Аквапорины в практике косметолога

Алла Беловол, к. м. н., доцент, заведующая кафедрой дерматологии, венерологии и медицинской косметологии Харьковского национального медицинского университета (Украина, Харьков)
Светлана Ткаченко, к. м. н., доцент кафедры дерматологии, венерологии и медицинской косметологии Харьковского национального медицинского университета (Украина, Харьков)

---

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 пленка, эпидермальный барьер), функциональностью натурального увлажняющего фактора, а также работой структур, насыщающих эпидермис влагой (дерма и микроциркуляторное русло). Однако есть еще один компонент эпидермиса, который участвует в перераспределении влаги и может играть определенную 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.

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

На сегодня 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 еще 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 ведет себя и кислотность кожи: будучи около 5 на поверхности, она повышается до 7 под роговым слоем. Поэтому рН-чувствительные АКП-3 угнетаются кислым рН, 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 увлажненности и эластичности органа. Так, при дефиците аквапорина-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 отеком, подтверждая возможную взаимосвязь между дефектом движения жидкости, дефицитом АКП-3 и отеком эпидермиса. Отложение АКП-3 в эпидермисе кожи, пораженной 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 NaCl, 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 защищенными 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 (P < 0,05) и младше 20 лет (P < 0,05). Авторы этого исследования сделали вывод, что АКП-3 может быть вовлечен 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 усиления резистентности и улучшения качества кожной поверхности, для улучшения возрастной кожи и фотоповрежденной 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 четко дифференцирован. Электронные микроснимки также показали более четкую дифференцировку десмосом, утолщенный роговой конверт, истонченные корнеоциты с узким интерцеллюлярным пространством, более многочисленные корнеодесмосомы и хорошо ориентированную кератиновую сеть, соединенную с десмосомальными структурами.

Затем экстракт Ajuga turkestanica (0,3% w/w) был введен в комплекс эмульсии «масло в воде» и наносился 2 раза в день 21 день на кожу предплечья 15 женщинам-волонтерам 22-56 лет. Ученые обнаружили существенное снижение ТЭПВ с 7 по 21 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. Вышеприведенные результаты экспериментальных исследований показали, что отсутствие аквапоринов приводит к межклеточному отеку. 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, что регидратация кожи – процесс многофакторный, требующий дальнейшего изучения и накопления практического опыта.

---

Список Литературы:

[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 in Clinical Medicine. Annual Review of Medicine, 63(1), 303–316. https://doi.org/10.1146/annurev-med-043010-193843

[3] Papadopoulos, M. C., & 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