Аквапорины и кожа

Несколько лет назад учёные выяснили, что молекулы воды попадают в эпидермис не только через межклеточные промежутки, но и через находящиеся на поверхности клеток поры, образованные специфическими белками — аквапоринами, которые также называют водными каналами. Производители косметических средств стали включать в их состав биотехнологические активные комплексы, стимулирующие синтез этих белков. Что же представляют собой аквапорины и насколько эффективны подобные средства?

Водные каналы в органах и тканях

Увлажнение кожи — параметр необычайно актуальный как для дерматологической, так и для косметологической практики. Это суммарное понятие, определяемое состоятельностью препятствующих испарению воды барьеров (липидная плёнка, эпидермальный барьер), функциональностью натурального увлажняющего фактора, а также работой структур, насыщающих эпидермис влагой (дерма и микроциркуляторное русло). Однако есть ещё один компонент эпидермиса, который участвует в перераспределении влаги и может играть определённую роль в патогенезе дерматозов и косметических недостатков кожи.

Известно, что вода может проникать сквозь липидный эпидермальный бислой. В 2003 году Peter Agre и Roderick MacKinnon получили Нобелевскую премию по химии за открытие аквапоринов (АКП) — веществ, регулирующих транспорт воды в тканях. Это мембранные белки, которые формируют водные каналы и облегчают движение воды в различных органах и тканях: почках, тканях глаза, пищеварительного тракта, мозге, а также в коже. Всего известно 13 форм аквапоринов у животных, которые классифицируют как АКП 0-12. Функционально они могут быть разделены на два субтипа: АКП-1, -2, -4, -5 и -8, которые транспортируют только воду, и АКП-3, -7, -9 и -10, которые кроме воды могут проводить и другие субстанции, такие как глицерол и мочевину.

Структура молекулы Аквапорина-1

Недавно стало известно, что в коже человека присутствуют несколько видов аквапоринов. Аквапорины-1 обнаружены в эндотелии сосудов дермы, дермальных фибробластах и меланоцитах. Аквапорины-9 и -10 выявлены в кератиноцитах эпидермиса и моноцитах. Преадипоциты содержат аквапорины-9 и -7, клетки потовых желёз — аквапорины-5. Также в эпидермоцитах обнаружены аквапорины-3. Преобладающие в человеческом эпидермисе аквапорины-3 проходимы для воды и глицерола.

На сегодняшний день считается, что именно АКП-3 наиболее значимы для гидратации кожи. Впервые их обнаружили в цитоплазматической мембране человеческих эпидермальных кератиноцитов еще в 1998 году. Аквапорины-3 ещё называют акваглицеропорины, поскольку они облегчают транспорт воды и небольших нейтральных растворов, включая глицерол и мочевину, через биологические мембраны. АКП-3 локализуются в базальном или супрабазальном слое эпидермиса, производятся всеми живыми эпидермальными слоями от базального до зернистого и исчезают в роговом слое. Их распределение в пространстве соответствует содержанию воды; базальные и супрабазальные живые слои содержат 75 % воды, в то время как роговой слой — только 10-15 % воды. Таким же образом ведёт себя и кислотность кожи: будучи около 5 на поверхности, она повышается до 7 под роговым слоем. Поэтому рН-чувствительные АКП-3 угнетаются кислым pH, что также усиливает непроницаемость эпидермального барьера.

В результате исследований

На сегодняшний день механизм транспорта воды аквапоринами плохо понятен. Считается, что работа аквапоринов кожи отражается на параметрах увлажнённости и эластичности органа. Так, при дефиците аквапоринов-3 у мышей снижаются гидратация кожи, эластичность и замедляется восстановление кожного барьера. А при добавлении глицерола в этом эксперименте состояние кожи улучшалось.

У пациентов, страдающих экземой, выявлен дефицит АКП-3 в участках кожи с межклеточным отёком, подтверждая возможную взаимосвязь между дефектом движения жидкости, дефицитом АКП-3 и отёком эпидермиса. Отложение АКП-3 в эпидермисе кожи, поражённой атопическим дерматитом, связывают с потерей жидкости и сухостью кожи. В одном исследовании увеличение АКП-3 обнаружено при воздействии осмотического стресса, а именно при высоких концентрациях NaСl, сорбитола, маннитола, сукрозы и глюкозы. АКП-3 также накапливались в эпидермисе человеческой кожи после повреждения барьера, вызванного серией обработок липкой лентой или удалением липидов смесью растворителей — эфиром и ацетоном в соотношении 1:1.

Также значительное уменьшение АКП-3 в эпидермисе лица было выявлено у женщин, подвергавшихся регулярной инсоляции, по сравнению с защищёнными от солнца участками кожи. Интересно, что связанное с инсоляцией снижение было выявлено только у женщин старше 40 лет, то есть обнаруженный дефицит аквапоринов-3 при хронической солнечной экспозиции зависел от возраста. Эти результаты показывают, что синтез АКП-3 сильно повреждается с возрастом и при хронической инсоляции, а в эпидермисе может происходить нарушение осмотического равновесия с развитием сухости. Недавнее исследование выявило снижение уровня АКП-3 с повышением возраста как в коже, так и в культуре кератиноцитов. В фибробластах уровень АКП-3 был существенно снижен в группе старше 60 лет, по сравнению с 30-45-летними (Р < 0,05), и младше 20 лет (Р < 0,05). Авторы этого исследования сделали вывод, что АКП-3 могут быть вовлечены в процесс не только фотостарения, но и хронобиологического старения кожи.

Доказанное влияние

Представленность и изменчивость аквапоринов в клетках человеческой кожи предполагают, что эти каналы могут играть важную роль в физиологии кожи. АКП могут быть ключевыми протеинами — мишенью для улучшения резистентности и качества кожной поверхности, для улучшения возрастной кожи и фотоповреждённой сухости. В настоящее время только экстракт травы Ajuga turkestanica — растения из Центральной Азии продемонстрировал влияние на регуляцию АКП-3.

В эксперименте водно-спиртовой экстракт (70/30 v/v) Ajuga turkestanica увеличивал экспрессию АКП-3 в человеческом эпидермисе через 17 дней применения. Более того, половинные срезы эпидермиса, подверженного воздействию, показали увеличение эпидермальной пролиферации и дифференцировки в динамике лечения. По данным электронной микроскопии, роговой слой стал высококомпактным, заметно толще и более чётко дифференцирован. Электронные микроснимки также показали более чёткую дифференцировку десмосом, утолщённый роговой конверт, истончённые корнеоциты с узким интерцеллюлярным пространством, более многочисленные корнеодесмосомы и хорошо ориентированную кератиновую сеть, соединённую с десмосомальными структурами.

Затем экстракт Ajuga turkestanica (0,3 % w/w) был введён в комплекс эмульсии «масло в воде» и наносился 2 раза в день 21 день на кожу предплечья 15 женщинам-волонтёрам 22-56 лет. Учёные обнаружили существенное снижение ТЭПВ с 7-го по 21-й дни в областях воздействия по сравнению с контрольной областью, свидетельствующее о том, что лечение улучшало восстановление эпидермального барьера. Этот результат указывает, что рецептуры, содержащие активный экстракт Ajuga turkestanica, увеличивающий экспрессию АКП-3 и улучшающий дифференцировку кератиноцитов человеческого эпидермиса, будет улучшать барьерные структуры и восстанавливать человеческую кожу. Ajuga turkestanica включается сегодня в рецептуры как ингредиент высокоэффективной косметики.

Перспективы применения и изучения

Интересно появление нового синтетического пептида, способного активировать синтез протеинов семейства аквапоринов. Данное изобретение относится к косметике, нутрицевтике или фармацевтическим композициям, содержащим заявленную пептидную формулу как активный ингредиент. Изобретение также может быть использовано как новый активный ингредиент косметики или нутрицевтики для улучшения гидратации и барьерной функции эпидермиса, стимуляции регенерации кожи, а также как новый активный ингредиент фармацевтических препаратов или фармацевтиков, в особенности дерматологических, для регуляции и/или стимуляции активности аквапоринов и лечения патологической сухости кожи и слизистых оболочек.

Водный гомеостаз эпидермиса важен для внешности и физических способностей кожи так же, как для водного баланса организма. Это зависит от множества факторов, качества барьера, поглощения воды эпидермисом, содержания водоудерживающих хумектантов, наружной влажности. Водный транспорт посредством аквапоринов и акваглицеропоринов и глицериновый транспорт через акваглицеропорины важны для кожной гидратации. Аквапорины показали себя как ключевые протеины в улучшении резистентности, текстуры и качества кожной поверхности. При дерматозах, сопровождающихся повышенной ТЭПВ и редуцированной гидратацией рогового слоя, повреждена экспрессия АКП-3.

Результаты недавних исследований показали, что экспрессия АКП-3 сильно повреждается с возрастом и при хронической инсоляции, а дефект осмотического равновесия может приводить к сухости кожи, обнаруживаемой у возрастных пациентов и на участках, подвергавшихся избыточной инсоляции.

Таким образом, фармакологическое и косметическое использование аквапоринов и стимуляторов их синтеза перспективно для лечения состояний кожи, вызванных чрезмерной или сниженной гидратацией. Вышеприведённые результаты экспериментальных исследований показали, что отсутствие аквапоринов приводит к межклеточному отёку. Это демонстрирует дренирующий потенциал топических аквапоринов и их стимуляторов, возможность предотвращения аккумуляции воды в эпидермисе и возможность использования их в лечении дисгидротических состояний.

К сожалению, нет данных о наличии аквапориновой сети в гиподерме, поскольку такое их действие могло бы стать бесценным в борьбе с целлюлитом. В то же время избыток аквапоринов при несостоятельном эпидермальном барьере может стать причиной ксероза кожи. Теоретически в этом случае возможна обратная реакция — сухость кожи при использовании топических аквапоринов или их стимуляторов. Интересным является и возможность коррекции аквапориндефицитных состояний глицерином, продемонстрированная в экспериментах на мышах. Все эти данные свидетельствуют о том, что регидратация кожи — процесс многофакторный, требующий дальнейшего изучения и накопления практического опыта.

Алла БЕЛОВОЛ — к. м. н., доцент, заведующая кафедрой дерматологии, венерологии и медицинской косметологии Харьковского национального медицинского университета (Украина)

Светлана ТКАЧЕНКО — к. м. н., доцент кафедры дерматологии, венерологии и медицинской косметологии Харьковского национального медицинского университета (Украина)

По материалам KOSMETIK International journal