Статья является обзором результатов исследований, проведенных нашими партнерами: японской компании Nikko Chemicals Co и американской AGI Dermatics, посвященных анализу влияния монооксида азота на синтез коллагена и формирование кожных покровов.
Как выяснилось, в последние годы, оксид азота является важнейшим звеном в системах регуляции многих функций организма: он управляет расширением сосудов и стимулирует кровенаполнение органов и тканей, участвует в передаче нервных импульсов и в иммунных реакциях. Недостаток продукции NO в организме может приводить к нарушению жизнедеятельности многих органов и систем человека.
В организме человека NO образуется из аминокислоты аргинина в результате реакции, которая катализируется ферментом, получившим название NO-синтазы (NOS).
Упрощенная схема реакции показана на схеме ниже.
Применение оксида азота в медицине известно, и дает хорошие результаты, например, при использовании в качестве стимулятора кровообращения.
Также, есть достаточно большое количество научных работ и практических данных, о применении экзогенного оксида азота в лечении ран и восстановления кожных покровов. Но, несмотря на эти результаты, и то, что использование окиси азота - новый подход к решению проблемы старения кожи, точный механизм воздействия окиси азота на синтез коллагена был не совсем понятен.
Целью представленных в обзоре исследований было выяснение механизма воздействия окиси азота на синтез коллагена и определения активных веществ, ответственных за данный процесс.
Для того, чтобы были лучше понятны данные исследований, о которых я буду говорить в дальнейшем, я хотел бы напомнить схему синтеза коллагена в фибробластах.
На схеме изображен процесс формирования коллагена в клетке .
Механизм этого процесса такой: на рибосомах фибробластов синтезируются полипептидные цепи, обладающие уникальной первичной структурой.
Затем эти полипептидные цепи собираются в тройную спираль.
Далее молекулу проколлагена клетка секретирует во внеклеточное пространство. В нем и происходит специфический процесс – самосборка молекул коллагена. Она сопровождается образованием сложной надмолекулярной структуры. Эта структура состоит из волокон, а также пучков волокон: они переплетаются в самых разных направлениях, образуя, таким образом, соединительную ткань.
Формирование тройной спирали проколлагена идет под контролем специального белка, так называемого белка теплового шока HSP47, являющегося молекулярным шапероном. Шапероны – это белки, которые облегчают сворачивание, сборку и разборку других белков. Это является их основной функцией.
Вырабатываются при разнообразных стрессах, в частности, при повышении температуры, инфекции, но также играют важную роль в укладке и функционировании белков, даже при отсутствии стресса.
Белки теплового шока (шапероны) способствуют правильной пространственной укладке белковых молекул, доставляют их к месту назначения, предотвращают нежелательные контакты с другими клеточными компонентами. Присоединяясь в процессе формирования тройных комплексов коллагена, они помогают формированию правильных волокон.
К сожалению, с возрастом уменьшается синтез не только коллагена, но и белков теплового шока. В результате увеличивается количество неправильно собранных проколлагеновых волокон, что влияет на качество коллагена.
На фотографиях показана зависимость внешнего вида кожи от состояния коллагеновых волокон.
Кожа выглядит гораздо более неровной и морщинистой в том случае, когда коллагеновые волокна сформированы неправильно.
В результате можно сделать вывод о том, что для красивой кожи важно не только количество, но и хорошая структурная организация коллагеновых волокон. Кроме того, правильно собранный коллаген определяет не только внешний вид кожи, но является залогом ее нормального функционирования.
Известно, что повышение уровня белков теплового шока сопровождается увеличением уровня NO.
Иcходя из этих данных, был поставлен эксперимент, целью которого было выяснить: приведет ли экзогенное внесение NO к увеличению синтеза HPS47.
На диаграммах приведены результаты исследований воздействия экзогенного донора оксида азота на культивированные фибробласты кожи человека. В качестве донора NO был использован Нитропруссид натрия (Sodium nitroprusside)
1. Клетки фибробластов культивировались в стандартной среде с добавлением 0,5% раствора питательной среды на основе плазмы крови. Затем был добавлен нитропруссид в различных концентрациях, и клетки подвергались его воздействию в течении 24 часов. После этого определялось содержание коллагена.
2. Клетки фибробластов культивировались в специальной среде с добавлением 0,5% раствора питательной среды на основе плазмы крови.Затем были добавлены нитропруссид в различных концентрациях и подвергались его воздействию в течение 24 часов. После фиксации 10% раствором формальдегида определялось содержание белков теплового шока.
Приведенные данные показывают, что экзогенный оксид азота способен увеличивать не только экспрессию гена коллагена, но также и уровень белка теплового шока HSP47.
Поэтому, естественно было предположить, что использование стимуляторов ЭНДОГЕННОГО NO также будет стимулировать синтез коллагена первого типа и белков теплового шока.
Здесь следует сделать несколько замечаний о некоторых особенностях генерации NO.
Как говорилось ранее, в организме человека NO образуется из аминокислоты аргинина в результате реакции, которая катализируется ферментом, получившим название NO-синтазы (NOS).
Исследования показали, что в организме существует несколько разновидностей NO-cинтаз (NOS).
И хотя все изоформы NOS катализируют образование NO, каждая из них имеет свои особенности в локализации, механизмах действия и в биологическом значении для организма.
Все изоформы NOS принято также подразделять на конститутивную (cNOS) — постоянно присутствующие в клетке и меняющие лишь свою активность, и индуцибельную (iNOS) синтазы оксида азота, концентрация которой определяется внешним воздействием.
При нормальных физиологических условиях конститутивной NO синтазой (cNOS) генерируется небольшое количество NO, обеспечивающее текущую регуляцию (кровоток, синтез коллагена, HSP47 и некоторые другие физиологические процессы).
При возникновении стрессовых ситуаций (раны, ожоги , УФ, бактериальное воздействие) в клетках появляется индуцибельная NOS, уровень генерируемого ею NO в тысячи раз выше, по сравнению с нормальным, физиологическим уровнем.
Одно из возможныx физиологичеcкиx назначений этого пpоцеccа — защитное дейcтвие оксида азота в условиях травмы или какой-либо патологии, заключающейся в подавлении активности бактериальных и опухолевых клеток.
При изучении стимуляторов эндогенного NO всегда возникает вопрос: какого типа синтазы активируются?
Активация индуцибильной синтазы всегда связана с появлением простагландинов – маркеров воспаления. Поэтому, отсутствие простогландинов при использовании стимуляторов эндогенного NO может служить показателем того, что активируется именно конститутивная NO синтаза, и уровень генерируемого NO не превышает характерного для нормальных физиологических условий.
В качестве возможного стимулятора эндогенного оксида азота рассматривался цетиловый эфир аскорбиновой кислоты.
Давно известно влияние витамина «С» на синтез коллагена и то, что недостаток витамина «С» часто является причиной такого заболевания, связанного с нарушением синтеза коллагена, как цинга.
Известным фактом является то, что витамин «C» характеризуется низкой эффективностью в косметических средствах из-за нестабильности в рецептурах, а также из-за плохой проникающей способности при поверхностном нанесении. Поэтому исследователи сосредоточили свое внимание на алкиловых эфирах витамина «C», как на стимуляторах процесса синтеза эндогенного оксида азота, которые характеризуются большей стабильностью и проникающей способностью.
Было также установлено, что цетиловый эфир аскорбиновой кислоты является единственным из исследованных производных аскорбиновой кислоты, потенциальным стимулятором не только синтеза коллагена фибробластами человека, но и синтеза окиси азота.Например, этиловый эфир аскорбиновой кислоты не обнаружил подобных свойств.
Учеными компании Nikko Chemicals Co были проведены ряд исследований, подтверждающих предположение о том , что цетиловый эфир аскорбиновой кислоты способен стимулировать синтез эндогенного оксида азота и протеина теплового шока HSP47 .
Когда тест был выполнен в присутствии вещества блокирующего синтез NO, уровень HSP47 не увеличивался. Из этого был сделан вывод, что увеличение HSP47 непосредственно связано с улучшением синтеза NO.
Умеренное увеличение уровня NO показывает, что в данном случае NO был произведен конститутивной NO синтазой (cNOS).
Увеличение NO наблюдаемого в этом тесте может быть объяснено более эффективным синтезом NO cNOS в следствии стабилизации BH4 (Tetrahydrobiopterin), одного из кофакторов в синтезе NO
Также, был проведен тест, показывающий непосредственное влияние, которое оказывает цетиловый эфир аскорбиновой кислоты на синтез коллагена.
Когда тот же самый тест был выполнен в присутствии вещества блокирующего синтез NO, уровень коллагена не увеличивался. Из этого можно сделать вывод, что увеличение коллагена непосредственно связано с улучшением синтеза NO, сопровождаемого синтезом HSP47.
Таким образом, японские ученые в своих исследованиях продемонстрировали, что окись азота увеличивает синтез коллагена путем воздействия на экспрессию гена, не только непосредственно коллагена, но также и HSP47, молекулярного шаперона в процессе синтеза коллагена, что обеспечивает высокий уровень правильно собранного коллагена. Кроме того, показано, что цетиловый эфир аскорбиновой кислоты способствует синтезу коллагена в соответствии с предложенным нами механизмом.
Подобные исследования были недавно проведены американской компанией AGI Dermatics в отношении компонента другой природы, представляющего из себя эквимолярную смесь бициклических монотерпеновых диолов.
Компонент получил торговое название - PINOXIDE™. PINOXIDE™ (Пиноксид), представляет собой запатентованную эквимолярную смесь бициклических монотерпеновых диолов - 2,3-cis/exo-Pinanediol и 2,3-cis/exo-Camphanediol.
На диаграммах приведены некоторые результаты тестов, подтверждающие способность PINOXIDE™ стимулировать генерацию оксида азота (NO) и его эффективность, как биологически активного косметического ингредиента.
Как и в описанных выше исследованиях, видно, что PINOXIDE™ стимулирует выработку NO и производство коллагена фибробластами кожи, а также способствует формированию и обновлению межклеточного матрикса, определяющего упругость и эластичность кожи.
В настоящем обзоре представлены данные, касающиеся роли оксида азота в процессах, важных для косметических приложений.
В частности рассмотрено влияние NO на синтез коллагена, важнейшего структурного белка кожи, определяющего функционирование кожи и ее внешний вид.
Особо отмечена важная роль молекулярных шаперонов, белков теплового шока HSP47, в формировании правильной структуры коллагеновых волокон.
Проиллюстрирована связь между структурой коллагеновых волокон и внешним видом кожи.
Описаны стимуляторы эндогенного оксида азота: цетиловый эфир аскорбиновой кислоты и смесь монотерпеновых диолов, пригодных для использования в косметических и фармацевтических рецептурах для наружного применения.
Приведенные данные показывают, что указанные соединения являются эффективными стимуляторами синтеза коллагена первого типа и белков теплового шока HSP47. Приведенные в обзоре данные, говорят о формирующимся новом подходе к созданию средств по борьбе со старением кожи, путем влияния окиси азота на выработку коллагена, включающую выработку шаперона HSP47.
Несмотря на то, что при использовании стимуляторов синтеза окиси азота мы можем получить новый подход к решению проблемы старения кожи, в настоящее время известно очень ограниченное кол-во исследований в этом направлении.
В связи с этим мы хотели бы пригласить ученых, технологов, разработчиков принять участие в дальнейших исследованиях, связанных с возможным применением описанных эндогенных стимуляторов синтеза NO в различных косметических и фармацевтических средствах.
Например, нам кажутся очень перспективными исследования, связанные с применением вышеобозначенных веществ в средствах стимулирующих рост волос.
Учитывая эффективность и коммерческий успех известных средств улучшения роста волос, использующих вещества-доноры NO, такие как, например, моноксидил, можно предположить, что эндогенные стимуляторы синтеза No окажутся не менее эффективными, при этому будут гораздо более безопасными и доступными для использования не только в фармацевтических средствах, но и в косметике.
Вполне возможно, что результатом этих исследований может являться создание принципиально новых средств для лечения и профилактики облысения, обладающих мировой новизной.