Epigallocatechin-Gallat (EGCG) gehört zur Stoffgruppe der Catechine und ist ein Polyphenol, welches aus Grünem Tee (Camellia sinesis L. Ktze (Theaceae) gewonnen wird. Neben EGCG, welches kanpp 50% des Catechingehaltes ausmacht, enthält Grüner Tee enthält noch weitere Catechine, wie Epicatechin-3-Gallate (ECG), (−)-Epigallocatechin (EGC), (−)-Epicatechin (EC) und (+)-Catechin. Die antioxidante und anti-inflammatorische Wirkung von EGCG und seine Wirkungen auf Proliferation, Differenzierung und Apoptose sind gut erforscht.
Die zugrundeliegende Studie untersucht die Wirkmechanismen, mit denen Epigallocatechin-Gallat (EGCG) die Hautfeuchtigkeit verbessert. Zu diesem Zweck wurde die Genexpression von HAS (Hyaluronsäure-Synthase) und HYAL (Hyaluronidase) sowie die anti-oxidative Aktivität und die anti-pigmentären Eigenschaften mittels Western Blotting-Analysen, Luciferase-Untersuchungen, 2,2-Diphenyl-1-Picrylhydrazyl (DPPH)-Untersuchungen sowie reverse Transkriptions-Polymerase-Reaktion-Analysen (RT-PCR). RT-PCR-Untersuchungen zeigten, dass EGCG die Expression der mit dem natürlichen Feuchtigkeits-Faktor in Verbindung stehende Genen Filaggrin (FLG), Transglutaminase-1, HAS-1 und HAS-2 erhöhte.
Unter UVB-Bestrahlung war die Expression von HYAL in den HaCaT-Zellen verringert. Außerdem belegte die Studie die anti-oxidative Aktivität von EGCG und wies eine präventive Wirkung gegen durch Radikale hervorgerufene Apoptose mittels Herunterregulierung von Caspase-8 und -3 in den HaCat-Zellen nach. EGCG veringerte die Produktion und Sekretion von Melanin in Melanom-Zellen.
Die Feuchthaltefähigkeit der menschlichen Haut steht in Verbindung zum Hautlaterungsprozess, da diese die Bildung von Falten unterdrückt. Hautalterung vollzieht sich durch zwei Mechanismen: intrinsisches und extrinsisches Altern. Der Prozess des intrinsischen Alterns ist gekennzeichnet durch verringerte proliferative Aktivitäten der Hautzellen, was wiederum aufgrund der verringerten Synthese von Kollagen und Elastin zu zellulärer Seneszenz führt. Extrinsisches Altern wiederum wird durch äußere Umweltreize wie beispielsweise UV-Strahlung, Luftverschmutzung und Feinstaub verursacht. Die Alterung der Haut verursacht eine Dehydrierung der Hautzellen. Das Molekül Hyaluronsäure spielt eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Hautfeuchtigkeit. Studien haben gezeigt, dass Hyaluronsäure die Hautfeuchtigkeit durch Regulation der Hyaluronsäure-Synthase-Gene erhöht.
Studien haben zudem belegt, dass epidermale Hyaluronsäure im Prozess der Wundheilung die Proliferation und Differenzierung von Zellen fördert. Natürliche Feuchtigkeitsfaktoren (auch NMFs beziehungsweise natural moisturizing factors genannt) bestehen aus Hyaluronsäure und Filaggrin (FLG), welche direkt oder indirekt auf die Feuchtigkeitsbarriere der Haut einwirken. Es wird vermutet, dass verschiedene Bestandteile der NMFs durch UV-Strahlung degradiert und herabreguliert werden. Der Mechanismus, durch den UV-Strahlung Hautschäden hervorruft reguliert Signalpfadbestandteile wie zum Beispiel mitogen-aktivierte Protein-Kinasen (MAPKs), NF-κB (Nuklearfaktor „Kappa‑light‑chain‑enhancer“ der aktivierten B-Zellen) und den Tumornekrosenfaktor (TNF)-α. Außerdem ist weit belegt, das Hyaluronidase (HYAL) als Enzym Hyaluronsäure hydrolysiert und die Expression des Hyaluronidase (HYAL)-Gens stark durch UV-Strahlung beeinflusst wird.
Das antioxidative System schützt unsere Haut vor UV-Strahlung, Zigarettenrauch oder Sauerstoffmangel. Durch UV-Strahlung oder oxidativen Stress verursachte Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) verstärken das Fortschreiten der Hautalterung, Faltenbildung und Pigmentation. Übermäßige Produktion von ROS aktiviert den internen programmierten Zelltod, Apoptose genannt. Dieser verstärkt den Alterungsprozess und mit Alter verbundene Erkrankungen. Aus diesem Grund ist es, um einen gesunden Hautzsustand zu bewahren oder Alterungsprozesse aufzuhalten, empfehlenswert, Antioxidantien aufzunehmen, welche Freie Radikale eleminieren. Melanin wird synthetisiert, indem L-tyrosin transformiert wird und beschützt ebenfalls die Haut vor äußerem Stress. Übermäßige Melanin-Produktion kann jedoch unter anderem Altersflecken hervorrufen.
Wirkungen von EGCG auf die Synthese-Aktivität von NMF
In der zugrundeliegenden Studie konnte belegt werden, dass eine Behandlung mit EGCG die Expression von Genen, welche mit der NMF-Synthese in Verbindung stehen, wie unter anderem Filaggrin (FLG), Transglutaminase (TGM)-1 und Hyaluronsäurensynthase (HAS)-1,2 und 3, erhöht. Besonders wurden im Vergleich zur Behandlung mit Retinol durch EGCG die Level an FLG deutlich erhöht. Die Level an TGM-1, HAS-1 und HAS-2 waren ebenfalls erhöht; die relative Banddichte, basierend auf den mit RT-PCR gewonnen Daten war nach der Behandlung mit EGCG ebenfalls erhöht. Um die Upstream-Proteine, welche die mit der NMF-Synthese in Verbindung stehenden Gene regulieren, zu bestimmen, wurde die Proteinexpression der MAPKs und von HAS-2 untersucht. Die Expression von HAS-2 wurde durch 25 µM EGCG erhöht. Ebenso erhöhte sich durch die Anwendung von EGCG die Expression von MAPKs, so auch c-Jun-N-terminale Kinasen (JNK), Extracellular-signal Regulated Kinasen (ERK) und p38. Ebenso wurde die Luciferase-Aktivität mit AP-1-Luc plasmid gemessen. Durch die Anwendung von EGCG wurden die von AP-1 beeinflussten Luciferase-Aktivitäten dosisabhängig erhöht.
Um zu untersuchen, inwiefern EGCG die Zellproliferation fördert, wurden HaCaT-Zellen für 12 oder 24 Stunden mit EGCG oder Retinol behandelt. Es zeigte sich, dass EGCG die Zellproliferation mehr förderte als Retinol. Nach 12 Stunden betrug der prozentuale Zuwachs der Proliferation im Vergleich zu Null Stunden 240% für 12.5 µM EGCG und 265 % für 25 µM EGCG im Vergleich zu lediglich 150% bei Retinol. Nach 24 Stunden betrug der Zuwachs der Proliferation im Vergleich zu Null Stunden 269% für 12.5 µM EGCG, 310% für 25 µM EGCG und 208% für Retinol.
Wirkungen von EGCG auf die Feuchthaltefähigkeit der Haut
Um die hautschützende Wirkung gegen UVB-Strahlung zu untersuchen, wurde die zytotoxische Wirkung von EGCG gegen HaCaT-Zellen mittel MTT-Untersuchung bestimmt. Nach einer UVB-Exposition von 30 mJ/cm2 war die Lebensfähigkeit der Zelle im Vergleich zur Normalgruppe um 68,9 % verringert. 12.5 µM EGCG hingegen erhöhten die Lebensfähigkeit der Zelle um 72,8 % und 25 µM EGCG erhöhten diese signifikant um 75,9%.
Somit konnte belegt werden, dass EGCG durch UVB-Strahlung hervorgerufene Zellschäden verringerte. Um die Feuchthaltefähigkeit von HaCat-Zellen zu untersuchen, wurde nach UVB-induzierten Zellschäden die Expression des HYAL-Gens mit RT-PCR bestimmt. Die Expression von HYAL-2, -3 und -4 war in der EGCG-Gruppe verringerte. Besonders unter durch UVB-Schäden hervorgerufenen Bedingungen verringerte EGCG dosisabhängig die Expression von HYAL-4.
Anti-oxidative und anti-apoptopische Wirkungen von EGCG
Die anti-oxidative Wirkung von EGCG in einer Zielkonzentration von 0–25 µM konnte durch 2,2-Diphenyl-1-Picrylhydrazyl (DPPH) und 2,20-Azino-bis(3-Ethylbenzothiazoline-6-Sulphonic Säure (ABTS)-Untersuchungen belegt werden. EGCG verringerte die DPPH-Radikale bei einer halben maximalen inhibitorischen Konzentration (IC50) von 13.04 ± 3.95 µM signifikant.
Im Rahmen der ABTS-Untersuchung fing EGCG deutlich ABTS ein; der IC50-Wert wurde berechnet mit 1,57 ± 0,06 µM. Auf diesen Daten aufbauend wurde die Radikalenfängerfähigkeit von EGCG gegen durch Nitroprussid (SNP) verurachte ROS untersucht. RAW264.7-Zellen wurden mit EGCG vorbehandelt und anschließend mit SNP und Dihydrorhodamine 123 (DHR123) behandelt, um zu ermitteln, inwiefern EGCG interzelluläre ROS-Level reguliert.
Messungen der intrazellulären ROS durch durchflusszytometrische Analysen zeigten, dass EGCG das ROS-Level dosisabhängig verringerte. Dies bestätigt, dass EGCG nicht nur extrazelluläre sondern auch intrazelluläre Radikale regulieren kann. Außerdem wurde untersucht, ob die durch SNP hervorgerufene Produktion von Stickstoffmonoxid durch EGCG verringert wird. EGCG unterband die SNP-induzierte Produktion von Stickstoffmonoxid in HaCaT-Zellen. Die Lebensfähigkeit der mit SNP behandelten HaCaT-zellen wurde simultan verifiziert, da Freie Radikale und ROS Apoptose hervorriefen.
Es ist in der Forschung weit belegt, dass Antioxidantien die Apoptose unterdrücken, indem sie kontrollierend auf den ROS-Spiegel einwirken. Eine Untersuchung der Expressionslevel der apoptopischen Moleküle wurde vorgenommen, um zu bestimmen, inwiefern EGCG vor dem Zelltod schützt. Während der Apoptose werden Caspasen aufgespalten und in aktive Formen umgewandelt. Die Menge an aufgespaltener Caspase-3 wurde durch EGCG sehr stark reduziert. Da Caspase-3 als gemeinsames Effektor-Molekül am extrinsischen oder intrinsischen Apoptose-Signalpfad beteiligt ist, wurde im Rahmen der Studie untersucht, welcher apoptopischer Signalweg von EGCG beinflusst wird. Eine mittels Immunoblotting durchgeführte Untersuchung von Caspase-9 und -8 zeigte, dass EGCG ausschließlich die Bildung gespaltener Caspase-8 unterband. Diese Ergebnisse belegen, dass EGCG die Apoptose verhindert, indem es den extrinsischen Apoptose-Signalpfad hemmt.
Außerdem wurde bestimmt, inwiefern EGCG die Bildung und Sekretion von Melanin in B16F10-Zellen reguliert. Die Produktion von Melanin wurde hierfür durch α-Melanozyten-stimulierendes Hormon (αMSH) induziert und Arbutin als positive Kontrollsubstanz verwendet. 100 μM EGCG reduzierten die extrazelluläre Sekretion von Melanin ohne zytotoxische Effekte. Zugleich wurde der Melaningehalt in den Zellen gemessen. Obwohl 50 μM EGCG die Sekretion von Melanin nicht beinflusste, wurde die Produktion von Melanin bei einer Konzentration von 50 μM oder höher verringert. Die Ergebnisse belegen, dass EGCG die Melanin-Pigmentation reguliert.
In der zugrundeliegenden Studie wurde bestätigt, dass EGCG die Feuchthaltefähigkeit der Keratinozyten verbessert. Hierfür wurde zuerst die mRNA-Expression von mit NMF in Verbindung stehenden Genen (FLG, TGM1, HAS-1, -2 und -3). Anschließend wurde festgestellt, dass EGCG die Expression aller mit NMF in Verbindung stehenden Genen ohne Zytotoxizität erhöhte. Die Studienergebnisse legen außerdem nahe, dass EGCG in den Keratinozyten FLG, TGM1, HAS-1 und HAS-2 hochreguliert und dadurch der Epidermis Feuchtigkeit spendet, wodurch die Hautbarriere gefestigt wird.
Um festzustellen, welche Proteine NMF regulieren, wurden mittels Immmunoblotting die Level an MAPKs und HAS-2-Protein bestimmt. Dabei wurde festgestellt, dass EGCG die Phosphorylation von p38, ERK und JNK im selben Maß wie Retinol (als positive Kontrollsubstanz) erhöht und außerdem HAS-2 durch die Behandlung mit 25 µM EGCG hochreguliert wurde. Diese Ergebnisse zeigen, dass mit NMF in Verbindung stehende Gene durch MAPKs reguliert werden. Die Aktivität von AP-1, dem Transkriptionsfaktor der MAPKs wurde über das Luciferase-System untersucht. Hier zeigte sich, dass EGCG dosisabhängig die durch AP-1 vermittelte Luciferase-Aktivität verstärkte. Somit bestätigte die zugrundeliegende Studie, dass MAPKs die Feuchthaltung der Keratinozyten reguliert.
Unter UV-Bestrahlung reduzierte EGCG Zellschäden und die Expressions-Level der HYALs. EGCG hemmte die Degradation von Hyaluronsäure in der Epidermis, indem es die Level der HYAL-Expression verringerte und die Feuchthaltefähigkeit der Hautbarriere erhöhte. Zudem wurde beobachtet, dass EGCG die Zellproliferation erhöht. Durch die Zellproliferation wird unter anderem die Faltenbildung reduziert.
Zudem wurde bestätigt, dass EGCG antioxidative Eigenschaften besitzt und Kerationzyten vor Radikalen schützt, welche durch SNP und UV-Strahlung vermittelt wurden. Außerdem wurden die sich aus der anti-oxidativen Aktivität von EGCG ergebenden anti-apoptopischen Wirkungen untersucht.
Fazit
Die zugrundeliegende Studie kommt zu dem Schluss, dass EGCG aufgrund seiner positiven Wirkung auf die Hauthydration und ihre Feuchthaltefähigkeit, seiner reduzierenden Wirkung auf die Melanin-Bildung sowie seiner Wirkung gegen Faltenbildung und auch seiner Eigenschaften als Freier-Radikalen-Fänger als kosmetischer Wirkstoff gut geeignet ist.
Zugrundeliegende Studie:
Kim, E. et al.: Skin Protective Effect of Epigallocatechin Gallate; in: Int. J. Mol. Sci. 2018, 19, 173; doi:10.3390/ijms19010173.