Все организмы на Земле живут и получают энергию за счет протекающих в их клетках окислительно-восстановительных реакций. Основой нормальной жизнедеятельности клеток является баланс между окислителями и восстановителями, или, говоря химическим языком, акцепторами и донорами электронов. К сожалению, условия жизни современного человека не способствуют поддержанию этого хрупкого равновесия: разрушение озонового слоя, загрязнение окружающей среды, стресс, прием медикаментов, курение, употребление алкоголя, несбалансированное питание, естественное старение и многие другие факторы приводят к тому, что разрушается внутриклеточная многоуровневая система защиты от повреждающего действия окислителей. Состояние, при котором количество акцепторов электронов превышает количество доноров в клетке, называется оксидативным, или окислительным, стрессом.

Активные формы кислорода — химически крайне активные соединения, имеющие очень высокий окислительный потенциал. При их накоплении в живой клетке происходит повреждение ее важнейших компонентов — регуляторных белков, липидов клеточной мембраны и ДНК, поэтому окислительный стресс играет ключевую роль в патогенезе более 200 заболеваний и является одной из главных причин преждевременного старения кожи и организма в целом.

Разумеется, у человека в ходе эволюции сформировались механизмы защиты от повреждающего действия активных форм кислорода, но многие виды животных и растений в этом плане продвинулись гораздо дальше, чем мы. К примеру, одноклеточная водоросль Chlamydomonas nivalis, или хламидомонада снежная, может не только выживать, но процветать и размножаться на заснеженных горных вершинах на высоте 3,7 км над уровнем моря, в местах, где крайне высокий уровень УФ-излучения делает местность непригодной для обитания большинства видов. Секрет ее выживания в огромном количестве природного антиоксиданта астаксантина.

Химическая природа астаксантина

Астаксантин или, если привести его полное химическое название, 3,3’-дигидрокси-β,β-каротин-4,4’-дион — это каротиноид ксантофиллового ряда, один из более чем 600 природных пигментов, которые вырабатываются множеством видов живых организмов, как животных, так и растительных. Именно ему обязаны красивой красно-розовой окраской некоторые морские обитатели — креветки и крабы, красная рыба, водоросли, а также птицы (вспомните фламинго) и растения.

Впервые астаксантин был выделен из мяса омара в 1938 г. Его можно назвать чемпионом не только среди каротиноидов, но и среди всех антиоксидантов: по разным данным, антиоксидантная активность астаксантина в 40 раз выше, чем у бета-каротина, в сотни — чем у витамина Е. Неудивительно, что астаксантин в основном вырабатывают или накапливают животные и растения, приспособившиеся в ходе эволюции к выживанию в суровых условиях окружающей среды — крайне высокого уровня УФ-излучения или сильных перепадов температур. В промышленности астаксантин добывают из пресноводной водоросли Haematococcus pluvialis, или гематококк дождевой.

Структурно астаксантин очень похож на β-каротин, но благодаря гидроксильным группам по обоим концам молекулы обладает амфифильными свойствами, что позволяет его молекуле легко проникать через клеточные мембраны, а 13 сопряженных двойных связей имеют огромный восстановительный потенциал.

В организме человека астаксантин не вырабатывается, но при приеме внутрь гидролизуется в тонком кишечнике и после всасывания обнаруживается в плазме крови, эритроцитах, но наибольшее его количество аккумулируется в коже.

Учитывая огромный антиоксидантный потенциал астаксантина и его способность накапливаться в коже после приема внутрь, логично предположить, что это вещество сможет замедлить процессы хроно- и фотостарения кожи.

Исследования на мышах показали великолепные результаты: введение астаксантина внутрь снижало трансэпидермальную потерю воды, образование морщин и поддерживало целостность эпидермального барьера в образцах кожи, взятых со спины у голых мышей, подвергавшихся постоянному воздействию УФ-A-излучения в сравнении с контрольной группой. Кроме того, астаксантин имеет противовоспалительный потенциал за счет способности ингибировать некоторые медиаторы воспаления — исследования на популяции голых мышей показали его эффективность в лечении атопического дерматита.

Механизм действия астаксантина в клетках кожи

Хотя точный механизм действия астаксантина на кожу еще полностью не описан, предположительно, его влияние осуществляется за счет мощного антиоксидантного и противовоспалительного эффекта, а также способности восстанавливать и поддерживать эпидермальный барьер. Известно, что повышенное накопление активных форм кислорода, вызванное воздействием УФ-излучения, нарушение окислительно-восстановительного баланса в результате естественного старения приводит к увеличению количества провоспалительных факторов, таких как ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8 и фактора некроза опухоли альфа (ФНО-α). В свою очередь, эти провоспалительные медиаторы путем аутокринной сигнализации могут стимулировать кератиноциты и фибробласты, осуществлять экспрессию мРНК и увеличивать ферментативную активность матриксных металлопротеиназ, включая ММР-1 (эластаза), ММР-3 и ММР-9. Кроме того, известно, что снижение уровня эстрогена у женщин после 30 приводит к накоплению матриксных металлопротеиназ, что естественным образом увеличивают активность эластазы и приводит к постепенной деградации эластиновых волокон кожи и потере эластичности. В то же самое время повышенный уровень ИЛ-6 и ИЛ-8 может приводить к сухости кожи.

Астаксантин нейтрализует свободные радикалы в эпидермисе и дерме. Кроме того, было обнаружено, что он увеличивает количество естественных восстановительных ферментов, таких как супероксиддисмутаза 2, каталаза и глутатионпероксидаза 1, в клетках, подвергшихся УФ-облучению. Также, по всей видимости, астаксантин предотвращает образование липид-пероксидаз, что способствует нормализации количества и состава вырабатываемого себума, которое с возрастом постепенно снижается. Поскольку астаксантин защищает липиды себума от окисления липид-пероксидазами, он может помочь предотвратить огрубение кожи с возрастом [8]. В одном из исследований было показано, что 2 мг астаксантина в день в течение 8 нед снижают количество маркера повреждений и окислительного стресса ДНК (8-OHdG) на 35,29%, а маркеров воспаления — на 33,56% в группе молодых здоровых женщин в сравнении с контрольной группой [9]. По всей видимости, такой эффект обусловлен его сильнейшей способностью нейтрализовать активные формы кислорода в клетках, которые и вызывают повреждение ДНК. Выработка эластазы фибробластами, культивированными в среде при воздействии УФ-B-излучения, дозозависимо снижалась при введении астаксантина (0, 1, 5 или 10 μМ). Также при оральном приеме астаксантина в комбинации с гидролизатом коллагена в течение 12 нед было отмечено, что активность мРНК проколлагена I типа и фибриллина-1 увеличилась на 240 и 87,2% соответственно, в то время как активность мРНК MMP-1 (коллагеназы) и MMP-12 (эластазы) снизилась на 68 и 77% в клетках кожи, подвергшихся фотостарению, в сравнении с группой плацебо.

Что еще делает астаксантин в коже и каковы результаты крупномасштабного метаанализа его эффектов, вы сможете прочитать в ближайшем номере журнала «Косметика и медицина Special Edition 2021» №4, который уже совсем скоро выйдет из печати. Следите за нашими обновлениями!

Источники:

1. Zhou X., Cao Q., Orfila C., et al. Systematic Review and Meta-Analysis on the Effects of Astaxanthin on Human Skin Ageing. Nutrients 2021; 13(9); 2917.
2. Higuera-Ciapara I., Felix-Valenzuela L., Goycoolea F. Astaxanthin: A review of its chemistry and applications. Crit Rev Food Sci Nutr 2006; 46(2): 185–196.
3. Lephart E.D., Naftolin F. Menopause and the skin: Old favorites and new innovations in cosmeceuticals for estrogen-deficient skin. Dermatol Ther 2020; 11(1): 53–69.
4. Komatsu T., Sasaki S., Manabe Y., et al. Preventive effect of dietary astaxanthin on UVA-induced skin photoaging in hairless mice. PLoS ONE 2017; 12(2): e0171178.
5. Yoshihisa Y., Andoh T., Matsunaga K., et al. Efficacy of astaxanthin for the treatment of atopic dermatitis in a murine model. PLoS ONE 2016; 11(3): e0152288.
6. Tominaga K., Hongo N., Karato M., Yamashita E. Protective effects of astaxanthin against singlet oxygen induced damage in human dermal fibroblasts in vitro. Food Style 2009; 21: 84–86.
7. Singh K.N., Patil S., Barkate H. Protective effects of astaxanthin on skin: Recent scientific evidence, possible mechanisms, and potential indications. J Cosmet Dermatol 2020; 19(1): 22–27.
8. Yamashita E. Cosmetic benefit of dietary supplements including astaxanthin and tocotrienol on human skin. Food Style 2002; 21: 6.
9. Tominaga K., Hongo N., Karato M., Yamashita E. Cosmetic benefits of astaxanthin on human subjects. Acta Biochim Pol 2012; 59(1): 2168.
10. Yoon H.-S., Cho H.H., Cho S., et al. Supplementing with dietary astaxanthin combined with collagen hydrolysate improves facial elasticity and decreases matrix metalloproteinase-1 and-12 expression: A comparative study with placebo. J Med Food 2014; 17(7): 810–816.