다#39;s 산화제와 항산화 성분이 균형을 이루어 세포막, 단백질, DNA [30]의 손상을 초래한다.아스타잔틴은 면역 기능에 상당히 영향을 줄 수 있다.고온 스트레스 테스트에서, 식이 아스타잔틴 보충제 (80-320 mg/kg)는 복어 SOD, CAT및 HSP70 유전자의 발현을 유의적으로 증가시켰고, 고온 유도 ROS 생성을 억제하였으며, 성장 능이 개선되고 비특이적 면역력이 강화되었다 [25].또한, 아스타잔틴의 면역 조절 효과는 특이 면역에도 작용할 수 있다.리우 잉펜 (Liu Yingfen) 등은 아스타잔틴이 생쥐 면역에 미치는 영향을 탐구하는 실험에서 헤마토코쿠스 플루비알리스 아스타잔틴 (Haematococcus pluvialis astaxanthin)이 림프구 증식과 같은 특이적 면역 반응을 향상시킬 수 있음을 증명했다.

2.3인지 기능을 향상시킨다

독소루비신 (Doxorubicin)은 많은 종류의 암 치료를 위해 FDA 가 승인한 가장 효과적이고 기본적인 제염제 중 하나이다 [31].DOX는 뛰어난 임상 효능에도 불구하고 기억 장애, 느린 반응, 부주의, 언어 장애와 같은 증상으로 나타나는 강한 신경 독성을 유발할 수도 있습니다.연구에 따르면 아스타잔틴 처리 (25 mg/kg)는 독스로 유발된 산화 및 염증 손상을 중지하고, 염증 매개체의 분비를 막고, 아교세포의 활성을 억제하고, 과활성 AChE 효소를 억제하고, 미토콘드리아의 온전성을 유지하여 [32]독스로 인한 인지 기능 장애를 방지할 수 있다고 한다.그 메커니즘은 그림 1에 표시되어 있다.외상성 뇌 손상 (TBI)은 심각한 건강 위험입니다.그것의 발병은 직접적인 신체적 외상이나 이차적 손상에 의해 유발된 일련의 계단식 반응으로 신경의 사망, 만성 염증의 활성화, 궁극적으로 신경퇴성으로 이어져 신체 &에 심각한 영향을 미친다#39세, s 운동, 인지, 지적 기능과 기타 건강 [33].일부 연구에 따르면 TBI 모델에서 AST를 경구 투여한 후 피질 내 병변의 크기가 줄어들고 뉴런의 손실도 반대로 나타난다고 한다.또한 뇌에서 유래된 신경영양인자, 대뇌피질의 시냅스 단백질, 시냅틴 수치가 회복되어 신경세포의 생존과 가소성이 향상되어 [34]인지기능의 회복을 촉진한다.

DNA 손상 복구 2.4

인체세포는 내인성 및 외인성 DNA 손상인자의 작용하에 매일 대량의 부동한 종류의 DNA 손상을 산생한다.그러나 인체세포도 비교적 포괄적인 DNA 복구메커니즘을 가지고있어 이러한 손상을 처리하고 DNA의 완전성과 충실성을 회복하여 유전적안정성을 유지하게 된다.DNA 손상반응은 세포의 유전체 안정성을 유지하는 초석이다.이것의 결함은 암을 포함한 다양한 질병의 발생과 발전을 초래할 수 있다.사이클로포스파마이드 (Cyclophosphamide)는 암 치료에 널리 사용되는 알킬화제이다.그러나 인간 및 실험동물의 정상세포에 대해서는 심각한 세포독성을 보이며, 독성의 영향은 유전체 불안정성 및 DNA 손상과 관련이 있다.Astaxanthin은 Nrf2 신호경로를 활성화하고 NQO-1과 HO-1의 유전자 발현을 조절함으로써 cyclophosphamide-induced산화 스트레스및 DNA 손상에 대한 보호효과를 발휘하는 것으로 나타났다 [35].단백질 키나아제 B는 DNA 손상 반응과 유전체 안정성을 조절하는데 중요한 역할을 한다.연구에 따르면 단백질 키나아제 B활성을 억제하는 것은 DNA 이중 가닥 단절을 복구하는 데 영향을 미치는 반면, astaxanthin은 단백질 키나아제 B 신호전달 경로를 조절한다.이 조절 효과는 유전체 안정성을 유지하고 DNA 손상에 대응하는데 도움을 준다 [3].

3 결론

자연 astaxanthin독성학적 테스트를 통해 안전하고 생물학적으로 이용 가능한 화합물임이 확인되었다.Astaxanthin제품현재 유럽, 일본, 미국에서 건강보조식품으로 널리 소비되고 있다.FDA는 아스타잔틴 건강보조식품을 하루 4-6 mg의 최적 섭취를 권장하고 있으며, 최대 12 mg [3]을 섭취할 것을 권장하고 있다.또한 아스타잔틴은 화장품 (크림, 립밤 등), 사료산업 (사료첨가제), 제약산업 (미국회사 Cyanotech에서 운동피로 해소를 위한 아스타잔틴 약물을 출시), 식품산업 (색소) 등 많은 분야에서 좋은 시장을 가지고 있다.

위의 참고문헌과 실험자료 (포괄적이지 않음)에 근거하여 아스타잔틴에 대한 연구에서 다음과 같은 실험적 결점과 미해결 이슈가 있을 수 있다.이러한 연구 결함을 해결하기 위해 다양한 솔루션을 탐색하는 것은 아스타잔틴이 다양한 급성 및 만성 질환의 예방과 치료를 위한 가치 있는 선택이 될 수 있도록 도울 것이다.

(1) astaxanthin의 cis-트랜스 이성질체와 astaxanthin의 분해 또는 산화 생성물을 포함한 실험 데이터에 대해 astaxanthin이 생성되는 상태를 명확히 할 필요가 있다.

(2) in vivo 실험을 위한 astaxanthin의 최적 예방/치료 용량에 대한 실험적 지원이 필요하다.

(3) astaxanthin과 약물의 복합효과에 대한 연구는 상대적으로 적었다.

(4) 다른 원료의 astaxanthins는 같은 실험에서 사용했을 때 다른 효과가 있는가?

(5) 생체에 대한 astaxanthin 중재시험 후 astaxanthins의 배설에 대한 연구가 부족하다.

(6) 유기체에 대한 astaxanthin 중재검사가 종결된 후 astaxanthin은 어디로 가는가?

(7) 아스타잔틴은 복용시 어떤 상태 (고체, 반고체, 액체)로 체내에 들어가는가?

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