Дипептиды L-Карнозин и N-Ацетил-L-Карнозин. Антиоксидантные и геропротекторные свойства

L-Аргинин. Либидо, сосуды, диабет, тревожность, спорт, старение, иммунитет
08.05.2021
L-Тирозин и N-Ацетил-L-Тирозин. Когнитивные функции и психическое состояние
05.06.2021

Природный дипептид L-карнозин – важный компонент скелетных мышц и мозга. Карнозин в организме выступает в роли буфера, образует комплексы с ионами металлов и проявляет защитные антиоксидантные свойства, работая как «ловушка» для активных форм кислорода. Карнозин замедляет укорачивание теломер и увеличивает продолжительность жизни клеток, выступая как геропротекторный агент. Испытания показали его полезность при болезни Альцгеймера, паркинсонизме и энцефалопатии. N-Ацетилкарнозин – синтетическое производное карнозина с повышенной стабильностью к гидролизу и биодоступностью, которое применяют для лечения катаракты. В обзоре рассмотрены результаты клинических испытаний L-карнозина и N-ацетилкарнозиан как потенциальных препаратов для лечения нейродегенеративных заболеваний, диабета, сердечно-сосудистых заболеваний, болезней глаз, в качестве геропротекторов, антивозрастных косметических и ранозаживляющих средств.

L-Карнозин (β-аланил-L-гистидин, (2S)-2-(3-аминопропанамидо)-3-(3H-имидазол-4-ил)пропановая кислота, L-Carnosine; CAS 305-84-0)

Общая информация

L-Карнозин – пептид βAla-His, образованный остатками β-аланина и L-гистидина. β-Аланин с гистидином – предшественники для синтеза карнозина, катализируемого карнозинсинтетазой. Дипептид содержится в больших количествах в тканях мышц и мозга человека. Карнозиноткрыт в 1900 году российским ученым-химиком В. Гулевичем [1], и считается одним из самых важных пептидов в мире.

Латинский корень названия “карнозин” – от слова carnis, обозначающего плоть или мясо, указывает на его обильное присутствие в мышечной ткани [2]. Карнозинсодержится в скелетных мышцах большинства позвоночных животных, особенно много его в мышцах кенгуру – 543 мг/100 г, буйвола – 572 мг/100 г, собаки – 746 мг/100 г, грудных мышцахиндейки – 528 мг/100 г[3]. Концентрация карнозина в мышцах зависит от их типа и возраста животных. В белых мышцах индейки и курицы концентрация карнозина выше, чем в темных. Содержание карнозина в скелетных мышцах индейки увеличивается с возрастом. Однако, когда сравнивались мышцы одно- и четырехлетних лошадей, с возрастом концентрация карнозина снижалась.

На уровни эндогенного карнозина скелетных мышц может влиять диета. Дефицит гистидина в рационе крыс снижает содержание дипептида ткани. Данный факт подтверждает, что именно эта аминокислота является лимитирующим фактором для синтеза карнозина [3]. Увеличение концентрации в тканях скелетных мышц в 2,8 раза наблюдалось у крыс, получавших на 5% больше гистидина. Прием β-аланина (≥2 недель по 6 г в день) может увеличить содержание карнозина в мышцах на 60–80%[4]. Вегетарианская диета, и тем более веганская, обеспечивает сравнительно малое поступление карнозина [5].

Способы получения карнозина

 Натуральный карнозинсодержащий антиоксидантный экстракт получают путем экстракции карнозина из говяжьих мышц водой с последующей термической обработкой или ультрафильтрацией для удаления прооксидантов [3]. Следовательно, эффективный карнозинсодержащий экстракт может быть получен из дешевого сырья – мяса механической обвалки или отходов мясной промышленности. Для водной экстракции можно использовать, например, говяжьи мышцы [6]. Тепловая обработка, ультрафильтрация и деминерализация снижают концентрацию общего железа и гемина. Высушенный в вакуумной печи деминерализованный продукт подвергают дальнейшей очистке, обычно путем перекристаллизации с внесением кристаллов затравки.

Промышленный химический метод получения карнозина заключается в реакции фталоил-β-аланина с активированным защищенным L-гистидином, после чего защитные группы удаляют. Из синтетического карнозина при помощи прямого ацилирования получить N-ацетилкарнозин [7].

Физиологическая роль карнозина

Антиоксидантная активность и заживление ран

Большое количество проведенных в мире исследований, продемонстрировало, что карнозин обладает антиоксидантными свойствами [3, 10], и выступает как «ловушка» дляактивных форм кислорода (ROS). Карнозином нейтрализуются α,β-непредельные альдегиды, которые образуются в процессе окислительного стресса путем пероксидного окисления [11]. Все это может положительно влиять на здоровье.

Антиоксидантная активность была обнаружена путем проверки способности карнозина улавливать пероксидные радикалы в физиологических концентрациях [10]. Карнозин и некоторые другие производные гистидина проявили антиоксидантные свойства, а также были электрохимически активны как восстановители, что показанопри помощициклических вольтамперометрических измерений на модельных химических системах. Кроме того, карнозин ингибировал окислительное гидроксилирование дезоксигуанозина, индуцированное аскорбиновой кислотой и ионами меди. Полученные данные позволили предположить роль дипептида как эндогенного антиоксиданта в мозге и мышцах. Замена последовательности с βAla-His на His-βAla не повлияла на способность дипептида гасить синглетный кислород [3].

Исследованияпоказали, что карнозин способствует заживлению ран, по крайней мере, косвенно, поскольку экзогенный пептид расщепляется карнозиназой до β-аланина и гистамина [12, 13]. В то время как β-аланин стимулирует биосинтез нуклеиновых кислот и коллагена, гистамин, как считается, усиливает процесс заживления ран, стимулируя выпот на начальной стадии воспаления. Так, в эксперименте на животной модели диабета типа 2 мышам db/db были сделаны шестимиллиметровые круглые раны, которые оценивали на предмет заживления каждые два дня. Карнозин (100 мг/кг) вводили внутривенно каждый день, а также наносили местно. Лечение карнозином значительно усилило заживление ран, а анализ тканей показал увеличение в 1,2–3 раза экспрессии генов факторов роста и цитокинов, участвующих в заживлении ран. Скорость заживления ран была на 20–40% быстрее, чем у необработанных животных (Рисунок 1).Исследования in vitro с человеческими дермальными фибробластами и эндотелиальными клетками микрососудов показали, что карнозин повышает жизнеспособность клеток в присутствии высокого содержания глюкозы. Эти эффекты, в дополнение к его известной роли антиоксиданта и предшественника для биосинтеза гистамина, дают основания для возможного терапевтического использования карнозина в заживлении ран у пациентов с диабетом.

Рисунок 1 – Раны без обработки (верх) и при введении карнозина (низ) на 0, 4, 8 и 12 день

Ранозаживляющее действие карнозина на человеке изучено слабо. В нерандомизированным контролируемым испытании 42 пациента с пролежнями II–IV стадии были распределены в одну из трех групп [14]. Контрольная (14 чел.) не получала лечения, группа PLZ (10 чел.) перорально принимала 150 мг/сут комплекс карнозина с цинком, содержащего 116 мг пептида и 34 мг цинка, а группа CAR (18 чел.) перорально принимала 116 мг/сут карнозин не менее четырех недель. Через четыре недели скорость заживления пролежней была значительно выше в группах CAR (1,6) и PLZ (1,8), чем в контрольной (0,8). Разница между CAR и PLZ не была значительной. Результаты требуют подтверждения в рандомизированных контролируемых исследованиях с большим размером выборки.

Геропротекторные свойства

В фибробластах человека in vitro карнозин при высоких концентрациях в среде (20–50 мМ) способен повышать предел деления клеток Хейфлика [15] и снижать скорость потери длины теломер [16]. При 50 мМ клетки HFF-1 прожили 716 дней против 432 дней в такой же среде (DMEM), но без карнозина. В соответствии с этими результатами карнозин рассматривают как геропротектор [2, 17].

На примере клеток крайней плоти человека HFF-1 и фетальных клеток легких MRC-5,исследователи показали, что карнозин в высоких концентрациях (20–50 мМ) в стандартной среде замедляет старение и омолаживает стареющие культуры [15]. В присутствии карнозина поздние клеточные культуры сохраняли свою морфологию. Перенос этих клеток в нормальную среду, не содержащую добавок, приводил к появлению фенотипа старения. Субкультура клеток в присутствии карнозина не избегает предела роста по Хейфлику, но продолжительность жизни в удвоениях популяции и хронологический возраст увеличиваются. При этом, ни D-карнозин (оптический изомер L-карнозина – β-аланил-D-гистидин), ни гомокарнозин, ни ансерин, ни β-аланин не оказывали такого же действия, какое продемонстрировал карнозин.

Карнозинпри концентрации20 мМуменьшал на 15–30% быстроту потери длины теломер штамма фетальных фибробластов легких человека (HPF), который поддерживался либо в постоянной пролиферации, либо в состоянии ее ингибирования [16].

Гликирование белков

В процессе старения различные виды белков синтезируются с ошибками: неправильная форма, укрупненные фрагменты и т. д. Это вызывает патологические состояния. Снижение или частичное ингибирование ошибочного биосинтеза белка может препятствовать старению и вызванным им болезням путем прямого снижения нагрузки на шапероны и/или протеолитический аппарат, которые отвечают за устранение измененных белков. Неправильные белки легче гликируются (неферментативная реакция связывания углеводов с белками) и повреждаются ROS по сравнению с нормальными продуктами. Карнозин полезен для борьбы с гликированием, которое приводит к формированию цитотоксичных конечных продуктов гликирования (AGE). Эти соединения связаны с возникновением и прогрессированием ряда дегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, атеросклероз, сахарный диабет, хроническую почечную недостаточность [18-21]. Было установлено, что карнозин является мощной эндогенной биомолекулой, ингибирующей пагубные посттрансляционные модификации полипептидов, вызванные окислительными, нитроксидативными и гликоксидативными агентами, и может помогать клеткам справляться с измененными белками [22]. Карнозин стимулирует внутриклеточные протеолиз и деградацию неправильных белков

 Буферные свойства

Буферными растворами называют растворы, поддерживающие практически неизменным определенное значение рН при изменении их концентрации или введения ограниченного количества основания или кислоты. В различных системах организма естественные буферные вещества помогают поддерживать гомеостаз и играют защитную роль, поскольку в процессе метаболизма высвобождаются как кислотные, так и основные вещества. Одна из буферных систем организма – белковая, поддерживающая pH в диапазоне 7,2–7,4. В нейтральной воде с pH 7,00 карнозин встречается в основном, почти на 60%, в виде цвиттериона – нейтральной молекулы с положительно и отрицательно заряженными фрагментами: аминогруппа получает дополнительный ион водорода и поэтому заряжена положительно, группа карбоновой кислоты ионизирована и несет на себе отрицательный заряд. Кольцо имидазола является нейтральным. В остальных 40% молекул “голый” атом азота в имидазольном кольце также несет ион водорода, и молекула в целом однозначно положительна. В физиологических условиях карнозин образует слабокислый раствор, способный компенсировать в некоторых пределах изменения pH, т. е. выступая как буфер. Буферное действие остатков гистидина в пептидах является общим фактом, но буферные свойства свободного L-гистидина в физиологических условиях в мышечной и мозговой ткани, являются слабыми. Однако при соединении с другими аминокислотами pK смещается к значениям между 6,8 и 7,0. У карнозина, по отношению к β-аланину, значение pK равно 6,83 [23], таким образом образуется эффективный межклеточный буфер. Кроме того, из-за аминогруппы в β-положения в β-аланине карнозин не включается в общий метаболизм или пептидный синтез. После биосинтеза карнозин способен сохраняться при довольно высоких концентрациях, что положительно влияет на его свойства как буферного соединения.

Концентрации карнозина в организме находятся в диапазоне от 17 до 25 ммоль/кг) ткани в пересчете на сухой вес [24], обеспечивая до 10–20% всей внутриклеточной буферной емкости в поперечно-полосатой мускулатуре человека. Буферный эффект карнозина позволяет дольше функционировать мышцам в условиях недостаточного поступления кислорода.

Комплексообразование

Карнозин легко образует комплексы с двухвалентными ионами, но его хелатирующая активность варьируется в зависимости от типа металла [18]. Способность карнозина ингибировать катализируемое медью окисление дезоксигуанозина и аскорбата предполагает, что дипептид образует комплекс с ионами меди таким образом, что снижает ее реакционную способность, тем самым карнозин проявляет защитные свойства [3]. Медные хелаты карнозина также обладают супероксиддисмутазной (СОД) активностью против супероксид анион-радикалов, высвобождаемых нейтрофилами. Камозин способен ингибировать окисление медью липопротеинов низкой плотности. Это оказывает положительное влияние на здоровье, т. к. окисленные липопротеины характеризуются пониженным содержанием полиненасыщенных кислот и антиоксидантов, в них накапливаются продукты перекисного окисления. Накопление перечисленных соединений ассоциировано с развитием атеросклероза.

С другой стороны, карнозин может образовывать комплексы с Ni2+ и увеличивать его способность генерировать свободные радикалы (ROS). Карнозинингибирует катализируемое железом окисление липидов, несмотря на то что недостаточно эффективно хелатирует ионы железа. Это позволяет предположить улавливание образующихся свободных радикалов карнозином.

Ацетилкарнозин

N-АцетилL-карнозин(не путать с ацетил-L-карнитином! N-Acetylcarnosine, (S)-2-(3-ацетамидопропаноиламино)-3-(1H-имидазол-5-ил)пропановая кислота, NAC, (3-ацетамидопропаноил)-L-гистидин, N-(N-ацетил-β-аланил)гистидин; Ac-β-Ala-His-OH; CAS 56353-15-2) – пролекарство, т. е., вещество, которое в результате метаболизма в организме высвобождает активный компонент карнозин, разработанное в 2002 году для клинического применения в офтальмологической практике [25]. Благодаря ацетильной группе, которая введена к аминогруппе β-аланинового остатка, NAC лучше проникает сквозь плотную фиброзную оболочку глазного яблока, чем его родоначальное соединение. Однако растворимость в воде снижается с 32 г/100 мл для неацилированного пептида до 25 г/100 мл. В экспериментах, проведенных на глазах кролика, было обнаружено, что NAC подвергается замедленному дозозависимому гидролизу при прохождении через роговицу до высвобождения карнозина в передней камере глаза через 15–30 минут после местного введения [26].Попадая в глазную жидкость, данный пептид способен поддерживаться в эффективной концентрации 5–15 ммоль/л до проникновения в ткани хрусталика, обеспечивая длительный терапевтический эффект [27]. Предполагают, что NAC высокоактивен по отношению кперекисному окислению липидов в хрусталике глаза [28]. Экзогенный карнозин в основном выводится почечной системой или разрушается карнозиназой, дипептидазой, которая присутствует в плазме крови и почках, но не в хрусталике [29].

Следует отметить, что основное количество клинических исследований N-ацетилкарнозина проводилось под руководством д-ра М. Бабижаева, основателя фирмы Innovative Vision Products, Inc. (IVP, США), которая интенсивно рекламирует и продает препараты на основе этого дипептида.

Клинические испытания карнозина и N-ацетилкарнозина

Катаракта

В работе [30] Бабижаев и сотрудники провели плацебо-контролируемое исследование, в котором NAC применяли в виде глазных капель (CanCTM, IVP, США), внося раствор дважды в день в 50 пораженных катарактой глаз собак. Контрольная группа включала 40 глаз. После шести месяцев лечения 96% глаз, прошедших обработку N-ацетилкарнозином, показали улучшение прозрачности хрусталика, выявленное на основании снимков щелевой и ретроиллюминационной фотографии. Самым поразительным результатом стало то, что NAC смог обратить вспять помутнение хрусталика, что было описано как феномен “тающего снега”.

Было проведено рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое клиническое исследование с применением NAC на 76 глазах пациентов с катарактой легкой и развитой степени [25]: 49 пожилых людей (средний возраст 65 лет) были рандомизированы в группу, которой вносили по две капли раствора NAC дважды в день или в контрольную, получавшую плацебо. Измеряемые результаты включали наилучшую скорректированную остроту зрения (BCVA), тестирование чувствительности к бликам с помощью галометра, а также объективный мониторинг помутнений хрусталика на основе стереокинематографических щелевых изображений и ретроиллюминационной фотографии. Через шесть месяцев после начала исследования были получены следующие первичные результаты: у 90% пролеченных глаз улучшение BCVA составило 7–100%; тест на чувствительность к бликам показал положительную динамику у 89% обработанных глаз на 27–100%; у 42% – световая трасмиссия хрусталика повысилась на 12–50%. Аналогичные показатели выздоровления были зарегистрированы и через 24 месяца по завершении исследования. Для сравнения, у 89% нелеченых глаз через два года наблюдалось ухудшение BCVA на 17–80%.

Результаты оказались впечатляющими, однако было отмечено несколько ограничений, что отмечено в обзоре [31]. В исследовании приняло участие очень небольшое количество участников: 41 глаз, прошедший лечение, и 35 глаз в качестве контроля. Исследование имело низкую мощность, о чем свидетельствуют чрезвычайно широкие доверительные интервалы, которые фактически перекрывались между пролеченными и контрольными глазами. Исследование было представлено как два отдельных испытания (через 6 и 24 месяца) из-за высокого уровня отсева: 45% пациентов были потеряны для последующего наблюдения через 24 месяца. При оценке результатов через 6 месяцев BCVA не изменилась в 65% контрольных глаз. Таким образом, прогрессирование было слишком малым, чтобы показать убедительное ухудшение нелеченой катаракты, а исходные показатели оказались недостаточными для сравнения эффекта NAC. Хотя 90% глаз, прошедших лечение, продемонстрировали улучшение BCVA, это не соответствовало объективной оценке помутнения хрусталика, где большинство пролеченных глаз не показали положительной динамики. Представленные данные были неполными, особенно результаты тестов на блики в контрольных глазах. В систематическом обзоре «Кокран» пришли к заключению об отсутствии твердых подтверждений эффективности NAC против катаракты [32]. Вышеописанные публикации не рассматривались из-за их несоответствияжесткимкритериям клинических испытаний. Таким образом, для обоснования пользы долгосрочной терапии NAC требуется проведение отдельного и более крупного исследования, отвечающего всем современным критериям.

Перечисленные недостатки не помешали компании IVP разработать увлажняющиеглазные капли (CaN-C™) в виде 1% пролекарства N-ацетилкарнозина (NAC), содержащего мукоадгезивное соединение в системе устойчивой доставки лекарств на основе целлюлозы в сочетании с промоторами абсорбции роговицы [33]. NACпродается и как диетическая добавкадля лечения или профилактики катаракты, хотя полезность его при приеме внутрь для здоровья глаз крайне сомнительна.

В работе [34] проанализировали применения NAC в виде препарата «Кларастил 1 %» (по 1–2 капли дважды в деньв течение шести месяцев)у 58 больных с диабетической катарактой 1–2 степени, развившейся на фоне инсулиннезависимого сахарного диабета типа 2. Результаты показали, что NACв хрусталике и в сетчатке замедляетпрогрессирование патологических процессов. Это подтвердилось стабилизацией состояния у 38–65,5% и улучшением у 4–7% пациентов по сравнению с контрольной группой. Побочных эффектов не наблюдалось.

Нейродегенеративные заболевания

После 120 лет изучения биологической активности карнозина стало ясно, что этот пептид является мощным природным гидрофильным антиоксидантом, который защищает возбудимые нервные ткани животных от окислительного стресса, и может быть успешно использован для профилактики функций мозга от окислительного повреждения. Таким образом, было предложено использовать карнозин для лечения нейродегенеративных заболеваний или предотвращения накопления признаков старения.

Первое двойное слепое, плацебо-контролируемое исследование карнозина у пациентов с нейродегенеративными заболеваниями было проведено в 2006 году [35]. В эксперименте приняли участие 42 пациента с хронической дисциркуляторной энцефалопатией. Некоторые из этих больных получали карнозин в суточной дозе 0,75 г или 2 г в дополнение к основной терапии. Через 21 день когнитивные функции мозга пациентов до и после лечения сравнивались для каждой группы и между исследуемыми группами; также авторы измерили параметры окислительного стресса. Когнитивные функции мозга были охарактеризованы с помощью индуцированных скачков P300. Скачки не претерпели значительных изменений во время основной терапии или лечения в сочетании с меньшей дозой карнозина. Однако при использовании более высокой дозы карнозина (2 г в день) латентность когнитивных пиков уменьшилась с 37821 мсек до 34512 мсек, а количество ответов с низкой амплитудой снизилось с 60% до 27%. В то же время амплитуда ответов была неизменной. Продолжительность кислотного гемолиза эритроцитов увеличилась с 1344 до 1516 секунд. Негативных побочных действий карнозина на состояние пациентов не выявлено. Авторы рекомендовали включить карнозин в комплексную терапию таких пациентов для повышения эффективности лечения [35].

Другой пример использования карнозина для лечения нейродегенеративных заболеваний человека – болезнь Паркинсона. В клиническом исследовании приняли участие 36 пациентов с болезнью Паркинсона, которых сравнивали с 20 внешне здоровыми добровольцами (контрольная группа) [36]. Базовая терапия состояла из дигидроксифенилаланин (ДОФА)-содержащих препаратов в индивидуально подобранных дозах, в зависимости от состояния и тяжести клинических проявлений пациентов. Половине людей с болезнью Паркинсона был назначен карнозин в суточной дозе 1,5 г. Лечение продолжалось 30 дней. После базового лечения исходный уровень неврологической симптоматики пациентов снизился с 38,9 до 32,5 баллов по Унифицированной шкале оценки болезни Паркинсона (UPDRS), что соответствует улучшению на 16,4%. Сочетание базового лечения с карнозином снизило симптоматику до 24,9 балла (улучшение на 36%). Таким образом, карнозин, включенный в протокол лечения, значительно улучшил неврологическое состояние пациентов. В группе, получавшей карнозин, состояния опорно-двигательного аппарата (ригидность конечностей и движения верхних конечностей) улучшилось на 32–38% по сравнению с группой базовой терапии, что хорошо коррелирует с облегчением симптомов одного из важнейших клинических признаков паркинсонизма – гипокинезии. Авторы отметили, что так называемая “повседневная активность” также улучшилась у пациентов, получавших карнозин, что сделало их самообслуживание более независимым от окружающих. Уменьшение неврологической симптоматики у пациентов с болезнью Паркинсона коррелировало со снижением уровня карбонила в сыворотке крови и повышением устойчивости к окислению липопротеинов в плазме крови, а также с восстановлением активности супероксиддисмутазы (СОД) эритроцитов, которая находилась в отчетливой корреляции с облегчением неврологической симптоматики. Авторы пришли к выводу, что сочетание карнозина с основной терапией пациентов с болезнью Паркинсона может быть рациональным способом улучшить результаты лечения и уменьшить возможные токсические эффекты перегрузки ДОФА-содержащими препаратами [36].

Болезнь Альцгеймера может быть еще одним примером нейродегенеративного заболевания, при котором лечение карнозином является полезным. Былипроведены различные клинические исследования для оценки влияния добавок карнозина на снижение когнитивных способностей у пожилых людей и пациентов сболезнью Альцгеймера. Систематический обзор с результатами метаанализа от 2021 года показал наличие терапевтического потенциала карнозина против снижения когнитивных функций и депрессивных симптомов у пожилых людей [37]. Авторынашли пять исследований, соответствующих критериям отбора. Карнозиноказался эффективным при приеме в течение 12 недель в дозе от 1 г/день и улучшал общие когнитивные функции, в то время как на депрессивные симптомы существенного влияния не было обнаружено. Эти данные свидетельствуют о предварительном доказательстве клинической эффективности карнозина против снижения когнитивных функций как у пожилых людей, так и у пациентов с легкими когнитивными нарушениями, нодля подтверждения терапевтического потенциала карнозина необходимы более крупные и долгосрочные клинические исследования.

Мышцы и выносливость

Поскольку употребление карнозина с пищей не увеличивает концентрацию в сердце, печени или мышцах, эффективным способом ее повышения является введение аминокислот – предшественников дипептида [22]. Хронический пероральный прием β-аланина повышает содержание карнозина в мышцах и улучшает показатели анаэробных упражнений в некоторых лабораторных тестах, в основном у нетренированных людей. Остается неясным, может ли добавка карнозина улучшить результаты соревнований у отдельных элитных спортсменов. Исследователи попытались выяснить, связана ли работоспособность с содержанием карнозина в мышцах и улучшает ли прием β-аланина эффективность у хорошо тренированных гребцов [38]. Восемнадцать спорстменов-гребцов на протяжении семи недель употребляли β-аланин по 5 г/день или плацебо. Концентрацию карнозина измеряли в икроножных и камбаловидных (soleus) мышцах с помощью протонной магнитно-резонансной спектроскопии до и после применения аминокислотной добавки. Производительность спортсменов оценивалась в тесте с греблей на 2 тыс. метров. В исходном состоянии наблюдалась сильная положительная корреляция между скоростью гребли на дистанциях 100, 500, 2 тыс. и 6 тыс. метров и мышечными концентрациями карнозина. Уровни карнозина увеличились после применения β-аланина на 45% в камбаловидных мышцах и на 28% – в икроножных. Группа, принимавшая β-аланин продемонстрировала греблю на 4,3 секунды быстрее, чем контрольная, тогда как до приема добавки эти спортсмены проходили дистанцию на 0,3 с секунд медленнее. Повышение концентрации карнозина в мышцах положительно коррелировало с улучшением показателей на дистанции 2 тыс. метров. Можно сделать вывод, что положительная корреляция между исходным уровнем карнозина в мышцах и результатами гребли и между изменениями содержания карнозина и улучшением результатов говорят о том, что данный дипептид является важным фактором, определяющим спортивные достижения.

С другой стороны, удвоение содержания в мышцах карнозина послеприменения β-аланина по 6,4 г/день на протяжении шести недельне улучшило лабораторные результаты одночасового велопробега на время [39].

В настоящее время L-карнозин рекламируется как спортивная БАД для повышения выносливости, улучшения кровоснабжения сердечной мышцы и как «омолаживающее средство». Обычно он выпускается в капсулах по 0,5 г, продавцы рекомендуют принимать их по 1–2 штуки раз в день за 30 минут перед едой.

Антивозрастная косметика

Местное применение карбонильного скавенджера (ловушки, захватывающей вещества, вызывающие карбонильный стресс и повреждение клеток), такого как карнозин, должно обратить вспять УФ-индуцированное фотостарение[40]. Используя иммунофлуоресценцию, исследователи показали, что в дерме безволосых мышей, ежедневно подвергавшихся воздействию ультрафиолета, наблюдалось увеличение содержания акролеина и акролеиновых-эластиновых аддуктов, и продемонстрировали, что ежедневное местное применение 1% раствора карнозина (водный, с 30% ПЭГ) полностью обратило вспять развитие признаков фотостарения кожи, включая образование акролеиновых аддуктов эластина. В целом, данное исследование подчеркивает роль акролеин-эластиновых аддуктов в фотостарении кожи и предполагает, что применение топических карбонильных скавенджеров оказывает защитное действие против вызванного ультрафиолетом старения.

В эксперименте in vitro изучили космецевтический, т. е., проявляющий одновременно свойства косметического и фармацевтического, препарат (ниацинамида 0,31 мг/мл, L-карнозин 0,10 мг/мл, гесперидин 0,05 мг/мл и Biofactor HSP®, содержащий белки теплового шока ниацины, 5,18 мкг/л) [41]. Дермальные фибробласты человека инкубировали с космецевтическим составом в различных концентрациях в течение 24 часов. Результаты показали, что пролиферация дермальных фибробластов и производство коллагена были значительно выше по сравнению с контролем при разведении 1:100. Тест на закрытие раны (scratch assay) показал, что после 24-часовой инкубации концентрация дермальных фибробластов достигла 99,6% по сравнению с 61,1% в контрольной группе.

В ходе шестимесячного исследования 20 здоровым добровольцам (фототип кожи II или III) наносили 0,5% раствор карнозина и Nацетилкарнозина в воде до и после воздействия ультрафиолета [42]. Карнозин и Nацетилкарнозин привели к уменьшению эритемы на 3,6% и 7,3%, соответственно, по сравнению с контролем. Оба пептида продемонстрировали антиоксидантную способность, причем она была выше в сочетании с транспортными средствами, улучшающими проникновение веществ вглубь кожи. NАцетилкарнозин был упомянут как интересный гидрофильный антиоксидант для дерматологических целей.

Низкомолекулярный водорастворимый немодифицированный дипептид β-Ala-His имеет очень слабое сродство к коже и слабо проникает дальше первого слоя рогового слоя. Однако липофильный пептид пальмитоил-β-Ala-His диффундирует в роговой, эпидермальный и дермальный слои кожи [43]. Поэтому такая модификация применяется в космецевтических продуктах. Карнозин входит в состав антивозрастного продукта «Regenerist Daily Regenerating Serum» фирмыOlay, наряду с другими компонентами (пальмитоил пентапептид-3, экстракт зеленого чая, витамины В5 и Е, аминопептид, диметикон, аллантоин) [44]. Карнозин и его производные запатентованы как косметические ингредиенты, полезные для ухода за кожей, волосами, ногтями ислизистыми оболочкам [45].

Заключение

Как антиоксиданты, гистидинсодержащие дипептиды могут быть использованы в клинической практике для защиты от окисления липидов. Исследования успешно продемонстрировали, что карнозин может служить противовоспалительным средством и помогать в очищении хрусталика при старческой катаракте.Карнозин также способен ингибировать окисление липопротеинов низкой плотности. Карнозин показал потенциал для использования в качестве натурального антиоксиданта в продуктах питания. Дипептид может быть полезным средством для улучшения когнитивных функций при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, энцефалопатия и, возможно, при симптомах депрессии.

Другим важным направлением применения карнозина является антивозрастная косметика и средства для ухода за кожей. Это обусловлено антиоксидантными и ранозаживляющими свойствами пептида.

N-Ацетилкарнозин – относительно стабильный к гидролизу предшественник и источник карнозина, более эффективно проникающий в ткани за счет возросшей гидрофобности, и, вероятно, оказывающий положительное влияние при заболеваниях глаз. Внастоящее время широко доступны глазные капли с N-ацетилкарнозином. Они продаются в онлайн-аптеках как популярное профилактическое средство. Рецепта для таких препаратов не требуется, а стоимость составляет около 30 долларов США из расчета на75-дневный курс применения. Однако эффективность N-ацетилкарнозина не является общепризнанной. Разработка N-ацетилкарнозина в качестве противокатарактального препарата подкреплена интересными фундаментальными физиологическими данными, а клинические испытания показали самые многообещающие результаты. Но для подтверждения эффективности N-ацетилкарнозина необходимы независимые исследования с соблюдением всех критериев доказательной медицины.


1.         Gulewitsch, W., Amiradžibi, S., Ueber das Carnosin, eine neue organische Base des Fleischextractes. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, 1900. 33(2): p. 1902-1903. DOI: https://doi.org/10.1002/cber.19000330275.

2.         Hipkiss, A.R., Does Chronic Glycolysis Accelerate Aging? Could This Explain How Dietary Restriction Works? Annals of the New York Academy of Sciences, 2006. 1067(1): p. 361-368. DOI: https://doi.org/10.1196/annals.1354.051.

3.         Chan, K.M., Decker, E.A., Feustman, C., Endogenous skeletal muscle antioxidants. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 1994. 34(4): p. 403-426. DOI: 10.1080/10408399409527669.

4.         Goron, A., Moinard, C., Amino acids and sport: a true love story? Amino Acids, 2018. 50(8): p. 969-980. DOI: 10.1007/s00726-018-2591-x.

5.         Hipkiss, A.R., Chapter 3 Carnosine and Its Possible Roles in Nutrition and Health, in Advances in Food and Nutrition Research. 2009, Academic Press. p. 87-154.

6.         Chan, K., Cker, E., Means, W., Extraction and Activity of Carnosine, a Naturally Occurring Antioxidant in Beef Muscle. Journal of Food Science, 2006. 58: p. 1-4. DOI: 10.1111/j.1365-2621.1993.tb03199.x.

7.         IT MI932189 A1, 1995.

8.         Europe L-Carnosine Market 2020-2026. 2020; Available from: https://www.giiresearch.com/report/omr962316-europe-l-carnosine-market.html.

9.         Sewald, N., Jakubke, H.-D., Peptides from A to Z. A Concise Encyclopedia. 2008, Darmstadt: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. p. 400.

10.       Kohen, R., Yamamoto, Y., Cundy, K.C., Ames, B.N., Antioxidant activity of carnosine, homocarnosine, and anserine present in muscle and brain. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1988. 85(9): p. 3175. DOI: 10.1073/pnas.85.9.3175.

11.       Cosmetic Dermatology Products and Procedures. 2 ed. 2016, New Delhi, India: John Wiley & Sons. p. 563.

12.       Nagai, K., Suda, T., Kawasaki, K., Mathuura, S., Action of carnosine and β-alanine on wound healing. Surgery, 1986. 100(5): p. 815-821. DOI: 10.5555/uri:pii:0039606086902229.

13.       Ansurudeen, I., Forsberg, E., Brismar, K., Carnosine promotion of wound healing. 2015. p. 325-340.

14.       Sakae, K., Agata, T., Kamide, R., Yanagisawa, H., Effects of L-Carnosine and Its Zinc Complex (Polaprezinc) on Pressure Ulcer Healing. Nutrition in Clinical Practice, 2013. 28(5): p. 609-616. DOI: https://doi.org/10.1177/0884533613493333.

15.       McFarland, G.A., Holliday, R., Retardation of the Senescence of Cultured Human Diploid Fibroblasts by Carnosine. Experimental Cell Research, 1994. 212(2): p. 167-175. DOI: https://doi.org/10.1006/excr.1994.1132.

16.       Shao, L., Li, Q.-h., Tan, Z., l-Carnosine reduces telomere damage and shortening rate in cultured normal fibroblasts. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2004. 324(2): p. 931-936. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2004.09.136.

17.       Boldyrev, A.A., Stvolinsky, S.L., Fedorova, T.N., Suslina, Z.A., Carnosine As a Natural Antioxidant and Geroprotector: From Molecular Mechanisms to Clinical Trials. Rejuvenation Research, 2009. 13(2-3): p. 156-158. DOI: 10.1089/rej.2009.0923.

18.       Reddy, V.P., Garrett, M.R., Perry, G., Smith, M.A., Carnosine: A Versatile Antioxidant and Antiglycating Agent. Science of Aging Knowledge Environment, 2005. 2005(18): p. pe12.

19.       Vistoli, G., De Maddis, D., Cipak, A., Zarkovic, N., Carini, M., Aldini, G., Advanced glycoxidation and lipoxidation end products (AGEs and ALEs): an overview of their mechanisms of formation. Free Radical Research, 2013. 47(sup1): p. 3-27. DOI: 10.3109/10715762.2013.815348.

20.       Rashid, I., van Reyk, D.M., Davies, M.J., Carnosine and its constituents inhibit glycation of low-density lipoproteins that promotes foam cell formation in vitro. FEBS Letters, 2007. 581(5): p. 1067-1070. DOI: https://doi.org/10.1016/j.febslet.2007.01.082.

21.       Hipkiss, A.R., Glycation, ageing and carnosine: Are carnivorous diets beneficial? Mechanisms of Ageing and Development, 2005. 126(10): p. 1034-1039. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mad.2005.05.002.

22.       Banerjee, S., Poddar, M.K., Carnosine research in relation to aging brain and neurodegeneration: A blessing for geriatrics and their neuronal disorders. Archives of Gerontology and Geriatrics, 2020. 91: p. 104239. DOI: https://doi.org/10.1016/j.archger.2020.104239.

23.       Smith, E.C., The buffering of muscle in rigor; protein, phosphate and carnosine. J Physiol, 1938. 92(3): p. 336-343. DOI: 10.1113/jphysiol.1938.sp003605.

24.       Mannion, A.F., Jakeman, P.M., Dunnett, M., Harris, R.C., Willan, P.L.T., Carnosine and anserine concentrations in the quadriceps femoris muscle of healthy humans. European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology, 1992. 64(1): p. 47-50. DOI: 10.1007/BF00376439.

25.       Babizhayev, M.A., Deyev, A.I., Yermakova, V.N., Semiletov, Y.A., Davydova, N.G., Doroshenko, V.S., Zhukotskii, A.V., Goldman, I.M., Efficacy of N-Acetylcarnosine in the Treatment of Cataracts. Drugs in R & D, 2002. 3(2): p. 87-103. DOI: 10.2165/00126839-200203020-00004.

26.       Babizhayev, M.A., Yermakova, V.N., Sakina, N.L., Evstigneeva, R.P., Rozhkova, E.A., Zheltukhina, G.A., Nα-Acetylcarnosine is a prodrug of L-carnosine in ophthalmic application as antioxidant. Clinica Chimica Acta, 1996. 254(1): p. 1-21. DOI: https://doi.org/10.1016/0009-8981(96)06356-5.

27.       Jackson, M.C., Kucera, C.M., Lenney, J.F., Purification and properties of human serum carnosinase. Clinica Chimica Acta, 1991. 196(2): p. 193-205. DOI: https://doi.org/10.1016/0009-8981(91)90073-L.

28.       Bonnefont-Rousselot, D., Thérapeutiques anti-oxydantes et anti-AGE : bilans et perspectives. J. Soc. Biol., 2001. 195(4): p. 391-398.

29.       Lenney, J.F., Peppers, S.C., Kucera-Orallo, C.M., George, R.P., Characterization of human tissue carnosinase. The Biochemical journal, 1985. 228(3): p. 653-660. DOI: 10.1042/bj2280653.

30.       Babizhayev, M.A., Deyev, A.I., Yermakova, V.N., Brikman, I.V., Bours, J., Lipid Peroxidation and Cataracts. Drugs in R & D, 2004. 5(3): p. 125-139. DOI: 10.2165/00126839-200405030-00001.

31.       Toh, T.Y., Morton, J., Coxon, J., Elder, M.J., Medical treatment of cataract. Clinical & Experimental Ophthalmology, 2007. 35(7): p. 664-671. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1442-9071.2007.01559.x.

32.       Dubois, V., Bastawrous, A., N‐acetylcarnosine (NAC) drops for age‐related cataract. Cochrane Database of Systematic Reviews, 2017(2). DOI: 10.1002/14651858.CD009493.pub2.

33.       Babizhayev, M.A., Burke, L., Micans, P., Richer, S.P., N-Acetylcarnosine sustained drug delivery eye drops to control the signs of ageless vision: glare sensitivity, cataract amelioration and quality of vision currently available treatment for the challenging 50,000-patient population. Clinical interventions in aging, 2009. 4: p. 31-50.

34.       Веселовская, З.Ф., Веселовская, Н.Н., Жеребко, И.Б., Наш опыт антиоксидантной терапии диабетической катаракты на основе N-ацетилкарнозина. Офтальмологія, 2018(1): p. 62-67.

35.       Fedorova, T.N., Belyaev, M.S., Trunova, O.A., Gnezditsky, V.V., Maximova, M.Y., Boldyrev, A.A., Neuropeptide carnosine increases stability of lipoproteins and red blood cells as well as efficiency of immune competent system in patients with chronic discirculatory encephalopathy. Biochemistry (Moscow) Supplement Series A: Membrane and Cell Biology, 2009. 3(1): p. 62-65. DOI: 10.1134/S1990747809010085.

36.       Boldyrev, A., Fedorova, T., Stepanova, M., Dobrotvorskaya, I., Kozlova, E., Boldanova, N., Bagyeva, G., Ivanova-Smolenskaya, I., Illarioshkin, S., Carnosine [corrected] increases efficiency of DOPA therapy of Parkinson’s disease: a pilot study. Rejuvenation research, 2008. 11(4): p. 821-827. DOI: 10.1089/rej.2008.0716.

37.       Caruso, G., Godos, J., Castellano, S., Micek, A., Murabito, P., Galvano, F., Ferri, R., Grosso, G., Caraci, F., The Therapeutic Potential of Carnosine/Anserine Supplementation against Cognitive Decline: A Systematic Review with Meta-Analysis. Biomedicines, 2021. 9(3). DOI: 10.3390/biomedicines9030253.

38.       Baguet, A., Bourgois, J., Vanhee, L., Achten, E., Derave, W., Important role of muscle carnosine in rowing performance. Journal of applied physiology (Bethesda, Md. : 1985), 2010. 109(4): p. 1096-1101. DOI: 10.1152/japplphysiol.00141.2010.

39.       Chung, W., Baguet, A., Bex, T., Bishop, D.J., Derave, W., Doubling of muscle carnosine concentration does not improve laboratory 1-hr cycling time-trial performance. International journal of sport nutrition and exercise metabolism, 2014. 24(3): p. 315-324. DOI: 10.1123/ijsnem.2013-0125.

40.       Larroque-Cardoso, P., Camaré, C., Nadal-Wollbold, F., Grazide, M.-H., Pucelle, M., Garoby-Salom, S., Bogdanowicz, P., Josse, G., Schmitt, A.-M., Uchida, K., Zarkovic, K., Salvayre, R., Nègre-Salvayre, A., Elastin Modification by 4-Hydroxynonenal in Hairless Mice Exposed to UV-A. Role in Photoaging and Actinic Elastosis. Journal of Investigative Dermatology, 2015. 135(7): p. 1873-1881. DOI: https://doi.org/10.1038/jid.2015.84.

41.       Wessels, Q., Pretorius, E., Smith, C.M., Nel, H., The potential of a niacinamide dominated cosmeceutical formulation on fibroblast activity and wound healing in vitro. International Wound Journal, 2014. 11(2): p. 152-158. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1742-481X.2012.01052.x.

42.       Nino, M., Iovine, B., Santoianni, P., Carnosine and N-acetylcarnosine induce inhibition of UVB erythema in human skin. Journal of cosmetics, dermatological sciences applications, 2011. 1(4): p. 177-179. DOI: 10.4236/jcdsa.2011.14027.

43.       Schagen, S., Topical Peptide Treatments with Effective Anti-Aging Results. Cosmetics, 2017. 4(2). DOI: 10.3390/cosmetics4020016.

44.       Cosmeceuticals and Active Cosmetics. 3 ed. 2015, Boca Raton, U.S.: CRC Press Taylor & Francis Group. p. 437.

45.       US 20200046625 A1, 2020.