Что такое гиалуроновая кислота и почему все ею одержимы. Гиалуроновая кислота – свойства и биологическая роль, применение препаратов гиалуроновой кислоты в медицине и косметологии, отзывы Гиалуроновая кислота химический состав

Гиалуроновая кислота!О ней много говорят, ее включают в состав рецептур новых средств по уходу за кожей. Все производители косметики утверждают, что используют лучшие типы гиалуроновой кислоты в своих продуктах. Но что такое гиалуроновая кислота, что она делает, как она работает и какой ее тип считается лучшим?

Гиалуроновая кислота (ГК) – самый важный фактор гидратации кожи. Эта молекула образует трехмерную сеть, которая действует как губка и буквально улавливает воду вокруг и внутри своих складок.

Кроме того, ГК используется организмом в качестве смазки в суставах, из нее в основном состоит ушная раковина, она же один из структурных полимеров стекловидного тела глаза. ГК способна стимулировать или ингибировать воспаление, способствует заживлению ран и восстановлению кожного покрова. Она – важная составляющая межклеточного вещества буквально всей соединительной ткани человеческого организма.

В коже ГК находится главным образом в базальной мембране эпидермиса и дерме, поддерживая пространство между клетками, увлажняя и облегчая прохождение питательных веществ.

В организме женщины весом 60 кг содержится около 13 г гиалуроновой кислоты, 4,3 г из этого количества перерабатываются и обновляются каждый день.

Однако прежде чем обсуждать, как работает ГК и что она может сделать для кожи, было бы неплохо сначала представить короткое досье на это вещество для лучшего понимания способа его действия.

Гиалуроновая кислота 101

Гиалуронан, или гиалуроновая кислота, – это натуральный полимер, то есть большая молекула, состоящая из множества повторяющихся маленьких молекул-«субъединиц».

В случае гиалуроновой кислоты этой субъединицей является дисахарид D-глюкуроновая кислота и N-ацетил-D-глюкозамин, связанные вместе.

Длина молекулы ГК может составлять от 2 до 25 тыс. дисахаридов. Молекулярная масса этого природного полимера колеблется от 800 до 2 000 000 Дальтон (Да), при этом средняя молекулярная масса ГК составляет 3 МДа в суставах и около 2 МДа в коже.

Организм непрерывно синтезирует и разрушает ГК (как упоминалось выше, полная замена ГК в организме происходит примерно каждые три дня). По мере постепенной деградации больших молекул ГК образуются фрагменты самой разной молекулярной массы. Набор этих фрагментов – от 800 Да до 2 MДа – присутствует в любой момент времени в нормальных тканях.

По размерам молекулы ГК делятся на разные фракции.

• Очень высокая молекулярная масса: 3–20 MДа.
• Высокая молекулярная масса: ~ 2 MДа.
• Средняя молекулярная масса: ~ 1 MДа.
• Низкая молекулярная масса: ~ 300 кДа.
• Очень низкая молекулярная масса: ~ 60 кДа.
• Олигомеры: от 800 Да до10 кДа.

Внешний вид и биологические эффекты

Очевидно, что молекулы, молекулярная масса которых может различаться в 12 500 раз, выглядят и ведут себя в биологических системах совершенно по-разному, оказывая разные биологические эффекты. Это более подробно показано в многочисленных исследованиях, проведенных в последние годы.

Обычно говорят, что ГК может поглотить воды в 1000 раз больше ее собственного веса. Однако это относится только к высокомолекулярной ГК, а та, что имеет более низкую молекулярную массу, очевидно, способна поглощать гораздо меньше воды.

Поэтому на практике, если взять 1% высокомолекулярной ГК в воде, то можно получить довольно вязкую жидкость или жидкий гель. Низкомолекулярная ГК в той же концентрации будет гораздо менее вязкой жидкостью или совсем водянистым гелем, тогда как олигомер будет таким же жидким, как вода. Излишне говорить, что ГК с молекулярной массой 20 MДа будет в этом случае очень густым гелем.

Вы можете задаться вопросом, зачем столько информации о размерах молекул и внешнем виде геля. Ответ довольно интересен. ГК с молекулярной массой 3–20 MДа, то есть высокомолекулярная ГК, – это тот тип ГК, который обнаруживается при целлюлите. Это аномально большой размер молекул ГА, за счет чего происходит прочное удержание воды в подкожной жировой клетчатке, что в свою очередь способствует проявлению видимых признаков целлюлита.

Поэтому присутствие в тканях ГК со слишком высокой молекулярной массой нежелательно – это признак патологического процесса. С другой стороны, присутствие в тканях слишком большого числа ГК-фрагментов, то есть слишком большого количества олигомеров или даже ГК с молекулярной массой 20 кДа, также нежелательно, поскольку они, как известно, стимулируют воспаление. Однако даже воспаление в некоторых ситуациях имеет право на существование, и иногда это необходимо (например, при заживлении ран).

Все остальные молекулярные массы (50 кДа – 2 МДа) кажутся нейтральными или полезными, причем 2 МДа считается наиболее «нормальной» (если так можно выразиться) и препятствует воспалению.

Таким образом, мы можем утверждать, что единственный действительно «плохой» тип ГК – это ГК с чрезвычайно высокой молекулярной массой, которая также способствует фиброзу.

Диета, образ жизни и гиалуроновая кислота

Предполагается, что диета, богатая овощами (магний) и фруктами (аскорбиновая кислота), помогает повысить естественный синтез ГК в организме. Также некоторые продукты богаты ГК или ее предшественниками. В качестве примера можно привести костный бульон, мясные субпродукты и суставной хрящ.

Гиалуронан можно также принимать внутрь в виде пищевой добавки, и он действительно «достигает» кожи и суставов, помогая увеличить их гидратацию, дольше сохранить молодость и поддержать здоровье. Это похоже на пероральный прием гидролизованного коллагена, что также помогает отсрочить старение кожи, сохранить упругость и эластичность связок и сухожилий.

Ультрафиолетовое излучение уменьшает содержание ГК в коже, что приводит к ее сухости и воспалению. Обеспечив кожу достаточным количеством ГА летом, в том числе «изнутри», мы можем быть уверены, что она сможет оставаться увлажненной и защищенной от солнечных лучей.

Нет никакой специфической пищи, которая обладала бы доказанной способностью увеличивать собственный синтез ГК в организме, но ежедневное употребление определенного количества питьевой воды будет способствовать гидратации, поскольку молекула воды не менее важна для этого, чем гиалуроновая кислота, ведь без воды гиалуронан абсолютно бесполезен. В идеале необходимо выпивать два литра воды в день. Таким образом, для улучшения увлажнения кожи и получения омолаживающего эффекта целесообразно комбинировать оральное применение ГК в виде БАД и употребление достаточного количества воды. Для максимального результата можно дополнительно использовать качественную сыворотку, гель или крем, содержащие ГК.

Кожная абсорбция ГК из косметических рецептур

Поскольку ГК стимулирует репарацию и увлажнение кожи, а кожа производит ее все меньше и меньше по мере старения, само собой разумеется, хочется добавить немного ГК в кожу в виде косметической сыворотки, крема или геля.

Понятно, что ГК с большой молекулярной массой не сможет даже проникнуть в эпидермис, в то время как все, что ниже 300 кДа, проникает в дерму и даже подкожно-жировую клетчатку. Чем ниже молекулярная масса, тем глубже ГК может проникать в кожу.

Однако не все так просто. Как мы уже упоминали выше, нужно понимать, для чего мы используем в своей рецептуре ГК с более низким молекулярным весом. «Проталкивая» ГК с молекулярным весом 20 кДа в кожу, мы вовсе не решаем всех проблем кожи, поскольку для нее это может оказаться как полезным, так и раздражающим воздействием. В случае использования ГК с чрезвычайно низкой молекулярной массой все осложняется еще больше.

Однако в большинстве исследовательских работ показано, что молекулы ГК с молекулярной массой где-то между 50 и 300 кДа хорошо проникают в кожу и оказывают на нее благотворное влияние. Мой личный опыт тоже говорит о том, что это лучший для использования диапазон молекулярных масс.

ГК с молекулярной массой 1 MДа может гидратировать сам эпидермис, не проникая дальше, в то время как молекула с молекулярной массой 2MДа просто сидит на поверхности эпидермиса и больше никуда не идет. С другой стороны, я обнаружил, что ГК с молекулярной массой 10 кДа не так полезна и в высоких концентрациях может раздражать кожу, что подтверждается данными, приведенными в научной литературе.

Столь разная абсорбционная способность ГК, зависящая от ее молекулярной массы, является причиной того, что все больше косметических компаний в настоящее время в рецептурах используют ГК разного молекулярного веса.

Молекулы ГК также могут быть линейными или сшитыми. Линейная молекула – это стандартная ГК, встречающаяся в организме человека и в природе. Сшитая ГК представляет собой изобретение человека, это более стабильная форма ГК с более высокой гидратирующей способностью. Но, к сожалению, сшитая ГК обладает меньшей способностью проникать в кожу, поскольку молекула «более толстая» и не может легко пересечь эпидермис.

Сшитая ГК используется в качестве филлера в мезотерапии, но сегодня ее также можно встретить в составе некоторых антивозрастных кремов.

Сыворотки, гели и кремы

Достаточно легко получить косметическую сыворотку или гель, используя ГК и воду. Однако кремы – это другое дело. Здесь ГК может сильно увеличить нестабильность эмульсионной системы. Поэтому большинство продуктов с ГК на рынке – это гели и сыворотки, которые легче получить.

Многие представленные на рынке косметические средства с ГК содержат около 0,1% этого вещества, то есть 1 часть ГК и 999 частей воды и некоторых других ингредиентов. Однако более концентрированные продукты могут содержать до 2% ГК. Более высокие концентрации нецелесообразны, поскольку крем или гель становятся слишком густыми и неудобными.

Гиалуроновая кислота в настоящее время – один из самых популярных и важных ингредиентов для борьбы со старением кожи и в уходе за лицом. Ее также можно встретить в некоторых средствах для ухода за телом. К сожалению, если тип и концентрация ГК специально не упоминаются на упаковке косметического средства, очень сложно понять, что именно и в каких концентрациях в нем используется, но это относится ко всем ингредиентам косметических рецептур.

С другой стороны, некоторые продукты для ухода за кожей включают в себя активные вещества, которые повышают собственный синтез ГК в коже. Это дает несколько отсроченный результат, но обходит проблему абсорбции ГК, поскольку «собственная» ГК синтезируется внутри кожи. Другие активные вещества, используемые в косметике, могут ингибировать в человеческом организме действие разрушающих ГК ферментов – гиалуронидаз (большинство полифенолов обладает такой активностью). Это продлевает срок полезного использования ГК в коже и подавляет ее раннюю или чрезмерную деградацию.

Каково происхождение ГК для косметики?

Когда-то давно в косметике использовали ГК животного происхождения, получаемую из свиных ушей или петушиных гребней. Я помню, что первая ГК, которую мы купили для использования в наших продуктах в 2002 году, была получена из поросят.

Сегодня ГК производится путем бактериальной ферментации, что позволяет получить стандартный размер молекул – 2 MДa. Затем ее «разрезают» либо ферментами, либо гидролизом и получают молекулы меньшего размера. В организме человека происходит то же самое – ГК с молекулярной массой 2 MДа разрезается на более «мелкие кусочки» ферментами, называемыми гиалуронидазами.

Гиалуронидаза и целлюлит

Иногда, чтобы разрушить ГК с чрезмерно высокой молекулярной массой, о которой мы упоминали выше, врачи вводят в ткани гиалуронидазу.

Одно из таких применений гиалуронидазы – временное сокращение признаков целлюлита. Я использую слово «временное», потому что человеческий организм может восстановить молекулярную массу только что синтезированной ГК до 20 MДа всего за несколько дней.

Таким образом, долгосрочное решение проблемы целлюлита не может быть достигнуто инъекциями гиалуронидазы. Это должны быть меры, в первую очередь направленные на снижение удержания воды в тканях и уменьшение синтеза ГК с молекулярной массой 20 MДa. Но это история для другой статьи…

Заключение

По мере старения в организме человека синтезируется все меньше и меньше ГК, в связи с чем необходимо защитить уже имеющуюся ГК и увеличить ее содержание в коже.

Это можно сделать, избегая чрезмерного воздействия солнца; с помощью диеты, богатой овощами, травами, субпродуктами; выпивая достаточное количество воды; используя хорошие косметические средства для ухода за кожей на основе ГК с молекулами разных молекулярных масс, в идеале – от 50 до 300 кДа.

Биологически активные добавки с гиалуроновой кислотой также помогают, поскольку действительно оказывают благотворное влияние на кожу (и суставы), помогая увлажнять и питать организм «изнутри».

Гиалуронан (также называется гиалуроновой кислотой, гиалуронатом или ГК) представляет собой анионный, несульфатированный гликозаминогликан, широко распространенный по всем соединительной, эпителиальной и нервной тканям. Он является уникальным среди гликозаминогликанов в том, что он не сульфатирован, образуется в плазматической мембране вместо аппарата Гольджи, и может быть очень большим, с молекулярной массой, которая зачастую достигает миллионов. Являясь одним из главных компонентов внеклеточного матрикса, гиалуроновая кислота значительно способствует пролиферации и миграции клеток, а также может быть вовлечена в процессе роста некоторых злокачественных опухолей.

Структура гиалуроновой кислоты

Свойства гиалуроновой кислоты впервые были определены в 1930-х годах в лаборатории Карла Мейера.

Гиалуроновая кислота представляет полимер дисахаридов, состоящих из D-N-ацетилглюкозамина и D-глюкуроновой кислоты, соединенных поочередно β-1,4 и β-1, 3- гликозидными связями. Гиалуроновая кислота может содержать по 25000 подобных дисахаридных звеньев. Полимеры гиалуроновой кислоты могут варьироваться в размере от 5000 до 20000000 Да в естественных условиях. Средний молекулярный вес в синовиальной жидкости человека составляет 3-4 миллиона Да; гиалуроновая кислота, выделенная из человеческой пуповины имеет 3140000 Да.

Гиалуроновая кислота энергетически стабильна, отчасти из-за стереохимии составляющих ее дисахаридов. Громоздкие группы на каждой молекуле сахара находятся в пространственно приемлемых положениях, в то время как меньшие молекулы водорода выбирают менее благоприятные аксиальные позиции.

Биологический синтез

Гиалуроновая кислота синтезируется классом интегральных мембранных белков, называемых гиалуронан-синтазами, из которых в организме позвоночных содержатся 3 типа - HAS1, HAS2 и HAS3. Данные ферменты удлиняют гиалуроновую кислоту, последовательно добавляя N-ацетилглюкозамин и глюкуроновую кислоту к исходному полисахариду, при этом передавая полимер с помощью ABC-транспортера через клеточные мембраны в межклеточное пространство.

Было показано, что синтез гиалуроновой кислоты (HAS) ингибируется 4-метилумбеллифероном («химекромон», «хепарвит»), производным 7-гидрокси-4-метилкумарина. Это селективное ингибирование (без ингибирования других гликозаминогликанов) может оказаться полезным в предотвращении метастазирования клеток злокачественных опухолей.

Bacillus Subtilis недавно была генетически модифицирована (ГМО), чтобы культивировать формулу с выделением гиалуроновой кислоты, в запатентованном процессе производства продукции, предназначенной для людей.

Клеточные рецепторы для гиалуроновой кислоты

До сих пор клеточные рецепторы, которые были определены для гиалуроновой кислоты, подразделялись на три основные группы: CD44, рецептор для ГК-опосредованной подвижности (RHAMM) и внутриклеточные молекулы адгезии-1 (ICAM-1). CD44 и ICAM-1 уже были известны как молекулы адгезии клеток с другими признанными лигандами, прежде чем было обнаружено их ГК-связывание.

CD44 широко распространены по всему организму, и формальная демонстрация связывания HA-CD44 было предложено Aруффо и соавторами в 1990 году. На сегодняшний день, он признается в качестве основного рецептора на поверхности клетки для гиалуроновой кислоты. CD44 опосредует взаимодействие клеток с гиалуроновой кислотой и связывание обоих оказывает важное влияние в различных физиологических событиях, таких как агрегация клеток, миграция, пролиферация и активация; адгезия «клетка-клетка» и «клетка-субстрат»; эндоцитоз гиалуроновой кислоты, которая приводит к ее катаболизму в макрофагах; а также сборка околоклеточных матриксов из протеогликанов и гиалуроновой кислоты. Две значительные роли CD44 в коже были предложены Кая и соавторами. Первая заключается в регуляции пролиферации кератиноцитов в ответ на внеклеточные стимулы, а вторая - в поддержании местного гомеостаза гиалуроновой кислоты.

ICAM-1 известен в основном как метаболический рецептор клеточной поверхности для гиалуроновой кислоты, и этот белок может быть ответственным, в основном, за выделение кислоты из лимфы и плазмы крови, что составляет большую часть метаболизма всего организма. Связывание лиганда этого рецептора, таким образом, вызывает высоко скоординированный каскад событий, который включает в себя образование эндоцитотического пузырька, его слияние с первичными лизосомами, ферментативное расщепление до моносахаридов, активный трансмембранный транспорт этих сахаров в клеточный сок, фосфорилирование GlcNAc и ферментативное деацетилирование. Как и его название, ICAM-1 также может служить молекулой клеточной адгезии, и связывание гиалуроновой кислоты с ICAM-1 может способствовать контролю ICAM-1-опосредованной активации воспаления.

Расщепление гиалуроновой кислоты

Гиалуроновая кислота расщепляется семейством ферментов, называемых «гиалуронидазы». У людей есть, как минимум, семь видов гиалуронидазоподобных ферментов, некоторые из которых - опухолевые супрессоры. Продукты расщепления гиалуроновой кислоты, олигосахариды и гиалуронат с крайне низкой молекулярной массой, проявляют проангиогенные свойства. Также недавние исследования доказали, что фрагменты гиалуроновой кислоты, а не нативная высокая молекулярная масса, способны вызывать воспалительные реакции в дендритных клетках и макрофагах при повреждениях ткани и отторжении трансплантата кожи.

Роль гиалуроновой кислоты в процессе регенерации раны

Кожа служит механическим барьером к внешней среде и действует для предупреждения проникновения инфекционных агентов. После повреждения, нижележащие ткани подвержены инфицированию; таким образом, быстрое и эффективное заживление оказывает решающее значение для восстановления барьерной функции. Заживление ран кожи является очень сложным процессом, и включает в себя множество взаимодействующих процессов, инициированных гемостазом и высвобождением тромбоцитарных факторов. Следующие стадии - это воспаление, образование грануляционной ткани, реэпителизация и ремоделирование. Гиалуроновая кислота, вероятно, играет многогранную роль в опосредовании этих клеточных и матричных событий. Предполагаемые роли гиалуроновой кислоты в этой последовательности событий заживления ран кожи более подробно освещены ниже.

Воспаление

Многие биологические факторы, такие как факторы роста, цитокины, эйкозаноиды и др., образуются в процессе воспаления. Эти факторы являются необходимыми для последующих стадий заживления ран вследствие их ролей в содействии миграции воспалительных клеток, фибробластов и эндотелиальных клеток в месте раны.

Ткань раны в начале воспалительной фазы заживления раны изобилует гиалуроновой кислотой, что вероятно, является отражением усиленного синтеза. Гиалуроновая кислота действует как промоутер раннего воспаления, что имеет решающее значение в целом для процесса заживления раны кожи. В мышиной модели воздушного кармана, в процессе каррагинан/IL-1-индуцированного воспаления, отмечалось, что гиалуроновая кислота усиливает клеточную инфильтрацию. Кобаяши и соавторы показали дозозависимое увеличение про-воспалительных цитокинов TNF -α и производство IL-8 фибробластами человеческой матки в концентрации гиалуроновой кислоты 10 мкг/мл до 1 мг/мл через CD44-опосредованный механизм. Эндотелиальные клетки, в ответ на воспалительные цитокины, такие как TNF-α, и бактериальный липополисахарид, также синтезируют гиалуроновую кислоту, что, как было показано, усиливает первичную адгезию цитокин-активированных лимфоцитов, экспрессирующих ГК-связывающие варианты CD44 в условиях ламинарного и статического потока. Интересно отметить, что гиалуроновая кислота имеет противоречивые двойные функции в воспалительном процессе. Она не только может способствовать воспалению, как утверждалось выше, но также может смягчить воспалительную реакцию, которая может способствовать стабилизации грануляционной ткани матрикса, как описано в следующей части.

Грануляция и организации матрикса грануляционной ткани

Грануляционная ткань является хорошо кровоснабжаемой, волокнистой соединительной тканью, которая замещает фибриновые сгустки в заживающих ранах. Она обычно растет от основания раны и может заполнить раны практически любого размера. Гиалуроновая кислота содержится в изобилии в грануляционной ткани матрикса. Множество различных функций клеток, которые существенно необходимы для восстановления тканей, можно приписать этой сети, богатой гиалуроновой кислотой. Эти функции включают усиление миграции клеток в предварительный матрикс раны, клеточной пролиферации и организации матрикса грануляционной ткани. Безусловно, инициация воспаления является чрезвычайно важной для образования грануляционной ткани, поэтому про-воспалительная роль гиалуроновой кислоты, как обсуждалось выше, также способствует этой стадии заживления раны.

Гиалуроновая кислота и миграция клеток

Миграция клеток имеет важное значение для образования грануляционной ткани. В ранней стадии грануляционной ткани преобладает внеклеточный матрикс, богатый гиалуроновой кислотой, которая считается благоприятной средой для миграции клеток в этот временный матрикс раны. Содействие гиалуроновой кислотой миграции клеток можно отнести к ее физико-химическим свойствам, как указано выше, а также ее прямому взаимодействию с клетками. По прежнему сценарию, гиалуроновая кислота представляет собой открытый гидратированный матрикс, который усиливает миграцию клеток, тогда как в последнем сценарии, управляемая миграция и контроль локомоторных механизмов клеток опосредуются через специфическое взаимодействие клеток между гиалуроновой кислотой и поверхностными ГК-рецепторами клеток.

Как уже говорилось ранее, тремя основными поверхностными рецепторами клеток для гиалуроновой кислоты являются CD44, RHAMM, и ICAM-1. RHAMM больше связан с миграцией клеток. Он образует связи с несколькими протеинкиназами, связанных с локомоцией клеток, например, протеинкиназа (ERK), регулируемая внеклеточным сигналом, p125fak, и pp60c-src. Во время внутриутробного развития, пути миграции, через которые мигрируют клетки нервного гребня, богаты гиалуроновой кислотой. Гиалуроновая кислота тесно связана с процессом миграции клеток в матриксе грануляционной ткани, и исследования показывают, что движение клетки может быть ингибировано, по крайней мере, частично, расщеплением гиалуроновой кислоты или блокированием занятости ГК-рецепторов.

Обеспечивая клетку динамической силой, синтез гиалуроновой клетки, как было показано, связывается с миграцией клеток. В основном, кислота синтезируется на плазматических мембранах и выделяется прямо во внеклеточную среду. Это может содействовать гидратированному микроокружению в местах синтеза, и имеет важное значение для миграции клеток, так как способствует отделению клеток.

Роль гиалуроновой кислоты в ведении воспалительной реакции

Хотя воспаление является неотъемлемой частью образования грануляционной ткани, для нормального восстановления тканей, чтобы продолжить, воспаление должно управляться. В первоначально образовавшейся грануляционной ткани процесс воспаления является очень интенсивным с высокой скоростью метаболизма ткани, опосредованным ферментами, расщепляющих матрикс и реактивными метаболитами кислорода, которые являются продуктами воспалительных клеток.

Стабилизация матрикса грануляционной ткани может быть достигнута путем модерирования воспаления. Гиалуроновая кислота функционирует в качестве важного модератора в этом процессе, что противоречит ее роли в воспалительной стимуляции, как описано выше. Гиалуроновая кислота может защитить от вредного воздействия свободных радикалов на клетки. Это благодаря свойству очистки от свободных радикалов, физико-химическому свойству, разделяемому полиионными крупными полимерами. В крысиной модели свойства очистки от свободных радикалов, исследованной Фоши и его коллегами, было показано, что гиалуроновая кислота уменьшает повреждение грануляционной ткани.

В дополнение к роли очистки от свободных радикалов, гиалуроновая кислота может также функционировать в отрицательной обратной связи воспалительной активации через свои специфические биологические взаимодействия с биологическими компонентами воспалениия. TNF-α, важный цитокин, образующийся при воспалении, стимулирует экспрессию TSG-6 (TNF-стимулированный ген 6) в фибробластах и воспалительных клетках. TSG-6, ГК-связывающий белок, также образует стабильный комплекс с сывороточным ингибитором протеиназы IαI (Inter-α-ингибитор) с синергетическим эффектом на плазмин-ингибирующей активности последнего. Плазмин участвует в активации протеолитического каскада матричных металлопротеиназ и других протеиназ, ведущих к воспалительному повреждению тканей.

Таким образом, действия комплекса TSG-6 / IαI, которые могут быть дополнительно организованы путем связывания с гиалуроновой кислотой во внеклеточном матриксе, могут служить мощной отрицательной обратной связью, чтобы смягчить воспаление и стабилизировать грануляционную ткань по мере прогрессирования заживления. В мышиной модели воздушного кармана каррагинан/IL-1 (интерлейкин-1β)-индуцированного воспаления, где гиалуроновая кислота, как было показано, имеет провоспалительные свойства, уменьшение воспаления может быть достигнуто путем введения TSG-6, и результат сравним с системным лечением дексаметазоном.

Реэпителизация

Гиалуроновая кислота играет важную роль в нормальном эпидермисе. Гиалуроновая кислота также имеет важные функции в процессе реэпителизации в связи с ее несколькими свойствами. Она служит в качестве неотъемлемой части внеклеточного матрикса базальных кератиноцитов, которые являются основными составляющими эпидермиса, ее функция очистки от свободных радикалов и ее роли в пролиферации и миграции кератиноцитов.

В нормальной коже, гиалуроновая кислота находится в относительно высокой концентрации в базальном слое эпидермиса, где находятся пролиферирующие кератиноциты. CD44 находится совместно с гиалуроновой кислотой в базальном слое эпидермиса, где дополнительно, как было показано, экспрессируется преимущественно на плазматических мембранах, стоящих перед карманами матрикса, богатого кислотой. Поддержание внеклеточного пространства и обеспечение открытой, а также увлажненной, структуры для прохождения питательных веществ, являются основными функциями гиалуроновой кислоты в эпидермисе.

Тамми Р. и его коллеги обнаружили увеличение содержания гиалуроновой кислоты в присутствии ретиноевой кислоты(витамина А). Предполагаемые эффекты ретиноевой кислоты против повреждения светом и старения кожи могут коррелироваться, по крайней мере частично, с увеличением содержания гиалуроновой кислоты в коже, что приводит к увеличению гидратации тканей. Было высказано предположение, что свойство очистки от свободных радикалов гиалуроновой кислоты вносит свой вклад в защиту от солнечного излучения, поддерживая роли CD44, выступающим в качестве ГК-рецепторов в эпидермисе.

Эпидермальная гиалуроновая кислота также функционирует в роли манипулятора в процессе пролиферации кератиноцитов, что крайне важно в нормальном функционировании эпидермиса, а также во время реэпителизации в восстановлении тканей. В процессе заживления раны, гиалуроновая кислота экспрессируется в крае раны, в матриксе соединительной ткани, и выстраиваясь согласно экспрессии CD44 в миграции кератиноцитов.

Kая и соавторы нашли подавление экспрессии CD44 эпидермис-специфичным антисенсорным трансгеном, приведшему у животных накоплению дефектной гиалуроновой кислоты в поверхностной дерме, сопровождаемому различными морфологическими изменениями базальных кератиноцитов и дефектной пролиферации кератиноцитов в ответ на митоген и факторы роста. Также наблюдались снижение эластичности кожи, нарушенная местная воспалительная реакция и нарушенная регенерация тканей. Их наблюдения решительно поддерживают важные роли гиалуроновой кислоты и CD44 в физиологии кожи и регенерации тканей.

Заживление ран и рубцевание у плода

Отсутствие фиброзного рубцевания является основной особенностью заживления ран плода. Даже в течение длительного времени, содержание гиалуроновой кислоты в ранах плода по-прежнему выше, чем в ранах взрослых, что дает повод предполагать, что кислота может, по крайней мере, частично, уменьшить отложение коллагена, что следовательно, приводит к сниженному рубцеванию. Это предложение согласуется с исследованием Веста и его коллег, которые показали, что в заживлении ран взрослых и плода на поздних сроках беременности, удаление гиалуроновой кислоты приводит к фиброзному рубцеванию.

Видео о гиалуроновой кислоте

Роль в метастазировании рака

Синтазы гиалуроновой кислоты (СГК) играют роль на всех стадиях метастазирования рака. Производя анти-адгезивную гиалуроновую кислоту, СГК может позволять опухолевым клеткам освобождаться от основной массы опухоли, и если кислота связывается с рецепторами, такими как CD44, активация Rho GTPаз может способствовать эпителиально-мезенхимальному переходу раковых клеток. Во время процесса интравазации или экстравазации взаимодействие гиалуроновой кислоты, выделенной СГК с рецепторами, такими как CD44 или RHAMM, усиливают изменения в клетках, которые позволяют раковым клеткам проникать в сосудистую или лимфатическую системы. Во время путешествия в этих системах, гиалуроновая кислота, выделенная СГК, защищает раковые клетки от физического повреждения. Наконец, в формировании метастатического поражения, СГК производит гиалуроновую кислоту, чтобы позволить раковым клеткам взаимодействовать с родными клетками на вторичном участке и производить опухоль самой по себе.

Гиалуронидазы (ГКазы или ГИАЛ) также играют множество ролей в метастазировании рака. Помогая расщеплять внеклеточный матрикс, окружающий опухоль, гиалуронидазы помогают раковым клеткам отделиться от первичной массы опухоли и играют важную роль в интравазации, способствуя расщеплению базальной мембраны лимфатических или кровеносных сосудов. Гиалуронидазы вновь играют эти роли в обосновании метастатического образования, помогая с экстравазацией и удалением внеклеточного матрикса с вторичного участка. Наконец, гиалуронидазы играют ключевую роль в процессе ангиогенеза. Фрагменты гиалуроновой кислоты усиливают ангиогенез и гиалуронидазы производят эти фрагменты. Интересно, что гипоксия также усиливает продукцию гиалуроновой кислоты и активность гиалуронидаз.

Рецепторы гиалуроновой кислоты, CD44 и RHAMM, наиболее хорошо изучены с точки зрения их ролей в метастазировании рака. Усиленная клиническая экспрессия CD44 положительно коррелировалась с метастазированием в ряде типов опухолей. С точки зрения механики, CD44 влияет на адгезию раковых клеток друг с другом и к эндотелиальным клеткам, перестраивает цитоскелет посредством Rho GTPаз, и усиливает активность ферментов, расщепляющих внеклеточный матрикс. Увеличение экспрессии RHAMM также было клинически скоррелировано с метастазированием рака. С точки зрения механики, RHAMM способствует подвижности раковых клеток через ряд путей, включая киназу очаговой адгезии (FAK), МАР-киназу (МАРК), PP60 (c-src), и ниже по течению мишени Rho-киназы (ROK). RHAMM также может сотрудничать с CD44 с целью содействовать ангиогенезу в сторону метастатического образования.

Применение гиалуроновой кислоты в медицине

Гиалуроновая кислота содержится во многих тканях организма, таких как кожа, хрящи и стекловидное тело. Таким образом, она хорошо подходит для биомедицинских приложений, нацеленных на эти ткани. Первый биомедицинский продукт гиалуронана, «Healon», был разработан в 1970 - 1980-х годах компанией «Pharmacia» и был предназначен для использования в хирургии глаза (например, пересадка роговицы, операции по удалению катаракты, операции при глаукоме, и операции по восстановлению отслоившейся сетчатки). Другие биомедицинские компании также производят бренды гиалуроновой кислотой для глазной хирургии.

Нативная гиалуроновая кислота имеет сравнительно короткий период полураспада, так что были привлечены различные методы производства для увеличения длины цепи и стабилизации молекулы для применения в медицинских целях. Введение перекрестных связей на основе белка, введение молекул, очищающих от свободных радикалов, таких как сорбитол, и минимальная стабилизация цепей гиалуроновой кислоты с помощью химических реактивов, например, стабилизация NASHA - это все методы, которые были использованы.

В конце 1970-х годов имплантация интраокулярного хрусталика часто сопровождалась тяжелым отеком роговицы, вследствие повреждения клеток эндотелия во время операции. Было очевидно, что требовалась вязкая, прозрачная, физиологическая смазка для предотвращения такого соскабливания эндотелиальных клеток. Эндре Балаш запатентовал метод выделения гиалуроновой кислоты, физиологический смазки (которую он назвал «Healon») из гребней петухов в начале 1970-х годов.

Во-первых, Балаш считал «Healon» невоспалительным заменителем стекловидного тела. Клаус Дольман использовал «Healon» Балаша в одном случае, в котором произошло уплощение передней камеры после сложной пересадки роговицы. Хотя можно представить, что вязкая гиалуроновая кислота может привести к увеличению внутриглазного давления, Дольман сообщил об отсутствии такого увеличения. С того времени Балаш получил лицензию на процесс синтеза компанией Pharmacia, шведской фармкомпанией.

Структура

Молекула гиалуроновой кислоты похожа на длинную ленту, построенную из чередующихся сахаров - D-глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина. образующих базовую дисахаридную единицу (рис. 1 ).

Рис.1. Гиалуроновая кислота состоит из чередующихся дисахаридных едениц

В одной цепочке может быть до 250 тысяч дисахаридных единиц. Молекулярная масса этого природного полисахарида достигает 10 тысяч кДа. ГК входит в состав синовиальной жидкости, стекловидного тела, встречается в пупочном канатике, роговице, костях, клапанах сердца, оболочках яйцеклеток.

Принципиально важным является свойство гиалуроновой кислоты (ГК) связывать и удерживать (за счет водородных связей) большое количество воды: 1 молекула ГК связывает 200-500 молекул воды. При этом она обладает эффектом «памперса» - не отдает воду даже при уменьшении ее содержания в окружающей среде. Высокая плотность отрицательных зарядов, образующихся при диссоциации карбоксильных (кислотных) групп, притягивает массу катионов, таких как ионы Na+, которые являются осмотически активными и обуславливают поступление в матрикс еще большего количества воды. Формирующееся при этом высокое давление набухания и есть то, что мы называем тургором. Тургор дермы, определяющийся содержанием и свойствами ГК, обеспечивает тургор .

Поскольку в молекуле есть как гидрофильные, так и гидрофобные участки, в растворах высокомолекулярная ГК (М.м > 1000 кДа) приобретает пространственную структуру в виде хаотично закрученной ленты, которая в трехмерном пространстве образует рыхлый клубок. Такие клубки занимают огромный объем (в тысячи раз больший, чем объем самих макромолекул!), образуя вязкий гель даже при очень низкой концентрации.

Формирующиеся пространственные сети с ячейками определенного размера обеспечивают «естественный отбор» циркулирующих молекул. Такое природное «молекулярное сито» свободно пропускает ионы, сахара, аминокислоты, сигнальные молекулы, но задерживает (и накапливает) большие молекулы, в том числе и различные токсины.

Метаболизм

Синтез ГК происходит на внутренней поверхности плазматической мембраны фибробластов. Молекулы моносахаров, из которых выстраивается полимерная цепочка, образуются из глюкозы, донором аминогруппы является глутамин. По мере формирования макромолекула выводится наружу (рис. 2 ).

Рис.2. Синтез гликозаминогликатов фибропластами (по H. Heine, 1997)

Синтез ГК катализируется ферментом гиалуронатсинтетазой (HAS), представленной тремя разновидностями (Itano N.):

• HASi - осуществляет медленный синтез цепей с М.м около 200-2000 кДа,
• HAS2 - отвечает за быстрый синтез высокомолекулярной ГК с М.м. более 2000 кДа),
• HAS3 - самый активный из ферментов, участвующий в синтезе ГК с М.м. около 200-2000 кДа.

Гиалуроновой кислоты в дерме синтезируется намного больше, чем катаболизируется. Оказывается, значительная ее часть предназначена для дренирования через лимфатическую систему, что является важным механизмом детоксикации ткани, ведь вместе с ней удаляются «запутавшиеся» 8 молекулярных «сетях» экзо- и эндотоксины. В лимфатические сосуды способны проникать даже большие цепи ГК с М.м. около 1000 кДа.

Катаболизм ГК носит ступенчатый характер, и ему придается большое значение в регуляции состояния матрикса. В настоящее время биотрансформацию ГК рассматривают как важнейший фактор поддержания гомеостаза и один из универсальных механизмов развития патологических процессов (воспаления.опухолевой инвазии и метастазирования), ведь по мере уменьшения длины исходной цепочки образуются фрагменты с собственной биологической активностью (таблица 2 ).

Катаболизируется ГК с участием гиалуронидаз (I и II типа), катализирующих реакции гидролиза и деполимеризации (внеклеточная деградация). Мелкие фрагменты частично фагоцитируются макрофагами и подвергаются дальнейшему катаболизму с участием лизосомальных ферментов (3-глюкуронидазы и (3-ацетилглюкозаминидазы (внутриклеточная деградация). 90% ГК, попавшей в периферический лимфоток, разрушается в лимфоузлах, 9% - в эндотелиоцитах печени и 1% - в селезенке.

В организме взрослого человека весом 70 кг в составе всех органов и тканей суммарно содержится около 15 г гиалуроновой кислоты, причем 50% приходится именно на кожу.
Ежедневно около 5 г ГК разрушается и вновь синтезируется, то есть время «жизни» этой молекулы ограничивается несколькими днями. ГК - самый быстро обновляемый компонент внеклеточного матрикса. Для сравнения: «продолжительность жизни» зрелого коллагенового волокна - несколько месяцев, волокна эластина вообще относятся к практически необновляемым структурам.

Таблица 2. Биологические функции молекул гиалуроновой кислоты с различной молекулярной массой (Stern R et al, 2006)

ГК в жизни клеточного сообщества

ГК входит в состав не только , но и многих других органов и тканей. И на уровне всего организма регуляция ее биосинтеза фибробластами осуществляется нейроэндокринной системой. Важная роль принадлежит гормону передней доли гипофиза - соматотропину, который стимулирует деление и синтетическую активность клеток соединительной ткани. Кортикотропин и глюкокортикоиды (кортизон, гидрокортизон) угнетают деление фибробластов, способствуют их «ускоренному старению», что сопровождается уменьшением синтеза коллагена и гиалуроновой кислоты. Минералокортикоиды (альдостерон, дезоксикортикостерон), напротив, стимулируют образование ГК. Аналогичным эффектом обладают эстрогены (см. Приложение «ГК в организме человека: интересные факты»).

В дерме поддержание уровня ГК обеспечивается механизмами ауторегуляции по принципу обратной связи (схема 2 ).

Взаимодействие ГК с клетками происходит с участием специфичных белков- гиаладгеринов, которые могут быть как элементами рецепторного аппарата клеток (RHAMM, IHABP), так и внеклеточными структурами, к которым относятся верзикан, аггрекан, фибриноген, коллаген VI типа (см. Приложение «Взаимодействие ГК с рецепторами - механизм реализации ее биологической активности»).

На этом самом месте стоит, наверное, приостановиться и задуматься. С чем связано такое широкое распространение ГК в организме человека? И в животном мире вообще? Чем определяется многообразие механизмов регуляции ее метаболизма? Почему по мере деградации биологическая активность не исчезает, а видоизменяется? Обобщая все вышесказанное и заглядывая вперед, можно предположить: ответ кроется в многообразии биологических функций этого уникального биополимера (таблица 3 ).

Таблица 3 . Биологическая роль гиалуроновой кислоты

ГК и старение

Вопрос о том, изменяется ли с возрастом содержание ГК в коже, остается дискуссионным. Однако известно точно, что по мере старения организма все большее количество ГК переходит из свободного состояния в связанное (с белками). При этом она частично утрачивает свои уникальные способности, а именно: ингибировать реакции свободно-радикального окисления, вовлекаться в метаболический путь и стимулировать фибробласты, привлекать и удерживать воду. За счет снижения содержания воды кожа теряет упругость, и ее гладкий рельеф деформируется морщинами и складками.

Гиалуроновая кислота – это поистине волшебное вещество, примечательное, в первую очередь, тем, что она вырабатывается непосредственно человеческим организмом. Во многих источниках, например, в Википедии, в различных лабораториях и медицинских центрах и просто в отзывах женщин разного возраста встречаются несхожие друг с другом описания гиалуронки и ее свойств.

Итак, прежде чем разобраться, что такое гиалуроновая кислота, следует заострить внимание на том, из чего состоит человеческий наружный покров. Кожа в медицинском понимании – это защитник от солнечных и ультрафиолетовых лучей, от механических внешних воздействий. Однако не все так просто. Оптимальное ее состояние помогают поддерживать три составляющие внутри кожного покрова:

1. эластин;
2. коллаген;
3. гиалуроновая кислота.

Эластин и коллаген оказывают прямое влияние на подтянутость и упругость кожи и ее глубокого слоя – дермы. Для организма человека значение этих веществ очень велико, но оно было незаметным, если бы не гиалуроновая кислота, которая представляет своего рода водный резервуар, находящийся внутри кожного покрова. Организм человека способен сам синтезировать гиалуронку в нужных количествах из необходимых веществ.

Гиалуроновая кислота намагничивает на себя воду, ее молекулы притягивают влагу и делают кожу чистой, влажной изнутри. Жидкость защищает наружный покров от сухости, от раздражений , сыпей, от пигментных пятен и солнца. В дерме жидкость удерживается в больших количествах благодаря гиалуронке.

Итак, а теперь вернемся к вопросу о том, что это такое – гиалуроновая кислота в организме человека. Это чрезвычайно сложный мукополисахарид . Его структура настолько непроста, что расщепить и выделить отдельные элементы очень трудно. Тем не менее ученые уже нашли способ создавать гиалуроновую кислоту искусственно, как бы копируя человеческую. Состав ее разнообразен – туда входят молекулы и частицы различных веществ и химических соединений. Как следствием этих составляющих выступают великолепные свойства гиалуронки в коже лица.

Однако стоит заметить, что, с медицинской точки зрения, это вещество, которое содержится не только в коже лица. Имеется она и в суставах, в слюне человека, в роговице глаза. Функции там выполняются все те же – максимальное увлажнение соединительных тканей, защита от внешних воздействий, от пересушивания и дефицита воды.

Гиалуроновую кислоту обнаружили в кожном покрове довольно давно – в 1930-х годах . С этого времени ученые постоянно занимались исследованием ее свойств и функций в лабораториях, а также возможностью воссоздать данное вещество искусственным путем . Сейчас во всех рекламах кремов и гелей гиалуроновую кислоту маркетологи преподносят как эликсир молодости, однако, чтобы добиться видимых результатов и улучшения качества кожного покрова, необходимо непременно посещать косметолога, в домашних условиях применение гиалуроновой кислоты может и не вызвать желаемого эффекта.

О чудесных свойствах гиалуронки знает сегодня, наверное, каждая женщина. Помогает гиалуроновая кислота от морщин, от нежелательных трещинок и складок, предотвращает преждевременное старение. Но нужно сказать, что очень действенно для состояния кожи будет уделять больше времени себе – сбалансированно питаться, заниматься спортом, например, плаванием и т. д.

Гиалуронка используется повсеместно в медицинских и косметологических центрах как средство не только омоложения, но и очищения кожи, избавления от ссадин, гематом, прыщей. Дело в том, что данное вещество входит в состав различных сывороток, кремов и гелей. Наряду с этим средством, широко используется и искусственный коллаген, который призван разгладить и подтянуть кожу.

Гиалуронка животного естественного происхождения может проявить у любой женщины массу аллергических реакций, что только ухудшит состояние кожи лица. Куда лучше для косметологического использования подходит гиалуроновая кислота, созданная искусственно, лабораторным методом.

Любой крем, состоящий, например, из коллагена, требуется просто нанести тонким слоем на кожу лица для получения результата. Использование гиалуроновой кислоты основывается на том, что она должна непосредственным образом взаимодействовать с молекулами воды. Гиалуроновая кислота также наносится на кожу одинаковым слоем, но перед нанесением лицо нужно обязательно увлажнить, чтобы гиалуронке было откуда брать влагу и действовать.

Применение гиалуроновой кислоты без предварительного увлажнения может вызвать обратный эффект – повреждение кожи, ее чрезмерную сухость.

Очень действенным способом, который помогает избавиться от морщин и складок, является введение гиалуроновой кислоты инъекционно внутрь под кожу. Так как вещество состоит из сложных структур, его использование на деле не так-то просто. Гиалуроновая кислота в виде уколов предполагает, конечно же, наблюдение врача-косметолога, его полезные советы.

Процедура введения под кожу инъекций проходит довольно болезненно, особенно в первый раз, несмотря на то, что укол делается обычной тонкой иглой. Более того, можно не ждать, что положительный эффект появится сразу же: в течение семи дней гиалуроновая кислота будет оказывать влияние на кожный покров изнутри, а настоящего видимого преображения можно достичь, делая регулярные процедуры у косметолога. Так что в этом случае красота требует не только жертв, но и времени.

Применение

Вопреки распространенному мнению, гиалуронка используется в косметологии не только как омолаживающий эликсир для женщин в возрасте после 40 лет. Вещество отлично проявляет себя и при взаимодействии с молодой кожей – оно удаляет прыщи, точки, пятна, рассасывает синяки, прекращает зуд и шелушения. А также используется гиалуроновая кислота для пластики губ, то есть в эстетической медицине. Такие разнообразные сферы применения гиалуроновой кислоты связаны с происхождением – человеческий организм сам ее синтезирует, именно поэтому она так эффективно воздействует на кожу, ведь оно не является чужеродным веществом для организма.

Итак, гиалуроновая кислота широко применяется в следующих областях:

1. биоревитализация;
2. гиалуронопластика;
3. увеличение губ;
4. мезатерапия;

Практически все сферы использования гиалуроновой кислоты предполагают уколы внутрь кожного покрова, поэтому выдержать процедуру – задача совсем не из легких. Однако, к примеру, такой способ, проходит без инъекций. Дело в том, что при ней крем или гель, содержащий гиалуроновую кислоту, наносится равномерно на лицо, а затем на нее воздействует ультразвук, который неминуемо вгоняет вещество в поры кожи, таким образом, уколы в этом случае не нужны.

Все эти указанные области относятся к индустрии косметологии, омоложения и красоты. Однако гиалуроновая кислота используется и в медицине, не относящейся к созданию нового молодого образа, из-за чего спектр ее действия еще больше расширяется.

А также существует и пищевая добавка Гиалурон. Люди, воспользовавшиеся ею, отмечают, что кожа начала преображаться, разглаживаться. Дело в том, что Гиалурон как раз помогает восполнить запасы гиалуроновой кислоты под кожей, которые с возрастом начинают неминуемо уменьшаться.

Итак, так как кислота гиалуроновая в естественной среде находится в суставах человека, роговице глаза, в соединительных тканях под кожным покровом, то она эффективно может быть использована в травматологии, офтальмологии, в лечении суставов и всего опорно-двигательного аппарата.

Также существует и пищевая добавка Гиалурон. Люди, воспользовавшиеся Гиалуроном, отмечают, что кожа начала преображаться, разглаживаться. Дело в том, что Гиалурон как раз помогает восполнить запасы гиалуроновой кислоты под кожей, которые с возрастом начинают неминуемо уменьшаться.

Виды вещества

Существует три фракции, или типа согласно молекулярному строю. Они по-разному воздействуют на организм и кожу человека, поэтому очень важно подобрать для каждого из нарушений подходящую гиалуроновую кислоту.

Итак, три фракции вещества выглядят следующим образом:

1. низкомолекулярная;
2. среднемолекулярная;
3. высокомолекулярная.

Первая призвана использоваться в случаях различных ожогов, сильных сыпей, псориаза, она действует на кожу рассасывающим образом.

Среднемолекулярная предотвращает миграции клеток, благодаря чему используется в основном в офтальмологии.

Наконец, третья фракция гиалуронки способна удерживать и притягивать огромное количество молекул воды. Следовательно, ее возможности очень велики и эффективны в плане воздействия на внешний покров человека. Именно эта фракция разглаживает кожу, уничтожает постепенно морщины и трещины, которые появляются при старении и замедлении процессов, происходящих в дерме. При ее использовании кожа заметно улучшает свой вид, становится чистой, приобретает здоровый блеск, делается постоянно увлажненной изнутри. Постоянное присутствие влаги дает свои плоды – появляется гладкость, проходит шелушение, кожные покровы никогда не бывают сухими при регулярных косметологических процедурах.

Эффект от применения

Гиалуроновая кислота – это настоящий источник молодости кожи. Тем не менее не следует ожидать, что при первом же нанесении геля или крема лицо преобразится до неузнаваемости. В этом деле нужно терпение и выдержка, частые сеансы у косметолога, покупка различных препаратов, содержащих гиалуронку.

А также стоит заметить, что все процессы, происходящие под кожей, для каждого человека уникальны, поэтому действие гиалуроновой кислоты носит индивидуальный характер. В данном случае основываться на отзывах других женщин можно только для ознакомления, необязательно переносить все на себя. Каждый человек воспринимает и чувствует препарат по-разному, строго индивидуально.

Тем не менее эстетическая медицина выделяет несколько положительных эффектов, которые в любом случае проявят себя при регулярных применениях гиалуроновой кислоты:

1. постоянная увлажненность, отсутствие сухости;
2. ровный кожный рельеф, уничтожение бороздок, трещин;
3. будет возвращен естественный цвет, поскольку одним из следствий использования гиалуроновой кислоты является уничтожение пигментных пятен;
4. лицо будет, без сомнения, подтягиваться, соответственно, морщины уберутся, возвратится былая упругость;
5. происходит очищение дермы изнутри, следовательно, минимален риск высыпаний, прыщей.

Как уже было сказано, гиалуроновая кислота содержится во многих сыворотках, кремах российских и иностранных производителей. Перед применением любого препарата обязательно рекомендуется прочесть внимательно инструкцию. Многие кремы, содержащие гиалуроновую кислоту, подразделяются на дневные и ночные. Это неспроста, поэтому для достижения эффекта желательно следовать рекомендациям производителей.

Регулярность нанесения крема или сыворотки на кожу зависит от всевозможных факторов, в том числе от возраста женщины или от степени проблем с кожей. Переусердствовать в этом плане тоже нельзя, поскольку это может отрицательно сказаться на состоянии наружного покрова. Лучше всего записываться на прием к косметологам и получать советы из их уст, поскольку использование препаратов во многих случаях носит индивидуальный характер.

Видео

Поделитесь записью

Гиалуроновая кислота [ГК] найдена во внеклеточном матриксе позвоночных тканей, в поверхностном покрытии определенных видов Streptococcus и болезнетворных бактериальных микроорганизмов Pasteurella, а также на поверхности некоторых частично пораженных вирусом морских водорослей. Синтазы гиалуроновой кислоты [ГКС], это ферменты, которые полимеризуют ГК, используя UDP-сахарные предшественники, которые найдены во внешних мембранах этих организмов. Были идентифицированы гены ГКС из всех вышеупомянутых источников. Кажется, существуют два отличных класса ГКС, что основано на различиях в аминокислотной последовательности, предсказанной топологии в мембране и предполагаемом механизме реакции.

Все ГКС были определены как синтазы класса I, за исключением ГКС у вида Pasteurella. Был также объяснен каталитический способ работы единственной ГКС класса II (пмГКС). Этот фермент удлиняет внешние ГК-присоединяемые олигосахаридные акцепторы путем добавления индивидуальных моносахаридных единиц к неуменьшающемуся концу, чтобы сформировать длинные полимеры in vitro; ни одна ГКС класса I не имеет такой способности. Способ и направление полимеризации ГК, катализируемой ГКС класса I, остаются неясными. Фермент пмГКС также был проанализирован на предмет двух имеющихся у него активностей: GlcUA-трансферазной и GlcNAc-трансферазной. Таким образом, два активных участка существуют в одном пмГКС полипептиде, опровергая широко принятую догму гликобиологи: "один фермент - один модифицированный сахар". Предварительные свидетельства позволяют предполагать, что у ферментов класса I может также быть два участка активности.

Каталитический потенциал фермента пмГКС может использоваться, чтобы создать новые полисахариды или проектировать олигосахариды. Из-за множества потенциальных ГК-базирующихся медицинских методов лечения, эта хемоэнзиматическая технология обещает принести пользу на пути нашего стремления к хорошему здоровью.

Ключевые слова

Гиалуроновая кислота (ГК), хондроитин, гликозилтрансфераза, синтаза, катализ, механизм, химерные полисахариды, монодисперсные олигосахариды

Введение

Гиалуронан [ГК] - очень богатый глюкозаминогликан в организме позвоночных, имеющий и структурную, и сигнальную роли. Определенные патогенные бактерии, а именно, группы А и С вида Streptococcus и тип А Pasteurella multocida, производят внеклеточный покрывающий ГК, называемый капсулой. У обоих видов ГК капсула и является фактором ядовитости, который обеспечивает бактериям сопротивляемость фагоцитам и комплементарность. Другой организм, производящий ГК - это морская водоросля хлорелла, инфицированная определенным большим двухцепочечным ДНКовым вирусом PBCV-1. Роль ГК в жизненном цикле этого вируса пока не ясна на данный момент.

Иллюстрация 1. Реакция биосинтеза ГК.

Ферменты класса гликозилтрансфераз, которые полимеризируют ГК, называются ГК-синтазами (или ГКС), по старой терминологии, включающей также ГК-синтетазы. Все известные ГК-синтазы - это разновидности одного полипептида, ответственные за полимеризацию цепи ГК. UDP-сахарные предшественники, UDP-GlcNAc и UDP-GlcUA используются ГК-синтазами в присутствии двухвалентного катиона (Mn и/или Mg) при нейтральном pH (рис. 1). Все синтазы являются мембранносвязанными белками в живой клетке и обнаружены в мембранной фракции после лизиса клеток.

Между 1993 - 1998 были идентифицированы и клонированы на молекулярном уровне ГК-синтазы групп A и С Streptococcus [спГКС и сеГКС соответственно], ГК-синтазы позвоночных животных [ГКС 1,2,3], ГК-синтаза водорослевого вируса [свГКС], а также ГК-синтаза типа A вида Pasteurella multocida [пмГКС]. Первые три типа ГК-синтаз, кажется, очень похожи в размере, аминокислотной последовательности и предсказанной топологии в мембране. ГК-синтаза вида Pasteurella, напротив, больше и обладает существенно отличающейся от других синтаз последовательностью и предсказанной топологией. Поэтому, мы предположили существование двух классов ГК-синтаз (таблица 1). Ферменты класса I включают стрептококковые, позвоночные и вирусные белки, в то время как белок вида Pasteurella в настоящее время единственный член класса II. У нас также есть некоторые свидетельства того, что каталитические процессы ферментов класса I и класса II отличаются.

Таблица 1. Два класса ГК-синтаз:

Хотя ГК-синтаза вида Pasteurella был последним обнаруженным ферментом из всех, некоторые особенности пмГКС способствовали существенному продвижению в его изучении в сравнении с некоторыми членами ферментов класса I, которые исследовались четыре десятилетия. Ключевая особенностью пмГКС, которая позволила разъяснить молекулярное направление полимеризации и идентификацию ее двух активных участков - это способность пмГКС удлиннять внешне расположенный акцепторный олигосахарид. Рекомбинантная пмГКС добавляет одиночные моносахариды повторным способом к ГК-ассоциированному олигосахариду in vitro. Внутренняя особенность каждой передачи моносахарида ответственна для того, чтобы формировать альтернативное повторение дисахаридов в этом глюкозаминогликане; одновременное формирование дисахаридной единицы не требуется. С другой стороны, никакое подобное удлиннение внешних акцепторов не было доказано ни для какого фермента класса I. Через фундаментальное научное исследование мы теперь развили некоторые биотехнологические применения замечательного белка класса ГК-синтаз вида Pasteurella.

Материалы & методы

Реагенты

Все реактивы для молекулярнобиологических исследований без специальной пометки были от Promega. Стандартные олигонуклеотиды были от Great American Gene Company. Все другие реактивы высокой чистоты, если иначе не отмечено, были от Sigma или от Fisher.

Усечение пмГКС и точечные мутанты

Был произведен ряд усеченных полипептидов, путем амплификации pPm7А вставки методом полимеразной цепной реакцией с Taq-полимеразой (Fisher) и синтетическими олигонуклеотидными праймерами, соответствующими различным частям пмГКС, с открытой рамкой считывания. Ампликоны затем были клонированы в плазмиду для экспрессии pKK223-3 (tac промотор, Pharmacia). Получившимися рекомбинантными конструкциями были трансформированы клетки Escherichia coli штамма TOP 10F" (Invitrogen) и выращены на среде LB (Luria-Bertani) с ампициллиновой селекцией. Мутации были сделаны, используя метод QuickChange сайт-направленного мутагенеза (Stratagene) с плазмидой pKK/пмГКС как ДНК шаблон.

Приготовление фермента

Для приготовления мембраны, содержащей рекомбинантный пмГКС полной длины, пмГК1-972 был изолирован из E.coli, как описано. Для растворимых усеченных пмГКС белков, пмГКС1-703, пмГКС1-650 и пмГКС1-703 - содержащих мутантов, клетки были извлечены с помощью В-PerТМ II Bacterial Protein Extraction Reagent (Pieree) согласно инструкции производителя, за исключением того, что процедура была выполнена при 7°C в присутствии ингибиторов протеаз.

Ферментные пути полимеризации ГК. GlcNAc модификация или GlcUA модификация

Три варианта было разработано, чтобы обнаружить происходит ли (а) полимеризация длинных цепей ГК или (b) добавление одиночного GlcNAc к GlcUA-конечному акцепторному олигосахариду ГК , или (c) добавление одиночного GlcUA к GlcNAc-конечному акцепторному олигосахариду ГК . Полная активность ГКС была оценена для раствора, содержащего 50 mM Tris, pH 7.2, 20 mM MnCl2, 0.1 M (NH4)2SO4, 1 M этиленгликоля, 0.12 mM UDP-(14C)GlcUA (0.01 μCi; NEN), 0.3 mM UDP-GlcNAc и различный набор ГК олигосахаридов, полученный из тестикул путем обработки гиалуронидазой [(GlcNAc-GlcUA)n, n= 4-10] при 30°C в течение 25 минут в объеме реакционной смеси 50 мкл. GlcNAc-трансферазная активность была оценена в течение 4 минут в той же буферной системе с различным набором ГК олигосахаридов, но только с одним сахаром в роли предшественника - 0.3 mM UDP-(3H)GlcUA (0.2 μCi; NEN). GlcUA-трансферазная активность была оценена в течение 4 минут в той же самой буферной системе, но только с 0.12 mM UDP-(14C)GlcUA (0.02 μCi) и с нечетным набором ГК олигосахаридов (3.5 мкг уроновой кислоты), приготовленных при помощи воздействия ацетата ртути на ГК-лиазу Streptomyces. Реакции были прекращены путем добавления SDS до 2% (w/v). Продукты реакции были отделены от субстратов путем бумажной (Whatman 3M) хроматографии с этанолом/1 М сульфат аммония, pH 5 5, как основной растворитель (65:35 для ГКС и оценки GlcUA-Tase; 75:25 для оценки GlcNAc-Tase). Для оценки ГКС образец бумажной полосы был промыт водой, и объединение радиоактивных сахаров в полимер ГК было обнаружено по сцинтилляции жидкости, рассчитанной при помощи BioSafe II коктейля (RPI). Для реакций полуиспытания образец и расположенные вниз по течению 6 см полосы были посчитаны по частям в 2 см. Все оценочные эксперименты были просчитаны таким образом, чтобы быть линейными относительно времени инкубации и концентрации белка.

Гель-фильтрационная хроматография

Размер ГК полимеров был проанализирован хроматографически на колонках Phenomenex PolySep-GFC-P 3000, элюция производилась 0.2 M нитратом натрия. Колонка была стандартизована флуоресцентными декстранами различного размера. Радиоактивные компоненты были обнаружены с помощью датчика LB508 Radioflow (EG & G Berthold) и коктейля Zinsser. По сравнению с полной оценкой ГКС, используя бумажную хроматографию, описанную выше, эти 3-минутные реакции содержали дважды UDP-сахарные концентрации, 0.06 μCi UDP-(14C)GlcUA и 0.25 нанограмма ряда ГК олигосахаридов. Кроме того, использовалось добавление кипящего (2 минуты) этилендиамина тетрациловой кислоты (финальная концентрация 22 mM), чтобы закончить реакции вместо добавления SDS.

Результаты и обсуждение

Утилизация и специфичность акцептора ГКС

Некоторые олигосахариды были проверены, в качестве акцепторов для рекомбинантного пмГКС1-972(Таблица 2). ГК олигосахариды были получены из тестикул путем гиалуронидазного щепления, а удлиннены пмГКС с помощью доставляемых подходящих UDP-сахаров. Восстановление борогидратом натрия не нарушает активность акцептора. С другой стороны, олигосахариды, полученные из ГК при помощи отщепления лиазой, не поддерживают удлиннение; дегидратированные ненасыщенные невосстановленные концевые остатки GlcUA нуждаются в гидроксильных группах, которые смогли бы присоединить входящий сахар из UDP-предшественника. Поэтому пмГКС-катализируемое удлиннение происходит в случае невосстановленных концевых групп. В ряде параллельных экспериментов было обнаружены рекомбинантные формы синтаз класса I - спГКС и х1ГКС, которые не удлинняют ГК-получаемые акцепторы. Принимая во внимание направление активности ферментов класса I, противоречивые сообщения были сделаны и необходимы дальнейшие исследования.

Таблица 2. Специфика олигосахаридных акцепторо пмГКС:

Интересно, что хондроитин сульфат пентамер является хорошим акцептором для пмГКС. Другие структурно связанные олигосахариды такие, как хитотетроза или хепарозан пентамер, однако, не служат акцепторами для пмГКС. В целом, пмГКС, кажется, требует, β-связанных GlcUA-содержащих акцепторных олигосахаридов. Мы выдвигаем гипотезу, что участок связывания олигосахаридов промежуточен в цепи удерживания ГК во время полимеризации.

Молекулярный анализ активности пмГКС трансферазы: два активных участка в одном полипептиде

Возможность измерить два компонента гликозилтрансферазной активности ГК синтазы, GlcNAc-трансфераза и GlcUA-трансфераза, позволил молекулярный анализ пмГКС. Мы отметили, что короткий дублированный мотив последовательности: Asp-Gly-Ser (Аспарагиновая к-та-Глицин-Серин), присутствовал в пмГКС. Из анализа сравнения гидрофобных групп многих других гликозилтрансфераз, которые производят β-связанные полисахариды или олигосахариды предположили, что вообще, существует два типа доменов: области "A" и "Б". ПмГКС, синтаза класса II, тем и уникальна, что содержит два "А" домена (личная коммуникация, B.Henrissat). Было предложено, что определенные члены класса I ГК синтаз (спГКС) содержат одиночные "А" и одиночные "Б" области. Различное удаление или точечные мутанты пмГКС были оценены для их способности полимеризовать ГК цепи или их способность добавлять одиночный сахар к ГК акцепторному олигосахариду (Таблица 3). Суммируя сказанное, пмГКС содержит два отличных друг от друга активных участка. Мутагенез аспартата мотива DGS (остаток 196 или 477) по обоим сайтам приводи к потере ГК полимеризации, но активность другого сайта оставалась относительно незатронутой. Таким образом, двойная активность ГК синтазы была преобразована в два различных одиночных действия гликозилтрансферазы.

Таблица 3. Активность пмГКС с удаленным участком или точечной мутацией.

Удаление последних 269 остатков от конечной карбоксильной группы преобразовало слабо выраженный мембранный белок в хорошо выраженный растворимый. Рассмотрение аминокислотной последовательности белка пмГКС в этой области, однако, не показывает типичных особенностей вторичной структуры, которые обеспечили бы прямое взаимодействие фермента с двойным слоем липида. Мы выдвигаем гипотезу, что конечная карбоксильная группа каталитического фермента пмГКС стыкуется с направляющим мембраносвязанным полисахарида транспортного аппарата живущей бактериальной клетки.

Первая "A" область пмГКС, А1, является GlcNAc-тазой, в то время как вторая "A" область, A2, является GlcUA-тазой (рис. 2). Это - первая идентификация двух активных участков для фермента, который производит гетерополисахарид, так же как ясное доказательство, что один фермент может действительно передать два различных сахара. Отличный от типа F фермент вида P. multocida, названный пмЦС, был найден, и вяснено, что он катализирует формирование несульфатируемого полимера хондроитина. ГК и хондроитин идентичны в структуре, за исключением упомянутого выше полимера, который содержит N-ацетилглюкозамин вместо GlcNAc. И пмГКС, и пмЦС на 87 % идентичны на уровне аминокислот. Большинство изменений в остатках находятся в области А1, что вполне совместимо с гипотезой о том, что эта область ответственна за передачу гексозамина.

Иллюстрация 2. Схематическое изображение пмГКС областей.
Два независимых трансферазных домена, А1 и A2, ответственны за катализ полимеризации цепи ГК. Повторяющиеся последовательные добавления одиночных сахаров быстро строят цепь ГК. Похоже, что карбоксильный конец пмГКС некоторым способом взаимодействует с мембранносвязанным транспортным аппаратом бактериальной клетки.

Иллюстрация 3. Модель биосинтеза ГК при помощи пмГКС.
Одиночные сахара добавляются к каждому "A" домену повторным способом к невосстанавливающемуся концу цепи ГК. Внутренняя точность каждой стадии активности трансферазы поддерживает повторение структуры дисахаридов ГК. Возникающая цепь ГК вероятно сохраняется пмГКС во время катализа через олигосахарид-связывающий участок.

Мы продемонстрировали эффективную передачу одиночного сахара с помощью пмГКС in vitro несколькими типами экспериментов, поэтому, мы выдвинули гипотезу, что цепи ГК формируются быстрым, повторяющимся добавлением одиночного сахара синтазой класса II (рис. 3). К настоящему времени, одна линия свидетельства предполагает, что фермент класса I также обладает двумя участками трансферазы. Мутация лейцинового остатка 314 на валин в ммГКС1, в части предварительного участка GlcUA-тазы, как сообщали, преобразовала эту ГКС позвоночного животного в хито-олигосахаридную синтазу. Ни один участок с соответствующей активностью GlcNAc-трансферазы не был идентифицирован.

Прививание полимера полисахаридными синтазами: добавление ГК к молекулам или твердым частицам

Исследование пмГКС в научно-исследовательской лаборатории преобразовало представления о ГК синтазах от царства трудных, упорных животноподобных чудовищ до потенциальных биотехнологических рабочих лошадок. Новые молекулы могут быть сформированы, используя способность пмГКС привить длинные цепи ГК на коротких ГК полученных цепях или хондроитин-производных акцепторах. Например, полезные акцепторы могут состоять из маленьких молекул или лекарств с ковалентно связанной ГК или хондроитин-олигосахаридные цепи (длиной в 4 сахара, например). В другом случае, цепи ГК могут быть добавлены к олигосахаридному праймеру, иммобилизованному на твердой поверхности (таблица 4). Таким образом, длинные цепи ГК могут быть мягко добавлены к чувствительным веществам или тонким устройствам.

В другом приложении, новые химерные полисахариды могут быть сформированы потому, что использование пмГКС олигосахаридным акцептором не столь же строго, как сахаридная трансферазная специфика. Хондроитин и хондроитин-сульфат признаны как акцепторы пмГКС и удлинняются ГК цепью различных длин (рис. 4). Наоборот, пмЦС очень гомлогичная хондроитин синтазе, распознает и удлинняет ГК акцепторы цепями хондроитина. Химерные молекулы глюкозаминогликана сформированы, содержа естественные, определенного соединения связи. Эти привитые полисахариды могут служить, чтобы присоединиться к клетке или ткани, которая связывает ГК с другой клеткой или ткань, связывающей хондроитин или хондроитин-сульфат. В определенных аспектах, привитые глюкозаминогликаны напоминают протеогликаны, которые являются существенными компонентами матрикса в тканях позвоночных. Но так как никакие компоновщики белка не присутствуют в химерных полимерах, то антигенность и проблемы протеолизиса, возникающие вокруг медицинского использования протеогликанов, устранены. Риск передачи инфекционных агентов тканями, извлеченными из животных, человеческому пациенту также уменьшен при использовании химерных полимеров.

Таблица 4. ПмГКС-инициированное прививание ГК на бусинки полиакриламида. Реакционная смесь содержит пмГКС, несущий радиоактивную метку UDP-(14C)GlcUA и UDP-(3H)GlcNAc, а также различные иммобилизованные праймеры сахаров (акцепторы, соединенные восстановительным аминированием в аминобусины) были представлены. Бусинки были промыты и радиоактивно инкорпорированы на другие бусины, измеренные методом расчета жидкостной сцинтилляции. ГК цепи были привиты на пластиковые бусины при использовании подходящего праймера и пмГКС.

Иллюстрация 4. Схематическое изображение привитых полисахаридных структур. ГК синтаза вида Pasteurella или хондроитин синтаза будут удлиннять определенные другие полимеры на невосстанавливающемся конце in vitro, чтобы сформировать новые химерные глюкозаминогликаны. Изображены некоторые примеры.

Синтез монодисперсной ГК и ГК-связанных олигосахаридов

В дополнение к добавлению большой полимерной ГК цепи к молекулам акцептора, пмГКС синтезируют определенные меньшие ГК олигосахариды в диапазоне от 5 до 24 сахаров. Используя фермент дикого типа и различные условия реакции, был относительно легко получен ГК олигосахарид, содержащий 4 или 5 моноахаридов, удлиненных несколькими сахарами до более длинных версий, которые очень часто трудно получить в больших количествах. Мы выяснили, что, комбинируя растворимый мутант GlcUA-Tase и растворимый мутант GlcNAc-Tase в той же самой смеси реакции позволяет формирование ГК полимера, если система снабжена акцептором. В течение 3-х минут была сделана цепь из примерно 150 сахаров (-30 кДа). Любая одиночная мутант-синтаза не сформирует в результате цепь ГК. Поэтому, если дальнейший контроль реакции сделан путем выборочного комбинирования различных ферментов, UDP-сахаров и акцепторов, то могут быть получены определенные монодисперсные олигосахариды (рис. 5).

Иллюстрация 5. Приготовление определенных олигосахаридов.
В этом примере, акцептор ГК тетрасахарид удлинняется одиночной хондроитин дисахаридной единицей, используя два шага с иммобилизованным мутантом синтазы вида Pasteurella (показано белыми стрелками). Изображенный продукт является новым гексасахаридом. Повторение цикла еще раз производит олигосахарид, два цикла формируют декасахарид, и т.д. Если акцептор был ранее соединен с другой молекулой (например препарат или лекарство), тогда новый конъюгат был бы удлиннен коротким ГК, хондроитином или гибридной цепью как и желательно.

Например, в одном воплощении, смесь UDP-GlcNAc, UDP-GlcUA и акцептора постоянно циркулирует через отдельные биореакторы с иммобилизованными мутант-синтазами, которые передают только одиночный сахар. С каждым циклом инкубации биореактора другая сахарная группа добавляется к акцептору, чтобы сформировать маленькие определенные ГК олигосахариды. Использование похожего пмЦС мутанта (например GalNAc-Tase) в одном из шагов позволило происходить формированию смешанных олигосахаридов при использовании UDP-GlcNAc. Биологическая активность и терапевтический потенциал маленьких ГК олигосахаридов - сложная область для исследования, которая потребует определенных, монодисперсных сахаров для однозначной интерпретации.

Заключение

Очевидно, существуют два различных класса ГК синтаз. Наиболее хорошо охарактеризован фермент класса II вида Рasteurella, удлинняющий цепь ГК повторяющимся присоединением одиночного сахара на невосстанавливающийся конец цепи ГК. Направление и способ работы синтаз класса I (стрептококковые, вирусные и ферменты позвоночных) остаются неясными. Относительно прикладных наук, способность пмГКС удлиннять экзогенно расположенные акцепторные молекулы полезна для создания новых молекул и/или устройств с потенциальным медицинским применением.