Taurin: En kilde og anvendelse til lindring af visuel træthed, del 1

Abstrakt:Ifølge rapporter kan tilskud med passende doser taurin hjælpe med at reducere visuel træthed. I øjeblikket er der gjort nogle fremskridt inden for forskning relateret til taurin i øjensundhed, men manglen på systematiske opsummeringer har ført til forsømmelse af dets anvendelse til lindring af visuel træthed. Dette papir giver derfor en systematisk gennemgang af kilderne til taurin, herunder de endogene metaboliske og eksogene kostveje, samt en detaljeret gennemgang af distributionen og produktionen af ​​eksogent taurin. De fysiologiske mekanismer, der ligger til grund for produktionen af ​​visuel træthed, opsummeres, og taurins forskningsmæssige fremskridt til at lindre visuel træthed gennemgås, herunder sikkerheden ved forbrug og virkningsmekanismen til at lindre visuel træthed, for at give et referencegrundlag og inspiration til udviklingen og anvendelse af taurin i funktionelle fødevarer for at lindre visuel træthed.

Cistanche kan fungere som en anti-trætheds- og udholdenhedsforstærker, og eksperimentelle undersøgelser har vist, at afkog af Cistanche tubulosa effektivt kunne beskytte leverhepatocytter og endotelceller beskadiget i vægtbærende svømmemus, opregulere ekspressionen af ​​NOS3 og fremme hepatisk glykogen syntese og udøver således anti-træthedseffektivitet. Phenylethanoid-glycosid-rigt Cistanche tubulosa-ekstrakt kunne signifikant reducere serum-kreatinkinase, lactat-dehydrogenase og lactat-niveauer og øge hæmoglobin- (HB) og glukoseniveauer i ICR-mus, og dette kunne spille en anti-træthedsrolle ved at mindske muskelskaden og forsinkelse af mælkesyreberigelsen til energilagring i mus. Compound Cistanche Tubulosa-tabletter forlængede den vægtbærende svømmetid betydeligt, øgede leverglykogenreserven og sænkede serumurinstofniveauet efter træning hos mus, hvilket viste dens anti-træthedseffekt. Afkog af Cistanchis kan forbedre udholdenheden og fremskynde elimineringen af ​​træthed hos motionsmus og kan også reducere forhøjelsen af ​​serumkreatinkinase efter belastningsøvelser og holde ultrastrukturen af ​​skeletmuskulaturen hos mus normal efter træning, hvilket indikerer, at det har virkningerne for at øge fysisk styrke og anti-træthed. Cistanchis forlængede også signifikant overlevelsestiden for nitritforgiftede mus og forbedrede tolerancen over for hypoxi og træthed.

Klik på muskeltræthed

【For mere info:george.deng@wecistanche.com / WhatsApp:8613632399501】

Nøgleord: taurin; visuel træthed; kilde; sikkerhed; lindring af visuel træthed

1. Introduktion

Når øjet er overudnyttet, eller når omgivelserne er for tørre eller forstyrret af andre fysiologiske (og muligvis patologiske) faktorer, er det let for øjet at justere brydningen i lang tid for at danne normal visuel feedback, og dermed udløse visuel træthed, som hovedsageligt viser sig ved hyppigt sløret syn, øjenømhed, tørhed, tåreflåd og andet øjenbehag [1]. En undersøgelse i 2021 viste, at forekomsten af ​​visuel træthed blandt universitetsstuderende rundt om i verden er 46~71% [2]. Visuel træthed påvirker ikke kun arbejds- og studiestatus, men kan også føre til videoterminalt syndrom og tørre øjne, hvis man forbliver i en kronisk tilstand af visuel træthed [3]. Samtidig er patienter med øjensygdomme, såsom skelen og tørre øjne, mere tilbøjelige til at lide af visuel træthed. Det er blevet rapporteret, at 71,3% af mennesker med tørre øjne lider af varierende grader af visuel træthed [4]. På nuværende tidspunkt er forekomsten af ​​visuel træthed høj, og antallet af berørte personer stiger hvert år [5]. Disse mennesker er i alle aldre og er især studerende, lærere og dem, der arbejder med elektroniske enheder såsom computere [6-8]. Dette viser, at synstræthed forekommer i alle aldersgrupper, og at antallet af mennesker, der har behov for lindring af synstræthed, er meget stort. Undersøgelser har vist, at de fysiologiske mekanismer ved visuel træthed hovedsageligt skyldes forskellige belastningsskader på nethinden eller makula og skader på nerveceller.

1.1. Nethindebelastningsskader: Oxidation, betændelse, apoptose

Nethinden, der er placeret i øjets fundus, er et skrøbeligt neuronalt væv, der opfatter og modtager eksternt lys for at danne visuelle signaler, der transmitteres til hjernen for at opnå ekstern information [9]. Nethinden er sammensat af celler såsom pigmentepitel (RPE), optiske celler, bipolære celler og ganglieceller, og undersøgelser har vist, at nedsat retinal funktion er en af ​​hovedårsagerne til udviklingen af ​​visuel træthed [10]. Især vil svækkelse af den strukturelle integritet og funktion af RPE direkte påvirke retinal funktion [11]. RPE, som et af de mest metabolisk aktive væv i kroppen, har et højt iltbehov og er derfor modtageligt for produktionen af ​​reaktive oxygenarter (ROS) og deres angreb. Når øjet udsættes for længerevarende arbejde, intenst eller tæt lys og højt ilttryk, øges stofskiftet i de ekstraokulære og ciliære muskler, hvilket bidrager til akkumulering af store mængder af metabolitter som peroxider og ROS. Når der er ubalance mellem produktionen af ​​frie radikaler og endogene antioxidantforsvarsmekanismer, resulterer dette i oxidativ stressskade på øjet [12], hvilket fører til udvikling af visuel træthed. Samtidig er der store mængder polyumættede fedtsyrer (PUFA) i nethinden, især docosahexaensyre, som er essentiel for integriteten af ​​fotoreceptorceller og er involveret i fototransduktionskaskaden [13]. ROS har en tendens til at oxidere disse PUFA, hvilket producerer store mængder lipidperoxider og inducerer yderligere produktionen af ​​store mængder reaktive aldehyder, såsom 4-hydroxynonensyre og malondialdehyd (MDA), som, når de bindes til intracellulære proteiner og DNA, kan forårsage cellulær inflammation og apoptose [14], og derved fremkalde visuel træthed.

Ældningen af ​​RPE vil føre til ældning af øjnene, reduktion af makulær pigmentoptisk densitet (MPOD) og svækkelse af makulær funktion, hvilket påvirker normal synsfunktion. Ydermere prædisponerer overdreven ophobning af N-retinyliden-N-retinylethanolamin (A2E) på RPE celler for oxidativt stress eller celledød, en tilstand der også kan bidrage til udviklingen af ​​visuel træthed [15]. Li et al. [16] fandt ud af, at indgrebet af en 28 g ulvebærdiæt 5 gange om ugen i 90 dage hos raske mennesker signifikant kan øge retinale excentriker af MPOD ved 0,25 og 1,75, hvilket indikerer, at regelmæssigt indtag af ulvebær i sundt mellemrum. -aldrende mennesker kan øge MPOD, hvilket er nyttigt til at forhindre eller forsinke makulær skade. Dette beskytter effektivt nethinden mod virkningerne af aldring. Fra et andet perspektiv tyder det også på, at diætinterventioner, der udøver nethindebeskyttelsesstrategier, er mulige.

1.2. Skader på nerveceller

Nethinden er rig på forskellige nerver og retinale gliaceller, herunder mikroglia, astrocytter og retinale Müller-celler. Blandt dem er nethindens makroglia (Müller-celler og astrocytter) og mikroglia meget vigtige for at opretholde retinal homeostase og beskytte nethinden mod skader [17,18]. Undersøgelser har vist, at retinal makroglia er grundlaget for at opretholde retinal neuronal homeostase [19]. Müller-celler, som har det højeste indhold - op til 90% - er den vigtigste strukturelle og ernæringsmæssige støtte til retinale celler [20]. Astrocytter spiller på den anden side en rolle i at beskytte nethinden mod skader, hovedsageligt gennem den reaktive gliale proliferationsvej [21]. Imidlertid kan øgede niveauer af nogle proteiner udtrykt af reaktive astrocytter, såsom Matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) og Urokinase-type Plasminogen Activator (uPA), forårsage nethindeskade [22], så rollen af astrocytter i nethinden er dobbelt. I modsætning hertil spiller retinal mikroglia en skadelig rolle i celledød [23]. Når mikroglia aktiveres, fører dette til en accelereret frigivelse af pro-inflammatoriske og pro-fagocytiske faktorer, hvilket resulterer i celledød og mere mikroglia-aktivering, hvilket igen bidrager til inflammatorisk beskadigelse af nethinden og fotoreceptorskader [24]. Samtidig er retinale gliaceller også involveret i glutamatbuffring i neuroner. Glutamat menes at være det vigtigste kemiske signal i fotoreceptorer, bipolære celler og ganglieceller i nethinden [25,26]. Men når glutamatkoncentrationerne er for høje, kan det forårsage neuronal excitotoksicitet, med det resultat, at neuroner beskadiges eller endda dør [27]. Når retinale Müller-celler er beskadiget, kan excitotoksiciteten af ​​glutamat blive yderligere forværret. Det er blevet rapporteret, at den inflammatoriske skadetilstand i nethinden, såvel som den beskadigede fotoreceptortilstand, effektivt kan beskyttes ved at hæmme mikroglia-aktivitet [28]. Således kan reguleringen af ​​glutamathomeostase af retinale gliaceller udøve en vigtig beskyttelsesmekanisme mod neuronal skade [29].

Taurin, kemisk kendt som 2-aminoethansulfonsyre, er en specifik ikke-protein-aminosyre, der er til stede i høje koncentrationer i hjernen, nethinden og musklerne i sin frie tilstand [30]. Data viser, at niveauerne af taurin i den menneskelige hjerne, nethinden og plasma er henholdsvis 1~20 µmol/g, 30~40 µmol/g og 50~100 µmol/L [31]. Taurin er hovedsageligt involveret i fysiologiske aktiviteter, herunder galdesyrebinding, osmoregulering, neuronal excitabilitet, inflammatorisk respons og glukosemetabolisme [32]. For øjensundhed spiller taurin en vigtig rolle i at fremme retinal differentiering og udvikling [33], mens mangel på taurin i kosten kan føre til nedsat retinal funktion og endda blindhed [34]. Det er blevet rapporteret i litteraturen, at taurinudtømning og eksponering for lys forårsager forkortelse af de ydre segmenter af fotoreceptorceller, aktivering af mikroglia, oxidativ stress i de ydre og indre kernelag og gangliecellelag, tab af synapser [35] og tab. af optiske kegleceller [36]. Dette tyder på, at taurinudtømning kan forårsage skade på celler såsom retinale pigmentepitelceller, fotoreceptorer og retinale ganglieceller i nethinden, hvilket bidrager til øget gliacellerespons og oxidativt stress. Det foreslås også, at taurin er essentielt for øjets sundhed, og at kosttilskud af taurin effektivt kan forbedre øjenbelastningsskader og udøve gode neurobeskyttende virkninger, og derved reparere beskadigede nethinder og reducere visuel træthed [37]. På nuværende tidspunkt er der gjort nogle fremskridt inden for forskning relateret til taurin i øjensundhed, men manglen på systematisk opsummering har ført til forsømmelse af dets anvendelse til lindring af visuel træthed. Dette papir giver derfor en systematisk gennemgang af kilderne til taurin, herunder de endogene metaboliske og eksogene kostveje, samt en detaljeret gennemgang af distributionen og produktionen af ​​eksogent taurin. De fysiologiske mekanismer, der ligger til grund for produktionen af ​​visuel træthed, opsummeres, og taurins forskningsmæssige fremskridt til at lindre visuel træthed gennemgås, herunder sikkerheden ved forbrug og virkningsmekanismen til at lindre visuel træthed, for at give et referencegrundlag og inspiration til udviklingen og anvendelse af taurin i funktionelle fødevarer for at lindre visuel træthed.

2. Kilder til Taurin

I øjeblikket opnås taurin fra to kilder: den endogene metaboliske syntesevej i kroppen og den eksogene kostvej.

2.1. Endogen metabolisk syntese af taurin

Taurin findes hovedsageligt i leveren, centralnervesystemet, nethinden, hjertet, skeletmuskulaturen og andre excitable væv [38,39]. Hos pattedyr syntetiseres taurin fra methionin eller cystein i nærvær af tilstrækkelige niveauer af vitamin B6 [40]. Vejen for taurinsyntese i leveren er detaljeret beskrevet i figur 1. I den endogene syntese af taurin er decarboxyleringsreaktionen det hastighedsbegrænsende trin, og cysteinsulfinsyredecarboxylase (CSAD) og cysteindioxygenase (CDO) er hastighedsbegrænsende enzymer . Undersøgelser har vist, at CSAD-niveauer varierer betydeligt mellem organismer, med højere CSAD-aktivitet hos gnavere og lavere hos mennesker, hvilket synes at forklare, hvorfor katte foretrækker at bytte på rotter. Derfor kan kroppens normale behov ikke opfyldes af kroppens syntetiske taurinindhold alene, og et kosttilskud af eksogent taurin er påkrævet [41].

2.2. Eksogen distribution og produktionsmåde af taurin

2.2.1. Kilder og distribution

Det er rapporteret, at de vigtigste kostkilder til taurin er animalske fødevarer, især marine organismer, og pattedyr, som indeholder høje koncentrationer af taurin i deres organer og væv [42]. Derudover indeholder tang som tang og spirulina og nogle få planter som Ganoderma lucidum sporer, ulvebær og cordyceps også noget taurin [43-46]. De vigtigste kostkilder til taurin og andelen af ​​hver fødevare er detaljeret beskrevet i figur 2.

2.2.2. Fremstillingsmåde for eksogent taurin

I øjeblikket produceres eksogen taurin ved naturlig ekstraktion, kemisk syntese og biofermentering, og hver produktionsmetode har visse egenskaber, som beskrevet i tabel 1.

Ekstraktionsmetoder

Taurin er opløseligt i vand, men uopløseligt i ethanol, ether og acetone. Kogning er en enkel og billig metode til ekstraktion. Imidlertid er den lange ekstraktionstid og lave ekstraktionseffektivitet af kogemetoden blevet observeret i de tidlige år med ekstraktionsforskning [47]. I øjeblikket er kogemetoden for det meste suppleret med andre ekstraktionsmetoder for at kompensere for manglerne ved en enkelt ekstraktion, fx ultralydsassisteret kogende ekstraktion [48]. Ultralydsassisteret ekstraktion er en ny ikke-termisk fysisk behandlingsteknologi, der bruger ultralydskavitation til at forstyrre cellemembraner (vægge), for at accelerere og forbedre opløsningen af ​​aktive ingredienser i naturlige produkter og derfor inducere en vis solubiliserende effekt [49]. Sammenlignet med konventionelle ekstraktionsmetoder har ultralydsekstraktion fordelene ved egnethed til alle slags opløsningsmidler, hurtig ekstraktionshastighed, enkel metode, højt udbytte og reduceret opløsningsmiddelforbrug, og den er særligt velegnet til ekstraktion af varmeustabile komponenter [50, 51]. Imidlertid er ultralydsekstraktionsteknikker vanskelige og dyre at forberede til industriel implementering. Derfor bruges det hovedsageligt til laboratorieundersøgelser.

Opløsningsmiddelekstraktion er også en ekstraktionsmetode for taurin fra naturlige produkter. En opløsning på 60-75% ethanol bruges mest som opløsningsmiddel til ekstraktion i eksisterende undersøgelser, men ekstraktionshastigheden af ​​taurin er ikke væsentligt forbedret sammenlignet med kogning [52-54] og ethanol som ekstraktionsopløsningsmiddel til industriel produktion er ikke kun dyrt, men udgør også visse sikkerhedsrisici.

Enzymatisk fordøjelse kan også bruges til udvinding af taurin og kan kombineres med kogning. Enzymatisk fordøjelse har fordelene ved sikker drift, høj ekstraktionseffektivitet og lave omkostninger, men de eksperimentelle betingelser er strenge, og den passende enzymtype skal bestemmes i henhold til målet. Enzymer har en høj grad af specificitet, kilden til råmaterialer er anderledes, og de tilsvarende enzymhydrolysetyper skal undersøges. Taurin er for det meste hentet fra animalske fødevarer, og brugen af ​​direkte hydrolyse af biologiske enzymer kan resultere i opløsning af frie hydrogenerede syrer, peptider og sporstoffer fra animalske råvarer i den enzymatiske fordøjelse, hvilket fører til øget vanskelighed ved adskillelse [55]. Ud over kogning, opløsningsmiddelekstraktion, enzymatisk fordøjelse og ultralydsassisterede metoder findes der også ultrahøjtryksbehandlingsmetoder [60] eller en kombination af ekstraktionsmetoder til at udvinde taurin. Generelt er ekstraktionseffektiviteten og effektiviteten af ​​taurin fra naturlige produkter ringe, hvis der anvendes en enkelt ekstraktionsmetode. Derfor er en kombination af ekstraktionsmetoder blevet brugt til at forbedre ekstraktionseffektiviteten og udbyttet. Derudover er omkostningerne ved at opnå taurin fra naturlig udvinding høje, og de fleste af disse metoder er ikke egnede til industriel produktion.

Udbyttet af taurin fremstillet ved forskellige ekstraktionsmetoder er detaljeret beskrevet i tabel 2.

Kemisk syntese og biofermenteringsmetoder

Der er udviklet mere end 20 metoder til kemisk syntetisk produktion af taurin. Af disse er de fleste kommercielt fremstillet af ethylenoxid eller monoethanolamin [66]. Imidlertid er ethylenoxid mere giftigt, har højere reagensgenvindingsomkostninger og er også flygtigt og eksplosivt. Fremstillingen af ​​taurin ved denne metode er derfor meget krævende og dyr [56]. Den industrielle produktion af taurin fra monoethanolamin har bedre sikkerheds- og miljømæssige fordele end ethylenoxidprocessen; det er en to-trins proces, der involverer syntese af 2-aminoethylsulfat fra monoethanolamin og svovlsyre ved varmebehandling og fremstilling af taurin fra 2-aminoethylsulfat ved varmebehandling med en sur opløsning af natriumsulfit [57]. Fremstillingen af ​​taurin fra monoethanolamin tager dog for lang tid og bruger for meget energi. Desuden er nogle mellemprodukter modtagelige for termisk hydrolyse, hvilket kan føre til en stigning i biprodukter og påvirke udbyttet af taurin [58]. Som konklusion har hver metode sine fordele og ulemper, og hvert trin i reaktionen skal kontrolleres nøje under den industrielle produktionsproces.

Derudover kan biofermentering også bruges til at fremstille taurin. På nuværende tidspunkt er følgende mikroorganismer blevet rapporteret til produktion af taurin ved bio-fermentering: Yarrowia lipolytica, Chlamydomonas reinhardtii, Saccharomyces cerevisiae, Corynebacterium glutamicum, etc. [59]. Blandt dem anses Corynebacterium glutamicum for at være en sikker og egnet stamme til taurinproduktion. Ved at konstruere en rekombinant stamme af Corynebacterium glutamicum kan der opnås 62.0 ± 1,5 mg/g (celletørvægt) taurin med højt udbytte og lave produktionsomkostninger [59], hvilket har en høj industriel produktionsværdi.

3. Forskningsfremskridt om Taurin i lindring af visuel træthed

3.1. Fødevaresikkerhed

De første rapporter om sikkerheden ved taurin til indtagelse begyndte i 1999, da Den Videnskabelige Komité for Fødevarer (SCF) første gang evaluerede sikkerheden ved "energidrikke" indeholdende taurin og konkluderede, at taurin ikke var genotoksisk, teratogent eller kræftfremkaldende [67]. For nylig har Serrano et al. [68] har forfinet dataene om taurins genotoksicitet, og deres endelige resultater viser, at taurin ikke viste mutagenicitet eller genotoksicitet i Ames-testen, mikronukleustesten eller standard- og enzymmodificerede komettests. Resultaterne af disse toksicitetsundersøgelser på taurin bekræfter, at det ikke er genotoksisk, kræftfremkaldende eller teratogent [69-72]. Der er også rapporteret undersøgelser, der adresserer taurintolerancegrænser, der evaluerer taurin uden observerbare niveauer af bivirkninger (NOAEL). Der var også en risikovurderingsundersøgelse i humane kliniske forsøg, der rapporterede, at der ikke blev observeret nogen bivirkninger hos forsøgspersoner, der fik en maksimal daglig dosis på 3 g/d taurin [73]. Ydermere konkluderede Den Europæiske Fødevaresikkerhedsautoritets (EFSA) udtalelse, at taurin tilsat energidrikke i en dosis på 1000 mg/kg/dag var NOAEL [69].

Derudover afspejler toksikologiske evalueringstest med taurinblanding også den gode sikkerhed ved taurin til indtagelse. Wang Xue et al. [74] evaluerede den toksikologiske sikkerhed af taurin som hovedingrediensen i det sammensatte pulver (dagligt forbrug af hver ingrediens: taurin 0,91 g/d, inositol 32 mg/d, vitamin E 10 0 mg/d) og viste, at SPF-grade Kunming-racemus, der gennemgår en akut toksicitetstest, blev vurderet til at udvise maksimal tolereret dosis (MTD) > 20,0 g/kg·lgv. I den 30-d fodringstest i SD-rotter blev der ikke observeret nogen unormale ændringer i rotternes generelle sundhedsstatus, fysiologiske og biokemiske funktioner og organhistomorfologi; resultaterne af museknoglemarvs-multifarvede erytrocyt-mikronkernetest, spermmisdannelsestest og rotte Ames-test var ensartet negative, hvilket indikerer, at taurinpulveret var sikkert, ikke-toksisk, ikke-mutagent og subkronisk toksisk. Tilsvarende blev den toksikologiske vurdering af en drik fremstillet af taurin med L-carnitin, D-hydroglucosehydrochlorid, koffein, inositol og B-vitaminer udført, og det endelige resultat blev fundet at være ikke-toksisk [75]. Derudover viste den toksikologiske vurdering af taurin i kombination med selenberiget gær eller med lacto-mineralsalte, at stoffet var sikkert og ikke-toksisk [76,77].

Disse resultater viser, at taurin, en naturligt forekommende aminosyre, har lav toksicitet.

3.2. Fremskridt i forskning om virkningsmekanismen for Taurin til at lindre visuel træthed

Normal nethindefunktion er afgørende for at opretholde en korrekt synsfunktion og øjensundhed. Derfor kan måder at beskytte og reparere beskadiget nethindefunktion hjælpe med at lindre begyndelsen af ​​visuel træthed. De vigtigste mekanismer, hvorved taurin beskytter nethinden for at reducere visuel træthed, er detaljeret beskrevet i figur 3.

【For mere info:george.deng@wecistanche.com / WhatsApp:8613632399501】