Аквапорини у практиці косметолога

Алла Біловол, к. м. н., доцент, завідувач кафедри дерматології, венерології та медичної косметології Харківського національного медичного університету (Україна, Харків)
Світлана Ткаченко, к. м. н., доцент кафедри дерматології, венерології та медичної косметології Харківського національного медичного університету (Україна, Харків)

Водні канали в органах та тканинах

Зволоження шкіри – параметр надзвичайно актуальний як дерматологічної, так косметологічної практики. Це сумарне поняття, що визначається спроможністю перешкоджають випаровуванню води бар'єрів (ліпідна плівка, епідермальний бар'єр), функціональністю натурального зволожуючого фактора, а також роботою структур, що насичують епідерміс вологою (дерма та мікроциркуляторне русло). Однак є ще один компонент епідермісу, який бере участь у перерозподілі вологи і може відігравати певну роль у патогенезі дерматозів та косметичних недоліків шкіри.

Відомо, що вода може проникати крізь ліпідний епідермальний бислой. У 2003 році Peter Agre та Roderick MacKinnon отримали Нобелівську премію з хімії за відкриття аквапоринів (АКП) – речовин, що регулюють транспорт води у тканинах. Це мембранні білки, які формують водні канали та полегшують рух води в різних органах та тканинах: нирках, тканинах ока, травного тракту, мозку, а також у шкірі. Усього відомо 13 форм аквапоринів у тварин, які класифікують як АКП 0-12. Функціонально вони можуть бути поділені на два субтипи: АКП-1, -2, -4, -5 і -8, які транспортують тільки воду, і АКП-3, -7, -9 і -10, які крім води можуть проводити і інші субстанції, такі як гліцерол та сечовину.

Нещодавно стало відомо, що в шкірі людини є кілька видів аквапоринів. Аквапорин-1 виявлений в ендотелії судин дерми, дермальних фібробластах та меланоцитах. Аквапорин-9 та -10 виявлені в кератиноцитах епідермісу та моноцитах. Преадипоцити містять аквапорин-9 та -7, клітини потових залоз – аквапорин-5. Також у епідермоцитах виявлені аквапорини-3 (АКП-3). Переважні в людському епідермісі аквапорини-3 прохідні для води та гліцеролу.

Сьогодні вважається, що саме АКП-3 найбільш значущі для гідратації шкіри. Вперше їх виявили у цитоплазматичній мембрані людських епідермальних кератиноцитів ще 1998 року. Аквапорини-3 ще називають аквагліцеропорини, оскільки вони полегшують транспорт води та невеликих нейтральних розчинів, включаючи гліцерол та сечовину, через біологічні мембрани. АКП-3 локалізуються в базальному або супробальному шарі епідермісу, виробляються всіма живими епідермальними шарами – від базального до зернистого – і зникають у роговому шарі. Їх розподіл у просторі відповідає змісту води; базальні та супрабазальні живі шари містять 75% води, тоді як роговий шар – лише 10-15% води. Так само веде себе і кислотність шкіри: будучи близько 5 на поверхні, вона підвищується до 7 під роговим шаром. Тому рН-чутливі АКП-3 пригнічуються кислим рН, що також посилює непроникність епідермального бар'єру.

В результаті досліджень

Сьогодні механізм транспорту води аквапоринами погано зрозумілий. Вважається, що робота аквапоринів шкіри відбивається на параметрах зволоженості та еластичності органу. Так, при дефіциті аквапорину-3 у мишей знижуються гідратація шкіри, еластичність та сповільнюється відновлення шкірного бар'єру. А при додаванні гліцеролу у цьому експерименті стан шкіри покращувався.

У пацієнтів, які страждають на екзему, виявлено дефіцит АКП-3 у ділянках шкіри з міжклітинним набряком, підтверджуючи можливий взаємозв'язок між дефектом руху рідини, дефіцитом АКП-3 та набряком епідермісу. Відкладення АКП-3 в епідермісі шкіри, ураженої атопічним дерматитом, пов'язують із втратою рідини та сухістю шкіри. В одному дослідженні збільшення АКП-3 виявлено при дії осмотичного стресу, а саме при високих концентраціях NaCl, сорбітолу, манітолу, сукрозу та глюкози. АКП-3 також накопичувалися в епідермісі людської шкіри після пошкодження бар'єру, викликаного серією обробок липкою стрічкою або видаленням ліпідів сумішшю розчинників - ефіром та ацетоном у співвідношенні 1:1.

Також значне зменшення АКП-3 в епідермісі обличчя було виявлено у жінок, які зазнавали регулярної інсоляції, порівняно із захищеними від сонця ділянками шкіри. Цікаво, що пов'язане з інсоляцією зниження було виявлено лише у жінок віком від 40 років, тобто виявлений дефіцит аквапоринів-3 при хронічній сонячній експозиції залежав від віку. Ці результати показують, що синтез АКП-3 сильно ушкоджується з віком та при хронічній інсоляції, а в епідермісі може відбуватися порушення осмотичної рівноваги з розвитком сухості. Недавнє дослідження виявило зниження рівня АКП-3 із підвищенням віку як у шкірі, так і в культурі кератиноцитів. У фібробластах рівень АКП-3 був суттєво знижений у групі старше 60 років порівняно з 30-45-річними (P<0,05) та молодше 20 років (P<0,05). Автори цього дослідження зробили висновок, що АКП-3 може бути залучений до процесу не лише фотостаріння, а й хронобіологічного старіння шкіри.

Доведений вплив

Представленість та мінливість аквапоринів у клітинах людської шкіри припускають, що ці канали можуть відігравати важливу роль у фізіології шкіри. АКП можуть бути ключовими протеїнами – мішенню для посилення резистентності та покращення якості шкірної поверхні, для покращення вікової шкіри та фотоушкодженої сухості. В даний час тільки екстракт трави Ajuga turkestanica – рослини з Центральної Азії – продемонстрував вплив на регуляцію АКП-3.

В експерименті водно-спиртовий екстракт (70/30 v/v) Ajuga turkestanica збільшував експресію АКП-3 у людському епідермісі через 17 днів застосування. Більше того, половинні зрізи епідермісу, схильного до впливу, показали збільшення епідермальної проліферації та диференціювання в динаміці лікування. За даними електронної мікроскопії, роговий шар став висококомпактним, помітно товщім і більш чітко диференційованим. Електронні мікрознімки також показали більш чітке диференціювання десмосом, потовщений роговий конверт, витончені корнеоцити з вузьким інтерцелюлярним простором, більш численні корнеодесмосоми і добре орієнтовану мережу кератину, з'єднану з десмосомальними структурами.

Потім екстракт Ajuga turkestanica (0,3% w/w) був введений в комплекс емульсії «олія у воді» і наносився 2 рази на день 21 день на передпліччя шкіру 15 жінкам-волонтерам 22-56 років. Вчені виявили суттєве зниження ТЕПВ з 7 по 21 дні в сферах впливу порівняно з контрольною областю, що свідчить про те, що лікування покращувало відновлення епідермального бар'єру. Цей результат вказує, що рецептури, що містять активний екстракт Ajuga turkestanica, що збільшує експресію АКП-3 і покращує диференціювання кератиноцитів людського епідермісу, покращуватиме бар'єрні структури та відновлюватиме людську шкіру. Ajuga turkestanica входить сьогодні в рецептури як інгредієнт високоефективної косметики.

Перспективи застосування та вивчення

Цікавою є поява нового синтетичного пептиду, здатного активувати синтез протеїнів сімейства аквапоринів. Даний винахід відноситься до косметики, нутрицевтики або фармацевтичних композицій, що містять заявлену пептидну формулу як активний інгредієнт. Винахід також може бути використаний як новий активний інгредієнт косметики або нутрицевтики для поліпшення гідратації та бар'єрної функції епідермісу, стимуляції регенерації шкіри, а також як новий активний інгредієнт фармацевтичних препаратів або фармацевтиків, особливо дерматологічних, для регуляції та/або стимуляції сухості шкіри та слизових оболонок.

Водний гомеостаз епідермісу важливий для зовнішності та фізичних здібностей шкіри так само, як для водного балансу організму. Це залежить від багатьох факторів, якості бар'єру, поглинання води епідермісом, вмісту водоутримуючих хумектантів, зовнішньої вологості. Водний транспорт за допомогою аквапоринів та аквагліцеропоринів та гліцериновий транспорт через аквагліцеропорини важливі для шкірної гідратації. Аквапорини показали себе як ключові протеїни у покращенні резистентності, текстури та якості шкірної поверхні. При дерматозах, що супроводжуються підвищеною ТЕПВ та редукованою гідратацією рогового шару, пошкоджено експресію АКП-3.

Результати недавніх досліджень показали, що експресія АКП-3 сильно ушкоджується з віком та при хронічній інсоляції, а дефект осмотичної рівноваги може призводити до сухості шкіри, що виявляється у вікових пацієнтів та на ділянках, що зазнавали надмірної інсоляції.

Таким чином, фармакологічне та косметичне використання аквапоринів та стимуляторів їх синтезу перспективне для лікування станів шкіри, спричинених надмірною або зниженою гідратацією. Наведені вище результати експериментальних досліджень показали, що відсутність аквапоринів призводить до міжклітинного набряку. Це демонструє дренуючий потенціал топічних аквапоринів та їх стимуляторів, можливість запобігання акумуляції води в епідермісі та можливість використання їх у лікуванні дисгідротичних станів.

На жаль, немає даних про наявність аквапоринової мережі в гіподермі, оскільки така їхня дія могла б стати безцінною у боротьбі з целюлітом. У той же час надлишок аквапоринів при неспроможному епідермальному бар'єрі може спричинити ксероз шкіри. Теоретично в цьому випадку можлива зворотна реакція – сухість шкіри під час використання топічних аквапоринів або їх стимуляторів. Цікавою є і можливість корекції аквапориндефіцитних станів гліцерином, продемонстрована в експериментах на мишах. Всі ці дані свідчать, що регідратація шкіри - багатофакторний процес, що вимагає подальшого вивчення і накопичення практичного досвіду.

Список літератури:

[1] Verkman, A. (2013). Aquaporins. Current Biology, 23(2), R52-R55. https://doi.org/10.1016/j.cub.2012.11.025

[2] Verkman, A. (2012). Aquaporins в Clinical Medicine. Annual Review of Medicine, 63 (1), 303-316. https://doi.org/10.1146/annurev-med-043010-193843

[3] Papadopoulos, MC, & Verkman, A. (2012). Aquaporin 4 and neuromyelitis optica. The Lancet Neurology, 11 (6), 535-544. https://doi.org/10.1016/s1474-4422(12)70133-3