Медицинские книги @medknigi Уважаемые подписчики! Книга публикуется в ознакомительных целях! Запрещено публиковать на сторонних каналах, группах и сайтах! Наш канал в телеграме MEDKNIGI «Медицинские книги». ССЫЛКА В ТЕЛЕГРАМЕ : @medknigi Медицинские книги @medknigi Оглавление Предисловие ................................................................................................................................................ 2 Список сокращений .................................................................................................................................... 5 Введение....................................................................................................................................................... 7 Глава 1. Коллагеновые белки. общие положения................................................................................ 8 Глава 2. Коллаген и эластин в организации и функционировании межклеточного матрикса дермы ..................................................................................................................................................................... 23 Глава 3. Обновление матриксных структур дермы. Биохимический аспект координации синтеза и распада коллагена .....................................................................................................................................70 Глава 4. Естественная химическая трансформация коллагена и эластина, приводящая к постепенной деградации тканей ............................................................................................................ 114 Глава 5. Коллаген в практике эстетической медицины и дерматологии ...........................................138 Глава 6. Коллаген в жировой соединительной ткани .......................................................................... 186 Заключение ..............................................................................................................................................216 Медицинские книги @medknigi Предисловие Только очарование, сопровождающее науку, может победить свойственное людям отвращение к напряжению ума. Гаспар Монж (1746-1818), французский математик, государственный деятель Коллагены, образующие семейство фибриллярных белков, - наиболее распространенные биополимерные соединения, составляющие основную массу соединительной ткани. Фактически одной из основных функций соединительной ткани является синтез уникальных типов коллагена и некоторых других молекул матрикса. Несмотря на сложную, многокомпонентную структуру кожи, функциональная роль коллагеновых белков в межклеточном матриксе является одной из самых главных. Старение организма, которое начинается со старения соединительных тканей, невозможно рассматривать без изучения различных факторов, влияющих на процессы синтеза и распада коллагеновых структур дермы. Косметическая дерматология в разделе эстетической медицины уделяет особое внимание вопросам антивозрастной терапии. Инъекционные методики, различные методы аппаратной косметологии, клеточной терапии в конечном итоге направлены на стимуляцию синтеза коллагена, восстановление структурных элементов межклеточного матрикса и нормализацию обменных процессов в дерме, подвергнутой регрессивному изменению в результате хронологического и фотостарения. Принимая во внимание все преимущества уже имеющихся и появляющихся новых технологий терапевтического воздействия на кожу с целью предотвращения характерных внешних признаков старения, современный дерматолог должен понимать основы биохимических процессов синтеза, распада, химической трансформации, структурной организации коллагеновых белков - важнейших компонентов межклеточного вещества. Это позволит выбрать правильную стратегию при проведении косметологических процедур, иногда достаточно агрессивных, с учетом индивидуальных особенностей пациента и добиться максимального эффекта, снизив риск негативных последствий. В этой книге мы попытались соединить уже хорошо известные научные данные о коллагене, которые в более полном объеме присутствуют в практически любом учебнике по биохимии, с новейшими исследованиями в области молекулярной биологии, нейроиммуноэн-докринологии, гистохимии, биохимической физики и рассмотреть эти вопросы через призму косметической дерматологии. Фактический материал книги текстуально построен таким образом, что каждая глава, хотя и связана с Медицинские книги @medknigi материалами предыдущих, представляет собой достаточно полный и независимый обзор, который позволяет читателю обращаться только к интересующим его отдельным разделам. В первой главе даны общие сведения о структуре, синтезе коллагена и эластина. Материал, представленный во второй и третьей главах, посвящен организации и функционированию межклеточного матрикса дермы, биохимическому аспекту координации процессов синтеза и распада коллагена и связанного с этим обновлением матриксных структур кожи. В этих главах приведен очень подробный обзор о матриксных металлопротеиназах, клеточных рецепторах коллагена и эластина, основанный на последних по времени научных исследованиях в области биохимии и молекулярной клеточной биологии. Чтение этих глав безусловно потребует от читателя достаточно глубокого знания предмета, но мы преднамеренно не упрощали изложение материала, чтобы избежать поверхностного взгляда и показать современный научный уровень рассмотрения этих вопросов. Причины, приводящие к постепенной деградации тканей, связанные с процессами неферментативной химической трансформации коллагеновых белков, рассмотрены в четвертой главе. Пятая глава «Коллаген в практике эстетической медицины и дерматологии» знакомит читателя с критическим анализом эффективности применения в практике аппаратной косметологии физических методов воздействия на кожу. В этой главе в разделе о молекулярно-клеточном механизме формирования соединительной ткани в результате проведения инвазивных и неинвазивных косметологических процедур делается попытка проследить этапы формирования фиброзной ткани в зависимости от условий проведения эстетических манипуляций. И в последней, шестой, главе обсуждается роль коллагена в жировой соединительной ткани. За последние 15-20 лет биология в различных её разделах, благодаря внедрению современных методов физики и химии, достигла высочайшего научного уровня экспериментальных исследований. Это формирует качественно новый подход к пониманию основных процессов жизнедеятельности организма, что, в свою очередь, не может не отразиться на врачебной практике. Для практикующего врача дерма-токосметолога, может быть, и не нужно детально разбираться в вопросах молекулярных структур и биохимических функций коллагеновых белков, но иметь общее представление по данной теме, на наш взгляд, просто необходимо. Поэтому в процессе работы над книгой мы ставили цель не просто ознакомить читателей с современным уровнем научных исследований в этой области, а попытаться рассмотреть их в медицинском контексте. Хочется надеяться, что Медицинские книги @medknigi книга вызовет интерес и поможет в практической работе специалистам, работающим в области дерматологии и эстетической медицины. БЛАГОДАРНОСТИ Неоценимую помощь в сборе материалов для книги и обсуждении отдельных глав оказали замечательные ученые - профессор, д-р биол. наук П.Я. Бойков и молекулярный биолог, канд. биол. наук А. Полумиенко. Выражаю им глубокую признательность за то время, которое мы провели вместе при работе над рукописью. С полным основанием считаю их моими соавторами. Хочу выразить благодарность профессору, д-ру мед. наук И.М. Кветному и канд. мед. наук И.К. Жуковой за совместно проведенные иммуногистохимические исследования, результаты которых частично вошли в данное издание. Очень надеюсь на продолжение этой работы в будущем. Особая благодарность - моей жене Розе Хабаровой, вдохновившей меня на написание этой книги. В. Хабаров, ноябрь 2017 Медицинские книги @medknigi Список сокращений АФК (ROS) - активные формы кислорода (reaktive oxygen species) ГК - гиалуроновая кислота (гиалуронан) ДЖК - дермальная жировая клетчатка МФ I, II, III - митотически активные фибробласты ПЖК - подкожная жировая клетчатка ПМФ - постмитотические фибробласты ПОЛ - перекисное окисление липидов сГАГ - сульфатированные гликозаминогликаны СКЖТ - стволовые клетки жировой ткани ТФР (TGF) - трансформирующий фактор роста УФ - ультрафиолетовый ФЖТ - фиброз жировой ткани ШЭР - шероховатый эндоплазматический ретикулум ЭПР - эндоплазматический ретикулум AcPGP - ацетилированная форма трипептида пролин-глицин-пролин AGE - конечные продукты гликирования коллагена CD44 - рецептор гиалуроновой кислоты CTGF - фактор роста соединительной ткани DCA - дезоксихолевая кислота DDR-1/2 - рецепторы коллагена EGF - фактор роста эпидермиса FDA - Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (Food and Drug Administration) GEKG - олигопептид глицин-глутамат-лизин-глицин GHK - трипептид глицин-гистидин-лизин HAS - 1/2/3-гиалуронансинтетазы KTTKS - олигопептид лизин-треонин-треонин-лизин-серин LOXL - лизилоксидаза MMP - матриксные металлопротеиназы Медицинские книги @medknigi PGP - трипептид пролин-глицин-пролин PMMA - полиметилметакрилат RCS - активные карбонильные субстанции (reaktive carbonyl species) RTR - трипептид аргинин-треонин-аргинин SVF - стромоваскулярные клетки TIMP - ингибиторы матриксных металлопротеиназ α-SMA - измененная структура белка актина Медицинские книги @medknigi Введение Важнейший класс биологически активных веществ - белки, которые играют ключевую роль в качестве основных компонентов в живой клетке, проявляют чрезвычайное многообразие биологических функций. Термин «коллаген» объединяет семейство близкородственных фибриллярных белков, относящихся к разряду структурных, которые являются основными белками межклеточного матрикса соединительных тканей и основными внеклеточными белками, секретируемыми фибробластами и некоторыми другими клетками. В организме человека коллаген составляет от 25 до 33% общего количества белков или примерно 6% массы тела. Около 40% коллагена содержится в коже, примерно 50% - в костных тканях и 10% - в соединительных тканях внутренних органов. Основной функцией коллагеновых белков является обеспечение прочностных характеристик, которые позволяют соединительным тканям обеспечивать разделение тканей и органов, сохранять их необходимую топографию и защищать от внешних стресс-факторов и травм. Кроме того, белки этого класса обладают свойствами регулировать многочисленные процессы в клетках, тканях и органах. В коже человека коллагены составляют примерно 80% сухого веса дермы. Дерма представляет собой классический пример соединительной ткани мезенхимного происхождения. В ней сосредоточено до 40% коллагена и около 50% гиалуроновой кислоты. Белки коллагена и полисахаридные макромолекулы гиалуроновой кислоты являются основными функциональными структурами межклеточного матрикса дермы. В наших предыдущих книгах основное внимание было сосредоточено на структуре и функциях гиалуроновой кислоты в соединительных тканях (Хабаров и др., 2012, 2014, 2016). В настоящей монографии рассматриваются структурные, физико-химические и функциональные свойства коллагена соединительной ткани, главным образом кожи. От состояния коллагена во многом зависит здоровье кожи и многие её эстетические проблемы. Косметическая дерматология в разделе эстетической медицины чаще всего связана с функциональными изменениями коллагеновых белков кожи. Известно около 400 мутаций коллагеновых генов и множество метаболических нарушений на разных стадиях синтеза, сборки и обновления коллагена. Нет никакого сомнения в том, что генетические и эпигенетические нарушения этих процессов ведут к патологиям и старению кожи. Описанию механизмов развития, профилактики и терапии этих процессов посвящена настоящая монография. Медицинские книги @medknigi Глава 1. Коллагеновые белки. общие положения 1.1. КОЛЛАГЕНЫ И ИХ ГЕНЫ С появлением генов коллагена стало возможным формирование соединительных тканей с новыми функциями (Boot-Handford, Tuckwell, 2003). Соединительные ткани способствовали развитию двух наиболее общих тенденций в эволюции высших животных - увеличению размеров тела и усложнению его строения (Хабаров, Бойков, 2016). Разнообразие строения и функций самих соединительных тканей определяется их главным функциональным «дуэтом» - коллагеном и гиалуронаном. В предыдущих обзорах о биологической роли гиалуроновой кислоты (ГК) в эволюционном аспекте мы пришли к предположению, что ГК и гены для ее синтеза появились на «древе жизни» у хордовых животных примерно 570 млн лет назад (Хабаров и др., 2012; Хабаров, Бойков, 2016). Наши предположения совпадают с выводами в работе (Croska, Stern, 2013), где появление этого полисахарида в эволюции датируется 400-600 млн лет назад. Можно предположить, что в этих временных рамках возникали и гены коллагена. Считается, что множественные гены коллагеновых белков образовались путем тандемных дупликаций (Босток, Самнер, 1981; Албертс и др., 1987). Такие процессы в эволюции геномов приводили к дивергенции генов, количественному увеличению их семейств и разнообразию функций кодируемых ими белков. В геноме человека насчитывается до 42 разных генов, кодирующих белковые aцепи с различными аминокислотными последовательностями (Briggs et al., 1994). Первичные a-цепи формируют как минимум 28 различных типов коллагена, которые обозначаются римскими цифрами от I до XXVIII (табл. 1.1). Они подразделяются на несколько подсемейств, главным образом в зависимости от длины, количества коллагеновых и неколла-геновых доменов, и отличаются по первичной структуре пептидных цепей, функциям и локализации в организме. Для обозначения каждого вида коллагена используют определенную формулу, в которой тип коллагена записывается римской цифрой в скобках, а обозначение α-цепей - арабскими цифрами. Например, коллагены II и III типов образованы идентичными α1-цепями. Их формулы, соответственно, [α1(II)]3 и [α1(III)]3. Коллагены I и IV типов образуются двумя разными типами a-цепей, их формулы записываются, соответственно, [α1((I)]2α2(I) [α1(IV)]2 α2(IV). Индекс за скобками обозначает количество идентичных α-цепей. Гены коллагена называются соответственно типам коллагена и записываются арабскими цифрами: COL1 - ген коллагена I типа. COL2 - ген коллагена II типа и т.д. К этому символу приписывается буква А (обозначает α-цепь) и арабская цифра (обозначает вид α-цепи). Например, гены COLA1 и COLA2 кодируют соответственно α1- и α2-цепи коллагена I типа. Практически любая генная мутация ведёт к утрате или изменению функций коллагена, что, в свою очередь, отражается на свойствах тканей и органов. Генные мутации в коллагеновом домене могут привести к изменению формы Медицинские книги @medknigi тройной спирали путём вставки/выпадения аминокислоты из полипептидной цепи или замены одного из оснований триплета, кодирующего аминокислоту глицин, другим основанием. Мутации в неколлагеновых доменах могут привести к неправильной пространственной сборке α-цепей в надмолекулярные структуры (фибриллы или сети), что также ведёт к утрате функций. Мутантные α-цепи способны образовывать трёхспиральный комплекс с нормальными α-цепями. В большинстве случаев такие комплексы нестабильны и быстро разрушаются, однако такая макромолекула может и нормально выполнять свою роль, если не затронуты функционально важные области. Большинство болезней, вызванных мутациями в «коллагеновых» генах, является доминантными (Di Lullo, 2002). 1.2. ПОЛИМОРФИЗМ КОЛЛАГЕНА В настоящее время описано 28 типов коллагена (см. табл. 1.1). Они отличаются друг от друга по аминокислотной последовательности, а также по степени модификации - интенсивности гидроксилирования или гликозилирования. Главная черта всех макромолекул коллагена - их жёсткая трёхцепочечная спиральная структура. Три первичные полипептидные цепи формируют вначале α-спирали, затем скручиваются в одну спираль и образуют молекулу коллагена длиной около 300 нм и толщиной 1,5 нм. После секреции из аппарата Гольджи в межклеточный матрикс макромолекулы разных коллагенов образуют упорядоченные нитевидные структуры - коллагеновые фибриллы. Фибриллы часто группируются в толстые пучки - коллагеновые волокна. Таблица 1.1. Типы коллагенов, их гены, локализация коллагенов в тканях и ассоциированные с ними патологии (Северин и др., 2008) Окончание табл. 1.1 Медицинские книги @medknigi Более 90% всего коллагена высших организмов приходится на коллагены I, II, III и IV типов. Коллаген I типа самый типичный. Он является тримерным белком, собирающимся в фибриллы, волокна, пучки и обладающим наибольшей механической прочностью. Коллаген I типа составляет 90% всего коллагена взрослого человека. Молекулы коллагена IV типа формируют сети и являются главными белковыми компонентами базальных мембран (табл. 1.2). Таблица 1.2. Классификация коллагенов по видам структур, которые они образуют 1.3. СТРУКТУРА КОЛЛАГЕНА В отличие от глобулярных белков, которые формируют растворимые в воде компактные структуры за счёт упаковки гидрофобных радикалов внутрь молекулы, фибриллярные белки имеют вытянутую, нитевидную структуру. В межклеточном матриксе макромолекулы коллагена образуют фибриллы огромной прочности и практически водонерастворимы и нерастяжимы. По прочности коллагеновые фибриллы превосходят прочность стальной проволоки такого же сечения. Медицинские книги @medknigi Необычные механические свойства коллагенов связаны с их первичной и вторичной пространственной структурой. Молекулы коллагена состоят из трёх полипептидных α-цепей. Идентифицировано более 20 a-цепей, которые включают до 1000 аминокислотных остатков и несколько различаются по аминокислотной последовательности. Каждая третья аминокислота в полипептидной цепи коллагена представлена глицином, примерно 20% аминокислотных остатков составляет пролин или 4-гидроксипролин, около 11% - аланин. Полипептидную цепь коллагена можно представить как последовательность триплетов Гли-Х-Y, где Х и Y могут быть любые аминокислоты, но чаще в положении Х включается пролин, а в положение Y гидроксипролин или гидроксилизин. В коллагене отсутствует триптофан и цистеин, а тирозин, метионин и гистидин включаются в небольших количествах. (Полная первичная структура цепей была определена К. Кюном в 1979 г.) Благодаря своей структуре пролин вызывает изгибы полипептидной цепи и стабилизирует левозакрученную вторичную спиральную конформацию. На один виток приходится три аминокислотных остатка. Спираль пептидной цепи коллагена стабилизирована силами стерического отталкивания пирролидиновых колец в остатках пролина. Далее спиралевидные полипептидные цепи перевиваются друг около друга, образуют трёхцепочечную правозакрученную суперспиральную макромолекулу, называемую тропокол-лагеном. Цепи удерживаются вместе за счёт водородных связей между аминогруппами и карбоксильными группами входящих аминокислот. Пролин и гидроксипролин, являясь «жёсткими» аминокислотами, ограничивают вращение полипептидного стержня и тем самым увеличивают стабильность тройной спирали. Глицин, имеющий вместо радикала атом водорода, находится в месте пересечения цепей. Отсутствие радикала у глицина позволяет цепям плотно прилегать друг к другу. Два других радикала из триады Гли-Х-Y оказываются на наружной поверхности молекулы тропоколлагена (Северин и др., 2008). Тропоколлаген основная структурная единица коллагена, имеет молекулярную массу 285 кДа (Овчинников, 1987). Комплементарные участки молекул тропоколлагена могут объединяться и формировать коллагеновые фибриллы (рис. 1.1). Эти комплементарные участки расположены таким образом, что одна нить тропоколлагена сдвинута по отношению к другой примерно на 1/4 . Поэтому фиксированные и контрастированные фибриллы коллагена при электронной микроскопии выглядят поперечно исчерченными с периодом 67 нм, который включает одну тёмную и одну светлую полоски (см. рис. 1.1). Полагают, что такое строение максимально повышает сопротивление фибрилл растягивающим нагрузкам (Северин и др., 2008). Между радикалами аминокислот возникают водородные, ионные и гидрофобные связи. Важную роль в формировании коллагеновых фибрилл играет химическая модификация аминокислот, которая осуществляется в составе белков после их синтеза. В результате гидро-ксилирования пролина и лизина образуются 4-гидроксипролин и Медицинские книги @medknigi Рис. 1.1. Электронная микроскопия коллагеновых фибрилл 5-гидроксилизин. Их гидроксильные группы образуют водородные связи между соседними цепями тропоколлагена и укрепляют структуру коллагеновых фибрилл. Дополнительное укрепление формируют радикалы лизина и гидроксилизина путем образования прочных поперечных сшивок между молекулами тропоколлагена. Установлено, что в образовании сшивок участвуют главным образом остатки лизина и гидроксилизина - их ферментативное окисление приводит к образованию альдегидов, которые вступают в реакцию альдольной конденсации или приводят к появлению «шиффовых оснований» (рис. 1.2). В результате аминокислотная последовательность полипептидных цепей коллагена формирует уникальную по механическим свойствам структуру волокон коллагена с огромной прочностью. Изменения в первичной структуре коллагена в результате генетических мутаций может приводить к развитию наследственных заболеваний и патологий коллагена. Известно более 400 мутаций в генах разных коллагенов, вызывающих болезни соединительных тканей: несовершенный остеогенез, некоторые формы остеопороза и остеоартритов, хондродисплазии и др. Медицинские книги @medknigi Рис. 1.2. Типы ковалентных сшивок в коллагене (Овчинников, 1987) 1.4. ЭТАПЫ СИНТЕЗА И СОЗРЕВАНИЯ КОЛЛАГЕНА Биосинтез коллагена состоит из восьми (иногда указывают девять) этапов. Пять из них протекают в фибробластах, три - внеклеточно (рис. 1.3). Внутриклеточные этапы •I - синтез препроколлагена, предшественника коллагена, на полирибосомах, связанных с мембранами эндоплазматического ре-тикулума. •II - отщепление участка сигнальной пептидной цепи с образованием проколлагена в эндоплазматической сети фибробласта. • III - гидроксилирование аминокислотных остатков пролина и лизина под влиянием ферментов. •IV - перенос глюкозы и галактозы на проколлаген с помощью соответствующих ферментов. •V - формирование растворимого коллагена (тропоколлагена) в виде тройной спирали. Внеклеточные этапы •I - секреция тропоколлагена в межклеточную среду и отщепление концевых Nи C-полипептидов. •II - «сшивание» (самосборка) молекул коллагена «конец-в-конец» с образованием нерастворимого коллагена. • III - соединение молекул последнего «бок-в-бок» с образованием прочных нерастяжимых фибрилл. Очень наглядно, в более упрощенном виде, эти этапы синтеза коллагена представлены на рис. 1.4. Медицинские книги @medknigi Рис. 1 .3. Этапы синтеза, химической модификации и самосборки коллагеновых волокон (Хабаров и др., 2014) Медицинские книги @medknigi Рис. 1.4. Основные этапы синтеза коллагена (Овчинников, 1987) Словами описать основные этапы синтеза коллагена можно следующим образом. Первоначально на рибосомах начинается синтез препроколлагена (предшественника проколлагена), который транспортируется в эндоплазматический ретикулум (ЭПР). В ЭПР происходит его первичная посттрансляционная модификация: гидроксилирование аминокислот пролина и лизина ферментами гидроксилазами. Образовавшиеся в ЭПР молекулы так называемых альфа-пептидов формируют нечто подобное тройным спиралям, которые затем подвергаются гликозилированию - добавлению молекул глюкозы или галактозы к лизиновым остаткам. Следующим этапом является скручивание троек молекул альфа-пептида в устойчивые тройные спирали с образованием проколлагена. Эти спирали упаковываются в специальные транспортные везикулы и транспортируются в аппарат Гольджи для дальнейшей секреции коллагена наружу клетки. Здесь происходит присоединение к проколлагену олигосахаридов, после чего такие молекулярные комплексы упаковываются теперь уже в секреторные везикулы для транспортировки к клеточной мембране и секреции наружу. На наружной поверхности клеточной мембраны их уже ждут ферменты коллагенпепти-дазы, которые удаляют концевые «сигнальные» участки у молекул прокол-лагена. Так образуется тропоколлаген, к которому теперь присоединяются ферменты лизилоксидазы и формируют альдегидные группы на лизиновых остатках. Эта завершающая модификация позволяет создание устойчивых полимерных молекул тропоколлагена. Только теперь образовавшиеся полимерные структуры называются «фибриллами» коллагена. Определенную роль в синтезе коллагена играют белки-шапероны. Они обеспечивают «контроль качества» - способствуют правильному синтезу полипептидов коллагена, их транспорту по секреторным путям, отслеживают неправильно собранные макромолекулы и их разрушение (Северин и др., 2008). На биосинтез коллагена большое влияние оказывают гормоны надпочечников (глюкокортикоиды), половые гормоны и аскорбиновая кислота(витамин С). Гидроксилирование пролина тормозится при недостатке кислорода, ионов железа и аскорбиновой кислоты. При этом спирали проколлагена не образуются, а при глубоком недостатке витамина С негидроксилированные проα-цепи расщепляются в клетке, что ведет к хрупкости кожи и кровеносных сосудов в коже - типичные симптомы заболевания цингой. Гидроксилирование остатков лизина играет решающую роль во второй посттрансляционной модификации прокол-лагена. Подобно большинству секретируемых белков, молекулы прокол-лагена гликозилируются в клетке, после чего переходят в межклеточный матрикс путем экзоцитоза. В межклеточном матриксе концевые пептиды проколлагенов I, II и III типов удаляются специфическими ферментами и превращаются, как уже говорилось, в макромолекулы коллагена (тропоколлагена). Последние объединяются в коллагеновые фибриллы за счёт тенденции коллагена к самосборке (см. рис. 1.4). Последовательные этапы синтеза и формирования структур коллагена суммированы на рис. 1.5. Медицинские книги @medknigi Концевые пептиды проколлагена выполняют две функции. Внутри клетки они направляют построение трёхцепочечной молекулы проколлагена и препятствуют образованию в клетке больших фибрилл, но столь же важно от них избавиться в межклеточном матриксе. При некоторых заболеваниях не происходит полного отщепления концевых полипептидов от проколлагена. В результате нарушается образование коллагеновых фибрилл и кожа становится хрупкой (Албертс и др., 1987). Рис. 1.5. Последовательные этапы синтеза и самосборки структур коллагена (Албертс и др., 1987): А - структура коллагена; Б - биосинтез коллагена Медицинские книги @medknigi Несколько слов скажем об эластине, являющемся близким аналогом коллагена. Способность эластина к взаимодействию с ГК и коллагеном, обусловленная особенностями структуры эластиновых волокон, определяет основные механофизические характеристики межклеточного матрикса дермы. Белок эластичных волокон в структурном отношении аналогичен коллагену, однако содержит незначительное количество ги-дроксипролина и совсем не имеет гидроксилизина. Хотя белок внеклеточного матрикса соединительной ткани, эластин, составляет около 2% от всех белков дермы, он выполняет уникальную функцию в гомеостазе кожи - поддержание её эластичности (Halper, Kjaer, 2014). У человека эластин кодируется единственным геном ELN на хромосоме 7, содержащим 34 экзона (кодирующих участка) и более 700 некодирующих вставок. При альтернативном сплайсинге в процессе транскрипции меняется взаимное расположение только экзонов 22, 23, 24, 26A, 32 и 33. В зависимости от варианта сплайсинга получаются 11 изоформ белка эластина, каждая с различной способностью вступать в комплексы с другими участниками внеклеточного матрикса (Mouw et al., 2014). Такое сложное строение гена эластина отражает его невысокую генетическую стабильность, различную у каждого человека. Соответственно, качество эластина различается у разных людей (Miao et al., 2017). Процесс формирования эластина (эластогенез) схематично представлен на рис. 1.6. В фибробластах дермы мономерные молекулы предшественника, тропоэластина, синтезируются в ЭПР и становятся полностью функциональными, пройдя посттрансляционную модификацию в аппарате Гольджи. Выйдя из клетки, несколько водорастворимых мономеров тропоэластина с молекулярной массой примерно в 70 кДа каждая подвергаются сшивкам с помощью фермента лизилоксидазы LOXL. Связываясь с белком фибулином-5, они формируют аморфный водо-нерастворимый клубок. После связывания десятков таких клубков на матрице микрофибрилл фибриллина новыми сшивками из десмози-на с помощью другой лизилоксидазы получаются волокна полимеров эластина (Jensen, Handford, 2016). В межклеточном матриксе макромолекулы эластина образуют волокна и слои, которые связаны между собой огромным количеством поперечных сшивок и образуют таким образом разветвленную сеть. Такие структуры называются десмозином (рис. 1.7). Именно наличие множества сшивок позволяет волокнам эластина легко деформироваться (растягиваться) и быстро восстанавливать прежнюю форму. Наибольшая концентрация эластина регистрируется в глубоких слоях дермы. В шрамах, особенно от глубоких ран, присутствуют лишь обрывки нормального эластина, что и определяет их жёсткость (Mora-Huertas et al., 2016). Медицинские книги @medknigi Рис. 1.6. Процесс синтеза и формирования эластина (эластогенез) (Aziz et al., 2016). 1 - синтез мономеров в эндоплазматическом ретикулуме с «доводкой» в аппарате Гольджи; 2 - коацервация; 3 - кросслинкинг; 4 - упаковка; IGF-1 инсулиноподобный фактор роста 1 При снижении эффективности реакций сшивания эластина с образованием десмозина поперечные сшивки образуются в недостаточном количестве, вследствие чего у эластичных тканей снижается предел прочности на разрыв. В коже это проявляется истонченностью, вялостью, растяжимостью, что приводит к потере резиноподобных свойств (Северин, 2006). С возрастом, начиная в среднем с 30 лет, активность фермента LOXL постепенно снижается и полностью исчезает после 50 лет (Mora-Huertas Медицинские книги @medknigi Рис. 1.7. Сшивание эластина посредством внутримолекулярной окислительной конденсации, приводящее к образованию десмозина (Овчинников, 1987) et al., 2016). За это время активность расщепляющего эластин фермента металлоэластазы MMP-12 постепенно растёт (рис. 1.8). В совокупности это приводит к снижению эластичности кожи, которые связывают наблюдаемыми структурными изменениями эластиновых волокон в виде утолщений и гранулярных отложений эластина. Нарушения или повреждения эластиновых волокон могут сопровождаться образованием морщин даже при отсутствии таких факторов, как старение или воздействие интенсивного солнечного излучения. Дефекты эластино-вых волокон могут обусловливать возникновение самых разнообразных дерматологических заболеваний, таких как синдром дряблой кожи, эластическая псевдоксантома, ползучий перфорирующий эластоз, лен-тикулярный дерматофиброз (Бауманн, 2016). Продолжительность полужизни (время полураспада) эластина составляет в среднем около 74 лет, и это при том, что у взрослых не происходит синтез эластина de novo. Поэтому возможность восстановления эластиновых волокон во внутриклеточном матриксе кожи всегда приковывала внимание специалистов, работающих в области медицинской косметологии. Большой интерес к этим исследованиям отмечается и в настоящее время. Так, например, продолжаются поиски путей активирования производства тропоэластина фибробластами дермы (Li et al., 2017; Zeichner, 2016; Qa'aty et al., 2015; Rossetti et al., 2011). Многообещающие результаты использования цинка в качестве стимулятора синтеза эластина в коже приведены в монографии (Бауманн, 2016). Было установлено, что цинк активирует сигнальный путь эпидермального фактора роста, кроме того, стимулирует фосфорилирование тирозиновых белков за счёт ингибирования тирозинфосфатазы, а также активирует митоген-активируемые протеинкиназы (МАР-киназы). В другой монографии (Хабаров, 2017) Медицинские книги @medknigi представлены результаты многочисленных научных исследований влияния цинксодержащих препаратов ГК на ремоделирование межклеточного матрикса дермы в части синтеза коллагена I и III типов. Рис. 1.8. А - нормальное состояние эластина - клубок, растягивающийся под действием силы F. Чёрные линии - сшивки десмозином; Б - эластаза расщепляет тропоэластин на фрагменты, содержащие сшивки ЛИТЕРАТУРА Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. М. : Мир, 1987. Т. 3. Алейникова Т.Л., Авдеева Л.В., Андрианова Л.Е. и др. Биохимия. М. : ГЭОТАРМЕД, 2003. Бауманн Л. Косметическая дерматология. М. : МЕДпресс-информ 2016. Босток К., Самнер Э. Хромосомы эукариот. М. : Мир, 1981. Овчинников Ю.А. Медицинские книги @medknigi Биоорганическая химия. М. : Просвещение, 1987. Северин Е.С. Биохимия. М. : ГЭОТАР-Медиа, 2006. Северин Е.С., Алейникова Т.Л., Осипов Е.В., Силаева С.А. Биологическая химия. М. : МИА, 2008. Хабаров В.Н. Гиалуроновая кислота в инъекционной косметологии. М. : ГЭОТАРМедиа, 2017. Хабаров В.Н., Бойков П.Я. Биохимия гиалуроновой кислоты. М. : Тисо-принт, 2016. Хабаров В.Н., Бойков П.Я., Колосов В.А., Иванов П.Л. Гиалуронан в артрологии. М : Эдвантиж сольюшинз, 2014. Хабаров В.Н., Бойков П.Я., Селянин М.А. Гиалуроновая кислота. М. : Практическая медицина, 2012. Aziz J., Shezali H., Radzi Z., Yahya N.A. et al. Molecular mechanisms of stressresponsive changes in collagen and elastin networks in skin // Skin Pharmacol. Physiol. 2016. Vol. 29, N 4. P. 190-203. Boot-Handford R.P., Tuckwell D.S. Fibrillar collagen: the key to vertebrate evolution? A tale of molecular incest // Bioessays. 2003. Vol. 25, N 2. P. 142-151. Briggs M.D., Choi H.C., Warman M.L., Loughlin J.A. et al. Genetic mapping of a locus for multiple epiphyseal dysplasia (EDM2) to a region of chromosome 1 containing a type IX collagen gene // Am. J. Hum. Genet. 1994. Vol. 55. P. 678-684. Chen Z., Shin M.H., Moon Y.J., Lee S.R. et al. Modulation of elastin exon 26A mRNA and protein expression in human skin in vivo // Exp. Dermatol. 2009. Vol. 18. P. 378-386. Croska A.B., Stern R. Hypotesis on the evolution of hyaluronan // Glicobiology. 2013. Vol. 23, N 4. P. 398-411. Di Lullo G.A. Mapping the ligand-binding sites and disease-associated mutations on the most abundant protein in the human, type I collagen // J. Biol. Chem. 2002. Vol. 277, N 6. P. 4223-4231. doi: 10.1074/jbc.M110709200. Halper J., Kjaer M. Basic components of connective tissues and extracellular matrix: elastin, fibrillin, fibulins, fibrinogen, fibronectin, laminin, tenascins and thrombospondins // Adv. Exp. Med. Biol. 2014. Vol. 802. P. 31-47. Jensen S.A., Handford P.A. New insights into the structure, assembly and biological roles of 10-12 nm connective tissue microfibrils from fibrillin-1 studies // Biochem. J. 2016. Vol. 473, N 7. P. 827-838. Li W.H., Wong H.K., Serrano J., Randhawa M. et al. Topical stabilized retinol treatment induces the expression of HAS genes and HA production in human skin in vitro and in vivo // Arch. Dermatol. Res. 2017. Vol. 309, N 4. P. 275-283. Медицинские книги @medknigi Miao M., Reichheld S.E., Muiznieks L.D., Sitarz E.E. et al. Single nucleotide polymorphisms and domain/splice variants modulate assembly and elastomeric properties of human elastin. Implications for tissue specificity and durability of elastic tissue // Biopolymers. 2017. Vol. 107, N 5. P. 342-348. Mora-Huertas A.C., Schmelzer C.E., Hoehenwarter W., Heyroth F. et al. Molecularlevel insights into aging processes of skin elastin // Biochimie. 2016. Vol. 128-129. P. 163-173. Mouw J.K., Ou G., Weaver V.M. Extracellular matrix assembly: a multiscale deconstruction // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2014. Vol. 15, N 12. P. 771-785. Qa'aty N., Vincent M., Wang Y., Wang A. et al. Synthetic ligands of the elastin receptor induce elastogenesis in human dermal fibroblasts via activation of their IGF1 receptors // J. Dermatol. Sci. 2015. Vol. 80, N 3. P. 175-185. Rossetti D., Kielmanowicz M.G., Vigodman S., Hu Y.P. et al. A novel anti-ageing mechanism for retinol: induction of dermal elastin synthesis and elastin fibre formation // Int. J. Cosmet. Sci. 2011. Vol. 33, N 1. P. 62-69. Zeichner J.A. The Use of lipohydroxy acid in skin care and acne treatment // J. Clin. Aesthet. Dermatol. 2016. Vol. 9, N 11. P. 40-43. Медицинские книги @medknigi Глава 2. Коллаген и эластин в организации и функционировании межклеточного матрикса дермы Одна из особенностей многоклеточных организмов - наличие вне-или межклеточного матрикса, который окружает большинство клеток. В состав межклеточного матрикса входят различные биологические ма-кромолекулярные соединения (белки коллаген и эластин, гликозамино-гликаны, протеогликаны, неколлагеновые структурные белки, гормоны, факторы роста), которые образуют сложный комплекс в виде упорядоченной сетевой структуры, функционирующей как единое целое. Клеточный состав межклеточного матрикса представлен различного рода фибробла-стами, фиброкластами, тучными клетками, макрофагами (гистиоцитами), лимфоидными клетками. Межклеточный матрикс играет ключевую роль в процессах поддержания формы клеток, их развитии, миграции, участии в сигнальной коммуникации и дифференцировке клеток. 2.1. КОЛЛАГЕНЫ МЕЖКЛЕТОЧНОГО МАТРИКСА Отличительная особенность соединительных тканей - большой объём межклеточного матрикса и относительно малое количество клеток (рис. 2.1). Система соединительных тканей обеспечивает опору для различных структур, тканей, органов, разъединяет и функционально связывает их между собой. Например, базальная мембрана, состоящая в основном из коллагена IV типа, разъединяет эпидермис и дерму и вместе с тем через структурную ассоциацию с ГК и коллагеном может влиять на функционирование связанных с этими биополимерами фибробластов дермы (Kielty et al., 1992). О размерах межклеточного пространства в организме человека в целом можно судить по распределению жидкости в межклеточном и внутриклеточном компартментах. Объём внутриклеточной жидкости человека весом в 70 кг оценивается в 30 литров, а межклеточной - в 10 литров (Мусил и др., 1981). На примере соединительной ткани дермы рассмотрим общую организацию межклеточного матрикса. Медицинские книги @medknigi Рис. 2.1. Схема строения межклеточного матрикса Межклеточный (внеклеточный, экстраклеточный, околоклеточный, перицеллюлярный, экстрацеллюлярный) матрикс дермы состоит из пяти основных классов макромолекул: коллагенов, эластина, глико-заминогликанов (главным образом ГК), протеогликанов и гликопро-теинов. К преимущественно структурным белкам относят семейство коллагенов и эластина, а к преимущественно адгезивным белкам - фибронектин и ламинин. Внешний вид и функциональные свойства кожи в значительной степени определяются состоянием коллагеновой сети межклеточного матрикса дермы. Следует подчеркнуть, что ма-триксные структуры дермы - волокнистый компонент (коллагеновые и эластиновые волокна) и аморфный компонент (гликопротеины, гли-козаминогликаны, протеогликаны и их агрегаты) - биохимически и функционально взаимосвязаны. Эти структуры играют важнейшую роль в регуляции тканевого метаболизма, являясь для клеток химическими раздражителями и опорными структурами. В частности, матриксные структуры влияют на такие важнейшие процессы клеточной динамики, как детерминация, пролиферация, миграция и морфогенетическая гибель. Мембрана фибробластов играет в этих условиях роль обширной и важной рецепторной зоны, контактирующей с компонентами кожного матрикса (Серов, Шехтер, 1981; Слуцкий, 1984, Шафранов и др., 2006). Фибробласты дермы синтезируют коллагены I, III, IV, V и VII типов. Они различаются по аминокислотному составу, последовательности аминокислот в полипептидной цепи, первичной структуре полипептидных а-цепей, посттрансляционным модификациям (гидроксили-рование лизина и пролина, гликозилирование гидроксилизина и др.), самосборке в межклеточном матриксе, функциям и локализации. Коллагены I и III типов образуют прочные фибриллы, которые являются основными структурными компонентами межклеточного матрикса дермы. Они формируют надмолекулярные структуры с различной плотностью упаковки, но Медицинские книги @medknigi коллаген I типа образует более толстые, плотно расположенные фибриллы, в то время как коллаген III типа отличается большей гидра-тированностью молекул и формирует тонкие фибриллы и волокна с рыхлой упаковкой. Преобладание коллагена I типа расценивается как признак морфологической зрелости ткани. Имеется ряд работ, экспериментально доказывающих изменение содержания основных типов коллагена в коже на разных этапах онтогенеза человека. На этапе эмбриогенеза первыми в коже появляются коллагеновые волокна III типа, коллаген I типа обнаруживается позднее. Но к 12 нед эмбриогенеза в коже присутствуют оба типа волокон (Коломоец и др., 2013). Кожа новорожденного сильно подвержена механическим воздействиям в связи с тем, что коллагеновые структуры, придающие коже эластичность и упругость, созревают только к 4 месяцам. Дерма в этот период в 1,5-3 раза тоньше, чем у взрослых. Окончательное формирование происходит к 7 годам (Bonnema, 2007), и к этому моменту в коже человека повышается и доминирует содержание коллагена I типа. Коллаген IV типа локализуется только в базальной мембране, разделяющей эпидермис и дерму. Вместо фибрилл он образует плоскую сеть, составляющую значительную часть всей базальной мембраны, но, как и фибриллярный коллаген, он представляет собой суперспираль, состоящую из трёх а-цепей. Каждая цепь коллагена IV типа сильно гликозили-рована. Тройные спирали самоорганизуются в суперспираль, что требует самых различных по природе взаимодействий. Мономерные тройные спирали связываются С-концами с образованием димеров и N-концами с образованием тетрамеров. N-концевая неколлагеновая последовательность содержит четыре остатка цистеина, которые участвуют в формировании внутри- и межцепочечных дисульфидных связей, стабилизирующих макромолекулу. Кроме концевых взаимодействий, тройные спирали могут скручиваться с образованием суперспирали (Фаллер, Шилдс, 2016). Важную роль в коже играет коллаген VII типа. Он образует «заякоренные» фибриллы. Одним концом фибриллы соединяются с базальной мембраной, а другой конец проникает в глубокие слои дермы и связывается там с «якорными дисками» (рис. 2.2). Нарушение образования нормальных фибрилл из коллагена VII типа клинически проявляется высокой растяжимостью кожи. Медицинские книги @medknigi Рис. 2.2. Схема соединения базальной мембраны (Lamina densa) с дермой фибриллами коллагена VII типа (Алейникова и др., 2003) Таким образом, в дерме здорового взрослого человека присутствует в основном интерстициальный фибриллярный коллаген, представленный коллагеном I типа (80-90%), преимущественно располагающимся в сетчатом слое, коллаген III типа (8-15%), а также в малом процентном соотношении присутствует коллаген V типа, который объединен в фибриллах с коллагеном I и III типов и участвует в регуляции диаметра волокон, коллаген VII типа, связанный с фибриллами сосочкового слоя дермы, коллаген IV типа базальной мембраны. 2.2. ЭЛАСТИНОВАЯ СЕТЬ В коллагеновую сеть межклеточного матрикса соединительной ткани дермы вплетена эластиновая сеть (рис. 2.3). Эластиновые волокна - неотъемлемая часть внутриклеточного матрикса. Эластиновые волокна обеспечивают упругость и эластичность кожи. Как уже упоминалось, эластогенез начинается на эмбриональном этапе развития человека, а максимальная активность данного процесса приходится на перинатальный период, после чего активность эластогенеза существенно снижается и практически не отмечается у взрослого человека. Медицинские книги @medknigi Рис. 2.3. Сеть эластиновых волокон в дерме кожи (сканирующая электронная микроскопия) (Албертс и др., 1987) В отличие от коллагеновых волокон, волокна эластина, представленные в межклеточном матриксе дермы, находятся на разных этапах созревания. Наименее зрелые волокна ориентированы перпендикулярно и идут от дермально-эпидермального соединения к верхним отделам сетчатого слоя дермы. Более зрелые эластиновые волокна содержат большое количество отложений эластина на фибриллиновой сети и расположены в самых глубоких слоях сетчатого слоя (Бауманн, 2016). Молекулы фибриллярного белка эластина, секретированные в межклеточное пространство, образуют волокна и слои, в которых отдельные макромолекулы связаны множеством сшивок в разветвленную сеть с гибкой и случайной конформацией. Перекрестное сшивание эластина является сложным процессом, он необходим для нормального функционирования и стабильности эластиновых волокон. Этот процесс протекает при участии медьзависимого фермента лизилоксидазы, после чего осуществляется формирование поперечных связей между десмозином и изодесмозином, в результате которых и образуется стабильная нерастворимая эластиновая сеть. Вязкоэластичные нерастворимые Медицинские книги @medknigi полимерные волокна эластина могут растягиваться более чем в два раза, сохранять высокую прочность на разрыв даже в полностью растянутом состоянии. После снятия нагрузки волокна эластина самопроизвольно сокращаются до первоначальной величины. Прочность нитей определяется ковалент-ными связями между мономерами эластина. Такая структура позволяет всей сети эластиновых волокон растягиваться и сжиматься. А сеть жёстких коллагеновых волокон, в которую вплетена эластиновая сеть, ограничивает растяжимость эластиновой сети и предотвращает разрыв ткани. Поверхность эластиновых волокон обычно покрыта микрофибриллами гликопротеина. В развивающихся тканях эти микрофибриллы появляются раньше самого эластина, и, возможно, они организуют се-кретируемые клетками молекулы эластина в волокна и слои. Эластин, как известно, образуется только фибробластами эмбриона. В эмбриональном периоде фибробласты также синтезируют преимущественно коллаген III типа. Поэтому межклеточный матрикс дермы кожи новорожденного состоит из менее прочной эластиновой и колла-геновой сети. Способность эластина к взаимодействию с ГК и коллагеном, обусловленная особенностями химического строения эластина, приводит к формированию устойчивого межклеточного матрикса кожи в зрелом возрасте. В зрелых эластиновых волокнах содержатся протео-гликаны, в частности, версикан, который наряду с аггреканом и ней-роканом является связующим элементом с ГК. Версикан участвует в процессах адгезии, пролиферации и миграции клеток, а также способен к взаимодействию и образованию связей со многими белковыми молекулами внутриклеточного матрикса. 2.3. КЛЕТОЧНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ КОЛЛАГЕНА И ЭЛАСТИНА Межклеточный матрикс является основной средой, реагирующей на внешние воздействия и физиологические изменения в организме. Нативный (интактный) коллаген и эластин содержат множество участков (лиганд), посредством которых они связываются с группой белков межклеточного матрикса и внеклеточными доменами ряда трансмембранных белков различного типа клеток. Контакт поверхностных рецепторов с коллагеном и эластином приводит к их активированию и передаче сигналов внутрь клеток, что, в свою очередь, стимулирует синтез множества секреторных белков, в том числе влияющих на состояние межклеточного матрикса. Такие взаимодействия посредством обратной связи поддерживают гомеостаз тканей, а их нарушение приводит к развитию патологий. Как выяснилось за последнее десятилетие, при старении, травмах и патологиях основную роль в таких контактах играют так называемые матрикины. По аналогии с цитокинами, матрикинами называют фрагменты любых белков межклеточного матрикса, которые проявляют биологическую активность. Наиболее важная их функция - взаимодействие с рецепторами на поверхности клеток. Матрикины вовлечены как в нормальные, так и патологические физиологические процессы: формирование и развитие органов, ангиогенез, иммунные ответы, репарацию тканей, а также воспаления, рост опухолей и их метастазирование. Появление матрикинов, их размер и Медицинские книги @medknigi «специализация» напрямую зависят от активности матриксных металлопротеиназ - ММР. К наиболее изученным матрикинам человека относятся фрагменты эластина и коллагена I типа. Ингибиторами матрикинов проявили себя их комплементарные пептиды. Современное состояние знаний о вышеприведённых процессах будет представлено в этом разделе. 2.3.1. Формирование фрагментов коллагена Под коллагеном далее будет подразумеваться основной белок межклеточного матрикса - коллаген I типа. Зрелый коллаген представляет собой сложнопереплетённые образования из фибрилл, каждая из которых является пучком из 5 однонаправленных тройных нитей-спиралей длиной 300 нм каждая (рис. 2.4) (Kadler, 2017). Рис. 2.4. Структура единичной фибриллы коллагена, состоящей из пяти нитей (тройных спиралей). Видно расположение брешей между нитями и их перекрытие. Участки узнавания ММР расположены в брешах периодически, с интервалом в примерно 1 мкм Зрелый коллаген водонерастворим, и его плотная (за счёт межмолекулярных сшивок) пространственная структура делает его труднодоступным для ММР (Fields, 2014; Murphy, 2017). Из всех типов ММР только 4 способны расщеплять фибриллярный коллаген: ММР-1, ММР-8, ММР-13 и ММР-14 (Craig et al., 2015). ММР-1, ММР-8 и ММР-13 называют интерстициальными (иногда классическими) коллагеназами, и в норме они неактивны (более подробно о ММР см. главу 3). С возрастом на фоне снижения концентрации коллагена растёт активность коллагеназ и происходит постепенное спонтанное расщепление коллагена (Kohl et al., 2011; Phillip et al., 2015; Li et al., 2015). Резкий рост активности ММР наблюдается при патологиях (Wells et al., 2013). Однако даже при нормальных физиологических условиях в структуре человеческого коллагена происходят постоянные динамические изменения, спонтанно создавая с промежутками в 1 мкм более открытые участки для присоединения колла-геназ (Dittmore et al., 2016). Все ММР, и коллагеназы в частности, имеют два функциональных домена: субстрат-связующий домен и каталитический (расщепляющий) домен. В норме «посадки» коллагеназ на интакт-ный коллаген нередки, но они не приводят к его расщеплению, поскольку конформация интактного коллагена не позволяет каталитическому домену «приступить к работе» (Fields, 2013). С возрастом, при повреждениях или патологиях структура коллагена в коже и тканях существенно меняется она становится гораздо более доступной для действия коллагеназ (Qin et al., 2014; Malik et al., 2015; Zitnay et al., 2017). Происходит это в результате эндогенных (мутаций, действия свободных радикалов, воспалений) и Медицинские книги @medknigi экзогенных [ушибов, избытка ультрафиолетового (УФ) излучения] факторов (Varani et al., 2001; Kaisers et al., 2017; Argyropoulos et al., 2016). Можно предполагать, что ММР участвуют как в локальном восстановлении повреждённых элементов коллагеновых фибрилл, волокон и пучков по типу эксцизионной репарации двуспиральной ДНК, так и в расщеплении разрушенных структур коллагенового матрикса для полной его замены. Эти факторы активируют также экспрессию генов коллагеназ и белков-регуляторов самих коллагеназ при одновременном подавлении синтеза проколлагена (Fisher et al., 2009; Xia et al., 2013; Qin et al., 2014). Первичное (в единственном месте) расщепление коллагена происходит в зависимости от типа клеток с помощью матриксных металло-протеиназ ММР-1/MMP-8/ММР-13/MMP-14 (Craig et al., 2015). В дерме взрослого человека практически весь коллаген (I типа) расщепляется посредством ММР-1 и ММР-14 после их активации через ММР-3 (рис. 2.5) (Zigrino et al., 2016; Agren et al., 2015). В дальнейшем к расщеплению «подключаются» желатиназы ММР-2 и ММР-9 (Wells et al., 2013). Рис. 2.5. Взаимоотношения между путями формирования коллагеназ по мере их секреции из клетки и превращения в функциональные ферменты (Murphy, 2017). ЕСМ - внеклеточный матрикс Коллагеназа ММР-14 (MT1-MMP) постоянно связана с клеточной мембраной, а ММР-7, ММР-8, а также желатиназы ММР-2 и ММР-9 привлекаются из матрикса к поверхности клеток при определённых обстоятельствах (Dayer, Stamenkovic, 2015). Это предполагает, что генерируемые ими фрагменты коллагена остаются вблизи поверхностных клеточных рецепторов. Само же расщепление коллагена происходит без помощи клеточных рецепторов (Cerofolini et al., 2016). Поскольку кроме коллагена важнейшую роль в дерме играет гиалуронан, интересно отметить, что некоторые коллагеназы потенциально могут влиять на функционирование его фрагментов. В частности, основной рецептор гиалуронана - CD44 - является также одним из рецепторов для MMP-9, а MMP-14 способна отщеплять от CD44 его эктодомен (Cerofolini et Медицинские книги @medknigi al., 2016; Хабаров, Бойков, 2016). Некоторые ММР участвуют в высвобождении регуляторных белков, связанных и неактивных в комплексах на поверхности клеток. Так, например, ММР-9 и MMP-14 высвобождают важнейший белокрегулятор TGF-β из его комплекса с интегрином αvβ8 (Bai et al., 2017). Интересно, что ММР-1 и ММР-3 аналогично высвобождают TNFα, хотя они не относятся к поверхностным металлопротеиназам (Stamenkovic, 2003; Ågren et al., 2015). В последние годы выявлены и изучены несколько функционально значимых пептидов коллагена (Abdul Roda et al., 2015; Gaggar, Weathington, 2016). В частности, коллагеновый трипептид Pro-Gly-Pro (называемый обычно PGP) образуется после нескольких стадий расщепления коллагена: сначала с помощью ММР-8, затем ММР-9 и пролил-эн-допептидазой на заключительном этапе. PGP и его ацетилированная форма AcPGP связываются с рецептором CXCR2 и стимулируют хемотаксис (движение подвижных клеток в ответ на химические раздражители) различного типа клеток. В случае нейтрофилов (neutrophils) AcPGP более активна, чем PGP. У хронических курильщиков отмечается самовоспроизводимый цикл формирования PGP: пока не установленные компоненты табачного дыма ингибируют лейкотрен-А4гидролазу (leukotriene-A4-hydrolase) - обладающий аминопептидазной активностью фермент, расщепляющий PGP. Антагонистами для PGP являются трипептид аргинин-треонин-аргинин (RTR) и его олигомеры, а также трипептид аланин-серин-аланин (ASA). Наиболее выраженную активность против AcPGP показал тетрамер RTR (Wells et al., 2013). 2.3.2. Рецепторы коллагена на поверхности клеток αβ1-Интегрины На поверхности клеток имеются трансмембранные рецепторы для коллагена, называемые αβ1-интегринами: α1β1, α2β1, α10β1 и α11β1 (Bar-czyk et al., 2010; Anderson et al., 2014). Они принадлежат к обширному семейству αβ, все члены которого имеют субъединичную структуру (рис. 2.6) (Horton et al., 2016; Koivisto et al., 2013). С αβ1-интегринами способны связываться различные типы коллагена. Так, лигандами для α1β1 являются коллаген I, III, IV, IX, XIII и XVI типов. Рецепторы α1β1, α2β1 и a11β1 узнают в молекулах коллагена одинаковую последовательность аминокислот - GFOGER (где О - гидроксипролин) (рис. 2.7) (Knight et al., 2000; Davidenko et al., 2016). Изучение взаимодействия αβ1-интегринов с коллагеном свидетельствует о его сложных и малопонятных пока молекулярных механизмах. Данные in vitro, например, указывают, что α1β1 «предпочитает» мономерный коллаген по сравнению с фибриллярной структурой (Jokinen et al., 2004). У хондроцитов и некоторых других типов клеток αβ1-рецепторы «узнают» in vivo только тройную спираль коллагена, но не его отдельные фибриллы (Woltersdorf et al., 2017). Не исключено, что в тканях разных типов один и тот же αβ1-интегрин «предпочитает» различные структуры коллагена (Zeltz, Gullberg, 2016). Данные о связывании in vivo αβ1-интегринов с фрагментами коллагена пока отсутствуют. Медицинские книги @medknigi Рис. 2.6. Структура αβ1 -интегринов. Цветными блоками обозначены функциональные домены и участки присоединения регуляторных факторов (Anderson et al., 2014) Активность и функции αβ1-интегринов зависят от типа клеток и физиологических условий. Кроме того, по крайней мере некоторые αβ1интегрины функционируют совместно с окружающими их другими типами рецепторов (Zeltz, Gullberg, 2016). В частности, α1β1 способен ингибировать продукцию в клетке окислительных радикалов (АФК) посредством инактивирования (ингибирования активности) рецептора фактора роста Медицинские книги @medknigi эпидермиса EGF. У многих типов клеток не все αβ1-интегрины функционально активны: в гепатоцитах, например, активен только α1β1, у фибробластов основным рецептором связывания коллагена является α11β1, а у кератиноцитов α1β1 (Zeltz et al., 2014). Создать адекватные модели in vitro пока не удаётся, поскольку контакт интегри-нов с коллагеном всегда сопровождается участием других белков внеклеточного матрикса. Поэтому основные исследования проводятся на моделях животных. Очевидно, что их результаты могут рассматриваться лишь условно применимыми к человеку. К примеру, мыши, у которых инактивировали любой один из этих рецепторов, почти не отличались от нормы, но удаление сразу двух - α1β1 и α2β1 - приводило к воспалениям и нарушениям в иммунной системе (Popova et al., 2007). Рис. 2.7. Взаимодействие коллагена с α2β1 -интегрином (Davidenko et al., 2016) Все αβ1-интегрины функционируют в обоих направлениях: передают сигналы из межклеточного матрикса в клетки и наоборот. Внутриклеточные каскады реакций, инициируемые активированными αβ1-интегринами, изучались при различных патологиях (Barczyk et al., 2010; Bianconi et al., 2016; Boudjadi et al., 2016). Были определены основные участники первичной передачи сигналов с поверхности внутрь клетки и обратно (рис. 2.8). Важно отметить, что конформация коллагена главным образом характеризует состояние межклеточного матрикса. Присоединение коллагена или его фрагментов к внеклеточному домену (N-концу) α-субъединицы интегрина изменяет её трансмембранную структуру, что приводит к разрыву блокировочной связи между цитоплазматическими С-концами а-и β-субъединиц и вызывает их раздвижение. Ни один из двух С-концов интегрина не обладает ферментативной активностью, но после активации приобретает способность присоединять регуляторные белки (Anthis, Медицинские книги @medknigi Рис. 2.8. Первичные внутриклеточные белки, участвующие в передаче сигналов с помощью αβ1 -интегринов (Koivisto et al., 2013). ECM - межклеточный матрикс; FAK, Src и p130Cas - тирозинкиназы; винкулин - лишь пример из множества возможных белков-посредников; красной и голубой «сосисками» обозначены α - и β -субъединицы соответственно Campbell, 2011). Заметим, что для других (не αβ1) членов αβ-семейства интегринов роль коллагена исполняют фибронектин или ламинин. При обратном процессе происходит передача сигналов на поверхность клетки. Это могут быть сигналы об изменении состояния актина - основного Медицинские книги @medknigi внутриклеточного структурного белка или о нарушении внутриклеточного гомеостаза. В этом случае сигнал идёт через β-субъединицу и основным цитоплазматическим белком-посредником служит талин. Он способен разрывать связь между С-концами α- и β-субъединиц, которая служит блокатором сигналов (позже выяснилось, что такой же способностью обладают белки из семейства киндлинов) (Vinogradova et al., 2002). К талину могут присоединяться винкулин, паксиллин, тензин, филамин, актинин и другие белки. При обоих направлениях передачи сигналов активация интегрина связана с дефосфорилированием С-конца его β-субъединицы (Morse et al., 2014). Характерной особенностью DDR-1/2-рецепторов по сравнению с другими белками является необыкновенно длительное (в течение дней) поддержание состояния в фосфорилированной форме (Fu et al., 2013). Как и в случае с αβ1интегринами, присущая зрелому коллагену четвертичная структура не является необходимой для его успешного контакта с DDR-1/2 in vivo, но оба рецептора связываются только с нативными тройными спиралями коллагена (Carafoli, Hohenester, 2013). Более того, Рис. 2.9. Активация DDR-рецепторов: A - в отсутствие контакта с коллагеном молекула DDR представляет собой димер за счёт контакта между мономерами в мембране клетки; Б - после контакта с коллагеном (две бирюзовых сферы) и фосфорилирования цитоплазматического домена (жёлтые сферы) DDR переходит в активное состояние если из молекул нативного коллагена удалить неспиральные «хвосты», то связывание с ними DDR-1/2 происходит даже Медицинские книги @medknigi эффективнее. Контактов DDR-1/2 с отдельными цепями молекулы коллагена или его фрагментами не выявлено. Исследования DDR проводились до сих пор исключительно in vitro или суррогатных моделях ex vivo, поэтому остаётся невыясненным, насколько важна в норме роль этих рецепторов в организме человека (Leitinger, 2014). Мыши, у которых DDR-1 был инактивирован, имели высокое содержание утолщённых фибрилл коллагена, а у мышей без DDR-2 наблюдалось накопление коллагена (Mihai et al., 2006; Zhu et al., 2015). DDR-1/2 в разной мере активны во всех типах тканей и играют важную, но различную роль во многих биологических процессах, начиная с эмбриональных: дифференциации, пролиферации и миграции клеток, поддержание тканевого гомеостаза (Nho, Polunovsky, 2013). Как и в случае с α1β1-интегрином, связывание коллагена с DDR-1 тормозит синтез внутриклеточного проколлагена и усиливает активности основных коллагеназ (ММР-1 и ММР-13) и желатиназ (Flynn et al., 2010). Предполагается, что этим обусловлена стимуляция DDR-1 воспалительных процессов при атеросклерозе, фиброзе лёгких и почек, а также роста опухолей (Guerrot et al., 2011; Borza, Pozzi, 2014; Rammal et al., 2016). Активация DDR-2 также способствует развитию различных патологий (Zhu et al., 2015; Ge et al., 2016). Это может быть связано со способностью активированного коллагеном DDR-2 активировать поверхностную ММР-14 (Majkowska et al., 2017). В отличие от DDR-1, DDR-2 способствует подавлению роста опухолей путём стимуляции активности антиракового белка р21 (Saby et al., 2016). Связано это со структурой коллагена и наблюдается только у здоровых людей, не достигших старости (рис. 2.10). Медицинские книги @medknigi Рис. 2.10. Регуляция DDR-2 активности антиракового белка р21 (Saby et al., 2016) 2.3.3. Матриксные рецепторы коллагена В межклеточном матриксе коллагену приходится контактировать со многими белками, но в нашем контексте мы коротко рассмотрим лишь данные, касающиеся свободных форм DDR. При отклонениях от физиологической нормы и патологиях у DDR-1 наблюдается два независимых друг от друга процесса: отщепление эктодомена от N-конца и отщепление фрагмента от его Сконца, названного CTF (tyrosine phosphorylated C-terminal fragment) (Slack et al., 2006; Juskaite et al., 2017). Эти процессы называют шеддингом (shedding) (Shitomi et al., 2015). Такое отщепление осуществляют поверхностные ММР: ММР-14, ММР-15 и ММР-16, но на него не способны ММР-1 и ММР-13 (Fu et al., 2013). Судьба CTF-фрагмента может быть двояка: транспортировка посредством эндоцитоза внутрь клетки и далее в ядро или «свободное плавание» в межклеточном матриксе до момента встречи с одной из экзопептидаз. В ядре CTF-фрагмент может участвовать в белковых комплексах, регулирующих активность промоторов (Flynn et al., 2010). Отщеплённый эктодомен способен мигрировать через межклеточный матрикс, попадать в кровоток и связываться с коллагеном вдали от клетки. В межклеточном матриксе эктодомен может связываться с коллагеном, частично предотвращая его связывание с полноценными поверхностными DDR-1-рецепторами. Отражается ли это на каких-то важных физиологических процессах, неизвестно. Также неясно, происходит ли in vivo шеддинг у DDR-2 - данные относительно этого несколько противоречивы (Fu et al., 2013; Flynn et al., 2010). В экспериментах с мышами искусственно индуцированные свободные (soluble) формы эктодоменов DDR-1 и DDR-2 частично подавляли фибриллогенез и изменяли морфологию фибрилл (Flynn et al., 2010). 2.3.4. Рецепторы эластина К 2010-м гг. накопилось достаточно данных, свидетельствующих, что роль эластина не ограничивается только структурной компонентой межклеточного матрикса. В глубоком слое дермы эластин составляет лишь около 2% белков кожи, но, как и в других тканях, оказывает собственное важное влияние на передачу сигналов в клетки (Rodgers, Weiss, 2005; Duca et al., 2016; Wells et al., 2015). Связывание с межклеточными белками и клеточными поверхностными рецепторами отмечается у ин-тактного эластина и у его фрагментов, но при повреждениях и патологиях превалируют именно фрагменты, большинство которых образуется под действием трех типов активирующихся эластаз (Ntayi et al., 2004; Devy et al., 2010; Dale et al., 2016; Imokawa, Ishida, 2015; Kawecki et al., 2014). В частности, ММР-12 «надкусывает» тропоэластин в 89 местах, а ММР-7 и ММР-9 - в 58 и 63 сайтах соответственно (Heinz et al., 2010). Поскольку фрагменты эластина обладают биологической активностью в качестве триггеров молекулярных реакций, то по аналогии с цитокинами они получили название эластокинов (elastokines) (Antonicelli et al., 2007; Sproul, Argraves, 2013). Другое название фрагментов эластина - EDP (elastin degraded peptides). Биологическая активность выявлена у следующих пептидов: GVYPG, GFGPG, GVLPG, Медицинские книги @medknigi YGARPGVGVGGIP и PGF-GAVPGA (Heinz et al., 2010; Wells et al., 2015). Но основным эластокином у человека проявил себя пептид Val-Gly-Val-Ala-Pro-Gly (VGVAPG). Он образуется в результате состоящего из нескольких стадий процесса отщепления одного из повторяющихся фрагментов в С-конце молекулы тропоэластина, предшественника эластина (Van Doren et al., 2015). В качестве основного рецептора для VGVAPG выявлен белок EBP (обозначаемый иногда как EBP67), который представляет собой 67 кДа изоформу альтернативного сплайсинга p-галактозидазы (S-Gal) (Blanche-voye et al., 2013; Almine et al., 2013). В норме EBP не активен. Он имеет два функциональных участка: один для связывания с интактным эластином или его фрагментами, а другой (galactolectin) - для связывания сахаров (обычно галактозы). Присоединение сахара к EBP приводит к его отделению от комплекса, что ингибирует функцию эластокина как триггера. Связывание EBP с эластокинами активирует поверхностный домен трансмембранного белка нейроминидазы-1 (NEU-1), которая начинает «работать» как сиалидаза (sialidase) по отношению к прилегающим ганглиозидам (Hinek et al., 2008; Rusciani et al., 2010; Maurice et al., 2016). Это приводит к образованию вторичного мессенджера - лактозилкера-мида (lactosylceramide, или LacCer), который способен активировать несколько внутриклеточных сигнальных путей (Dridi et al., 2013; Luzina et al., 2016; Scandolera et al., 2016). Конечным результатом является стимуляция многих процессов в клетках и их окружении (рис. 2.11). При старении отмечается постепенное нарастание концентрации фрагментов эластина в коже, которые вместе с фрагментами коллагена стимулируют повышенный уровень NEU-1 на поверхности фибробла-стов (Duca et al., 2016; Sasaki et al., 2017). При этом наблюдается снижение концентрации рецептора CD44, что, предположительно, должно приводить к замедлению дифференциации фибробластов в миофи-бробласты и к снижению синтеза нового коллагена. Пептид VGVAPG стимулирует различные процессы в нормальных клетках фибробла-стов, меланогенез, а также пролиферацию дендритных клеток. Появление при некоторых патoлогиях поперечной сшивки в этом пептиде стимулирует проинфламаторные клетки к постоянной активности, что в случае, например, лёгочной ткани приводит к энфиземе. Достаточно продолжительная активация EBP приводит к пролиферации мускульной ткани, утолщению стенок сосудов и увеличению их жёсткости. Кроме EBP, выявлены также несколько «миноритарных» рецепторов для эластина и его фрагментов. К ним относятся интегрины αvβ3 и αvβ5, а также галектин (galectin-3) (Gan, Rünger, 2011; Pocza et al., 2008; Scandolera et al., 2016). С-конец тропоэластина содержит пептид RKRK, который связывается с клеточным рецептором αVβ3, а его центральная часть связывается с рецептором αVβ5 (Broekelmann et al., 2005; Lee et al., 2014). Вероятно, существуют пока не идентифицированные белки, с которыми контактируют эластокины. В некоторых типах опухолей, например, связывание пептида VGVAPG со своими рецепторами тесно коррелирует с активностью поверхностной протеинкиназы Медицинские книги @medknigi С, однако факт прямого взаимодействия между ними пока не выявлен (Blood, Zetter, 1989). Отметим, что мы рассмотрели только рецепторы на поверхности клеток. На данный момент отсутствуют данные о «странствующих» (soluble) рецепторах эластина, их поиск продолжается. Рис. 2.11. Эластин-рецептор комплекс ERC и эффект действия фрагментов эластина (Scandolera et al., 2016). EBP - elastin binding protein; EDP - elastin degraded peptides (эластокины, обычно - VGVAPG); PPCA - protective protein/cathepsin A; NEU-1 = neuraminidase 1 В заключение этого раздела следует сказать, что в косметической дерматологии «знакомство» с регуляторными пептидами - матрикина-ми - произошло относительно недавно. Некоторые кремы и сыворотки в профессиональной косметике содержат эти активные биокомпоненты. Ознакомившись с результатами современных научных исследований в области регуляторных механизмов действия коротких пептидных молекул, заинтересованный читатель сможет оценить уровень знаний в этом сложнейшем вопросе, где еще так много белых пятен. 2.4. ОБЩЕЕ СТРОЕНИЕ МЕЖКЛЕТОЧНОГО МАТРИКСА ДЕРМЫ Схематично общее строение межклеточного матрикса дермы изображено на рис. 2.12. Медицинские книги @medknigi В дерме различают два слоя: сосочковый, или папиллярный, и сетчатый, или ретикулярный (рис. 2.13). Между сосочковым и сетчатым слоями дермы нет четкой границы. Сосочковый слой дермы представлен рыхлой волокнистой соединительной тканью, прилегает к эпидермису. Сосочковый слой состоит из более плотной сети коллагеновых волокон и большого количества сосудов. Основную часть дермы составляет ретикулярный (сетчатый) слой, в котором меньше сосудов, чем в со-сочковом слое. Сетчатый слой сформирован плотной волокнистой соединительной тканью и содержит волокнистые структуры колла-геновые, эластиновые, ретикулярные волокна. Пучки коллагеновых волокон расположены в виде трёхмерной сети. Они придают дерме упругость и обеспечивают прочность кожи. Эластические волокна вкраплены между коллагеновыми, располагаются пучками. Ретикулярные волокна являются предшественниками коллагеновых волокон. Сетчатый слой переходит далее в гиподерму [подкожную жировую клетчатку (ПЖК)] также без резких границ и связывает кожу с глубоко лежащими тканями, в частности с мышцами (рис. 2.14). Рис. 2.12. Схематичное строение межклеточного матрикса дермы Медицинские книги @medknigi Медицинские книги @medknigi Рис. 2.13. Общая схема строения кожи Рис. 2.14. Структура кожи человека (Aldag et al., 2016) 2.5. КЛЕТОЧНЫЙ СОСТАВ ДЕРМЫ Основные клетки дермы - фибробласты, продуцирующие главные компоненты межклеточного матрикса: коллагеновые и эластиновые белки, ГК, сульфатированные гликозаминогликаны (сГАГ). В дерме присутствуют также фиброкласты, тучные клетки, макрофаги (гистиоциты), лимфо-идные клетки, осуществляющие местный иммунный надзор (рис. 2.15). В совокупности они формируют структуру и функционирование дермы. Общий состав соединительной ткани дермы представлен на рис. 2.16. Фибробласты - ведущие (оседлые, резидентные) функциональные клетки, образуются и постоянно пребывают в дерме. В зависимости от степени зрелости, особенностей ультраструктуры и функциональной активности фибробласты классифицируют на малодифференцированные и дифференцированные фибробласты, фиброциты. Дифференциация этого ряда клеток представлена следующей последовательностью: стволовая (полустволовая) клетка юный фибробласт (ничего не синтезирует) дифференцированный фибробласт (основные синтезирующие клетки) Медицинские книги @medknigi фиброцит (не участвует в синтетических процессах). Юные фибробласты дают начало адипоцитам ПЖК, миофибробластам, фиброкластам. Рис. 2.15. Клеточный состав дермы кожи Рис. 2.16. Клеточный состав и структуры межклеточного матрикса дермы. ГАГ гликозаминогликаны Дифференцированные фибробласты (синтезирующие клетки) отвечают за сбалансированные процессы продукции всех компонентов межклеточного матрикса. Они обеспечивают поддержание структурной организации, постоянство химического состава, регуляторные функции других клеток, физиологическую регенерацию и репарацию повреждений, стимулируют развитие микроциркуляторного русла. Они, как правило, связаны с волокнами коллагена фокальными контактами (рис. 2.17). Дифференцированные фибробласты способны изменять свою форму, обладают подвижностью и способностью обратимо прикрепляться к компонентам внеклеточного матрикса. Поскольку основными функциями дифференцированных фибробластов являются продукция, перестройка и частичное разрушение межклеточного Медицинские книги @medknigi вещества, то сбалансированность этих процессов обеспечивает поддержание химического гомеостаза и архитектоники дермы. Рис. 2.17. Схема фибробласта, связанного фокальными контактами с волокнами коллагена Такие связи фибробластов увеличивают площадь цитоплазматиче-ской мембраны и улучшают трофику клетки. Фрагментация коллагена приводит к нарушению целостности кол-лагеновой сети, что сопровождается потерями фокальных контактов между фибробластами и волокнами коллагена (рис. 2.18). Это лишает фибробласты возможности находиться в растянутом состоянии, которое необходимо для их активного функционирования (Grinnell, 2003). При этом фибробласты округляются и наступает диспропорция между поверхностью клетки и её объёмом. Размер поверхности шара возрастает пропорционально квадрату (S=4πR2), а масса и объём пропорционально кубу (V=4πR3/3) линейной единицы радиуса. Но так как субстраты поступают пропорционально поверхности цитоплазма-тической мембраны, то потребность округленной клетки в субстратах оказывается менее удовлетворительной и приводит к хроническому неполному голоданию. Медицинские книги @medknigi Рис. 2.18. Схема округления фибробласта при разрушении коллагеновой сети матрикса Связи фибробласта с коллагеновой сетью межклеточного ма-трикса весьма динамичны, и это приводит к постоянному изменению морфологии (рис. 2.19) и функциональной активности клеток. Синтетическая активность фибробластов, их деление, дифференциация, коммуникации происходят при активном участии колла-геновой сети и других структур межклеточного матрикса, ими же и продуцируемых. Фиброкласты - клетки, специализирующиеся на разрушении компонентов межклеточного матрикса. Разрушение коллагеновых волокон изменяет морфологию связанных с ними фибробластов, делает их более округлыми и менее активными. Медицинские книги @medknigi Рис. 2.19. Различия морфологии фибробластов Макрофаги обеспечивают фагоцитоз инородных частиц, микроорганизмов, апоптозирующих клеток и таким образом поддерживают «чистоту» межклеточного матрикса. Они образуются из моноцитов, циркулирующих в кровеносной системе. Попадая из кровеносного русла в ткани, моноциты «дозревают» и превращаются в макрофаги. Кооперируясь с лимфоцитами, они формируют иммунный ответ, вместе с фибробластами участвуют в восстановлении повреждений. Тучные клетки - тканевые базофилы, располагаются вокруг кровеносных сосудов, синтезируют гепарин, выделяют гистамин, увеличивают проницаемость стенок сосудов, повышают уровень влаги в межклеточной среде. Деятельностью тучных клеток объясняется формирование отёков при воспалении. Наиболее важную роль в организации структур кожи и регуляции межклеточных и межтканевых отношений играют зрелые фибробла-сты дермы. Разнообразие фенотипов и физиологических функций дер-мальных фибробластов описаны в работе (Зорина и др., 2012). Зрелые, дифференцированные фибробласты играют ключевую роль в регуляции физиологических параметров кожи (Sorrel, Caplan, 2004; Sorrell et al., 2004). Они способны синтезировать множество структурных компонентов межклеточного матрикса и белковых факторов регуляции - цитокинов, хемокинов, медиаторов (табл. 2.1). Синтетические возможности и потенциал у зрелых дифференцированных фибробластов чрезвычайно высоки. К примеру, один фибробласт в активном состоянии способен произвести до 3,5 млн макромолекул проколлагена в сутки. Фибробласты не только участвуют в продукции и организации межклеточного матрикса дермы, синтезе ростовых факторов, но и взаимодействуют друг с другом и с клетками других типов, оказывая значительное влияние на функции Медицинские книги @medknigi всех клеток кожи (Kahari et al., 1997; Байрейтер и др., 1995; Шехтер, Берченко, 1978). Таблица 2.1. Компоненты межклеточного матрикса, синтезируемые дермальными фибробластами человека (Zouboulis et. al., 2008) Зрелые дифференцированные фибробласты синтезируют коллагены и ГК основные компоненты матриксных структур (рис. 2.20; см. табл. 2.1). Продуцируя и организуя матриксные структуры коллагена, эластина, гликопротеинов и протеогликанов, активные фибробласты обеспечивают опорно-механическую функцию кожи. Сигнальные молекулы, синтезированные фибробластами, влияют на проницаемость сосудистых стенок и тем самым регулируют трофическую функцию. Дермальные фибробласты активно участвуют в ангиогенезе, продуцируя множество проангиогенных факторов (таких как VEGFs, FGFs, TGF-β1, HGF/SF и ангиопоэтин-1). Они индуцируют дифференциров-ку и миграцию эндотелиальных клеток, чем способствуют образованию и стабилизации сосудов (Sorrel et al., 2003; Sorrel, Caplan, 2009). Фибробласты играют также важную роль в поддержании иммунитета кожи. Установлена ключевая роль дермальных фибробластов в реализации механизмов взаимодействия иммунокомпетентных клеток (Haniffa et al., 2009). В условиях in vitro показаны их иммуносупрессорные и иммуномодулирующие свойства. Фибробласты синтезируют ряд ключевых посредников воспаления, одним из которых является фактор транскрипции RelB ядерного фактора χВ семейства NF-χВ, оказывают активирующее воздействие на тучные клетки (совместное культивирование дермальных фибробластов и мастоцитов сопровождается усилением продукции последними гистамина) (Hogaboam et al., 1998). Медицинские книги @medknigi Медицинские книги @medknigi Рис. 2.20. Схема синтеза активным фибробластом компонентов матриксных структур и превращение его в неактивный фиброцит: 1 - активный фибробласт; 2 - фиброцит. ФЦ - фиброцит; ФБЛ - фибробласт; ЩС - щелевое соединение; КГ - комплекс Гольджи; грЭПС - гранулярная эндоплазматическая сеть С другой стороны, фибробласты подвержены регуляторному влиянию со стороны других клеток дермы. В частности, цитокины, продуцируемые иммунокомпетентными клетками, стимулируют (TGF-β, интерлейкин-1) или ингибируют (γ-интерферон) продукцию коллагена и фибронекти-на, снижают экспрессию протеаз (TGF-β), модулируют пролиферацию фибробластов (тромбоцитарный фактор роста) (Davies et al., 1992). Фибробласты принимают также участие в процессах нейроэндокринной регуляции кожи. Они способны синтезировать биологически активные пептиды - биогенные амины, нейропептиды и нейротрансмиттеры, идентичные таковым в центральной нервной и эндокринной системах, пролактин, идентичный гипоталамическому, и гормон роста. Фибробласты кожи экспрессируют рецепторы андрогенов и эстрогенов, посредством которых осуществляется влияние этих гормонов на кожу человека. Наряду с функциями в здоровой ткани, существенна роль дермальных фибробла-стов и в заживлении ран. Повреждение кожи сопровождается изменениями в структуре матрикса, механическим стрессом и воспалительными процессами в ране. Эти изменения приводят к активации фибробластов. Мигрируя к месту повреждения ткани, они дифференцируются в преми-офибробласты, которые активно продуцируют коллаген, фибронектин и организуют структуры межклеточного матрикса, служащие каркасом для других клеток. В последующем премиофибробласты под влиянием специфических факторов (TGF-β1, EGF, PDGF, FGF2) и механического напряжения дифференцируются в миофибробласты, способствующие сокращению раны, и тем самым восстанавливают форму повреждённой ткани. Миофибробласты посредством апоптоза элиминируются из места повреждения и замещаются фибробластами, которые инициируют образование коллагенового матрикса. Можно заключить, что дермальные фибробласты представляют собой ключевое звено здоровой кожи. Они не только поддерживают гомеостаз межклеточного матрикса дермы, обеспечивают его ремоделирование и обновление, но и играют ведущую роль в поддержании физиологического состояния других слоев кожи. Дермальные фибробласты как in vivo, так и in vitro представляют собой гетерогенную смесь клеток, различающихся по морфологии, молекулярногенетическим характеристикам и потенциям к пролиферации и дифференцировке. Гетерогенность популяций фибробластов дермы определяется двумя главными факторами (Nolte et al., 2008). Первым фактором является место локализации фибробластов в коже. В дерме выделяют три субпопуляции фибробластов, из которых две локализуются в папиллярном и ретикулярном слоях дермы. Каждая из них характеризуется собственными свойствами. Третья субпопуляция фибробластов ассоциирована с волосяными фолликулами. Вторым фактором, определяющим гетерогенность фибробластов, является их положение в фибробластическом диффе-роне (ряде клеток одной Медицинские книги @medknigi гистогенетической детерминации) - от наименее дифференцированной до терминально дифференцированной. По способности к пролиферации выделяют две большие клеточные популяции: митотически активные фибробласты (МФ) и постмитотические фибробласты (ПМФ) (Nolte et al., 2008). МФ, согласно результатам исследования их цитоморфологии, пролиферативного потенциала и способности синтезировать специфические цитокины и факторы роста (TGF-β и KGF), разделяют на 3 типа клеточных популяций: МФ I, МФ II и МФ III (Nolte et al., 2008). При этом клеточный пул МФ I обладает самым высоким пролиферативным потенциалом и проходит около 25- 30 клеточных делений перед дифференцировкой в клеточную популяцию МФ II. Клеточный пул МФ II, в свою очередь, перед дифференцировкой в МФ III совершает около 15-20 клеточных делений. И, наконец, клеточный пул МФ III перед дифференцировкой в ПМФ осуществляет уже лишь 5-8 клеточных делений. Последний клеточный пул, характеризующийся отсутствием пролиферативной активности, по своим биохимическим характеристикам соответствует клеточной системе «дифференцированный фибробласт-фиброцит». В пересчёте на клетку эта система по сравнению с клеточными популяциями МФ продуцирует в 5-8 раз больше общего коллагена и тем самым обеспечивает необходимое для поддержания морфофункциональной организации дермы корректное соотношение коллагенов I, III и IV типов (Zouboulis et al., 2008; Fisher et al., 2008). Установлено, что в коже человека соотношение клеточных популяций «МФ/ функциональные ПМФ» постоянно и составляет 2:1. Это соотношение не зависит от возраста человека (Nolte, Xu, 2008). Приведенные в литературе данные свидетельствуют о том, что дерма человека содержит большое количество разных клеточных популяций стволовых клеток с мультипотентными характеристиками (Toma et al., 2005; Bartsch et al., 2005; Lavoie et al., 2009; Chen et al., 2007; Gago et al., 2009). Мультипотентные стволовые клетки дермы способны генерировать множество клеточных линий и могут быть рассмотрены в качестве локального резерва «взрослых» стволовых клеточных популяций, которые можно использовать в регенеративной медицине (Zhong et al., 2013; Fisher et al., 2002; Хертель, 2000). В соединительной ткани дермы клеточный гомеостаз (количественное соотношение различных типов клеток) в сильной степени зависит от способности фибробластов к синтезу и возобновлению структур межклеточного матрикса. Прямые контакты между клетками дермы затруднены в силу малого их числа. Поэтому форму, метаболизм, пролиферацию, дифференцировку и миграцию клеток во многом определяют фокальные контакты клеток с фибриллами и волокнами коллагена межклеточного матрикса. Отсюда формируется более сложная система межклеточной регуляции, координации, интеграции и функционирования клеток соединительной ткани. В ней особую роль приобретают ау-токринная, паракринная, везикулярная и механохимическая регуляция взаимодействия «клетка-матрикс» и «матриксклетка» (Хабаров и др., 2012), то есть функционирование соединительной ткани зависит не только от гомеостаза клеток, но и от характеристики структур Медицинские книги @medknigi межклеточного матрикса, которые участвуют в определении формы клеток, их трофики, дифференцировки и функциональных особенностей клеток. Отсюда гомеостаз соединительных тканей слагается: 1) из популяционно-клеточного гомеостаза (численности популяций клеток разной степени дифференцировки, пролиферации, апоптоза, выполняемых функций); 2) метаболического гомеостаза клеток; 3) гомеостаза межклеточного матрикса (концентрационных градиентов ионов, субстратов, метаболитов, сигнальных лигандов, степени «загрязнения», скорости обновления и ремоделирования матрикс-ных структур). 2.6. РЕМОДЕЛИРОВАНИЕ МЕЖКЛЕТОЧНОГО МАТРИКСА С ПОЗИЦИИ БИОХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ Кожа человека непрерывно подвергается внешним и внутренним механическим и электромагнитным влияниям. Основную нагрузку этих воздействий берет на себя межклеточный матрикс дермы. Структуры межклеточного матрикса постоянно испытывают растяжения, сокращения, сжатия, и требуется непрерывное ремоделирование - возвращение их к норме. Рассмотрим известные к настоящему времени механохимические процессы ремоделирования матрикса. В межклеточном пространстве макромолекулы протоколлагена объединяются в коллагеновые фибриллы, волокна, пучки в основном за счёт тенденции к самосборке. Белковые макромолекулы обладают свойством самоорганизации, образуя пространственно-организованные области. Организация имеет место на различных уровнях иерархии: от наноскопического к мезоскопическому и далее к макроскопическому уровню. Все это согласуется с принципом сохранения минимальной энергии в данном конкретном состоянии. Известно несколько типов конформационных состояний макромолекул, например конформация спирали, фибриллярная конформация. Системы спирального типа образуют наиболее энергетически устойчивые конформационные структуры. Образование коллагеновых фибрилл происходит вблизи клеточной поверхности, и клетка, по-видимому, может влиять на место и скорость их сборки (Албертс и др., 1987). Пока неясно, чем определяется толщина коллагеновых фибрилл. В пробирке макромолекулы коллагена I и III типов образуют фибриллы толщиной около 50 нм. Однако в тканях макромолекулы коллагена одного и того же типа формируют фибриллы разной толщины - от 10 до 300 нм. Возможно, что толщину волокон регулируют нагрузки, биополимеры межклеточного матрикса, например, ГК, другие гликозаминогликаны, которые секретируются вместе с коллагенами. Следующий невыясненный вопрос - чем определяется общая организация коллагеновых фибрилл. Предполагается, что сборка межклеточного матрикса зависит от ориентации цитоскелета клеток, секретирующих макромолекулы, участвующие в организации матриксных структур высшего порядка. Геометрию и свойства фибрилл окружающего матрикса определяют, по-видимому, клетки, которые вместе с коллагеном выделяют разного рода и различные количества неколлагеновых белков. То есть Медицинские книги @medknigi ориентированные клетки могут формировать ориентированный матрикс, инициируя на своей поверхности сборку фибрилл (Албертс и др., 1987). Возможность создания из макромолекул упорядоченных надмолекулярных структур играет важнейшую роль в конструировании высших уровней межклеточной организации. В межклеточном матриксе высокоупорядоченные структуры могут формировать цепи гликозами-ногликанов, в частности ГК (Lindhal, Hook,1978; Хабаров и др., 2012). Такие цепи могут самопроизвольно объединяться в высокоупорядоченные спиральные и лентовидные структуры (Хабаров, Бойков, 2016) и с этой стороны влиять на ремоделирование межклеточного матрикса (Vigetti et al., 2014). Кожа содержит примерно половину всей ГК человека (около 7 г из 15 г) (Stern et al., 1998; Lepperdinger et al., 2004). Из сГАГ в межклеточный матрикс дермы входят хондроитинсульфат, дерматансульфат и гепарин (Северин и др., 2008). Эти линейные цепи сГАГ входят в состав протеогликанов. ГК и другие гликозаминогликаны составляют так называемое «основное вещество» межклеточного матрикса дермы. ГК заполняет ячейки коллагеновой и эластиновой сети, связывает большое количество воды, ионов, создает объёмные структуры и обеспечивает тургор (упругость, растяжение) ткани (Хабаров и др., 2012). Некоторые аспекты биохимической физики гиалуронана приведены в книге (Хабаров, Бойков, 2016). Рассмотрим принцип «единства и борьбы противоположностей» двух основных структур межклеточного матрикса дермы - коллагеновой сети и гиалуронана с позиции биохимической физики. Противоположность физиологических функций между «основным веществом» и коллагеновой сетью проявляется в механических напряжениях. Гиалуронан заполняет ячейки коллагено-вой сети межклеточного пространства, связывает большое количество воды, ионов, создает объёмные структуры и обеспечивает тургор (упругость, растяжение) ткани. Волокна коллагена препятствуют растяжению. Равнодействующая (баланс) между разнонаправленными силами (рис. 2.21) коллагена и гиалуронана обеспечивает здоровый вид кожи. Равнодействие между этими двумя механическими напряжениями «модулирует», уравновешивает эластиновая сеть, вплетенная в структуру коллагеновых волокон матрикса. Однако волокна эластина, вероятно, играют не столь очевидную роль в этих взаимодействиях по двум причинам. Во-первых, глобулы эластина (диаметром около 3 нм), из которых собраны эластиновые волокна, на 70% состоят из глицина, пролина, аланина и валина. Из-за малого содержания кислых и основных аминокислот молекула мономерного эластина практически неполярна. В водной среде цепи эластина принимают глобулярную структуру, в которой гидрофобные аминокислоты спрятаны внутри макромолекулы. Формирование нерастворимых эластиновых волокон связано с образованием ковалентных сшивок между мономерами эластина с помощью десмозинов (см. гл. 1). При растяжении нитей эластина сначала разрушаются гидрофобные взаимодействия, но после снятия нагрузки самопроизвольно восстанавливается исходное состояние, что объясняется структурным расположением мономеров. Такая механохимия эластиновых волокон осуществляется в основном за счёт слабых гидрофобных взаимодействий и делает минимальным влияние эластина на отношения между гиалуронаном и Медицинские книги @medknigi коллагеном при небольших уровнях нагрузки. Ковалентные связи при запредельных нагрузках делают эластиновую сеть более прочной. Во-вторых, эластин преимущественно синтезируется только фибробластами эмбриона. Во взрослом организме эластиновые волокна подвергаются непрерывной деградации. В отличие от эластина, в коллагеновой последовательности Гли-ХY радикалы аминокислот в позициях Х-Y находятся на поверхности тройной спирали. Порядок распределения гидрофобных и заряженных радикалов по длине макромолекулы обеспечивает самосборку молекулярных коллагеновых структур с упорядоченным расположением макромолекул. Образование коллагеновых фибрилл - это в основном процесс самосборки, но структуры, получающиеся в результате самосборки, закрепляются путем образования межмолекулярных ковалентных сшивок. С этой целью фермент лизилоксидаза в межклеточном матриксе отщепляет ε-аминогруппу остатков лизина и гидроксилизина с образованием альдегидной группы. В результате образуется аллизин. Далее остаток аллизина одной молекулы коллагена реагирует с аминогруппой остатка лизина другой молекулы коллагена с образованием ковалентной сшивки. Другие типы коллагенов, не образующие фибриллярных структур, но связанные с этими структурами, могут оказывать влияние на толщину и ориентацию коллагеновых фибрилл. Рис. 2.21. Разнонаправленные силы, создаваемые коллагеном и гиалуронаном в дерме кожи: 1 - коллаген; 2 - гиалуронан Коллагены содержат в своем составе значительные количества положительно заряженных полярных групп аминокислот лизина, аргинина и гистидина (до 3,8, 7,9, 2,05% соответственно). Следовательно, они могут взаимодействовать с отрицательно заряженными полисахаридными цепями гиалуронана и формировать множество различных пространственно-ориентированных Медицинские книги @medknigi структур. По гипотезе В.Л. Воейкова, отрицательно заряженные поверхности биополимеров создают запас «структурной энергии», способной совершать работу, направленную на организацию структуры окружающей среды (Воейков, 2009). Среди биополимеров максимальной плотностью отрицательных зарядов и максимальной площадью поверхности обладает ДНК. По гипотезе автора (Воейков, 2009), гидратированная ДНК должна обладать максимальной плотностью структурной энергии и способностью совершать работу по структурной организации среды. Подобные выводы с полным основанием можно экстраполировать и на ГК межклеточного матрикса, которая обладает, с одной стороны, высокой плотностью отрицательных зарядов, а с другой формирует большую площадь поверхности. Ориентация структур межклеточного матрикса может влиять на ориентацию заключенных в нём клеток. Кроме того, известно большое количество белков, способных связываться с гиалуронаном в межклеточном матриксе (Хабаров, Бойков; 2016). Они получили общее название «гиаладгерины». Гиаладгерины межклеточного матрикса, как и гистоны в ядре, содержат повышенное количество щелочных аминокислот - лизина и аргинина. Аминогруппы их радикалов заряжены положительно и способны образовывать связи с отрицательно заряженными цепями гиалуронана. К гиаладгеринам относятся специфичные к ГК рецепторы на цитоплазматической мембране клетки и множество других белков, включая коллагены (Lindhal, Hook, 1978; Хабаров, Бойков, 2016). По аналогии с компартментом клеточного ядра, где сходные взаимодействия ДНК с лизин- и аргинин-составляющими гистонов, определяют структуру хроматина и упорядочивают выдачу генетической информации. Так и в компартменте межклеточного матрикса дермы лизин- и аргинин-составляющие гиаладгеринов при взаимодействии с гиалуронаном определяют структуру матрикса и его сигнальную трансдукцию (перемещение) в ядро клетки. И в ядре, и в матриксе сходные химические модификации гистонов и гиаладгеринов модулируют константы связывания гистонов с ДНК и гиаладгеринов с гиалуронаном. Они координируют сопряженные процессы сигнальной трансдукции и необходимой генетической информации для формирования адаптивных реакций на действующие в данный момент стресс-факторы. Основанием для такого сравнения служат следующие факты. Межклеточный матрикс представляет собой внешнее информационное поле для окружающих клеток. Взаимосвязи разрозненных в матриксе клеток осуществляются через сигнальные цитокины аутокринной и паракринной систем регуляции (Хабаров и др., 2014). Сигналы из межклеточного пространства контролируют дифференцировку, полярность, миграцию, выживаемость клеток и экспрессию специфических генов. Сигнальными лигандами, в частности, являются ГК и ее олигосахаридные фрагменты (Stern et al., 2006), а также низкомолекулярные фрагменты коллагеновых и эластиновых белков (см. раздел 2.3). Например, некоторые олигосахариды гиалуронана, образованные при расщеплении полисахаридной макромолекулы в межклеточном матриксе, по гиалуроновой сигнальной системе активируют гены некоторых белков теплового шока (Xy et al., 2002). Белки теплового шока относятся к группе индуцибельных шаперонов, Медицинские книги @medknigi которые активно синтезируются под действием стресс-факторов (например, ионизирующего или УФ-излучения, повышенной температуры и т.п.). Функция шаперонов - восстановление структур клеточных белков, нарушенных под влиянием стресс-факторов. Шапероны участвуют в контроле синтеза и восстановления структур коллагеновых белков. Гиалуроновая сигнальная система считается платформой, интегрирующей функционирование сигнальных систем клетки (Orian-Rousseau, Sleeman, 2014; Хабаров, Бойков, 2016). Преполагается, что комплекс гиалуронана с рецептором CD44 (рис. 2.22) играет роль основного посредника, распределителя, хаба (англ. hub - центр чего-либо) при взаимодействии сигнальных систем клетки (Orian-Rousseau, 2015; Williams et al., 2013). CD44 модулирует сигнальную трансдукцию путём посттрансляционных химических модификаций, изменяющих сродство рецептора к ГК и влияние на рецепторы тирозинкиназ (рис. 2.23). Рецептор CD44 представляет собой сложно структурированную макромолекулу гликопротеина длиной в 363 аминокислоты (вариант CD44s), имеющую цитоплазматический С-конец и внеклеточный N-конец (см. рис. 2.22). Первые 19 из 72 аминокислот цитоплазмати-ческой части CD44 непосредственно взаимодействуют с линкерными белками внутриклеточного матрикса (цитоскелета) - эзрином (E), ра-диксином (R) и моэзином (M) (Turkey et al., 2002). Через эти белки гиалу-роновая сигнальная система функционально связывает межклеточный и внутриклеточный матриксы. Другие механизмы сопряжения адаптивых процессов, вызываемых механическими и электромагнитными стресс-факторами, заключены в пьезоэлектрических свойствах гиалуронана. Способность преобразовывать силы давления в электрические потенциалы, а также электрические потенциалы в механические напряжения придает ГК функции механо-электрического трансдуктора (Barrett, 1975; 1976). Действующее на кожу разнообразие внешних сил, давления механических волн и электромагнитных излучений воспринимает ГК, затем интегрирует эти воздействия, трансформирует в механические напряжения и передает их на коллагеновые фибриллы межклеточного матрикса дермы. С помощью белок-белковых взаимодействий информация через коллаген может передаваться из межклеточного матрикса в клетку и влиять на протекающие в ней процессы, а также в обратном направлении - из клетки в межклеточный матрикс. Становится все более очевидным, что механорегуляция является важным фактором контроля клеточных функций и ремоделирования соединительных тканей (Tomasek et al., 2002). Медицинские книги @medknigi Рис. 2.22. Схематическое изображение молекулы CD44 на поверхности клетки и ее функциональных доменов (Nagano, Sayo, 2004). Е - эзрин; R - радиксин; М моэзин Рис. 2.23. Пути передачи сигналов внутрь клетки посредством гиалуроновой кислоты и рецептора CD44 (Soils et al, 2012) Медицинские книги @medknigi Пьезоэлектрические свойства гиалуронана задействованы также в биохимической физике ремоделирования ядерного хроматина при активации транскрипции коллагеновых генов и репликации ДНК при размножении фибробластов дермы. Эти процессы сопровождаются раскручиванием двойной спирали ДНК, при которой неизбежны ионные взаимодействия и возникновение торсионных напряжений (напряжения Питцера). Очевидно, что гиалуронан, локализованный в ядре, принимает участие в конденсации и деконденсации хроматина интерфазного ядра и формировании хромосом в клеточном цикле. В стимулированных к пролиферации клетках гиалуронан накапливается по всему ядру, а на стадии профазы и анафазы клеточного цикла гиалуронан заполняет все области между хромосомами. Более подробно биохимическая физика ядерного хроматина с участием ГК, а также взаимное влияние метаболических путей синтеза гиалуронана и структурных перестроек хроматина через ключевые метаболиты для химической модификации гистонов в ядерном компартменте и гиалатгеринов в межклеточном матриксе описаны в книге (Хабаров, Бойков, 2016). Внешнее информационное поле межклеточного матрикса может формировать запрос фибробластам дермы о необходимых адаптивных реакциях не только через химические и биохимические лиганды, рецепторы и сигнальные системы клетки, но и путём механохимических взаимодействий между матриксными структурами и клетками. Последовательность таких взаимных влияний может быть представлена следующей схемой. Механические напряжения в коллагеновых волокнах межклеточного матрикса через фокальные контакты фибробластов передаются во внутриклеточный матрикс (цитоскелет) клетки и далее в ядерный матрикс. При этом инициируются реорганизация цитоплазматической мембраны, топография клеточных органелл (циклоз), изменения активности метаболических процессов в цитозоле, которые далее вызывают активацию в ядре коллагеновых генов, связывание их с ядерным матриксом (для транскрипции активированных генов необходима связь с ядерным ма-триксом) и выдачу новой генетической информации. Так запускается прямая и обратная последовательность реакций с целью адаптации к действующим стресс-факторам. По этой схеме функции фибробластов могут активироваться путём механической стимуляции (Varani et al., 2006). Механохимические механизмы такой активации и ремоделирования связаны с изменениями длины коллагеновых волокон и через фокальные контакты увеличением/уменьшением площади мембран фибробластов. Механические напряжения коллагеновой сети модулируют трофику фибробластов, структуру их внутриклеточного матрикса и другие функции клеток. Через механохимические механизмы коллагеновых волокон модулируется и везикулярная регуляция связанных с ними фибробластов. Она заключается в том, что некоторые секретируемые клеткой белки, гормоны, цитокины упаковываются в транспортные пузырьки (везикулы), переносятся к плазматической мембране, сливаются с ней и открываются, высвобождая содержимое в межклеточное пространство. Недавно было показано, что связанные с плазматической мембраной гиалуронансинтетазы в процессе синтеза полисахарида индуцируют Медицинские книги @medknigi образование на поверхности клеток необычайно длинных отростков (филлоподий, псевдоподий), покрытых ГК (Arasu et al., 2015). Кроме того, активность HAS вызывает шеддинг экстраклеточных везикул, происходящих из этих филлоподий (Rilla et al., 2013). [Вариант шеддинга - высвобождение мембранных везикул (экзосом)]. Такие везикулы имеют разные размеры, секретируются в экстраклеточное пространство различными типами клеток при активации HAS, содержат гиалуронан, HAS-белки, мРНК, внутриклеточные белки и компоненты плазматической мембраны. Везикулы с помощью рецептора CD44 могут связываться и поглощаться другими клеткамимишенями, переносить содержимое везикул в клетки. Авторы полагают, что шеддинг и поглощение (фагоцитоз по Мечникову) гиалуронаниндуцированных везикул являются универсальными процессами, регулирущими пролиферацию и другие функции клеток. Таким образом, биохимикофизические превращения ГК и коллагенов межклеточного матрикса дермы обеспечивают не только регуляцию формы клеток, их функциональную активность, ремоделирование структур матрикса, но и функциональные связи между основными компонентами данной системы. Периодические механические напряжения коллагеновой сети создаются и кровеносной системой. Дерма кожи служит своеобразным депо крови в силу хорошо развитой кровеносной системы. Диаметр кровеносных сосудов постоянно изменяется в результате ритмической работы сердца, частотного принципа иннервации гладких сосудистых мышц, изменений давления крови. Расширение/сужение сосудов оказывает давление на структуры ГК и коллагеновой сети. Межклеточный матрикс дермы кожи является также рецепторным полем с распределенной густой сетью соматосенсорных рецепторов и нервных волокон. Кожные рецепторы, локализованные в дерме, реагируют на прикосновение, давление, воспринимают изменения длины коллагеновых фибрилл и напряжения в мышцах. Многие механорецепторы, отвечающие за тактильную и болевую чувствительность, покрыты сумками из соединительной ткани. Соединительнотканной сумкой окружены тельца Мейсснера, колбы Краузе, тельца Пачини. Подобно ГК межклеточного матрикса, эти рецепторы являются по сути механоэлектрическими трансдукторами. Механическая деформация соединительнотканной коллагеновой мембраны механорецептора приводит к генерации электрохимического (рецепторного) потенциала в чувствительном нервном окончании, который далее передается и анализируется в нервной системе. О высокой чувствительности механорецепторов говорит тот факт, что механический прогиб соединительнотканной оболочки тельца Пачини в 0,5 мкм и длительностью в 0,1 мс приводит к возникновению электрического импульса и возбуждению аксона (Дудел и др., 1983). Гиалуронан межклеточного матрикса дермы может действовать как механоэлектрический трансдуктор на коллагеновую оболочку механорецепторов. Возможно, с этим связана метеозависимость человека от высоких колебаний атмосферного давления (атмосферное давление колеблется с периодами от 20 до 180 мин [Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. Медицинские книги @medknigi 1988. Т. 24, № 2. С. 152]) и сильных электромагнитных излучений. Экспериментально установлена зависимость вязкости водных растворов ГК от скорости сдвига, напряжения и температуры (Швайчак, 2004). Все эти внешние и внутренние системы создают фон механических и электромагнитных колебаний, которые воспринимает прежде всего гиалуронан, аранжирует их на коллагеновую сеть и связанные с ней клетки. В заключение этого раздела отметим значение связи мимических мышц с волокнами коллагена ПЖК, которые являются продолжением коллагеновой сети дермы (см. гл. 6). Через эти связи мимические мышцы создают основной внутренний фон механических напряжений коллагеновой сети в дерме. Наибольшее механическое давление на кожу лица оказывает система мимических мышц. В мышечной ткани 20% белков составляет коллаген. Он локализуется в прослойках (фасциях) соединительной ткани, окружающей мышечные волокна. Группа мышц, как правило, окружается оболочками из волокнистой соединительной ткани, называемыми фасциями (fascia - повязка, бинт). По структурным и функциональным особенностям различают поверхностные, глубокие фасции и фасции органов. Поверхностные (подкожные) фасции лежат под кожей и представляют уплотнение подкожной клетчатки, окружают всю мускулатуру данной области, связаны морфологически и функционально с подкожной клетчаткой и кожей. Мимические мышцы представляют собой тонкие мышечные пучки, которые одним концом прикрепляются к костям черепа, а другим вплетаются в кожу. Поэтому их сокращение вызывает смещение некоторых участков кожи и определяет мимику лица. При расслаблении мимических мышц кожа в силу своей упругости возвращается к исходному состоянию. Увядание кожи приводит к снижению ее упругих свойств и образованию морщин. Мимические мышцы лицевого дерматома, переплетающиеся своими отдельными волокнами, тесно связаны друг с другом. При сокращении они вовлекают в совместную работу гораздо большее количество отдельных мышц, чем скелетные мышцы. Другой особенностью мимических мышц является их расположение в окружности естественных отверстий: рта, глазниц, носовых и ушных отверстий. Часть мимических мышц является расширителями, другая - приводит к сжатию этих отверстий. Незначительная сила мимических мышц и их тесная связь с кожей препятствуют уплотнению покрывающей их клетчатки и превращению ее в фасцию. Эти мышцы лежат непосредственно под кожей в слое гиподермы. Мимические мышцы связаны через недоразвитые фасции с волокнами коллагена ПЖК, которые являются продолжением коллагеновой сети дермы. Через эти связи мимические мышцы создают основной внутренний фон механических напряжений коллагеновой сети в дерме. Таким образом, функциональная активность фибробластов, связанных с коллагеновыми фибриллами, контролируется сигналами механических напряжений коллагеновых волокон, ГК через гиалуроновую сигнальную систему и как механоэлектрический трансдуктор. Медицинские книги @medknigi Подводя итог вышеизложенным фактам и гипотезам, отметим, что в соединительной ткани дермы взаимные влияния «клетка-матрикс» и «матриксклетка», направленные на организацию структур и функциональной активности клеток, в значительной степени определяются процессами, рассмотрение которых с позиции биохимической физики кажется наиболее перспективным. К подобным процессам относятся: механорегуляторные связи межклеточного, внутриклеточного и ядерного матриксов клетки; механоэлектрическая трансдукция механических напряжений и электромагнитных излучений с участием гиа-луронана и фибрилл коллагена межклеточного вещества. ЛИТЕРАТУРА Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. М. : Мир, 1987. Т. 3. Алейникова Т.В., Авдеева Л.В., Андрианова Д.Е. и др. Биохимия. М. : ГЭОТАРМЕД, 2003. Афанасьев Ю.И., Баланчук В.К., Ванников Л.Л. и др. Основы гистологии и гистологической техники. М. : Медицина, 1967. Байрейтер К., Франц П., Родеман Х. Фибробласты при нормальной и патологической терминальной дифференцировке, старении, апоптозе и трансформации // Онтогенез. 1995. Т. 236, № 1. С. 22-37. Дудел Дж. Физиология человека. М. : Мир, 1985. Т. 1, 2. Зорина А.И., Зорин В.Л., Черкасов В.Р. Дермальные фибробласты: разнообразие фенотипов и физиологических функций, роль в старении кожи // Эстетическая медицина. 2012. Т. XI, № 1. С. 212-218. Коломоец Т.А., Мартынюк А.В., Шаповалова Е.Ю. Формирование коллагеновых волокон четырех типов в дерме кожи эмбрионов человека первого триместра беременности // Мир медицины и биологии. 2013. Т. 9, № 2. С. 44-46. Мусил Я., Новаеова О., Кунц К. Современная биохимия в схемах. М. : Мир, 1981. Северин Е.С., Глухов А.И., Голенченко В.А. и др. Биохимия. М. : ГЭОТАРМедиа, 2008. Серов В.В., Шехтер А.Б. Соединительная ткань. Функциональная морфология и общая патология. M. : Медицина, 1981. Слуцкий Л.И. Новое о структурных компонентах соединительной ткани и базальных мембран // Успехи соврем. биол. 1984. Т. 97, № 1. С. 116-129. Смирнова И. Функциональная морфология старения // Успехи геронтол. 2004. № 13. С. 44-51. Фаллер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки. М. : БИНОМ, 2016. Хабаров В.Н., Бойков П.Я. Биохимия гиалуроновой кислоты. М. : Тисо Принт, 2016. Хабаров В.Н., Бойков П.Я., Селянин М.А. Гиалуроновая кислота. М. : Практическая медицина, 2012. Медицинские книги @medknigi Хабаров В.Н., Бойков П.Я.. Колосов В.А., Иванов П.Л. Гиалуронан в артрологии. М. : Эдвантидж сольюшинз, 2014. Хертель Б. Молекулярные и клеточные механизмы естественного старения и фотостарения (стрессорные факторы, защитный механизм) // Косметика и медицина. 2000. № 4. С. 5-17. Шафранов В.В., Борхунова Е.Н., Таганова А.В., Короткий Н.Г. Келоидные рубцы у детей. М. : Династия, 2006. Швайчак Э. Зависимость вязкости водного раствора гиалуроновой кислоты от внешних полей // Рос. журн. биомеханики. 2004. Т. 8, № 1. С. 98-104. Abdul Roda M., Fernstrand A.M., Redegeld F.A., Blalock J.E. et al. The matrikine PGP as a potential biomarker in COPD // Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2015. Vol. 308, N 11. P. L1095-L1101. Agren M.S., Schnabel R., Christensen L.H., Mirastschijski U. Tumor necrosis factora-accelerated degradation of type I collagen in human skin is associated with elevated matrix metalloproteinase (MMP)-1 and MMP-3 ex vivo // Eur. J. Cell Biol. 2015. Vol. 94, N 1. P. 12-21. Aldag C., Nogueira Teixeira D., Leventhal P.S. Skin rejuvenation using cosmetic products containing growth factors, cytokines, and matrikines: a review of the literature // Clin. Cosmet. Investig. Dermatol. 2016. Vol. 9. P. 411-419. Almine J.F., Wise S.G., Hiob M., Singh N.K. et al. Elastin sequences trigger transient proinflammatory responses by human dermal fibroblasts // FASEB J. 2013. Vol. 27, N 9. P. 3455-3465. Anderson L.R., Owens T.W., Naylor M.J. Structural and mechanical functions of integrins // Biophys. Rev. 2014. Vol. 6, N 2. P. 203-213. Anthis N.J., Campbell I.D. The tail of integrin activation // Trends Biochem. Sci. 2011. Vol. 36, N 4. P. 191-198. Antonicelli F., Bellon G., Debelle L., Hornebeck W. Elastin-elastases and inflammaging // Curr. Top. Dev. Biol. 2007. Vol. 79. P. 99-155. Arasu U.Th., Deen A.J., Koistinen A., Kama R. et al. Extracellular vesicles as carriers of hyaluronan and their role as novel biomarkers // Book of Abstracts 10th International Conference on Hyaluronan. Florence, Italy, June 7-11, 2015. Argyropoulos A.J., Robichaud P., Balimunkwe R.M., Fisher G.J. et al. Alterations of dermal connective tissue collagen in diabetes: molecular basis of aged-appearing skin // PLoS One. 2016. Vol. 11, N 4. Article ID e0153806. Bai X., Li Y.Y., Zhang H.Y., Wang F. et al. Role of matrix metalloproteinase-9 in transforming growth factor-P1-induced epithelial-mesenchymal transition in esophageal squamous cell carcinoma // Onco Targets Ther. 2017. Vol. 10. P. 28372847. Barczyk M., Carracedo S., Gullberg D. Integrins // Cell Tissue Res. 2010. Vol. 339, N 1. P. 269-280. Медицинские книги @medknigi Barrett T.W. Hyaluronic acid salt - a mechanoelectrical transducer // Biochem. Biophys. Acta. 1975. Vol. 385, N 1. P. 157-61. Barrett T.W. Mechanoelectrical transduction in hyaluronic acid salt solution is an entropy-driven process // Physiol. Chem. Phys. 1976. Vol. 8, N 2. P. 125-130. Bartsch G., Yoo J.J., De Coppi P. et al. Propagation, expansion, and multilineage differentiation of human somatic stem cells from dermal progenitors // Stem Cells Dev. 2005. Vol. 14. P. 337-348. Becker P.B., Horz W. ATP-dependent nucleosome remodeling // Annu. Rev. Biochem. 2002. Vol. 71. P. 247-273. Becker P.B., Workman J.L. Nucleosome remodeling and epigenetics // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2013. Vol. 5, N 9. P. 342-347. Bhowmick M., Tokmina-Roszyk D., Onwuha-Ekpete L., Harmon K. et al. Second generation triple-helical peptide inhibitors of matrix metalloproteinases // J. Med. Chem. 2017. Vol. 60. P. 3814-3827. Bianconi D., Unseld M., Prager G.W. Integrins in the spotlight of cancer // Int. J. Mol. Sci. 2016. Vol. 17, N 12. P. 214-218. Blanchevoye C., Floquet N., Scandolera A., Baud S. et al. Interaction between the elastin peptide VGVAPG and human elastin binding protein // J. Biol. Chem. 2013. Vol. 288, N 2. P. 1317-1328. Bonnema D.D. Effects of age on plasma matrix metalloproteinases (MMPs) and tissue inhibitor of metalloproteinases (TIMPs) // J. Card. Fail. 2007. Vol. 13. P. 530-540. Borza C.M., Pozzi A. Discoidin domain receptors in disease // Matrix Biol. 2014. Vol. 34. P. 185-192. Boudjadi S., Carrier J.C., Groulx J.F., Beaulieu J.F. Integrin a1p1 expression is controlled by c-MYC in colorectal cancer cells // Oncogene. 2016. Vol. 35, N 13. P. 1671-1678. Broekelmann T.J., Kozel B.A., Ishibashi H., Werneck C.C. et al. Tropoelastin interacts with cell-surface glycosaminoglycans via its COOH-terminal domain // J. Biol. Chem. 2005. Vol. 280, N 49. P. 40 939-40 947. Carafoli F., Hohenester E. Collagen recognition and transmembrane signalling by discoi-din domain receptors // Biochem. Biophys. Acta. 2013. Vol. 1834, N 10. P. 2187-2194. Cerofolini L., Amar S., Lauer J.L., Martelli T. et al. Bilayer membrane modulation of membrane type 1 matrix metalloproteinase (MT1-MMP) structure and proteolytic activity // Sci. Rep. 2016. Vol. 6. PMID: ID 29511. Craig V.J., Zhang L., Hagood J.S., Owen C.A. Matrix metalloproteinases as therapeutic targets for idiopathic pulmonary fibrosis // Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2015. Медицинские книги @medknigi Vol. 53, N 5. P. 585-600. Dale M.A., Xiong W., Carson J.S., Suh M.K. et al. Elastin-derived peptides promote abdominal aortic aneurysm formation by modulating M1/M2 macrophage polarization // J. Immunol. 2016. Vol. 196, N 11. P. 4536-4543. Davidenko N., Schuster C.F., Bax D.V., Farndale R.W. et al. Evaluation of cell binding to collagen and gelatin: a study of the effect of 2D and 3D architecture and surface chemistry // J. Mater. Sci. Mater. Med. 2016. Vol. 27, N 10. P. 148. Dayer C., Stamenkovic I. Recruitment of matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) to the fibroblast cell surface by lysyl hydroxylase 3 (LH3) triggers transforming growth factor-P (TGF-в) activation and fibroblast differentiation // J. Biol. Chem. 2015. Vol. 290, N 22. P. 13 763-13 778. Devy J., Duca L., Cantarelli B., Joseph-Pietras D. et al. Elastin-derived peptides enhance melanoma growth in vivo by upregulating the activation of Mcol-A (MMP-1) collagenase // Br. J. Cancer. 2010. Vol. 103, N 10. P. 1562-1570. Dittmore A., Silver J., Sarkar S.K., Marmer B. et al. Internal strain drives spontaneous periodic buckling in collagen and regulates remodeling // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2016. Vol. 113, N 30. P. 8436-8441. Dridi L., Seyrantepe V., Fougerat A., Pan X. et al. Positive regulation of insulin signaling by neuraminidase 1 // Diabetes. 2013. Vol. 62, N 7. P. 2338-2346. Duca L., Blaise S., Romier B., Laffargue M. et al. Matrix ageing and vascular impacts: focus on elastin fragmentation // Cardiovasc. Res. 2016. Vol. 110, N 3. P. 298-308. Fields G.B. Interstitial collagen catabolism // J. Biol. Chem. 2013. Vol. 288, N 13. P. 8785-8793. Fields G.B. Biophysical studies of matrix metalloproteinase/triple-helix complexes // Adv. Protein Chem. Struct. Biol. 2014. Vol. 97. P. 37-48. Fisher G., Kang S., Varani J. et al. Mechanism of photoaging and chronological skin aging // Arch. Dermatol. 2002. Vol. 138. P. 1462-1467. Fisher G.J., Quan T., Purohit T., Shao Y. et al. Collagen fragmentation promotes oxidative stress and elevates matrix metalloproteinase-1 in fibroblasts in aged human skin // Am. J. Pathol. 2009. Vol. 174, N 1. P. 101-114. Flynn L.A., Blissett A.R., Calomeni E.P., Agarwal G. Inhibition of collagen fibrillogenesis by cells expressing soluble extracellular domains of DDR1 and DDR2 // J. Mol. Biol. 2010. Vol. 395, N 3. P. 533-543. Fu H.L., Sohail A., Valiathan R.R., Wasinski B.D. et al. Shedding of discoidin domain receptor 1 by membrane-type matrix metalloproteinases // J. Biol. Chem. 2013. Медицинские книги @medknigi Vol. 288, N 17. P. 12 114-12 129. Gaggar A., Weathington N. Bioactive extracellular matrix fragments in lung health and disease // J. Clin. Invest. 2016. Vol. 126, N 9. P. 3176-3184. Gan S.D., Rünger T.M. Dermal fibroblasts internalize elastin to lysosomes via the elastinbinding protein of the elastin-laminin receptor // J. Dermatol. Sci. 2011. Vol. 61, N 1. P. 60-62. Ge C., Wang Z., Zhao G., Li B. et al. Discoidin receptor 2 controls bone formation and marrow adipogenesis // J. Bone Miner. Res. 2016. Vol. 31, N 12. P. 2193-2203. Grinnell F. Fibroblast biology in three-demensional collagen matrices // Trends Cell Biol. 2003. Vol. 13, N 5. P. 264-269. Guerrot D., Kerroch M., Placier S., Vandermeersch S. et al. Discoidin domain receptor 1 is a major mediator of inflammation and fibrosis in obstructive nephropathy // Am. J. Pathol. 2011. Vol. 179, N 1. P. 83-91. Haniffa M., Collin M., Buckley C. et al. Mesenchymal stem cells: the fibroblasts new clothes? // Haemotologica. 2009. Vol. 94, N 2. P. 258-263. Heinz A., Jung M.C., Duca L., Sippl W. et al. Degradation of tropoelastin by matrix metalloproteinases - cleavage site specificities and release of matrikines // FEBS J. 2010. Vol. 277, N 8. P. 1939-1956. Hinek A., Bodnaruk T.D., Bunda S., Wang Y. et al. Neuraminidase-1, a subunit of the cell surface elastin receptor, desialylates and functionally inactivates adjacent receptors interacting with the mitogenic growth factors PDGF-BB and IGF-2 // Am. J. Pathol. 2008. Vol. 173, N 4. P. 1042-1056. Hogaboam C.M., Steinhauser M.L., Chensue S.W., Kunkel S.L. Novel roles for chemokines and fibroblasts in interstitial fibrosis // Kidney Int. 1998. Vol. 54, N 6. P. 2152-2159. Hong J., Chu M., Qian L., Wang J. et al. Fibrillar type I collagen enhances the differentiation and proliferation of myofibroblasts by lowering α 2β1 integrin expression in cardiac fibrosis // Biomed. Res. Int. 2017. Article ID 1790808. Horton E.R., Humphries J.D., James J., Jones M.C. et al. The integrin adhesome network at a glance // J. Cell Sci. 2016. Vol. 129, N 22. P. 4159-4163. Imokawa G., Ishida K. Biological mechanisms underlying the ultraviolet radiationinduced formation of skin wrinkling and sagging I: reduced skin elasticity, highly associated with enhanced dermal elastase activity, triggers wrinkling and sagging // Int. J. Mol. Sci. 2015. Vol. 16, N 4. P. 7753-7775. Iwamoto D.V., Calderwood D.A. Regulation of integrin-mediated adhesions // Curr. Opin. Cell Biol. 2015. Vol. 36. P. 41-47. Jahoda C., Reynolds A. Dermal-epidermal interactions. Adult follicle-derived cell populations and hair growth // Dermatol. Clin. 1996. Vol. 14. P. 573-583. Jokinen J., Dadu E., Nykvist P., Käpylä J. et al. Integrin-mediated cell adhesion to type I collagen fibrils // J. Biol. Chem. 2004. Vol. 279, N 30. P. 31 956-31 963. Медицинские книги @medknigi Juskaite V., Corcoran D.S., Leitinger B. Collagen induces activation of DDR1 through lateral dimer association and phosphorylation between dimers // Elife. 2017 Jun 7. Vol. 6. pii: e25716. Kadler K.E. Fell Muir Lecture: collagen fibril formation in vitro and in vivo // Int. J. Exp. Pathol. 2017. Vol. 98, N 1. P. 4-16. Kahari V.M., Saarialho-Kere U. Matrix metalloproteinases in skin // Exp. Dermatol. 1997. Vol. 6. P. 199-213. Kaisers W., Boukamp P., Stark H.J., Schwender H. et al. Age, gender and UV-exposition related effects on gene expression in in vivo aged short term cultivated human dermal fibroblasts // PLoS One. 2017. Vol. 12, N 5. Article ID e0175657. Kawecki C., Hezard N., Bocquet O., Poitevin G. et al. Elastin-derived peptides are new regulators of thrombosis // Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2014. Vol. 34, N 12. P. 2570-2578. Kielty C.M., Whittaker S.P., Grant M.E., Shuttleworth C.A. Type IV collagen microfibrils: evidence for structural association with hyaluronan // J. Cell Biol. 1992. Vol. 118, N 4. P. 979-990. Knight C.G., Morton L.F., Peachey A.R., Tuckwell D.S. et al. The collagen-binding A-domains of integrins alpha(1)beta(1) and alpha(2)beta(1) recognize the same specific amino acid sequence, GFOGER, in native (triple-helical) collagens // J. Biol. Chem. 2000. Vol. 275, N 1. P. 35-40. Kohl E., Steinbauer J., Landthaler M., Szeimies R.M. Skin ageing // J. Eur. Acad. Dermatol. Venereol. 2011. Vol. 25, N 8. P. 873-884. Koivisto L., Heino J., Häkkinen L., Larjava H. Integrins in wound healing // Adv. Wound Care (New Rochelle). 2014. Vol. 3, N 12. P. 762-783. Korn J.H. Modulation of lymphocyte mitogen responses by cocultured fibroblast // Cell. Immunol. 1981. Vol. 63, N 2. P. 374-384. Lee P., Bax D.V., Bilek M.M., Weiss A.S. A novel cell adhesion region in tropoelastin mediates attachment to integrin αVβ5 // J. Biol. Chem. 2014. Vol. 289, N 3. P. 1467-1477. Leitinger B. Discoidin domain receptor functions in physiological and pathological conditions // Int. Rev. Cell Mol. Biol. 2014. Vol. 310. P. 39-87. Lepperdinger G., Fehrer C., Ritinger S. Chemistry and Biology of Hyaluronan / eds H. Garg, C.A. Hales. Oxford, 2004. Li Y., Lei D., Swindell W.R., Xia W. et al. Age-associated increase in skin fibroblastderived prostaglandin E2 contributes to reduced collagen levels in elderly human skin // J. Invest. Dermatol. 2015. Vol. 135, N 9. P. 2181-2188. Медицинские книги @medknigi Lindhal U., Hook M. Glycosaminoglycans and their binding to biological macromolecules // Annu. Rev. Bochem. 1978. Vol. 47. P. 385-417. Luzina I.G., Lockatell V., Hyun S.W., Kopach P. et al. Elevated expression of NEU1 si-alidase in idiopathic pulmonary fibrosis provokes pulmonary collagen deposition, lymphocytosis, and fibrosis // Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2016. Vol. 310, N 10. P. L940-L954. Majkowska I., Shitomi Y., Ito N., Gray N.S. et al. Discoidin domain receptor 2 mediates collagen-induced activation of membrane-type 1 matrix metalloproteinase in human fibroblasts // J. Biol. Chem. 2017. Vol. 292, N 16. P. 6633-6643. Malik R., Lelkes P.I., Cukierman E. Biomechanical and biochemical remodeling of stromal extracellular matrix in cancer // Trends Biotechnol. 2015. Vol. 33, N 4. P. 230-236. Maurice P., Baud S., Bocharova O.V., Bocharov E.V. et al. New insights into molecular organization of human neuraminidase-1: transmembrane topology and dimeriza-tion ability // Sci. Rep. 2016. Vol. 6. Article ID 38363. Mihai C., Iscru D.F., Druhan L.J., Elton T.S. et al. Discoidin domain receptor 2 inhibits fibrillogenesis of collagen type 1 // J. Mol. Biol. 2006. Vol. 361, N 5. P. 864-876. Mine S., Fortunel N., Pageon H. et al. Aging alters functionally human dermal papillary fibroblasts but not reticular fibroblasts: a new view of skin morphogenesis and aging // PloS One. 2008. Vol. 3, N 12. P. 1-13. Morse E.M., Brahme N.N., Calderwood D.A. Integrin cytoplasmic tail interactions // Biochemistry. 2014. Vol. 53, N 5. P. 810-820. Murphy G. Riding the metalloproteinase roller coaster // J. Biol. Chem. 2017. Vol. 292, N 19. P. 7708-7718. Nho R.S., Polunovsky V. Translational control of the fibroblast-extracellular matrix association: an application to pulmonary fibrosis // Translation (Austin). 2013. Vol. 1, N 1. Article ID e23934. Nolte S.V., Xu W., Rennekampff H.-O., Rodemann P. Diversity of fibroblasts. A review on implications for skin tissue engineering // Cells Tissues Organs. 2008. Vol. 187. P. 165-176. Ntayi C., Labrousse A.L., Debret R., Birembaut P. et al. Elastin-derived peptides upregulate matrix metalloproteinase-2-mediated melanoma cell invasion through elastin-binding protein // J. Invest. Dermatol. 2004. Vol. 122, N 2. P. 256-265. Orian-Rousseau V. CD44 acts as a signaling platform controlling tumor progression and metastasis // Front. Immunol. 2015. Vol. 6. P. 154. Orian-Rousseau V., Sleeman J. CD44 is a multidomain signaling platform that integrates extracellular matrix cues with growth factor and cytokine signals // Adv. Cancer Res. 2014. Vol. 123. P. 231-254. Медицинские книги @medknigi Pan L., Zhao Y., Yuan Z., Qin G. Research advances on structure and biological functions of integrins // SpringerPlus. 2016. Vol. 5, N 1. P. 1094. Phillip J.M., Aifuwa I., Walston J., Wirtz D. The mechanobiology of aging // Annu. Rev. Biomed. Eng. 2015. Vol. 17. P. 113-141. Pocza P., Süli-Vargha H., Darvas Z., Falus A. Locally generated VGVAPG and VAPG elastin-derived peptides amplify melanoma invasion via the galectin-3 receptor // Int. J. Cancer. 2008. Vol. 122, N 9. P. 1972-1980. Popova S.N., Lundgren-Akerlund E., Wiig H., Gullberg D. Physiology and pathology of collagen receptors // Acta Physiol. (Oxf.). 2007. Vol. 190, N 3. P. 179-187. Qin Z., Voorhees J.J., Fisher G.J., Quan T. Age-associated reduction of cellular spreading/mechanical force up-regulates matrix metalloproteinase-1 expression and collagen fibril fragmentation via c-Jun/AP-1 in human dermal fibroblasts // Aging Cell. 2014. Vol. 13, N 6. P. 1028-1037. Rammal H., Saby C., Magnien K., Van-Gulick L., Garnotel R. et al. Discoidin domain receptors: potential actors and targets in cancer // Front. Pharmacol. 2016. Vol. 7. P. 55. Rilla K. et al. Hyaluronan production enhances shedding of plasma membrane derived microvesicles // Exp. Cell Res. 2013. Vol. 319, N 13. P. 143-147. Rodgers U.R., Weiss A.S. Cellular interactions with elastin // Pathol. Biol. (Paris). 2005. Vol. 53, N 7. P. 390-398. Rusciani A., Duca L., Sartelet H., Chatron-Colliet A. et al. Elastin peptides signaling relies on neuraminidase-1-dependent lactosylceramide generation // PLoS One. 2010. Vol. 5, N 11. Article ID e14010. Saby C., Buache E., Brassart-Pasco S., El Btaouri H. et al. Type I collagen aging impairs discoidin domain receptor 2-mediated tumor cell growth suppression // Oncotarget. 2016. Vol. 7, N 18. P. 24 908-24 927. Sasaki N., Itakura Y., Toyoda M. Sialylation regulates myofibroblast differentiation of human skin fibroblasts // Stem. Cell Res. Ther. 2017. Vol. 8, N 1. P. 81. Scandolera A., Odoul L., Salesse S., Guillot A. et al. The elastin receptor complex: a unique matricellular receptor with high anti-tumoral potential // Front. Pharmacol. 2016. Vol. 7. P. 32. Shitomi Y., Thogersen I.B., Ito N., Leitinger B. et al. ADAM10 controls collagen signaling and cell migration on collagen by shedding the ectodomain of discoidin domain receptor 1 (DDR1) // Mol. Biol. Cell. 2015. Vol. 26, N 4. P. 659-673. Slack B.E., Siniaia M.S., Blusztajn J.K. Collagen type I selectively activates ectodomain shedding of the discoidin domain receptor 1: involvement of Src tyrosine kinase // J. Cell. Biochem. 2006. Vol. 98, N 3. P. 672-684. Медицинские книги @medknigi Solis M.A., Chen Y.H., Wong T.Y., Bittencourt V.Z. et al. Hyaluronan regulates cell behavior: a potential niche matrix for stem cells // Biochem. Res. Int. 2012. Article ID 346972. Sorrel J.M., Caplan A.I. Fibroblast heterogeneity: more than skin deep // J. Cell Sci. 2004. Vol. 117. P. 667-675. Sorrel1 J., Baber M., Caplan A. Clonal characterization of fibroblasts in the superficial layer of the adult human dermis // Cell Tissue Res. 2003. Vol. 327. P. 499510. Sorrell J., Baber M., Caplan A. Site-matched papillary and reticular human dermal fibroblasts differ in their release of specific growth factors/cytokines and in their interaction with keratinocytes // J. Cell. Physiol. 2004. Vol. 200. P. 134-145. Sorrell M., Caplan A.I. Fibroblasts - a diverse population at the center of it all // Int. Rev. Cell Mol. Biol. 2009. Vol. 276. P. 161-214. Sproul E.P., Argraves W.S. A cytokine axis regulates elastin formation and degradation // Matrix Biol. 2013. Vol. 32, N 2. P. 86-94. Stamenkovic I. Extracellular matrix remodelling: the role of matrix metalloproteinases // J. Pathol. 2003. Vol. 200, N 4. P. 448-464. Stern R., Asari A.A., Sugahara K. Hyaluronan fragments: an information rich system // Eur. J. Cell Biol. 2006. Vol. 85. P. 699-715. Stern R., Frost G.J., Shuster S. et al. Hyaluronic acid and skin // Cosm. Toil. 1998. Vol. 13, N 3. P. 43-48. Strutz F., Okada H., Lo C. et al. Identification and characterization of a fibroblast marker: FSP1 // J. Cell Biol. 1995. Vol. 130. P. 393-405. Toma J., McKenzie I., Bagli D. et al. Isolation and characterization of multipotent skin-derived precursors from human skin // Stem Cells. 2005. Vol. 23. P. 727-737. Tomasek J., Gabbiani G., Hinz B. et al. Myofibroblasts and mechanoregulation of connective tissue remodelling // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2002. Vol. 3. P. 349-363. Van Doren S.R. Matrix metalloproteinase interactions with collagen and elastin // Matrix Biol. 2015. Vol. 44-46. P. 224-231. Varani J., Dame M., Rittie L. et al. Decreased collagen production in chronologically aged skin. Roles of age dependent alteration in fibroblast function and defective mechanical stimulation // Am. J. Pathol. 2006. Vol. 168, N 6. P. 1861-1868. Varani J., Spearman D., Perone P., Fligiel S.E. et al. Inhibition of type I procollagen synthesis by damaged collagen in photoaged skin and by collagenase-degraded collagen in vitro // Am. J. Pathol. 2001. Vol. 158, N 3. P. 931-942. Vigetti D., Viola M., Karousou E., Deleonibus S. et al. Epigenetics in extracellular matrix remodeling and hyaluronan metabolism // FEBS J. 2014. Vol. 281, N 22. P. 4980-4992. Медицинские книги @medknigi Vinogradova O., Velyvis A., Velyviene A., Hu B. et al. A structural mechanism of integrin alpha(IIb)beta(3) «inside-out» activation as regulated by its cytoplasmic face // Cell. 2002. Vol. 110, N 5. P. 587-597. Wells J.M., Gaggar A., Blalock J.E. MMP generated matrikines // Matrix Biol. 2015. Vol. 44-46. P. 122-129. Williams K., Motiani K., Giridhar P.V., Kasper S. CD44 integrates signaling in normal stem cell, cancer stem cell and (pre)metastatic niches // Exp. Biol. Med. (Maywood). 2013. Vol. 238, N 3. P. 324-338. Woltersdorf C., Bonk M., Leitinger B., Huhtala M. et al. The binding capacity ofa1p1-, α2β1-and α10β1-integrins depends on non-collagenous surface macromolecules rather than the collagens in cartilage fibrils // Matrix Biol. 2017 Feb 10. pii: S0945-053X(16)30314-6. Xia W., Hammerberg C., Li Y., He T. et al. Expression of catalytically active matrix me-talloproteinase-1 in dermal fibroblasts induces collagen fragmentation and functional alterations that resemble aged human skin // Aging Cell. 2013. Vol. 12, N 4. P. 661-671. Young H., Steele T., Bray R. et al. Human reserve pluripotent mesenchymal stem cells are present in the connective tissues of skeletal muscle and dermis derived from fetal, adult, and geriatric donors // Anat. Rec. 2001. Vol. 264. P. 51-62. Zeltz C., Gullberg D. The integrin-collagen connection - a glue for tissue repair? // J. Cell Sci. 2016. Vol. 129, N 4. P. 653-664. Zeltz C., Lu N., Gullberg D. Integrin α11β1: a major collagen receptor on fibroblastic cells // Adv. Exp. Med. Biol. 2014. Vol. 819. P. 73-83. Zhong J., Hua N., Xiong X. et al. A novel promising therapy for skin aging: Dermal multipotent stem cells against photoaged skin by activation of TGF-b/Smad and p38 MAPK signaling pathway. URL: www.elsevier.com/locate/mehy. Zhu C.C., Tang B., Su J., Zhao H. et al. Abnormal accumulation of collagen type I due to the loss of discoidin domain receptor 2 (Ddr2) promotes testicular interstitial dysfunction // PLoS One. 2015. Vol. 10, N 7. Article ID e0131947. Zigrino P., Brinckmann J., Niehoff A., Lu Y. et al. Fibroblast-derived MMP-14 regulates collagen homeostasis in adult skin // J. Invest. Dermatol. 2016. Vol. 136, N 8. P. 1575-1583. Zitnay J.L., Li Y., Qin Z., San B.H.. Molecular level detection and localization of mechanical damage in collagen enabled by collagen hybridizing peptides // Nat. Commun. 2017. Vol. 8. Article ID 14913. Медицинские книги @medknigi Глава 3. Обновление матриксных структур дермы. Биохимический аспект координации синтеза и распада коллагена Время жизни отдельной биомолекулы в организме отследить невозможно. Поэтому для характеристики жизнеспособности используют параметр, называемый периодом полураспада (Т1/2) - время, за которое происходит ферментативное расщепление 50% всего пула макромолекул. При испытываемом клеткой физико-химическом стрессе или вследствие патологических процессов равновесие между синтезом и распадом нарушается. Очень важно отметить, что координация процессов синтеза и распада различных биополимерных соединений имеет свои особенности. Она осуществляется регуляторными системами, которые согласовывают скорости ферментативного синтеза и распада, необходимые для физиологического функционирования и обновления ткани. Такой баланс и оценивается периодом полураспада (Т1/2). Существует множество факторов, которые смещают равновесие между этими процессами, вызывая различные патологические состояния. Многие проблемы, с которыми сталкивается косметическая дерматология, тесно связаны с возможностями влияния на обмен молекул матриксных структур дермы через клеточные популяции, их функциональную активность и через активность матриксных ферментов, ответственных за сборку и обновление межклеточного матрикса. 3.1. ОБНОВЛЕНИЕ МАТРИКСНЫХ СТРУКТУР Межклеточный матрикс дермы состоит из большого количества компонентов, которые обусловливают жёсткость, подвижность и упругость кожи. В их состав входят три основных класса белковых молекул: фибриллярные белки двух функциональных типов - семейства коллагена и эластина; адгезивные белки семейства фибронектина; протео-гликаны, гликопротеины. Белковые молекулы и ГК синтезируются и формируются постоянными клетками матрикса фибробластами. На молекулярный состав матрикса оказывают влияние и транзиторные клетки (лимфоциты, нейтрофилы, моноциты, макрофаги и др.), которые мигрируют в дерму из крови в ответ на специфические стимулы. Межклеточный матрикс представляет собой внешнюю экологическую нишу, в которую клетки «делегируют» ферменты, а также их ингибиторы и активаторы, способные замедлять или ускорять сборку или распад межклеточных структур. Кроме того, он представляет собой резервуар сигнальных молекул, которые через рецепторы «сообщают» клеткам о состоянии матрикса и необходимых адаптивных синтезах в ответ на изменения в межклеточной нише. Так формируются чрезвычайно важные согласованные отношения клетка-матрикс и матрикс-клетка. Сигналы из межклеточного вещества контролируют дифференцировку, полярность, миграцию, выживаемость клеток, которые Медицинские книги @medknigi выражаются в активации/замедлении синтезов фибробластами молекул для обновления матрикса. Динамический баланс между синтезом и распадом матриксных структур дермы играет решающую роль в сохранении здоровой кожи. Ремоделирование дермы осуществляется не только в результате активного физиологического функционирования, но и в процессе синтеза/распада (обновления, турновера). Процессы деградации структур межклеточного матрикса являются важной составной частью физиологического ремоделирования ткани. Коллагеновые белки постоянно повреждаются свободными радикалами, реакциями неферментативного гликирования (присоединения остатков глюкозы к аминокислотным остаткам белков), карбамили-рования, билирубинирования, протеолиза (см. гл. 4). Эти изменения структур приводят к нарушению взаимодействия и ориентации макромолекул. В зонах повреждений активируются металлопротеиназы (коллагеназы), которые разрушают неправильно структурированные или ориентированные макромолекулы. Фибробласты реагируют на изменения окружения увеличением или уменьшением синтеза и секреции макромолекул для ремоделирования матрикса. Наиболее быстрому синтезу и распаду подвергается ГК, период полураспада которой в дерме оценивается одними сутками (Evanko et al., 2007; Хабаров, Бойков, 2016). Из белковых компонентов межклеточного вещества наиболее долгоживущим является эластин. По ряду свойств эластин сходен с коллагеном (см. гл. 1). Подобно коллагену, эластин богат глицином и аланином. Основная субъединица фибрилл эластина - тропоэластин - имеет молекулярную массу приблизительно 72 000 Да и содержит примерно 800 аминокислот. Тропоэластин отличается от тропоколлагена тем, что содержит много остатков лизина и мало остатков пролина. Молекула тропоэластина состоит из богатых остатками глицина спиральных участков, разделенных более короткими участками, содержащими остатки лизина и аланина. Спиральные участки растягиваются при натяжении и возвращаются к исходной длине при снятии нагрузки. Области, содержащие остатки лизина, принимают участие в формировании поперечных ковалентных связей. Четыре R-группы лизина сближаются друг с другом и ферментативным путем превращаются в десмозин или в сходный по структуре изодесмо-зин. Эти аминокислоты обнаружены только в эластине. Центральная циклическая структура десмозина образуется путём взаимодействия R-групп четырёх остатков лизина, что приводит к возникновению поперечных связей между молекулами эластина (см. рис. 1.7, гл. 1). Таким путём полипептидные цепи тропоэластина объединяются в сети, способные обратимо растягиваться во всех направлениях (рис. 3.1). Медицинские книги @medknigi Рис. 3.1. Ковалентные связи молекул в эластиновой сети (Алейникова и др., 2003) Эластин активно синтезируется фибробластами только в эмбриональный период развития. В зрелом возрасте эластиновая сеть лишь медленно деградирует. Период полураспада эластина составляет около 75 лет (Северин и др., 2008). Коллаген также относится к медленно обменивающимся белкам с периодом полураспада (Т1/2) в недели или месяцы, а по некоторым данным - до 15 лет (Verzijl et al., 2000). Такие большие временные различия в жизни разных биополимеров межклеточного вещества дермы усложняют координацию ремоделиро-вания матрикса. Поскольку все основные макромолекулы матриксных структур синтезируются фибробластами, а их активность в значительной степени определяется фокальными контактами с коллагеновыми волокнами (см. рис. 2.10, гл. 2), рассмотрение процессов координации синтеза и распада коллагеновой сети необходимо через призму взаимодействия клеточных структур с межклеточным веществом. 3.2. РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА КОЛЛАГЕНА Характерная особенность дермы и других соединительных тканей состоит в том, что биосинтез основных макромолекул для межклеточного матрикса происходит внутри клеток обособленно (Turlier et al., 2013). Только после выхода макромолекул в межклеточное пространство между ними возникают взаимодействия, в результате которых образуются высокоорганизованные матриксные структуры. Это переносит координацию, сопряжение, интеграцию синтезов, функционирование и достижение гомеостаза ткани на уровень взаимодействия «клетка-ма-трикс» и «матрикс-клетка». Очевидно, что динамический баланс между синтезом и распадом коллагеновой сети дермы является ключевым звеном поддержания здоровой ткани в целом, а нарушения Медицинские книги @medknigi динамического баланса между синтезом и распадом коллагена приводят к инициированию патологий. В статьях, посвященных эстетической медицине, достаточно часто можно встретить термин «неоколлагенез». Он относится к индукции, протеканию и последствиям активации синтеза коллагена в результате различных косметологических процедур. В научной литературе обычно используются термины «ремоделирование», «турновер» (означающие скорости протекания процессов синтеза/распада коллагена) или параметры «период полужизни», «период полураспада» биополимеров. Чтобы придерживаться устоявшейся, привычной для врачей-дерматологов терминологии, введём определение «неофибриллогенез», а «неоколлагенез» в настоящем изложении будет означать внутриклеточную регуляцию синтеза проколлагена, его экзоцитоз во внеклеточное пространство. Дальнейшие реакции, от удаления концевых полипептидов от проколлагена и образования молекул тропоколлагена до формирования волокон коллагена, будем называть неофибриллогенезом. Таким образом, термин «неоколлагенез» относится к внутриклеточному синтезу коллагена, а «неофибриллогенез» означает сборку новых коллагено-вых структур в межклеточном матриксе. Такое разграничение понятий (терминов) позволяет объяснить имеющиеся в научной литературе противоречия. Так, о времени жизни коллагена в ряде работ приводятся разноречивые данные. По одним источникам, период полураспада (Т1/2) коллагена составляет недели или несколько месяцев (Алейникова и др., 2003). В других приводятся данные о полном обновлении коллагена за 300 дней (Северин и др., 2008). В третьих период полураспада коллагена оценивается в 15 лет (Verzijl et al., 2000). Такие противоречия в результатах оценки времени полураспада коллагена связаны с тем, что скорость синтеза проколлагена в фибробластах значительно выше, чем скорости сборки/распада зрелых коллагеновых фибрилл в межклеточном компартменте (Canty, Kadler, 2005). Если предположить, что про-коллаген в процессе синтеза не распадается, то половина коллагена в дерме кожи будет синтезирована примерно за 28 дней (El-Harake et al., 1998; Kruglikov, 2013). В реальной ситуации значительная часть вновь синтезирующегося коллагена (проколлагена) распадается и не используется для восстановления матриксных структур кожи. Процессы турновера проколлагена очень чувствительны и модулируются разными физическими и химическими факторами. Напротив, зрелый коллаген в межклеточном матриксе менее чувствителен к стрессфакторам и имеет период полураспада около 15 лет (Verzinjl et al., 2000). Следовательно, полная замена коллагена в коже может происходить в течение 30 лет (Carruthers et al., 2014). Такое длительное время функционирования коллагена относительно периода жизни самого организма обусловлено устойчивостью его структур к протеолитическому расщеплению и различным стресс-факторам, например к значительным перепадам температуры. Некоторое его количество будет неизбежно подвергаться расщеплению металлопротеиназами при нормальных физиологических условиях. Это Медицинские книги @medknigi количество восполняется из пула постоянно синтезируемого проколлагена. В экспериментальных исследованиях обнаруживают значительные различия между индивидуумами в соотношении фракций проколлагена и зрелого коллагена в дерме. Именно функциональное состояние разветвлённой сети из фибрилл зрелого коллагена, которая формирует каркас внеклеточного матрикса, а не неоколлагенез, как принято считать, определяет внешний вид кожи. В силу протеолитической устойчивости этой сети и очень продолжительного времени турновера её естественное медленное ремоделирование возможно только через продукцию тропоколлагена и замену старых фибрилл на новые. Снижающаяся с возрастом активность фибробластов дермы может быть результатом снижения эффективности ремоделирования зрелого коллагена. Несмотря на то что турновер проколлагена и зрелого коллагена может существенно отличаться в разных дерматомах и условиях, из экспериментальных данных выводится примерный порядок величин. В зрелый коллаген включается только около 0,5 мг/г массы кожи вновь синтезированного проколлагена (Wirtschaftler, Bentley, 1962). А общее содержание коллагена составляет около 120 мг/г ткани (Waterlow, Stephen, 1966; Kruglikov, 2013). Сложность изучения процессов неоколлагенеза и неофибриллогенеза вызвана множественной последовательностью этапов синтеза, созревания, расщепления и обновления коллагеновых фибрилл. Чтобы понять эти процессы, рассмотрим клеточные и межклеточные регуляторные механизмы на стадиях синтеза коллагена в фибробластах, созревания и сборки фибрилл в межклеточном матриксе, повреждений, протеолиза и замены повреждённых коллагеновых волокон. Активность турновера коллагена связана с возрастом. Коллаген называют белком молодости (рис. 3.2). Известно, что содержание коллагена в дерме постепенно уменьшается с возрастом и дополнительно в результате фотоповреждений, повторяющихся нарушений процессов ремоделирования и химических модификаций. В молодом организме обмен коллагена в коже оценивается примерно в 6 кг/год. В среднем возрасте восстановление коллагена снижается до 3 кг/год. После 25- 30 лет распад коллагена постоянно возрастает и начинает преобладать над синтезом. В результате с возрастом содержание коллагена в дерме постепенно уменьшается. Дисбаланс между синтезом и обменом зрелого коллагена состоит в том, что эти множественные стадии разнесены в пространстве и времени - синтез (неоколлагенез) происходит в клетках, а созревание, сборка (неофибриллогенез) и замена коллагеновых волокон - в межклеточном матриксе. В молодости обмен коллагена протекает интенсивно, но с возрастом, особенно к старости, более заметно снижается неофибриллогенез. Увеличивается количество поперечных сшивок в коллагеновых волок- Медицинские книги @medknigi Рис. 3.2. Схема хронологического «старения» коллагеновой сети межклеточного матрикса дермынах, а также увеличивается количество пучков (см. рис. 2.2), что затрудняет доступность коллагена для расщепления коллагеназой. О скорости этих процессов можно судить из следующих данных. Если у молодых людей в возрасте 10-20 лет содержание гидроксипролина в моче может достигать 200 мг в сутки, то с возрастом экскреция гидроксипролина снижается до 15-20 мг/сут (Алейникова и др., 2003). (Гидроксипро-лин встречается только в коллагене и является маркерной аминокислотой, по которой судят о скорости распада коллагена.) О «возрасте» коллагена можно судить также по количеству поперечных ковалентных связей в коллагеновых волокнах. Чем «моложе» коллаген, тем меньше поперечных связей в коллагеновых фибриллах, тем быстрее он разрушается, и наоборот. «Возраст» коллагена можно определять также по его растворимости в солевых растворах. На электрофореграмме солевого экстракта (0,14 М раствора NaCl) фрагмента грануляционной ткани (молодая ткань, образующаяся на месте повреждения) обнаруживаются две фракции с молекулярной массой, равной молекулярной массе одной цепи и димеру а-цепей коллагена. Выход этих фракций повышается, если коллагены экстрагировать 0,45 М раствором NaCl. «Молодой» коллаген, содержащий мало поперечных ковалентных связей, хорошо растворяется в солевых растворах, а «старение» - это процесс образования поперечных ковалентных связей, увеличения прочности фибрилл с одновременным снижением эластичности и уменьшения растворимости в солевых растворах. Поэтому обновление кожи главным образом связано с возможностями влияния на обмен макромолекул Медицинские книги @medknigi коллагеновой фибриллярной сети. Рассмотрим эти процессы регуляции внутриклеточных этапов синтеза коллагеновых белков дермы. 3.2.1. Регуляция внутриклеточных этапов синтеза и процессинга коллагена (неоколлагенез) Синтез коллагена в дифференцированных фибробластах дермы регулируется разными способами. Прежде всего, сам коллаген и N-пропептиды после отщепления от С- и N-конца проколлагена концевых пептидов тормозят трансляцию коллагена по принципу отрицательной обратной связи (Алейникова и др., 2003). Аскорбиновая кислота (витамин С) активирует синтез и модификации коллагена. Она является коферментом гидроксилаз, а Fe+2, кетоглутарат и О2 - кофакторами. Железосодержащие (Fe+2) ферменты пролилгидроксилаза и ли-зилгидроксилаза осуществляют гидроксилирование остатков пролина и лизина с образованием гидроксипролина и гидроксилизина (рис. 3.3). Для поддержания восстановленной формы Fe+2 необходимо в качестве восстановителя постоянное присутствие аскорбиновой кислоты. Остатки гидроксипролина участвуют в образовании водородных связей, стабилизирующих трёхспиральную структуру коллагена. Лизин и гидроксилизин необходимы для образования ковалентных связей при сборе коллагеновых фибрилл. Эти химические модификации коллагена начинаются в период трансляции полипептидной цепи коллагена на полирибосомах шероховатого ЭПР (см. рис. 1.2, 1.3) и продолжаются до отделения её от рибосом. Следующая посттрансляционная модификация - гликозилирование гидроксилизина - происходит с образованием галактозилглюкозы. Гликозилирование гидроксилизина обеспечивается трансгликозидазами, субстратами которых являются УДФ-глюкоза и УДФ-галактоза (рис. 3.4). Рис. 3.3. Гидроксилирование радикалов пролина и лизина в молекулах препроколлагена Медицинские книги @medknigi Рис. 3.4. Гликозилирование остатков гидроксилизина Гликозилирование остатков гидроксилизина происходит одновременно с формированием трёхспиральной структуры и прекращается по завершении спирализации. Остатки глюкозы и галактозы к ОН-группам радикала гидроксилизина присоединяются в N-концевых участках, а в С-концевых участках присоединяются остатки маннозы (Северин и др., 2008). Реакции гликозилирования происходят в цистернах гладкого (агранулярного) цитоплазматического ретикулума (см. рис. 1.2, 1.3; гл. 1). Химические модификации коллагеновых полипептидов необходимы для правильного созревания коллагена. Этапы созревания - формирование различных структур коллагена из первичных полипептидных цепей - начинаются в цистернах шероховатого эндоплазматического ретикулума (ШЭР) и завершаются в межклеточном матриксе. Правильную ориентацию цепей относительно друг друга обеспечивают N- и С-концевые фрагменты проацепей, имеющие глобулярную структуру и содержащие остатки цистеина. Образование внутрицепочечных дисульфидных мостиков остатками цистеина в N-концевом участке молекулы препятствует спирализации фрагмента из 100 аминокислотных остатков. Межцепочечные дисульфидные связи в С-концевом фрагменте из 250 аминокислотных остатков обеспечивают правильную ориентацию про-а-цепей и в то же время мешают спирализации этого участка. Они также предотвращают образование коллагеновых фибрилл в клетках. Важную роль в фолдинге (структурной организации, складывании) молекул коллагена играют шапероны. Эти белки обеспечивают необходимое формирование вторичной, третичной и последующих структур коллагена. После гидроксилирования и гликозилирования три цепи проколлагена соединяются водородными связями и образуют тройную спираль проколлагена. Далее они транспортируются в аппарат Гольджи, включаются в секреторные пузырьки и по механизму экзоцитоза секретируются в межклеточное пространство. 3.2.2. Регуляция межклеточных этапов созревания и сборки коллагеновых фибрилл (неофибриллогенез) Первой модификацией межклеточного этапа является протеолити-ческое отщепление N- и С-концевых неспирализованных фрагментов. Гидролиз пептидных связей сразу в 3 цепях катализируют специфические пептидазы. В результате из проколлагена образуются молекулы тропоколлагена, которые являются основными структурными единицами коллагеновых фибрилл. Тропоколлаген представляет собой палочкообразную макромолекулу, в которой три спирально навитые друг на друга полипептидные цепи из примерно 1000 Медицинские книги @medknigi аминокислотных остатков имеют равную длину в 300 нм. Объединению тропоколлагена в микрофибиллы предшествует ещё одна модификация остатков лизина в составе трёхспиральной молекулы - реакции дезаминирования лизина и гидроксилизина. Эти реакции катализируются Cu2+-содержащим ферментом лизилоксидазой. В результате образуются аллизин (альдегид лизина) и гидроксиаллизин (альдегид гидроксилизина), обладающие высокой реакционной способностью (рис. 3.5). Фибриллогенез - образование коллагеновых фибрилл - самопроизвольный процесс. Молекулы тропоколлагена располагаются параллельными рядами (рис. 3.6) Рис. 3.5. Дезаминирование лизина Рис. 3.6. Укладка молекул тропоколлагена в коллагеновых фибриллах Самосборка коллагеновых фибрилл - яркий пример подтверждения концепции матричного воспроизведения макромолекулярных структур, сформулированной Н.К. Кольцовым (Кольцов, 1936), которую можно считать идейным началом современной молекулярной биологии (Шноль, 1979). Структурная организация фибрилл стабилизируется путём самопроизвольного формирования Медицинские книги @medknigi межмолекулярных ковалент-ных сшивок между группами лизина, аллизина, гидроксилизина или гидроксиаллизина через «шиффовы» основания (рис. 3.7). Ковалентные связи такого типа встречаются только в коллагене и эластине. Прочность коллагеновых волокон обусловлена водородными связями между пептидными цепями коллагена, строением тройной спирали из полипептидных цепей, особенностями аминокислотного состава цепей и множеством ковалентных связей между молекулами тропоколлагена. В коже волокна коллагена расположены наподобие прутьев в плетеных изделиях и поэтому сопротивляются нагрузкам по всем направлениям. Размер, структуру и расположение коллагеновых фибрилл определяют клетки соединительной ткани. Они могут экс-прессировать один или несколько генов, кодирующих разные типы молекул, и таким образом влиять на все последующие этапы внутриклеточных и внеклеточных модификаций и обеспечивать укладку коллагеновых фибрилл. Коллагены I и III типов формируют прочные коллагеновые фибриллы. У коллагена IV типа концевые пептиды не отщепляются. Он образует не фибриллы, а сетчатые структуры базальных мембран. Их формирование происходит с участием N- и С-концевых пропептидов, содержащих остатки цистеина, которые не отщепляются, а образуют межцепочечные S-S-связи в сети коллагена. Медицинские книги @medknigi Рис. 3.7. Образование ковалентных межцепочечных связей, стабилизирущих структуры микрофибрилл коллагена: А - формирование межцепочечных связей в коллагене - альдольная конденсация; Б - формирования мецепочечных связей в коллагене - Шиффово основание Медицинские книги @medknigi Сформированные коллагеновые фибриллы укрепляются внутрице-почечными и межцепочечными ковалентными сшивками. Они образуются с помощью лизилоксидазы (медьсодержащий фермент), которая осуществляет окислительное дезаминирование ε-аминогрупп лизина и гидроксилизина с образованием реактивных альдегидов. Для этих реакций необходимы ионы меди, витамины РР и В6. Альдегиды далее формируют альдольные поперечные сшивки путём альдольной конденсации и альдиминные поперечные связи (шиффовы основания). Варьированием количества лизин-лизиновых сшивок достигается необходимая толщина и прочность коллагеновых волокон (рис. 3.8). Коллагеновые волокна межклеточного матрикса обусловливают биофизические свойства дермы. Эластичность коллагеновой сети является важным фактором регулировки клеточных функций (Turlier et al., 2013). Формирующиеся со временем микрофибриллы, волокна, пучки в межклеточном веществе имеют разную растяжимость и прочность. В связи с этим изменяется и функциональная активность связанных с ними фибробластов. Наиболее динамично и адекватно на изменения в матриксе будут реагировать фибробласты, связанные конфокальными контактами с наиболее растяжимыми, вновь сформированными фибриллами коллагена (см. рис. 2.10) Увеличение толщины и прочности коллагеновых волокон и пучков в связи с увеличением ковалентных связей, прочностью и химических модификаций (неферментативного гликозилирования, карбамилирова-ния, билирубинирования) при «старении» коллагена будет снижать растяжимость волокон и, соответственно, активность и адекватность ответных реакций фибробластов на регуляторные сигналы из межклеточного матрикса. В регуляции синтеза коллагена участвуют также гормоны. Глюко-кортикоиды тормозят синтез коллагена путём снижения транскрипции мРНК проколлагена, а также путём ингибирования активности ферментов пролилгидроксилазы и лизилгидроксилазы. Недостаточное гидроксилирование остатков пролина и лизина увеличивает доступность коллагена к действию коллагеназ и неспецифических протеаз. Макроскопически подавляющее действие глюкокортикоидов на синтез коллагена проявляется в уменьшении толщины дермы. Синтез коллагена кожи зависит также от содержания эстрогенов. Это подтверждается тем, что в менопаузе у женщин снижается содержание коллагена в дерме. Многие нарушения синтеза и структуры коллагена связаны с мутациями в генах коллагена (см. табл. 1.1). Медицинские книги @medknigi Медицинские книги @medknigi Рис. 3.8. Этапы формирования коллагенового волокна (Северин и др., 2008) Активность коллагеновых генов регулируется и эпигенетически, путём ацетилирования/деацетилирования гистоновых белков с участием ацетилтрансфераз (активаторов активности генов) и НАД+-зависимых деацетилаз (сиртуинов - белков-ингибиторов генной активности). В заключение кратко суммируем последовательность регуляции синтеза, созревания и формирования коллагеновых волокон, которая включает следующие стадии (см. рис. 1.2, 1.3; табл. 3.1). 1. Регуляция генов коллагена на уровне транскрипции. После синтеза (транскрипции) первичные мРНК подвергаются фрагментации на интроны, экзоны и сборке «зрелой» мРНК из экзонов. Эти процессы сплайсинга первичных транскриптов мРНК проходят в ядре фибробла-стов, после чего функционально активные, «зрелые» мРНК транспортируются в цитоплазму клетки. 2. В цитоплазме процессы синтеза (трансляции) перемежаются с процессами сборки «заготовок» первичных коллагеновых макромолекул. Полирибосомы, содержащие «зрелую» коллагеновую мРНК, связываются с мембранами ЭПР и синтезируют сперва сигнальную последовательность полипептидной цепи из примерно 100 аминокислот. Благодаря сигнальной последовательности полипептидная цепь переправляется в цистерны ШЭР. Далее полимеризуется Nконцевой пропептид из примерно 200 аминокислот, затем а-цепь коллагена из 1000 аминокислот, которую замыкает С-концевой пропептид из 250 аминокислот. Концевые пропептиды включают аминокислоту метионин. Синтезированная полипептидная цепь названа препроколлагеном («пре» указывает на наличие сигнального пептида, «про» - на наличие дополнительных пептидов на N- и С-концах). Затем начинается процессинг препроколлагена. Первичные полипептидные цепи, сформированные при участии шаперонов, подвергаются химической модификации. Основные этапы модификации удаление сигнального пептида, гидроксилирование части пролиновых и лизиновых остатков, их гликозилирование, сборка тройных спиралей проколлагена. Все эти этапы созревания макромолекул проколлагена происходят в ЭПР, затем в аппарате Гольджи - внутриклеточно. Далее проколлагеновые молекулы посредством экзоцитоза переходят в межклеточный матрикс, где начинается неофибриллогенез. 3. В межклеточном матриксе от молекул проколлагена отщепляются С- и Nконцевые пропептиды, которые внутри клетки направляли объединение а-цепей в трёхцепочечную молекулу проколлагена и предотвращали формирование фибрилл. Удаление концевых N- и С-пептидов от а-цепи коллагена катализирует внеклеточные ферменты: проколла-генаминопептидаза и проколлагенкарбоксипептидаза соответственно. В результате удаления концевых полипептидов проколлагена образуются макромолекулы тропоколлагена длиной 300 нм - основные структурные единицы коллагеновых фибрилл. Медицинские книги @medknigi 4. Процесс образования коллагеновых волокон основан на том, что растворимость тропоколлагеновых молекул почти в 1000 раз меньше, чем молекул проколлагена. Это свойство обеспечивает тенденцию молекул тропоколлагена к самоагрегации. Фибриллы образуются на поверхности клетки. После самосборки тропоколлагена между модифицированными остатками лизина и 5-гидроксилизина замыкаются поперечные ковалентные связи, которые стабилизируют фибриллы коллагена и обеспечивают их механическую прочность. Образование поперечных связей выполняет лизилоксидаза. Она катализирует окислительное дезаминирование ε-аминогруппы лизина в структуре коллагена. Коферментом этого фермента является пиридоксальфосфат, а кофактором - ионы меди. Образующиеся в результате реакции альдегидные группы соседних молекул тропоколлагена соединяются между собой, обеспечивая образование ковалентных связей между молекулами, фибриллами и волокнами коллагена. Таблица 3.1. Порядок и локализация процессинга препроколлагена Самым важным фактором для построения полноценного коллагена является необходимая концентрация аминокислот, особенно глицина (Гли), пролина и лизина. Полипептидная цепь коллагена содержит около 1000 аминокислотных остатков. Это примерно 330 повторов Гли-Х-Y, где в позиции Х часто включен пролин, а в позиции Y - оксипролин. Лизин является незаменимой аминокислотой. При отсутствии хотя бы одной незаменимой аминокислоты синтез белков останавливается. Дефицит этих аминокислот может возникать потому, что они включаются во множество других метаболических путей. Например, глицин включается в синтез порфиринового кольца гема гемоглобина, где он является главным предшественником. Глицинучаствует также в синтезе креатина, пуриновых нуклеотидов, глутатиона, коферментов NAD, FAD, глюкозы, липидов, белков. Он используется в обезвреживании конечных метаболитов и ксенобиотиков путём конъюгирования с ними, а также для образования и использования одноуглеродных фрагментов. Между этими путями существуют конкурентные отношения. Поэтому необходимое содержание аминокислот глицина, пролина и лизина обеспечивает правильный синтез и самосборку коллагеновых структур. Глицин в повторяющихся последовательностях Гли-Х-Y обязателен, потому что радикал любой другой аминокислоты не помещается между тремя пептидными цепями при сборке тройной спирали. Глицин и пролин являются «жёсткими» аминокислотами и ограничивают вращение полипептидных цепей, что важно при самосборке коллагеновых структур. Недостаточное гидроксилирование пролина и лизина в пептидных цепях приводит к образованию менее стабильных и менее прочных Медицинские книги @medknigi коллагеновых волокон, что повышает чувствительность коллагена к действию коллагеназы и неспецифических протеаз. Видимый результат со стороны кожи ломкость кровеносных сосудов и множественные точечные кровоизлияния в коже. А при дальнейшем увеличении образования атипичного и легко разрушающегося коллагена ухудшаются механические свойства кожи. Часто эти дефекты синтеза и созревания коллагена связаны с недостатком аскорбиновой кислоты (витамина С), которая является коферментом гидроксилаз. Дефицит витамина С у морских свинок (синтез витамина С осуществляется у всех видов млекопитающих, кроме человека, обезьян и морских свинок) приводит к снижению содержания коллагена в различных органах (Девис и др., 1999). Аскорбиновая кислота предотвращает дальнейшее развитие патологии в этом направлении и восстанавливает необходимые скорости гидроксилирования и самосборки коллагена, снижает катаболизм коллагеновых структур. Таким образом, суммируя вышеизложенное, ещё раз акцентируем внимание читателя на том, что синтез коллагена регулируется в фибробластах на уровне транскрипции коллагеновых генов. При этом в результате матричного синтеза образуется строго комплементарная матрице РНК - первичный транскрипт (пре-мРНК). Далее из этого длинного транскрипта «вырезаются» экзоны, соединяются друг с другом и образуется «зрелая» мРНК. Такая сборка мРНК называется сплайсингом (от англ. splice - сращивать). Сплайсинг происходит в ядре. В цитоплазму поступает уже «зрелая» мРНК, где происходит снова матричный синтез (трансляция) первичных «избыточно» длинных полипептидов коллагена. После экзо-цитоза проколлангена в межклеточный матрикс заканчивается неоколла-генез, и с отщепления избыточных полипептидов и образования молекул тропоколлагена в межклеточном матриксе начинается период сборки фибрилл коллагена неофибриллогенез. Таким образом, проявляется общая закономерность - после матричного синтеза РНК или белка следует период фрагментации биополимеров и сборки их функциональных структур. Начальные процессы образования коллагеновых фибрилл (неофи-бриллогенеза) основаны на снижении примерно в 1000 раз растворимости тропоколлагена по сравнению с проколлагеном. Такое сильное увеличение гидрофобности тропоколлагеновых молекул обеспечивает их тенденцию к самосборке в нерастворимые коллагеновые фибриллы гидрофобными связями. Матричные биосинтезы основаны главным образом на принципе комплементарности и коллинеарности. В самосборке и ферментативной сборке коллагеновой сети участвуют, кроме гидрофобных связей, и химические модификации «исходных деталей», но и в том и другом случае можно говорить о матричном принципе воспроизведении функционально активных биокомплексов. Образование биокомплексов фибриллярных волокон из тропоколлагена происходит на поверхности клетки с участием гидрофобных связей и укрепляется поперечными ковалентными связями между модифицированными остатками лизина и 5-гидроксилизина (рис. 3.9). Медицинские книги @medknigi Матриксный фермент лизилоксидаза катализирует окислительное дезаминирование ε-аминогрупп лизина гидроксилизина в составе молекул коллагена с образованием альдегидных групп. Коферментом лизилоксидазы является пиридоксальфосфат (синтезируется из витамина В6), а кофактором служат ионы меди. Образующиеся в результате реакций альдегидные группы соседних молекул тропоколлагена соединяются между собой и обеспечивают образование ковалентных связей между фибриллами, волокнами, пучками. Образование поперечных ко-валентных связей обеспечивает одно из важнейших свойств коллагеновых волокон - их механическую прочность. Рис. 3.9. Схема формирования коллагеновых фибрилл путем связывания макромолекул тропоколлагена ковалентными связями «Молодой» коллаген содержит мало поперечных ковалентных связей и хорошо растворяется в солевых водных растворах. С возрастом при увеличении площади и веса ткани постепенно развивается «запрос» о повышении механической прочности коллагеновой сети дермы. Для этого увеличиваются диаметр и количество поперечных ковалентных связей в коллагеновых волокнах, уменьшается растворимость в солевых растворах. Повышение прочности снижает растяжимость волокон коллагена. Функциональная активность фибробластов, связанных с коллагеновыми волокнами, зависит от их растяжимости. Для восприятия биомеханических сигналов «матрикс-клетка» важна именно степень растяжимости. Увеличение механической прочности волокон снижает адекватность ответов клетка-матрикс. Одновременно с возрастом снижается и механохимическая трансдукция сигналов матриксклетка через пьезоэлектрические свойства ГК в связи со снижением её средней Медицинские книги @medknigi молекулярной массы (Хабаров, Бойков, 2016). В этом же направлении действуют и спонтанные нерегулируемые химические модификации коллагена: гликирование, карбамилирование, билирубинирование и др. Так возникает порочный круг рассогласования процессов неоколлагенеза и неофибриллогенеза. Он может заключаться в развитии избыточного синтеза коллагена, который не может быть использован в затухающем неофибриллогенезе по причине «старения» и упрочения волокон и пучков коллагена. 3.3. КАТАБОЛИЗМ КОЛЛАГЕНА И ЭЛАСТИНА (МАТРИКСНЫЕ МЕТАЛЛОПРОТЕИНАЗЫ) Главными ферментами катаболизма внеклеточных белков в организме являются матриксные металлопротеиназы (matrix metalloproteinases, MMP). Своё название они получили вследствие внеклеточной локализации и наличия в структуре ионов Zn2+ (Cerdà-Costa, Gomis-Rüth, 2014). Оптимум активности in vitro отмечен для большинства ММР при щелочных рН=8,5 (Gioia et al., 2010). Синтез и секреция ММР осуществляются рядом нормальных клеток (нейтрофилами, моноцитами, макрофагами, фибробластами, остеокластами, хондроцитами, кератиноцитами, эндотелиальными и эпителиальными клетками), а также онкогенно-транс-формированными клетками (Рогова и др., 2011; Golubkov, Strongin, 2007). Большинство ММР локализуется в межклеточном матриксе, но некоторые (МТ-ММР) связаны с поверхностью клеток посредством «якорного» пептида (ММР-17, 25) или содержат трансмембранный домен (ММР-14, 15, 16, 24). МТ-ММР расщепляют примембранные белки, а также отщепляют внеклеточные домены рецепторов и других белков клеточной мембраны, что может приводить к высвобождению биологически активных пептидов (Онищенко, 2008; Zhao et al., 2015). Функции ММР не ограничиваются только ремоделированием межклеточного матрикса, как это предполагалось до недавнего времени. Эксперименты на животных свидетельствуют, что, действуя на различные субстраты, ММР участвуют в регуляции таких физиологических процессов, как морфогенез, резорбция и ремоделирование тканей, ан-гиогенез, миграция, белковая адгезия, а также при различных патологических состояниях, включая рак (Соловьева, 1998; Stamenkovic, 2003; Fonseca et al., 2017; Phillips et al., 2017; Juchniewicz et al., 2017; Tokito, Jou-gasaki, 2016). Так, например, повышенная активность MMP-9 отмечена при воспалениях, ремоделировании ткани и её репарации, мобилизации матрикс-связанных факторов роста и процессинге цитокинов (Рогова и др., 2011). Её экспрессия коррелирует с десмоплазией (патологией, вызываемой неправильной ориентацией фибрилл коллагена). Повышенная экспрессия ММР-7 наблюдается при идиопатическом пульмо-нарном фиброзе (Bauer et al., 2017). Пониженная экспрессия ММР-2 и ММР-9 регистрируется при гемангиоме (hemangioma) (Taran et al., 2017). Многие годы идут дебаты о возможной, предусмотренной эволюцией взаимозаменяемости некоторых ММР. Экстраклеточный матрикс характерен Медицинские книги @medknigi преобладанием коллагена I типа, взаимодействие которого с эластином и фибронектином определяет подвижность клеток и их взаимодействие друг с другом. При нормальных физиологических условиях клетки «фиксированы» в матриксе, будучи связанными с волокнами коллагенов. При воспалениях и связанных с ними хронических патологиях (включая рак) возрастает активность матричных протеиназ, в первую очередь - коллагеназ ММР-1 и ММР-13. Эти ферменты деградации коллагена имеют большое структурное сходство, что в течение многих лет предполагало их одинаковую функциональную активность. Наличие двух этих ферментов, а не одного, объясняли обычной для соматической клетки склонностью к избыточности - иметь дубликат какогонибудь белка на случай повреждения гена одного из них. Другим объяснением было и остаётся то, что при «аварийных» ситуациях иметь активность двух практически идентичных белков лучше, чем одного. Результаты недавней работы большой группы израильских исследователей на фибробластах in vivo внесли значительные коррективы в устоявшееся представление об основных коллагеназах - ММР-1 и ММР-13 [Solomonov et al. 2016]. Во-первых, ими было показано, что эти ферменты узнают различные, специфичные для каждого из них, участки в молекуле коллагена I типа. При этом MMP-1 разрушает коллаген на более мелкие фрагменты, а MMP-13 способна деградировать и коллаген II типа. Структура фрагментов также отличается: MMP-1 производит прямые и одинаково ориентированные фибриллы, а MMP-13 - более тонкие и переплетённые. Следствием активности этих коллагеназ по отдельности является различный характер связей фибробластов с матриксом и их подвижностью. Так, активность MMP-1 приводит со временем к образованию удлинённой морфологии клеток, а активность MMP-13 - к формированию округлой. Во-вторых, авторами было показано [Solomonov et al., 2016], что увеличение по сравнению с нормой активности MMP-1 и MMP-13 приводило к изменению активности 3163 генов, главным образом вследствие активности каскадов реакций через киназы ERK1/2. Выводы из данной публикации позволяют утверждать, что в клетке даже близким по структуре и функциям ферментам, в частности коллагеназам, уготовлена своя уникальная роль. Кажущаяся избыточность наличия отдельных групп клеточных ферментов означает, что не все их функции пока установлены. В этом контексте возникает очень важный вопрос: какие ММР абсолютно необходимы для выживаемости организма, и дефекты в каких ММР вызывают совместимые с жизнью патологии. Вследствие многообразия ММР установить связь между обнаруженным генетическим дефектом в отдельной ММР и фенотипом у человека очень сложно. Одним из пока немногочисленных результатов было обнаружение, что генетически обусловленный дефект структуры человеческой ММР-21 был причиной неправильного расположения органов при развитии эмбриона (Perles et al., 2015). В других исследованиях обнаружена связь между полиморфизмом в генах ММР-2, ММР-9 и/или ММР-7 в развитии депрессии, атеросклероза и аутоиммунных заболеваний (Bobinska et al., 2016; Li et al., 2017; Armstrong et al., 2017; Brown et al., 2017). Медицинские книги @medknigi Поскольку манипулировать геномом человека в исследовательских целях невозможно, основные результаты получают на животных, в основном - мышах. Для них разработаны технологии, позволяющие искусственно инактивировать или удалить отдельный ген («нокаут»-метод). Проблема, однако, состоит в том, что прямой перенос выводов из «мышиных» данных на человека далеко не всегда возможен ввиду ряда принципиальных различий между организацией организмов мышей и людей (Newby, 2016). В частности, у мышей ММР-1 отсутствует, что существенно ограничивает изучение всех её возможных функций in vivo (Gill et al., 2010). Последовательный «нокаут» большой выборки ММР показал, что у мышей многие из них действительно взаимозаменяемы с разной степенью эффективности (Nagase et al., 2006). Инактивация MMP-12 приводила к увеличению уровня активности MMP-2, MMP-9, MMP-13 (Madala et al., 2010). Удаление генов ММР-2, ММР-3 или ММР-10 не приводило к заметному изменению фенотипа, и лишь более глубокое изучение их аштомии выявило различные аномалии (Mosig et al., 2007; Radbill et al., 2011). Заметным исключением оказалась ММР-14, отсутствие которой у большинства животных приводило к серьёзным нарушениям в сердечной деятельности и преждевременной смерти в раннем возрасте (Zigrino et al., 2016). Те, которые выжили, были меньше размером по сравнению с нормой, их органы были не затронуты, но кожа была толще и жёстче, с увеличенным содержанием коллагена I типа. Это говорит о том, что ММР-14 у мышей играет ту же роль, что ММР-1 у человека, и является основной ММР в поддержании гомеостаза кожи. Уровень внеклеточной активности ММР при физиологической норме держится под строгим контролем и регулируется специфическими молекуламиингибиторами TIMP (tissue inhibitor of metalloproteinase), которых известно четыре вида (TIMP-1, -2, -3, -4) (Brew, Nagase, 2010). У человека все четыре гена TIMP, в отличие от генов ММР, расположены не в кластерах, а в различных хромосомах. Уникальным является расположение гена TIMP-1 - в интроне 6 гена синапсина-1 на хромосоме Х. При этом его транскрипция происходит в противоположную от гена синапсина сторону. Регуляция активности ТIМР осуществляется цитокинами, гормонами (включая факторы роста) и ретиноидами (Ба-уманн, 2016). Многочисленные экспериментальные данные in vitro свидетельствуют, что каждый из четырех TIMP способен воздействовать на большинство ММР. Однако in vivo ситуация другая: так, к примеру, TIMP-1 контролирует в основном активность ММР-1, ММР-3 и ММР-9, а поверхностная коллагеназа ММР-14 контролируется только через TIMP-2 (Zucker et al., 1998; Alameddine, Morgan, 2016). Не исключено, что при отклонениях от физиологической нормы какой-то TIMP может ингибировать «не свою» MMP, что должно приводить к патологиям (Jackson et al., 2017). Внутри клетки уровень экспрессии генов MMP контролируется путём регулирования активности их промоторов. Промоторы изученных ММР-генов не содержат CpG-островки для метилирования, поэтому их регулирование на эпигенетическом уровне, если оно существует, могло бы осуществляться только путём модификации гистонов, как это имеет место для промотора гена ММР-7 (Craig et al., 2015). Свеже-синтезированные пре-мРНК подвержены затем Медицинские книги @medknigi регуляции с помощью специфичных к ним микроРНК (Osako et al., 2016). Формирование зрелых мРНК в ходе сплайсинга пре-мРНК также регулируется. Далее во время и после трансляции мРНК происходит модификация молекул MMP для придания им предактивного состояния (Boon et al., 2016). Секретируемые молекулы MMP остаются неактивными, пока не произойдёт отщепление про-пептида специфическими протеазами (включая плазмины, меприны и фурины). На сегодня у различных эукариотических организмов выявлено 30 типов ММР. У человека идентифицированы 24 ММР-гена, включая 2 гена-близнеца для ММР-23 (Craig et al., 2015). Интересно, что целая группа ММР-генов человека, включая гены основных коллагеназ, локализована на узком участке q22.3 хромосомы 11: MMP-1, -3, -7, -8, -10, -12, -13, -20. На основании предпочтительной субстратной специфичности и структуры активных доменов ММР объединяют в следующие подсемейства: •желатиназы: ММР-2, ММР-9; •коллагеназы (основные): ММР-1, ММР-8, ММР-13, ММР-14; •стромелизины: ММР-3, ММР-10, ММР-11; • МТ-ММР: ММР-14, ММР-15, ММР-16, ММР-17, ММР-23, ММР-24, ММР-25; • матрилизины: ММР-7, ММР-26; •эластазы: ММР-12, ММР-7; •другие ММР. Следует учитывать, что такое объединение (или разделение) ММР в подгруппы довольно условно, так как, например, многие коллагеназы расщепляют и неколлагеновые белки межклеточного матрикса. Нас в данном случае будут интересовать только те ММР, которые расщепляют коллаген и эластин коллагеназы и эластогеназы. Зрелый коллаген представляет собой тройную спираль из белковых субъединиц и относится к очень медленно обменивающимся белкам, которые не расщепляются обычными пептидгидролазами. Тем не менее и он подвержен деградации (катаболизму) в силу различных эндогенных (внутренних) и экзогенных (внешних) факторов (Fields, 2013). К эндогенным относятся генетические мутации, воспалительные процессы и старение, а к экзогенным физико-химические стрессы (в основном ультрафиолет). Как и другие ММР, молекулы коллагеназ содержат две функциональные области: каталитический домен и субстрат-связываю-щий домен, называемый гемопексином. В случае ММР-14 расстояние между этими доменами составляет 24 ангстрема. Прежде чем каталитический домен приступит к «работе», гемопексин «узнаёт» участок связывания длиной в 24 аминокислотных остатка - примерно на уровне 1/4 длины всей молекулы от С-конца между остатками глицина и лейцина (или изолейцина) (Ohuchi et al., 1997) и обхватывает тройную спираль молекулы коллагена. Расположение места обхвата на молекуле коллагена у ММР-1 и ММР-8 одинаково, но отличается от ММР-14 (Tam et al., 2004). В случае ММР-1 Медицинские книги @medknigi и ММР-14 этот процесс детально изучен на атомарном уровне (Manka et al., 2012; Zhao et al., 2015). В отличие от интактного коллагена, образующиеся фрагменты водорастворимы, во внеклеточном матриксе они денатурируют спонтанно или посредством желатиназ (Алейникова и др., 2003; Fields, 2013). После действия желатиназ большая часть мелких фрагментов коллагена I, II, III и IV типов поглощается клетками посредством эндоцитоза для дальнейшей утилизации в лизосомах. В эндоцитозе коллагена ключевую роль играет рецептор Endo180 (также называемый uPARAP), продукт гена MRC2 (Melander et al., 2015). Ему помогает поверхностная серин-про-теаза FAP (Fibroblast Activation Protein) (Fan et al., 2016). Нарушения в функционировании рецептора Endo180 и FAP наблюдаются при многих патологиях, включая рак. Оставшиеся «не у дел» фрагменты коллагена могут стимулировать воспалительные реакции, влиять на миграцию клеток и формирование кровяных сосудов (McKleroy et al., 2013; Murphy, 2017). Можно предположить, что отмечаемое практически при всех патологиях значительное повышение уровня активности желатиназ обусловлено именно запуском механизма по спасению нормального гомеостаза (Kaminari et al., 2017). Первой из человеческих коллагеназ была исследована интерсти-циальная MMP1, называемая также коллагеназой-1. Фибробласты секретируют MMP-1 двух видов: большая часть представлена негликози-лированной формой с массой 52 кДа, а меньшая - N-гликозилирован-ной формой с массой 57 кДа. Обе формы ММР-1 связываются с одинаковым набором субстратов, проявляют идентичную активность и одинаково эффективно ингибируются с помощью TIMP-1 (в тканях) или α2-макроглобулином (в кровотоке) (Saarinen et al., 1999). У MMP-1 имеется свой основной рецептор на поверхности клеток - CD49b, который является частью (α-субъединицей) молекулы трансмембранного гликопротеина интегрина. При определённых физиологических условиях и наличии дополнительных белковых факторов удерживаемая рецептором MMP-1 интернализируется внутрь клетки посредством эндоцито-за. В цитоплазме она обычно быстро деградирует в лизосомах, но при патологических состояниях участвует в инициации различных реакций (Rohani et al., 2014). При патологиях или повреждениях наблюдается обычно значительный рост активности (уровня) MMP-1, но даже малые изменения в уровне активности, специфичности или концентрации MMP-1 могут приводить к различным патологическим процессам в организме, включая рак (Golubkov, Strongin, 2007; Stamenkovic, 2003). Следующими после открытия ММР-1 стали изучать ММР-8 (колла-геназа-2, или нейтрофильная коллагеназа), MMP-13 (коллагеназа-3) и ММР-18 (коллагеназа-4 из лягушек Xenopus laevis). Все они способны расщеплять коллаген I, II и III типов, а ММР-8 дополнительно расщепляет ещё аггрекан и хемокины CXCL8 и LIX (Van Lint, Libert, 2007). ММР-13 структурно схожа с MMP-1, но предпочитает коллаген II типа. Как и MMP-1, MMP-13 является важным фактором для нормального развития скелета новорождённого организма. Именно MMP-13 отводят также главную роль в развитии остеоартрита (Boon et al., 2016) и фиброза лёгких (Nkyimbeng et al., 2013). MMP13 имеет другой, чем MMP-1, рецептор на поверхности клеток трансмембранный гликопротеин LRP1, который также участвует в эндоцитозе Медицинские книги @medknigi MMP-13 (Yama-moto et al., 2016). Интересно, что, кроме MMP-13, LRP1 связывает на себя около 40 других лигандов из межклеточного матрикса (Howes et al., 2014). С учетом потенциальной опасности, которую может вызвать для организма разбалансирование механизма контроля MMP-13, до недавнего времени считалось, что она производится только в случае особой необходимости (Osako et al., 2016). Однако данные на человеческих хондроцитах показывают, что она синтезируется и секретируется из клетки конститутивно, но быстро поглощается посредством эндоцитоза и расщепляется в лизосомах (Yamamoto et al., 2016). Обобщая литературные данные, можно привести следующий список коллагеназ человека и их субстратов - интактного коллагена различного типа. • ММР-1: I, II, III, VII, VIII, Х. • ММР-2: VI. • ММР-3: II, IV, IX, X. • ММР-7: IV, V. • MMP-8: I, II, III, VII, VIII, Х. • ММР-9: IV, VI. •ММР-10: IV. •ММР-12: I, III. • ММР-13: I, II, III, IV, IX, X. •MMP-14: I, II, III. Обращает на себя внимание кажущаяся избыточность общего количества коллагеназ: один и тот же тип коллагена может расщепляться различными коллагеназами. Здесь важно подчеркнуть, что вышеприведённые данные получены в основном на системах in vitro. В живом организме действие отдельных ММР по-разному регулируется, оно гораздо более ограничено и специфично, чем in vitro (Gill et al., 2010). Механизмы регуляции активности различных ММР сейчас представляются гораздо более сложными, чем ожидалось. Уже установлено, что действие одной ММР часто приводит к активации или усилению действия какой-то другой (Li Z. et al., 2017). Так, например, ММР-3 необходима для активации основных коллагеназ ММР-1, ММР-8 и ММР-13, а фрагментация коллагена посредством ММР-1 и ММР-13 стимулирует активность желатиназ ММР-2 и ММР-9 (Giannandrea, Parks, 2014; Ala-meddine, Morgan, 2016). Многие «второстепенные» представители коллагеназ в качестве субстратов предпочитают неколлагенновые белки межклеточного матрикса. Так, например, ММР-9, кроме желатина (полуденатурированный коллаген), расщепляет фибриноген, витронектин, ИЛ-1 и энтактин (который соединяет ламинин и коллаген IV типа в единый комплекс). ММР-9 также способна расщеплять так называемый активирующий пептид соединительной ткани III, пластиночный фактор-4, субстанцию Р, амилоидный пептид β. В зависимости от расположения места расщепления этих молекул MMP-9 может понижать или повышать их биологическую активность (Van den Steen, 2002). Как уже было отмечено выше, до недавнего времени ММР отводили роль лишь в релаксации структур межклеточного матрикса. Поэтому неожиданными Медицинские книги @medknigi оказались данные, что многие ММР, как, например, ММР-9, могут проявлять как про-, так и антифиброзную активность в зависимости от конкретных условий (Giannandrea, Parks, 2014). При различных видах фиброза преобладает активность разных ММР (Yu et al., 2016; Alameddine, Morgan, 2016). В частности, на модели идиопатического пульмонарного фиброза лёгких у мышей активность MMP-7, MMP-8 и MMP-9 способствует фиброзу (Craig et al., 2015). При других видах повреждений внутренних органов ММР-10 и ММР-19 проявляют антифиброзную активность (Yu et al., 2012). Данные о роли ММР-1, ММР-13, а также нескольких других коллагеназ в развитии фиброзов противоречивы (Giannandrea, Parks, 2014; McKleroy et al., 2013). Предполагают, что ММР-13 играет важную роль в заживлении повреждений внутренних органов без образования рубца (Бауманн, 2016). Возможно, такую роль способны играть также ММР-1 и ММР-8 (Iimuro, Brenner, 2008). Заметим также, что, хотя ММР-2 не относится к коллагеназам, её антифиброзная активность проявляется в подавлении активности экспрессии генов коллагена различного типа (Radbill et al., 2011). Детальный механизм такого регулирования пока не установлен. C конца 1990-х изучается потенциал ММР в качестве мишеней для терапии различных заболеваний [Amar et al., 2017(a)]. Было разработано несколько синтетических аналогов TIMP (ингибиторов ММР, получивших название MMPI) и проведено несколько клинических испытаний, которые оказались неуспешными (Pavlaki, Zucker, 2003). Объяснением этому могла бы быть низкая специфичность действия «первого поколения» MMPI. Однако нативные TIMP тоже неспецифичны: у человека на четыре вида TIMP приходится более двадцати видов ММР. Более того, активность всех четырех TIMP может оставаться практически без изменений по сравнению с нормой при существенных изменениях активности ММР (Nkyimbeng et al., 2013). Тем не менее разработки более узкоспецифичных MMPI продолжаются (Fields, 2015). Ожидается, что новые препараты будут способны селективно воздействовать только на один определённый, «свой» тип ММР [Bhowmick et al., 2015; Amar et al., 2017(b); Shay et al., 2017; Zeng et al., 2017; Bach et al., 2017]. Кроме рассмотренных выше коллагеназ человека, известны также бактериальные коллагеназы, продуцируемые бактериями родов Clostridium, Bacillus, Empedobacter, Pseudomonas, Vibrio и Streptomyces (Zhang et al., 2015). Открыты и совершенно экзотические коллагенолитические ферменты. Так, например, коллагеназу тритикаин-альфа получают из растительного сырья (ростков семян пшеницы), а коллагеназу-D - из личинок жуков-кожеедов (Руденко, 2017). Все они имеют свою специфику, но мы подробнее остановимся лишь на одной из них - Коллаге-назе А (также называемой Clostridiopeptidase А или CCH), продуцируемой возбудителями газовой гангрены бактериями Clostridium histolyticum. Это единственная пока коллагеназа, одобренная американским агентством FDA (в 2013 г.) и агентством EPA Европейского союза (в 2015 г.) для лечения двух вызываемых фиброзом заболеваний: болезней Дюпю-итрена (Dupuytren's disease) и Пейрони (Peyronie's disease). Она успешно прошла более десятка полных клинических испытаний в разных странах и поставляется на рынок компанией Auxilium под брендом Медицинские книги @medknigi Xiaflex. В настоящее время изучается возможность использовать Xiaflex и против целлюлита. На самом деле Коллагеназа А состоит из смеси коллаге-наз двух типов - AUXI и AUXII, содержащих в своих активных центрах ионы Са2+ и Zn2+ соответственно. Эти два фермента различны во всём, но в комбинации и в определённом соотношении работают лучше, чем по отдельности, расщепляя пептидную связь в коллагене III типа более чем в 200 местах (Warwick et al., 2016). Завершая тему катаболизма коллагена, справедливости ради следует сказать, что в его деградации также участвует семейство цистеиновых протеиназ катепсинов (cathepsins) (Verma et al., 2016). Большинство катепсинов «работают» в лизосомах при низких рН, но Катепсин К является внеклеточным белком с оптимумом активности рН5. Его основной субстрат - коллаген I и II типов. Коллаген I типа расщепляется им в пяти местах, а II типа - в одном (Fields, 2013). Катепсин К был открыт в начале 1990-х гг. и вскоре был идентифицирован как основная коллагеназа в межпозвоночных дисках, активность которой значительно возрастает при артрите и некоторых видах рака (Gruber et al., 2011). Что касается катаболизма эластина, то в расщеплении его фибрилл могут участвовать ММР-2, ММР-7 и ММР-9 в зависимости от конкретных тканей и физиологических условий (Van Doren, 2015). В присутствии плазминогена основной эластазой выступает ММР-7, а в его отсутствие - ММР-12 (называемая также металлоэластазой макрофагов, хотя её способны продуцировать многие типы клеток). Главными триггерами активности ММР-12 являются цитокины ИЛ-4 и ИЛ-13 (Chelluboina et al., 2017). Роль ММР-12, как и ряда других ММР, в развитии фиброза остаётся противоречивой, несмотря на многочисленные долголетние исследования (Giannandrea, Parks, 2014). Подобно фрагментам коллагена, фрагменты эластина обладают собственной биологической активностью и способны стимулировать воспаления и некоторые другие процессы (Van Doren, 2015). В заключение этого раздела отметим, что, по оценкам Всемирной организации здравоохранения, 45% всех смертей в мире от болезней связаны с фиброзом. Как видно из вышесказанного, большая сложность регуляции активности ММР и коллагеназ, в частности, обусловливает тот факт, что до сих пор на фармацевтическом рынке отсутствуют препараты, способные остановить процесс фиброза или тем более обратить его вспять (McKleroy et al., 2013). Современное состояние научных исследований, касающихся ММР, в приложении к косметической дерматологии, к сожалению, не позволяет ответить на один из важнейших вопросов о их роли в процессах старения кожи. Несмотря на огромное количество исследовательских работ, не существует однозначной, научно обоснованной концепции, объясняющей действие различных ММР на биохимические процессы, протекающие в коже - слишком много факторов приходится учитывать. В соединительной ткани стареющей кожи обнаружено большое разнообразие клеточных и структурных изменений, которые лишь в общих чертах позволяют определить некоторые цели и стратегию борьбы с проявляющими признаками старения. Роль ММР в этих процессах крайне важна и незаслуженно обделена вниманием врачейдерматокосметологов. Существующее на сегодняшний день мнение, что Медицинские книги @medknigi антивозрастная терапия заключается, с одной стороны, в стимуляции синтеза коллагена (неоколлагенез), а с другой - в ингибировании действия ММР, не вполне согласуется с результатами последних полученных данных, а именно: 1) возрастное уменьшение содержания коллагеновых белков в коже не связано с уровнем и активностью ММР, так как они не расщепляют интактный (неповреждённый) коллаген. Зрелый коллаген водонерастворим, и его плотная (за счёт межмолекулярных сшивок) пространственная структура делает его труднодоступным для ММР (Fields, 2014; Murphy, 2017). В норме «посадки» колла-геназ на интактный коллаген нередки, но они не приводят к его расщеплению, поскольку конформация интактного коллагена не позволяет каталитическому домену «приступить к работе» (Fields, 2013). С возрастом, при повреждениях или патологиях структура коллагена в коже и тканях существенно меняется - она становится гораздо более доступной для действия коллагеназ (Qin et al., 2014; Malik et al., 2015; Zitnay et al., 2017); 2) экспериментально доказанные результаты роста активности протеиназ, в частности ММР-9, в коже, подвергнутой хроно- и УФ-старению, связаны с утилизацией повреждений желатинизи-рованного коллагена и способствуют качественному ремоделиро-ванию межклеточного матрикса дермы; 3) как следует из настоящего обзора, роль ММР не ограничивается только участием в процессах катаболизма коллагена. Все структурное многообразие ММР (сегодня известно около 30 ферментов) участвует в огромном числе взаимосвязанных биохимических превращений. 3.4. НАРУШЕНИЯ КОЛЛАГЕНОВЫХ СТРУКТУР ДЕРМЫ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВНЕШНИХ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ Ультразвуковые колебания с частотой большей 20 000 Гц в силу высоких энергий вызывают физические и химические нарушения макромолекул. В отличие от инфразвуковых и звуковых колебаний, которые вызывают изменения физиологических колебательных режимов, под действием ультразвука происходит деполимеризация полисахаридов, нуклеиновых кислот, белков. Особенно чувствительны к разрушению ГК, фибриллярные белки коллагена, составляющие основу межклеточного матрикса кожи (Эльпинер, 1973). К основным внешним факторам нарушения коллагеновых структур относят солнечный свет и прежде всего УФ-область спектра солнечного света. В плане фотостарения коллагена наиболее вредными являются лучи УФ-спектра А (320400 нм), так как они могут проникать достаточно глубоко в кожу, вплоть до поверхности гиподермы, и повреждать дермальные клетки, коллагеновые, эластиновые и другие белки межклеточного матрикса (Varani et al., 2006). Максимум спектрального поглощения пептидных групп белков лежит в области 192-220 нм, и они находятся вне зоны действия УФ-облучения. Ароматические аминокислоты белков (триптофан, фенилаланин и тирозин) поглощают УФлучи в области 280 нм и могут быть частично подвергнуты облучению. При этом максимальный эффект поглощения показывает триптофан: в четыре раза больше, чем тирозин, и в 30 раз больше, чем фенилала-нин. Очевидно, поэтому Медицинские книги @medknigi в составе коллагена отсутствует триптофан, мало тирозина (0,3%) и фенилаланина (2%). Обычно гидрофобные остатки аминокислот «спрятаны» в середине структурных организаций белков. Однако при солнечном ожоге денатурация белков открывает их и таким образом увеличивает поглощение УФ и уровень наносимых повреждений белковым молекулам, в состав которых входят аминокислоты с ароматическими фрагментами. Повреждаемые по такому механизму белки-шапероны уже не могут контролировать правильную макромолекулярную сборку в процессе синтеза коллагена. Аномальная сборка коллагена в межклеточном матриксе увеличивает чувствительность коллагеновых фибрилл к протеазам и в конечном счёте приводит к патологиям в виде «слабого коллагена». Под действием УФ-облучения активизируется перекисное окисление липидов (ПОЛ) клеточных мембран, снижается активность антиокислительных систем и ускоренно развиваются процессы старения и разрушения коллагена (Ермакова, 2005) - эти процессы описываются как окислительный стресс в экстремальных условиях и при патологических состояниях (Дубинина, 2001). Другими мишенями УФ-облучения являются рибофлавин, никоти-намидные коферменты, порфирины, железо-серные кластеры, убихи-нон (Петрухина, 2006). Реакции клеток в ответ на стресс-факторы сопровождаются кратковременным увеличением количества активных радикалов кислорода. Свободные активные радикалы кислорода способны нарушать любое звено молекулярной организации клетки и делают их универсальными факторами старения на молекулярном и субклеточном уровнях. Процессы перекисного окисления белков, липидов, нуклеиновых кислот, гликозаминогликанов изменяют структуру и функциональные свойства биополимеров. Этому препятствует антиоксидантная система защиты клеток, которая снижает уровень свободных радикалов и препятствует развитию цепных реакций окислительного стресса. Нарушение баланса продукции кислородных радикалов и активности антиоксидантной системы, нейтрализующей радикалы, является одним из основных факторов «старения» коллагена (об этом подробно см. гл. 4). К активным формам кислорода (АФК) относят гидроксильный радикал, супероксидный анион-радикал, синглетный кислород и пероксид водорода. Они образуются в результате последовательного одноэлектронного присоединения четырех электронов к одной молекуле кислорода. По ходу этих реакций и образуются химически АФК. Около 90% поступающего в клетку кислорода расходуется митохондриями в цепи переноса электронов. Большая часть АФК образуется в цепи переноса электронов в результате «утечки», откуда они появляются в разных компартментах клетки. Другими поставщиками АФК могут быть электротранспортные цепи микросомальных оксидаз - ферментов, локализованных в мембранах гладкого ЭПР. Среди этих ферментов находятся цитохром Р450 и УДФ-глюкуронилтрансферазы. Локализованные в основном в мембранах ЭПР УДФ-глюкуронилтрансферазы присоединяют остаток глюкуроновой кислоты к молекуле вещества, образованного в ходе микросомального окисления. Многие оксидазы, непосредственно восстанавливающие кислород, образуют пероксид водорода. Моноок-сигеназы, Медицинские книги @medknigi в частности, цитохром Р450, включающий один атом кислорода в окисляемую молекулу, и диоксигеназы, включающие оба атома кислорода, также служат источниками АФК. Образование кислородных радикалов в тканях продуцируют и фагоцитирующие лейкоциты (макрофаги, эозинофилы, гранулоциты). В процессе фагоцитоза они усиливают поглощение кислорода и образование АФК в результате «респираторного взрыва». Из АФК наиболее активен гидроксильный радикал. Он взаимодействует с большинством органических молекул и инициирует цепные реакции окисления, которые приводят к разрушению коллагена, ДНК, ГК и мембранных структур клетки. Действию АФК наиболее подвержены липиды мембранных структур, которые содержат жирные кислоты с сопряженными двойными связями. Свободный радикал легко отнимает от них атом водорода, превращая липид, содержащий эту кислоту, в свободный радикал. Таким образом инициируются цепные реакции ПОЛ, которое вызывает расширенное воспроизводство свободных липидных радикалов. В результате образования в гидрофобном слое мембран гидрофильных зон за счёт образования гидропероксидов жирных кислот облегчается нерегулируемый доступ в клетку проникновения воды и различных ионов. Это может приводить к нарушениям процессов неоколлагенеза и неофибриллогенеза и разрушению коллагеновой сети межклеточного матрикса кожи. Расширенный анализ регуляторных систем коллагенеза и фибрилло-генеза позволяет не только объяснять, но и управлять ими путём изменения информационных, трофических, биомеханических и защитных функций. Корректирующее действие со стороны клеток дермы на матрикс и матрикса на клетки могут выполнять коферменты, кофакторы, ионы Zn2+, Cu2+, Ca2+, витамины, гормоны, от которых зависят синтезы и активность матриксных ферментов. Бутират натрия ингибирует активность деацетилаз, ресвератрол подавляет активность сиртуинов и, таким образом, могут регулировать синтезы коллагена на транскрипционном уровне. Регуляторные влияния может оказывать ГК в качестве информационных лигандов, носителя ионов, метаболитов, корректировки гидрофильности, тургора и биомеханических функций кожного матрикса. Возможны следующие механизмы регуляции активности ММР в отношениях клетка-матрикс и матрикс-клетка. • Введение ГК связывает ионы цинка и снижает активность матриксных коллагеназ. • Специфические рецепторы клеток к коллагеназам могут путём эн-доцитоза расщеплять матриксные протеазы в лизосомах клеток. • Снижение кровотока в ткани ведёт к гипоксии, снижению α2-микроглобулина в ткани (ингибитор матриксных металлопротеи-наз), активации коллагенолиза, потере контактов фибробластов с волокнами коллагена, округлению фибробластов, их пролиферации и в конечном итоге нарушению тканевого гомеостаза. Активация кровоснабжения дермы восстанавливает гомеостаз ткани. Медицинские книги @medknigi 3.5. ЗАЖИВЛЕНИЕ РАНЫ - МОДЕЛЬ РОСТА СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ В нормальной дерме «клеточный гомеостаз» подразумевает сохранение на определенном уровне количества пролиферирующих, проходящих стадии дифференцировки и дифференцированных активных фибробластов. Ситуация меняется в случае повреждений коллагеновой сети дермы (ушибов, порезов, колотых ран), когда требуется избыток коллагена для их быстрого заживления. [Вследствие долгоживучести коллагена I типа его синтез в норме протекает достаточно медленно. Скорость его продукции возрастает в сотни раз при повреждениях или некоторых патологиях, связанных с фиброзом. Механизмы, приводящие к такому ускорению, сложны, но преобладающую роль играет регуляция функционирования уже зрелой мРНК посредством РНК-связываемых белков. В клетках человека идентифицировано около 800 таких белков-регуляторов, но лишь один из них, LARP6, участвует в регуляции синтеза коллагена I и III типов. Связывание LARP6 в ядре клетки с мРНК в «шпиль-кообразном» участке 5'конца приводит к значительному возрастанию структурной стабильности, в норме лабильной к деградации мРНК. Такое связывание привлекает к мРНКхеликазу и другие регуляторные белки, и сформированный комплекс транслируется рибосомами со значительно большей эффективностью (Zhang, Stefanovic, 2016)]. Избыточное локальное накопление коллагена наблюдается и при некоторых хронических патологиях отдельных тканей или органов. В обоих случаях результатом является формирование фиброза - особой соединительной ткани (молекулярноклеточные механизмы формирования фиброза см. в гл. 5). В здоровой коже фибробласты прикреплены к динамичному каркасу коллагенового матрикса, благодаря чему имеют необходимую для производства коллагена вытянутую форму (см. рис. 2.10-2.12). В повреждённой дерме эти контакты нарушены вследствие разрушения структур коллагеновых фибрилл. Утеря механического воздействия на фибробласты приводит к тому, что они приобретают овальную форму и теряют свою активность (Turlier et al., 2013). При этом на 90% инактивируется рецептор TGF-β1-RII для фактора TGF-β1, что практически выключает TGF-β1/SMAD сигнальный каскад. В этой цепи реакций SMAD3 в норме регулирует экспрессию коллагена, фибронектина и фактора роста соединительной ткани. Нарушения в этой сигнальной системе приводят к уменьшению синтеза коллагена, снижению тонуса кожи, её утончению и хрупкости. Поэтому в повреждённых тканях необходимы новые фибробласты, проходящие последовательно дифференцировку из стволовых клеток. При этом, очевидно, появляются фибробласты фетального подтипа (молодые фибробласты), которые синтезируют больше коллагена III типа и эластина. Об этом говорит тот факт, что в свежей грануляционной ткани раны повышено соотношение коллагена III типа к коллагену I типа. При внутриутробном развитии фибробласты плода вырабатывают больше коллагена III и IV типов, эластина, тогда как фибробласты взрослого - в основном коллаген Медицинские книги @medknigi I типа. Кроме того, фибробласты плода способны одновременно пролиферировать и синтезировать коллаген, а у взрослого пролиферация фибробластов предшествует синтезу коллагена (Dasgeb, Phillips, 2008). Поэтому у взрослого человека при заживлении ран активный синтез коллагена запаздывает на время активной пролиферации фибробластов в ответ на действие ростовых факторов. В общих чертах рассмотрим последовательные стадии восстановления межклеточного матрикса после нарушения целостности коллагеновой и эластиновой сети дермы в глубоких ранах, захватывающих все слои дермы. Заживление раны состоит из трёх перекрывающихся стадий: воспаления, формирования грануляционной ткани, созревания (перестройки) дермы (English, Shenefelt, 1999; Berman, Kapoor, 2001). Стадия воспаления. Первый необходимый этап в заживлении ран - образование тромба из белка фибрина, тромбоцитов и других клеток крови для остановки кровотечения. Тромб представляет собой временный матрикс, в который мигрируют воспалительные клетки. При разрушении тромбоцитов выделяется множество факторов роста, которые привлекают клетки воспаления. Ряд сигнальных молекул, образующихся из продуктов фибринолиза, привлекает в рану нейтрофилы и моноциты. Эти клетки проникают через эндотелий прилежащих к ране капилляров. Основная функция нейтрофилов - фагоцитоз. Нейтрофилы вырабатывают медиаторы воспаления, которые активируют кератиноциты, проникшие в дерму вследствие разрушения базальной мембраны, разделяющей эпидермис и дерму. По окончании острой воспалительной реакции (через 1-2 сут) мигрировавшие из кровотока моноциты становятся макрофагами и уничтожают погибшие клетки и микроорганизмы. Вместе с тем макрофаги вырабатывают факторы роста и медиаторы, которые привлекают к месту повреждения фибробласты и стволовые клетки. Формирование грануляционной ткани. Фибробласты мигрируют в рану и выстилают состоящий из фибрина, фибронектина и гликозаминогли-канов временный матрикс. В ответ на действие ростовых факторов начинается пролиферация фибробластов и кератиноцитов, прилежащих к ране участков дермы. После активной стадии пролиферации и прохождения дифференцировки или редифференцировки фибробласты синтезируют коллаген, и начинается образование грануляционной ткани. В новой грануляционной ткани более высокое соотношение коллагена III типа к коллагену I типа. Это может свидетельствовать о появлении молодых фибробластов эмбрионального типа в постстадийных процессах дифференцировки из стволовых клеток. Под действием индукторов роста эндотелия в межклеточный матрикс начинают прорастать сосуды. Миофибробласты и фибробласты вызывают сближение краев раны, уменьшают раневую полость, способствуют эпителизации. По мере образования грануляций и появления излишков коллагенового матрикса количество клеток уменьшается путём активации апоптоза. Апоптозу подвергаются миофибробласты, клетки воспаления, эндотелиальные клетки и фибробласты. Происходит замена грануляционного матрикса рубцовой тканью. Медицинские книги @medknigi Созревание и перестройка матрикса. Процесс заживления кожных ран сопровождается формированием рубцовой ткани, которая представляет собой физиологический ответ организма на нарушение его целостности. Формируются рубцы при повреждении внешнего слоя кожи - эпидермиса и распространении травмы вглубь дермы. Организм не в состоянии быстро заменить разрушенные, высоко специализированные ткани и «репарирует» рану соединительной тканью. В результате рубцовая ткань лишается нормальной циркуляции крови, развивается неравномерно и менее эластична. Формирование рубца может быть недостаточным, с образованием атрофических рубцов, или слишком бурным, избыточным, с образованием гипертрофических и келоидных рубцов. На стадии перестройки временный (фиброзный) матрикс с избытком коллагена удаляется тканевыми ферментами. При созревании рубца достигается равновесие между процессами разрушения временного матрикса и синтеза коллагена. С одной стороны, фибробласты синтезируют коллаген и другие макромолекулы. С другой - фиброциты, тучные клетки, клетки эндотелия и макрофаги выделяют ферменты (ММР), необходимые для разрушения и перестройки (ремоделирования) межклеточного матрикса. Равновесие между этими процессами необходимо для замены фиброзного матрикса. В ранах, заживающих без рубцов (в ранах плода), отношение уровня металлопротеиназ к уровню их ингибиторов выше, чем в ранах с рубцами. Активность металлопротеиназ в сильной степени зависит от ионов цинка. Zn2+присутствует в 70 ферментах, большинство из которых участвует в заживлении ран. Основная часть цинка у человека сосредоточена в коже. Потребность в цинке особенно возрастает в фазе грануляции и эпитализации раны. Когда межклеточный матрикс ран подвергается разрушению, идет высвобождение сГАГ. В норме сГАГ связаны с белками и практически отсутствуют в свободном виде. В свободном состоянии сГАГ проявляют уникальные свойства - снижают активность протеолитических ферментов и гиалуронидаз в межклеточном матриксе, блокируют синтез медиаторов воспаления путём маскировки антигенных детерминант и отмены хемотаксиса (двигательная реакция клеток на химический раздражитель), подавляют активность кислородных радикалов, предотвращают апоптоз клеток, индуцированный повреждающими факторами, угнетают синтез липидов и таким образом препятствуют процессам деградации межклеточного матрикса на этапах заживления ран. Развитию фиброза препятствуют также интерфероны, выделяемые лейкоцитами (интеферон-α), фибробластами (интерферон-β) и Т-лимфоцитами (интерферон-γ). Они тормозят синтез фибробластами избытка коллагена и фибронектина. Любая рана, проникающая в дерму, заживает с образованием рубца в среднем за 7-10 сут. Соотношение содержания коллагена III типа к содержанию коллагена I типа в свежих рубцах более высокое, чем в неповреждённой ткани, что обеспечивает большую эластичность, но прочность при этом составляет всего 5-10% от уровня в здоровой коже. В последующие 6-12 мес рубцовая ткань подвергается значительной перестройке. В ней увеличивается содержание коллагена I типа, образуются поперечные сшивки, что делает рубец более прочным - до 80% по отношению к здоровой коже. Медицинские книги @medknigi Аномальные рубцы. Отклонение от нормального заживления раны с неконтролируемой продукцией коллагена, при котором происходит рассогласование турновера коллагеновых белков дермы, приводит к появлению гипертрофических и келоидных рубцов (Озерская, 2007; Шафранов и др., 2006). Келоид и гипертрофический рубец - это доброкачественное разрастание фиброзной ткани, появляющееся после травмы или ранения кожи у предрасположенных к нему индивидуумов. Келоиды и гипертрофические рубцы представляют собой вид патологического заживления ран, которое встречается после случайных или хирургических травм. Развитие гипертрофических и келоидных рубцов является одной из наиболее частых проблем после повреждения кожной ткани как из-за функциональных, так и из-за эстетических последствий. Рубцы оказывают серьёзные психологические и физические последствия. Они могут не только вызвать значительные боли, когда формируются вблизи суставов и препятствуют мобильности, но и могут стать причиной тяжёлых депрессивных состояний у пациентов при их локализации на лице или видимых областях тела (Van den Kerckhove et al., 2001). Наиболее точное их гистологическое различие - это наличие широких розовых пучков коллагена в келоидах, которые отсутствуют в гипертрофических рубцах. Однако и келоиды, и гипертрофические рубцы имеют скопления депозитов коллагена и гликопротеинов (English, Shenefelt, 1999; Berman, Kapoor, 2001). Гипертрофические рубцы ограничены раной и чаще встречаются в молодом возрасте. Обычно они безболезненны, образуются в течение нескольких недель, затем постепенно уменьшаются. Попытки разделить келоидные и гипертрофические рубцы на ранних этапах их формирования оказались достаточно трудными. Эти рубцы различаются как клинически, так и биохимически. Келоид и гипертрофический рубец отличаются от здоровой кожи богатой сосудистой сетью, высокой плотностью мезенхимальных клеток и утолщённым эпидермальным слоем. Гипертрофические рубцы характеризуются отсутствием достаточного созревания рубцовой ткани, то есть наличием остатков грануляций. Такие рубцы отличаются присутствием миофибробластов, большого количества клеток и повышенной плотностью микрососудов. Это отличает их от келоидных рубцов, которые характеризуются чрезмерной аккумуляцией внеклеточного матрикса (Пшениснов и др., 2005). Келоид - это разрастание плотной фиброзной ткани, которая обычно развивается после заживления повреждённой кожи. Эта ткань простирается за границы первоначальной раны, обычно не регрессирует спонтанно и имеет тенденцию рецидивировать после иссечения. Такой фиброзный рост часто вызывает серьёзные космето-логические и симптоматические проблемы. Внешне гипертрофические рубцы напоминают келоидные - и у тех и у других тонкий эпидермис, отсутствует кожный рисунок. И в тех и в других редко обнаруживается эластин, который присутствует в больших количествах в обычных рубцах и здоровой коже. Гипертрофические рубцы содержат миофибро-бласты, а в келоидах миофибробласты отсутствуют. После Медицинские книги @medknigi завершения стадии воспаления синтез коллагена в келоидных рубцах происходит намного интенсивнее (примерно в 20 раз) и продолжается значительно дольше, чем при нормальном заживлении. Фибробласты келоидных рубцов вырабатывают больше коллагена как in vivo, так и in vitro, даже в отсутствие факторов роста. Фибробласты, полученные из келоидных рубцов, в меньшей степени подвержены апоптозу по сравнению с фибробластами здоровой кожи. Это связано с мутациями в гене р53, который контролирует апоптоз клеток. Точечные мутации в этом гене обнаружены в фибробластах из келоидных рубцов. В нормальных фибробластах, полученных из кожи тех же испытуемых, такие мутации не выявлены. Нарушения регуляции гена р53, опосредованное изменённым белком р53, могут приводить к замедлению апоптоза клеток в келоидах. Предполагается, что образование келоидных рубцов обусловлено не только дефектами самих фибробластов, но и нарушением контроля кератиноцитов над фибробластами. В здоровой коже отношения кератиноцитов эпидермиса и фибробластов дермы, разделённых базальной мембраной, регулируются механизмами паракринной регуляции, в частности, интерлейкином-1α (IL-1α). Этот цитокин из семейства пептидных молекул обеспечивает межклеточные коммуникации и согласованность их функционирования. Синтезируемый ке-ратиноцитами цитокин IL-1α является одним из главных активаторов синтеза коллагена, эластина и ГК фибробластами дермы. Цитокины же, синтезируемые фибробластами, контролируют скорость обновления эпидермиса (Скоч, Помыткин, 2010). При нарушении целостности базальной мембраны и дермы кератиноциты и фибробласты оказываются вместе в раневой полости. Кератиноциты увеличивают продукцию IL-1α, который одновременно действует аутокринно на ке-ратиноциты и паракринно на фибробласты. Кератиноциты человека, полученные из келоидных рубцов, усиливали пролиферацию нормальных фибробластов в большей степени, чем нормальные кератиноциты. Под действием кератиноцитов из келоидных рубцов нормальные фибробласты человека начинали вырабатывать коллаген с той же интенсивностью, что и в келоидных рубцах. За образование келоидных рубцов может быть ответственен также и другой цитокин - трансформирующий фактор роста β (ТФР-β). Он стимулирует синтез фибробластами коллагена, фибронектина и про-теогликанов. Кроме того, этот фактор уменьшает синтез коллагеназы и увеличивает выработку её ингибиторов и тем самым замедляет разрушение временного матрикса. Из трёх известных изоформ ТФР ке-лоидные фибробласты человека особенно чувствительны к изоформам ТФР-β1 и ТФР-β2, снижающим активность апоптоза и, возможно, способствующим развитию фиброза и формированию келоидных рубцов. К апоптозу причастны также гены каспаз, кодирующие группу проте-аз, которые участвуют в апоптозе путём каскадной активации одного фермента другим. В процессе заживления ран апоптоз задействован дважды. Во-первых, он снижает воспалительную инфильтрацию раны между стадиями воспаления и пролиферации. А факторы, подавляющие апоптоз, позволяют воспалительной инфильтрации сохраняться дольше обычного, что способствует развитию Медицинские книги @medknigi фиброза. Во-вторых, апоптоз препятствует выработке излишнего коллагена фибробластами, а факторы, ингибирующие апоптоз, способствуют отложению коллагена и формированию келоидных рубцов. Таким образом, синтез фиброзной ткани в келоидах обусловлен не только высокой скоростью пролиферации фибробластов, но и замедлением их апоптоза. Современные методы иммуногистохимического анализа позволяют оценивать уровень экспрессии отдельных генов, кодирующих синтез тех или иных белков, в частности белка р53. Так, например, в работах (Хабаров и др., 2017; 2018) исследовали операционный материал, полученный от 48-летней пациентки при пластической операции круговой подтяжки лица с предварительно введенными инъекционными препаратами ГК (рис. 3.10, 3.11). Для иммуногистохимического исследования использовали первичные моноклональные антитела р53. Рис. 3.10. Экспрессия маркера p53 в биоптатах кожи. Состав образцов препаратов: образец № 1 (А) - «Голдгиал»: ГК 0,8% с НЧЗолота; образец № 2 (Б) - «Скинопротектор»: ГК 0,8%, хлористый цинк 0,025%: образец № 3 (В) «Биоревитализант»: ГК 0,8%; 4 (Г)- «Тетраскил»: ГК 1,0%, карнитин 0,3%, липоевая кислота 0,2%, янтарная кислота 0,2%; 5 (Д) - «Ювента»: ГК 1,0%, лизин 0,3%, глицин 0,3%, гидроксипролин 0,3%, хлористый магний 0,025%; 6 (Е) - «Ювента»: ГК 1,0%, лизин 0,3%, глицин 0,3%, гидроксипролин 0,3%, силикат натрия 0,025%; 7 (Ж) - «Ювента»: ГК 1,0%, лизин 0,3%, глицин 0,3%, гидроксипролин 0,3%, хлористый цинк 0,025%. Иммунофлуоресцентное исследование, х400 Медицинские книги @medknigi Рис. 3.11. Сравнение показателей относительной площади экспрессии маркёра р53 в образцах кожи человека В быстро делящихся (пролиферирующих) клетках обнаруживается увеличение концентрации белка р53, что говорит о подготовке клетки для быстрой реакции на возможные возникновения повреждений ДНК. В условиях стимуляции пролиферативной активности фибробластов, например, при инъекционном введении препаратов, для остановки клеточного цикла требуется более высокая концентрация белка р53. Активированный белок р53 супрессирует транскрипцию ряда генов. Гены, транскрипцию которых стимулирует р53, кодируют белковые компоненты апоптотиче-ской программы и белки, которые регулируют клеточный цикл. Установлено, что активация р53 происходит, в частности, в результате нарушений клеточной адгезии и фокальных контактов в системе матрикс-клетка. Действуя сразу по нескольким механизмам, р53 как осуществляет быструю реакцию на сильные стрессы, так и регулирует программу апоптоза повреждённых клеток. Это предотвращает накопление мутаций в клеточной популяции и обеспечивает генетическую стабильность. Кроме того, белок p53 является важным маркёром старения (Смирнова и др., 2005). Из результатов исследования (Хабаров и др., 2017; 2018) следует, что различные биоактивные компоненты, введённые в состав гиалуронановых гелей, по-разному влияют на экспрессию генов, кодирующих синтез белка р53. Причем различия в уровнях экспрессии могут различаться почти в пять раз. В заключение этой главы отметим, что координация процессов синтеза и распада не только коллагеновых белков, но и любых других биомолекул в межклеточном матриксе определяет гомеостаз (другими словами, равновесное состояние) этой ткани. Здесь будет уместно вспомнить известный принцип Ле Шателье, который применительно к биохимическим процессам можно сформулировать следующим образом: при оказании на систему (в нашем случае - на межклеточный матрикс дермы), находящуюся в равновесии, какого-либо Медицинские книги @medknigi внешнего воздействия, равновесие будет смещаться таким образом, чтобы скомпенсировать вызванные изменения. Однако не всегда подобная компенсация протекает в физиологически благоприятных условиях - как результат нарушение координации процессов синтеза и распада, которое приводит к появлению патологий. Более глубокое понимание этих процессов, поиск новых биоактивных соединений, способных выполнять различные регуляторные функции, безусловно, является одной из важнейших задач, стоящих перед учёными биохимических специальностей. ЛИТЕРАТУРА Алейникова Т.Л., Авдеева Л.В., Андрианова Л.Е. и др. Биохимия. М. : ГЭОТАРМедиа, 2003. Бауманн Л. Косметическая дерматология. М. : МЕДпресс-информ, 2016. Девис М., Остин Дж., Патридж Д. Витамин С. Химия и биология. М. : Мир, 1999. Дубинина Е.Е. Роль активных форм кислорода в качестве сигнальных молекул в метаболизме тканей при состоянии окислительного стресса // Вопр. мед. химии. 2001. № 47. С. 561-581. Клишо Е.В., Кондакова И.В., Чойнзонов Е.Л. Матриксные металлопротеиназы в онкогенезе // Сибир. онкол. журн. 2003. № 2. С. 63-70. Кобляков В.А. Биохимия опухолевой клетки. М. : Знание, 1989. Кольцов Н.К. Организация клетки. М. : Биомедгиз, 1936. Ленинджер А. Основы биохимии. М. : Мир, 1985. Озерская О.С. Рубцы кожи и их дерматокосметологическая коррекция. СПб. : Искусство России, 2007. Онищенко К. Внеклеточный матрикс // Эстетическая медицина. 2008. Т. 7, № 4. С. 449-456. Окислительный стресс и антиоксиданты : сборник статей / под ред. А. Петрухиной. М. : КЛАВЕЛЬ, 2006. Пшениснов К.П., Демченко В.А., Кадочников С.И. Основы пластической хирургии // Избранные вопросы пластической хирургии. 2005. № 1 (13). С. 8086. Рогова Л.Н., Шестернина Н.В., Замечник Т.В., Фастова И.А. Матриксные металлопротеиназы, их роль в физиологических и патологических процессах // Вестн. новых медицинских технологий. 2011. № 4. С. 86-89. Северин Е.С., Глухов А.И., Голенченко В.А. и др. Биохимия. М. : ГЭОТАРМедиа, 2008. Скоч Р., Помыткин И. Интерлейкин-1α - эпидермальный цитокин, регулятор процессов формирования и функционирования кожи // Эстетическая медицина. 2010. Т. 9, № 2. С. 123-127. Смирнова И.О., Кветной И.М., Князькин И.В., Данилов С.И. Нейроиммуноэндокринология кожи и молекулярные маркеры ее старения. СПб. : ДЕАН, 2005. Соловьева Н.И. Матриксные металлопротеиназы и их биологические функции // Биоорган. химия, 1998. № 24. С. 217-226. Медицинские книги @medknigi Хабаров В.Н., Бойков П.Я. Биохимия гиалуроновой кислоты. М. : Тисо-принт, 2016. Хабаров В.Н., Жукова И.К., Кветной И.М. Иммуногистохимическое исследование биоптатов кожи человека с препаратами гиалуроновой кислоты // Эстетическая медицина. 2018 (в печати). Хабаров В.Н., Жукова И.К., Щукина Е.С., Кветной И.М. Препараты нового поколения для омоложения кожи на основе комплексов гиалуроновой кислоты // Эстетическая медицина. 2017. Т. ХV1, № 2. С. 1-8. Шафранов В.В., Борхунова Е.Н., Таганов А.В., Короткий Н.Г. Келоидные рубцы у детей. М. : Династия, 2006. Шноль С.Э. Физико-химические факторы биологической эволюции. М. : Наука, 1979. Эльпинер И.Е. Биофизика ультразвука. М. : Наука. 1973. Alameddine H.S., Morgan J.E. Matrix metalloproteinases and tissue inhibitor of metalloproteinases in inflammation and fibrosis of skeletal muscles // J. Neuromuscul. Dis. 2016. Vol. 3, N 4. P. 455-473. Amar S., Minond D., Fields G.B. Clinical implications of compounds designed to inhibit ECM-modifying metalloproteinases // Proteomics. 2017(b) Jun 14. Amar S., Smith L., Fields G.B. Matrix metalloproteinase collagenolysis in health and disease // Biochim. Biophys. Acta. 2017(a) Apr 26. pii: S0167-4889(17)30109-X. Armstrong H.F., Podolanczuk A.J., Barr R.G., Oelsner E.C. et al. Serum matrix metallo-proteinase-7, respiratory symptoms, and mortality in community-dwelling adults: the Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2017 Jun 1. Bach D.R., Tzovara A., Vunder J. Blocking human fear memory with the matrix metalloproteinase inhibitor doxycycline // Mol. Psychiatry. 2017 Apr. 4. Bauer Y., White E.S., de Bernard S., Cornelisse P. et al. MMP-7 is a predictive biomarker of disease progression in patients with idiopathic pulmonary fibrosis // ERJ Open Res. 2017. Vol. 3, N 1. pii: 00074-2016. Berman B., Kapoor S. Keloid // Med. J. 2001. Vol. 2, N 11. P. 311-314. Bhowmick M., Stawikowska R., Tokmina-Roszyk D., Fields G.B. Matrix metalloproteinase inhibition by heterotrimeric triple-helical Peptide transition state analogues // ChemBioChem. 2015. Vol. 16, N 7. P. 1084-1092. Bobińska K., Szemraj J., Czarny P., Galecki P. Role of MMP-2, MMP-7, MMP-9 and TIMP-2 in the development of recurrent depressive disorder // J. Affect. Disord. 2016. Vol. 205. P. 119-129. Boon L., Ugarte-Berzal E., Vandooren J., Opdenakker G. Glycosylation of matrix metalloproteases and tissue inhibitors: present state, challenges and opportunities // Biochem. J. 2016. Vol. 473, N 11. P. 1471-1482. Медицинские книги @medknigi Brew K., Nagase H. The tissue inhibitors of metalloproteinases (TIMPs): an ancient family with structural and functional diversity // Biochim. Biophys. Acta. 2010. Vol. 1803, N 1. P. 55-71. Brown B.A., Williams H., George S.J. Evidence for the involvement of matrixdegrading metalloproteinases (MMPs) in atherosclerosis // Prog. Mol. Biol. Transl. Sci. 2017. Vol. 147. P. 197-237. Canty E.G., Kadler K.E. Procollagen trafficking, processing and fibrillogenesis // J. СеП Sci. 2005. Vol. 118. P. 1341-1353. Carruthers J.D., Carruthers J.A., Humphrey S.. Fillers and neocollagenesis // Dermatol. Surg. 2014. Vol. 40, suppl. 12. P. S134-S136. Cerdà-Costa N., Gomis-Rüth F.X. Architecture and function of metallopeptidase catalytic domains // Protein Sci. 2014. Vol. 23, N 2. P. 123-144. Chelluboina B., Nalamolu K.R., Klopfenstein J.D., Pinson D.M. et al. MMP-12, a promising therapeutic target for neurological diseases // Mol. Neurobiol. 2017 Feb. 2 (in press). Clark S.D., Kobayashi D.K., Welgus H.G. Regulation of the expression of tissue inhibitor of MMP and collagenase by retinoids in human fibroblasts // J. Clin. Invest. 1987. Vol. 80. P. 1280-1284. Craig V.J., Zhang L., Hagood J.S., Owen C.A. Matrix metalloproteinases as therapeutic targets for idiopathic pulmonary fibrosis // Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2015. Vol. 53, N 5. P. 585-600. Dasgeb B., Phillips T. Что такое рубцы? // Коррекция рубцов : пер. с англ. 2008. El-Harake W.A., Furman M.A., Cook B., Nair K.S. et al. Measurement of dermal collagen synthesis rate in vivo in humans // Am. J. Physiol. 1998. Vol. 274, N 4. P. E586-E591. English R.S., Shenefelt Ph. D. Keloid and hypertrophic scars // Dermatol. Surg. 1999. Vol. 25, N 8. P. 631-638. Evanko S.P., Tammi M.I., Tammi R.H., Wight T.N. Hyaluronan-dependent pericellular matrix // Adv. Drug Deliv. Rev. 2007. Vol. 59. P. 1351-1365. Fan M.H., Zhu Q., Li H.H., Ra H.J. et al. Fibroblast activation protein (FAP) accelerates collagen degradation and clearance from lungs in mice // J. Biol. Chem. 2016. Vol. 291, N 15. P. 8070-8089. Fields G.B. Biophysical studies of matrix metalloproteinase/triple-helix complexes // Adv. Protein Chem. Struct. Biol. 2014. Vol. 97. P. 37-48. Fields G.B. Interstitial collagen catabolism // J. Biol. Chem. 2013. Vol. 288, N 13. P. 8785-8793. Fields G.B. New strategies for targeting matrix metalloproteinases // Matrix Biol. 2015. Медицинские книги @medknigi Vol. 44-46. P. 239-246. Fonseca F.L., da Costa Aguiar Alves B., Azzalis L.A., Belardo T.M. Matrix metallopro-teases as biomarkers of disease // Methods Mol. Biol. 2017. Vol. 1579. P. 299. Giannandrea M., Parks W.C. Diverse functions of matrix metalloproteinases during fibrosis // Dis. Models Mech. 2014. Vol. 7, N 2. P. 193-203. Gill S.E., Kassim S.Y., Birkland T.P., Parks W.C. Mouse models of MMP and TIMP function // Methods Mol. Biol. 2010. Vol. 622. P. 31-52. Gioia M., Fasciglione G.F., Monaco S., Iundusi R. et al. pH dependence of the enzymatic processing of collagen I by MMP-1 (fibroblast collagenase), MMP-2 (gelatinase A) and MMP-14 ectodomain // J. Biol. Inorg. Chem. 2010. Vol. 15, N 8. P. 1219-1232. Golubkov V.S., Strongin A.Y. Proteolysis-driven oncogenesis // Cell Cycle. 2007. Vol. 6, N 2. P. 147-150. Greene J.J., Sidle D.M. The hyaluronic acid fillers: current understanding of the tissue device interface // Facial Plast. Surg. Clin. North Am. 2015. Vol. 23, N 4. P. 423-432. Gruber H.E., Ingram J.A., Hoelscher G.L., Zinchenko N. et al. Constitutive expression of cathepsin K in the human intervertebral disc: new insight into disc extracellular matrix remodeling via cathepsin K and receptor activator of nuclear factor-χB li-gand // Arthritis Res. Ther. 2011. Vol. 13, N 4. P. R140. Gutowski K.A., Uitto J., Kouba D. Hyaluronic acid fillers: science and clinical uses // Clin. Plast. Surg. 2016. Vol. 43, N 3. P. 489-496. Hantash B.M., Ubeid A.A., Chang H., Kafi R. et al. Bipolar fractional radiofrequency treatment induces neoelastogenesis and neocollagenesis // Lasers Surg. Med. 2009. Vol. 41. P. 1-9. Howes J.M., Bihan D., Slatter D.A., Hamaia S.W. et al. The recognition of collagen and triple-helical toolkit peptides by MMP-13: sequence specificity for binding and cleavage // J. Biol. Chem. 2014. Vol. 289, N 35. P. 24 091-24 101. Ivanov V., Ivanova S., Kalinovsky T., Niedzwiecki A. et al. Inhibition of collagen synthesis by select calcium and sodium channel blockers can be mitigated by ascorbic acid and ascorbyl palmitate // Am. J. Cardiovasc. Dis. 2016. Vol. 6, N 2. P. 26-35. Jackson H.W., Defamie V., Waterhouse P., Khokha R. TIMPs: versatile extracellular regulators in cancer // Nat. Rev. Cancer. 2017. Vol. 17, N 1. P. 38-53. Juchniewicz A., Kowalczuk O., Milewski R., Laudanski W. et al. MMP-10, MMP-7, TIMP-1 and TIMP-2 mRNA expression in esophageal cancer // Acta Biochem. Медицинские книги @medknigi Pol. 2017. Vol. 64, N 2. P. 295-299. Kaminari A., Giannakas N., Tzinia A., Tsilibary E.C. Overexpression of matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) rescues insulin-mediated impairment in the 5XFAD model of Alzheimer's disease // Sci. Rep. 2017. Vol. 7, N 1. P. 683. Khavkin J., Ellis D.A. Aging skin: histology, physiology, and pathology // Facial Plast. Surg. Clin. North Am. 2011. Vol. 19, N 2. P. 229-234. Kim C.R., Kim Y.M., Lee M.K., Kim I.H. et al. Pyropia yezoensis peptide promotes collagen synthesis by activating the TGF-P/Smad signaling pathway in the human dermal fibroblast cell line Hs27 // Int. J. Mol. Med. 2017. Vol. 39, N 1. P. 31-38. Kim J.A., Van Abel D. Neocollagenesis in human tissue injected with a polycaprolactonebased dermal filler // J. Cosmet. Laser Ther. 2015. Vol. 17, N 2. P. 99-101. Kim Z.H., Lee Y., Kim S.M., Kim H. et al. A composite dermal filler comprising cross-linked hyaluronic acid and human collagen for tissue reconstruction // J. Microbiol. Biotechnol. 2015. Vol. 25, N 3. P. 399-406. Kligman A.M., Grove G.L., Hirose R., Leyden J.J. Topical tretinoin for photoaged skin // J. Am. Acad. Dermatol. 1986. Vol. 15, N 4. Pt 2. P. 836-859. Knäuper V., López-Otin C., Smith B., Knight G. et al. Biochemical characterization of human collagenase-3 // J. Biol. Chem. 1996. Vol. 271, N 3. P. 1544-1550. Kruglikov I.L. Neocollagenesis in non-invasive aesthetic treatments // J. Cosmet. Dermatol. Sci. Appl. 2013. Vol. 3. P. 1-5. doi: 10.4236/jcdsa.2013.31A001. Published Online January 2013. URL: http://www.scirp.org/journal/jcdsa. Kudo T., Takino T., Miyamori H., Thompson E.W. et al. Substrate choice of membrane-type 1 matrix metalloproteinase is dictated by tissue inhibitor of metallopro-teinase-2 levels // Cancer Sci. 2007. Vol. 98, N 4. P. 563-568. Li J., Lin S.Y., Tang H.M. et al. Association study of MMP-9-1562C/T gene polymorphism with susceptibility to multiple autoimmune diseases: a meta-analysis // Arch. Med. Res. 2017. Vol. 48, N 1. P. 105-112. Li Z., Takino T., Endo Y., Sato H. Activation of MMP-9 by membrane type-1 MMP/ MMP-2 axis stimulates tumor metastasis // Cancer Sci. 2017. Vol. 108, N 3. P. 347353. Liang J., Pei X., Zhang Z., Wang N. et al. The protective effects of long-term oral administration of marine collagen hydrolysate from chum salmon on collagen matrix homeostasisin the chronological aged skin of Sprague-Dawley male rats // J. Food Sci. 2010. Vol. 75. P. H230-H238. Madala S.K., Pesce J.T., Ramalingam T.R., Wilson M.S. et al. Matrix metalloproteinase 12-deficiency augments extracellular matrix degrading metalloproteinases and attenuates IL-13-dependent fibrosis // J. Immunol. 2010. Vol. 184, N 7. P. 39553963. Malik R., Lelkes P.I., Cukierman E. Biomechanical and biochemical remodeling of stromal extracellular matrix in cancer // Trends Biotechnol. 2015. Vol. 33, N 4. Медицинские книги @medknigi P. 230-236. Manicone A.M., Gharib S.A., Gong K.Q., Eddy W.E. et al. Matrix metalloproteinase-28 is a key contributor to emphysema pathogenesis // Am. J. Pathol. 2017. Vol. 187, N 6. P. 1288-1300. Manka S.W., Carafoli F., Visse R., Bihan D. et al. Structural insights into triplehelical collagen cleavage by matrix metalloproteinase 1 // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2012. Vol. 109, N 31. P. 12 461-12 466. McKleroy W., Lee T.H., Atabai K. Always cleave up your mess: targeting collagen degradation to treat tissue fibrosis // Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2013. Vol. 304, N 11. P. L709-L721. Melander M.C., Jürgensen H.J., Madsen D.H., Engelholm L.H. et al. The collagen receptor uPARAP/Endo180 in tissue degradation and cancer // Int. J. Oncol. 2015. Vol. 47, N 4. P. 1177-1188. Morry J., Ngamcherdtrakul W., Yantasee W. Oxidative stress in cancer and fibrosis: opportunity for therapeutic intervention with antioxidant compounds, enzymes, and nanoparticles // Redox Biol. 2016. Vol. 11. P. 240-253. Mosig R.A., Dowling O., DiFeo A., Ramirez M.C. et al. Loss of MMP-2 disrupts skeletal and craniofacial development and results in decreased bone mineralization, joint erosion and defects in osteoblast and osteoclast growth // Hum. Mol. Genet. 2007. Vol. 16, N 9. P. 1113-1123. Murphy G. Riding the metalloproteinase roller coaster // J. Biol. Chem. 2017. Vol. 292, N 19. P. 7708-7718. Nagase H., Visse R., Murphy G. Structure and function of matrix metalloproteinases and TIMPs // Cardiovasc. Res. 2006. Vol. 69, N 3. P. 562-573. Newby A.C. Metalloproteinase production from macrophages - a perfect storm leading to atherosclerotic plaque rupture and myocardial infarction // Exp. Physiol. 2016. Vol. 101, N 11. P. 1327-1337. Nigdelioglu R., Hamanaka R.B., Meliton A.Y., O'Leary E. et al. TGF-β promotes de novo serine synthesis for collagen production // J. Biol. Chem. 2016. Vol. 291, N 53. P. 27 239-27 251. doi: jbc.M116.756247. Nkyimbeng T., Ruppert C., Shiomi T., Dahal B. et al. Pivotal role of matrix metalloproteinase 13 in extracellular matrix turnover in idiopathic pulmonary fibrosis // PLoS One. 2013. Vol. 8, N 9. Article ID e73279. Ohuchi E., Imai K., Fujii Y., Sato H. et al. Membrane type 1 matrix metalloproteinase digests interstitial collagens and other extracellular matrix macromolecules // J. Biol. Chem. 1997. Vol. 272. P. 2446-2451. Osako Y., Seki N., Kita Y., Yonemori K. et al. Regulation of MMP13 by antitumor microRNA-375 markedly inhibits cancer cell migration and invasion in esophageal squamous cell carcinoma // Int. J. Oncol. 2016. Vol. 49, N 6. P. 2255-2264. Медицинские книги @medknigi Pavlaki M., Zucker S. Matrix metalloproteinase inhibitors (MMPIs): the beginning of phase I or the termination of phase III clinical trials // Cancer Metastasis Rev. 2003. Vol. 22, N 2-3. P. 177-203. Perles Z., Moon S., Ta-Shma A., Yaacov B. et al. A human laterality disorder caused by a homozygous deleterious mutation in MMP21 // J. Med. Genet. 2015. Vol. 52, N 12. P. 840-847. Phillips T.M., Fadia M., Lea-Henry T.N., Smiles J. et al. MMP2 and MMP9 associate with crescentic glomerulonephritis // Clin. Kidney J. 2017. Vol. 10, N 2. P. 215-220. Qin Z., Voorhees J.J., Fisher G.J., Quan T. Age-associated reduction of cellular spreading/mechanical force up-regulates matrix metalloproteinase-1 expression and collagen fibril fragmentation via c-Jun/AP-1 in human dermal fibroblasts // Aging Cell. 2014. Vol. 13, N 6. P. 1028-1037. Ra H.J., Parks W.C. Control of metalloproteinase catalytic activity // Matrix Biol. 2007. Vol. 26. P. 587-596. Radbill B.D., Gupta R., Ramirez M.C., DiFeo A. et al. Loss of matrix metalloproteinase-2 amplifies murine toxin-induced liver fibrosis by upregulating collagen I expression // Dig. Dis. Sci. 2011. Vol. 56, N 2. P. 406-416. Saarinen J., Welgus H.G., Flizar C.A., Kalkkinen N. et al. N-glycan structures of matrix metalloproteinase-1 derived from human fibroblasts and from HT-1080 fibrosarcoma cells // Eur. J. Biochem. 1999. Vol. 259. P. 829-840. Sato H., Takino T. Coordinate action of membrane-type matrix metalloprotein-ase-1 (MT1-MMP) and MMP-2 enhances pericellular proteolysis and invasion // Cancer Sci. 2010. Vol. 101, N 4. P. 843-847. Schmid D., Belser E., Meister S. Use of Soy Isoflavones for Stimulation of Skin Collagen Synthesis. Switzerland : Mibelle Biochemistry, 2008. Shay G., Tauro M., Loiodice F., Tortorella P. et al. Selective inhibition of matrix metalloproteinase-2 in the multiple myeloma-bone microenvironment // Oncotarget. 2017. Vol. 8, N 26. P. 41 827-41 840. Shibuya S., Ozawa Y., Watanabe K., Izuo N. et al. Palladium and platinum nanoparticles attenuate aging-like skin atrophy via antioxidant activity in mice // PLoS One. 2014. Vol. 9, N 10. Article ID e109288. Solomonov I., Zehorai E., Talmi-Frank D., Wolf S.G. et al. Distinct biological events generated by ECM proteolysis by two homologous collagenases // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2016. Vol. 113, N 39. P. 10 884-10 889. Tam E.M., Moore T.R., Butler G.S., Overall C.M. Characterization of the distinct collagen binding, helicase and cleavage mechanisms of matrix metalloproteinase 2 and 14 (gelatinase A and MT1-MMP): the differential roles of the MMP hemopexin c Медицинские книги @medknigi domains and the MMP-2 fibronectin type II modules in collagen triple helicase activities // J. Biol. Chem. 2004. Vol. 279. P. 43 336-43 344. Taran K., Wnek A., Kobos J., Andrzejewska E. et al. Tissue and serum mRNA profile of MMPs-2/9 as a potential novel biomarker for the most individual approach in infantile hemangiomas and cancer disease // Immunobiology. 2017. Vol. 222, N 11. P. 1035-1042. doi: S0171-2985(17)30098. Tokito A., Jougasaki M. Matrix metalloproteinases in non-neoplastic disorders // Int. J. Mol. Sci. 2016. Vol. 17, N 7. Article ID E1178. Turlier V., Delalleau A., Casas C., Rouquier A. et al. Association between collagen production and mechanical stretching in dermal extracellular matrix: in vivo effect of cross-linked hyaluronic acid filler. A randomised, placebo-controlled study // J. Dermatol. Sci. 2013. Vol. 69. P. 187-94. Uitto J., Kouba D. Cytokine modulation of extracellular matrix gene expression: relevance to fibrotic skin diseases // J. Dermatol. Sci. 2000. Vol. 24, suppl. 1. P. S60S69. Van den Kerckhove E., Stappaerts K., Boeckx W., Van den Hof B. et al. Silicones in the rehabilitation of burns: a review and overview // Burns. 2001. Vol. 27. P. 205-214. Van Doren S.R. Matrix metalloproteinase interactions with collagen and elastin // Matrix Biol. 2015. Vol. 44-46. P. 224-231. Van Lint P., Libert C. Chemokine and cytokine processing by matrix metalloproteinases and its effect on leukocyte migration and inflammation // J. Leukoc. Biol. 2007. Vol. 82. P. 1375-1381. Verma S., Dixit R., Pandey K.C. Cysteine proteases: modes of activation and future prospects as pharmacological targets // Front. Pharmacol. 2016. Vol. 7. P. 107. Verzijl N., DeGroot J., Thorpe S.R., Bank R.A. et al. Effect of collagen turnover on the accumulation of advanced glycation end products // J. Biol. Chem. 2000. Vol. 275, N 15. P. 39027-39031. doi: 10.1074/jbc.M006700200/ Warwick D., Arandes-Renú J.M., Pajardi G., Witthaut J. et al. Collagenase Clostridium histolyticum: emerging practice patterns and treatment advances // J. Plast. Surg. Hand Surg. 2016. Vol. 50, N 5. P. 251-261. Waterlow J.C., Stephen J.M.L. Adaptation of the rat to a low-protein diet: the effect of a reduced protein intake on the pattern of incorporation of L-[14C] lysine // Br. J. Nutr. 1966. Vol. 20, N 3. P. 461-484. doi: 10.1079/BJN19660047. Wirtschaftler Z.O., Bentley A.S. The influence of age and growth rate on the extractable collagen of skin of normal rats // Lab. Invest. 1962. Vol. 11. P. 316-320. Медицинские книги @medknigi Yamamoto K., Okano H., Miyagawa W., Visse R. et al. MMP-13 is constitutively produced in human chondrocytes and co-endocytosed with ADAMTS-5 and TIMP-3 by the endocytic receptor LRP1 // Matrix Biol. 2016. Vol. 56. P. 57-73. Yu G., Kovkarova-Naumovski E., Jara P., Parwani A. et al. Matrix metalloproteinase-19 is a key regulator of lung fibrosis in mice and humans // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2012. Vol. 186, N 8. P. 752-762. Zague V. A new view concerning the effects of collagen hydrolysateintake on skin properties // Arch. Dermatol. Res. 2008. Vol. 300. P. 479-483. Zeng L., Rong X.F., Li R.H., Wu X.Y. Icariin inhibits MMP-1, MMP-3 and MMP-13 expression through MAPK pathways in IL-1P-stimulated SW1353 chondrosarcoma cells // Mol. Med. Rep. 2017. Vol. 15, N 5. P. 2853-2858. Zhang Y., Stefanovic B. LARP6 meets collagen mRNA: specific regulation of type I collagen expression // Int. J. Mol. Sci. 2016. Vol. 17. P. 419-435. Zhang Y.Z., Ran L.Y., Li C.Y., Chen X.L. Diversity, structures, and collagendegrading mechanisms of bacterial collagenolytic proteases // Appl. Environ. Microbiol. 2015. Vol. 81, N 18. P. 6098-6107. Zhao Y., Marcink T.C., Sanganna Gari R.R., Marsh B.P. et al. Transient collagen triple helix binding to a key metalloproteinase in invasion and development // Structure. 2015. Vol. 23, N 2. P. 257-269. Zigrino P., Brinckmann J., Niehoff A., Lu Y. et al. Fibroblast-derived MMP-14 regulates collagen homeostasis in adult skin // J. Invest. Dermatol. 2016. Vol. 136, N 8. P. 1575-1583. Zitnay J.L., Li Y., Qin Z., San B.H. et al. Molecular level detection and localization of mechanical damage in collagen enabled by collagen hybridizing peptides // Nat. Commun. 2017. Vol. 8. Article ID 14913. Zucker S., Drews M., Conner C., Foda H.D. et al. Tissue inhibitor of metalloproteinase-2 (TIMP-2) binds to the catalytic domain of the cell surface receptor, membrane type 1-matrix metalloproteinase 1 (MT1-MMP) // J. Biol. Chem. 1998. Vol. 273, N 2. P. 1216-1222. Медицинские книги @medknigi Глава 4. Естественная химическая трансформация коллагена и эластина, приводящая к постепенной деградации тканей Кожа является тем органом, на котором наиболее наглядно прослеживаются процессы старения организма в целом. Совершенно очевидно, что свойства и функции кожных покровов с возрастом ухудшаются, что проявляется в постепенной деградации тканей. Причины этих негативных процессов связывают со множеством разнообразных, в том числе генетических и эпигенетических, факторов: снижением уровня регуляторных гормонов, падением скорости синтеза ГК и других гли-козаминогликанов, фрагментацией и дезориентацией коллагеновых и эластиновых волокон (Хабаров и др., 2012). Эти факторы в целом приводят к изменению структурных связей в межклеточном матриксе, что отрицательно сказывается на способности фибробластов нормально функционировать в дерме и производить коллаген и эластин (Cauble et al., 2015; Mora Huertas et al., 2016; Naval et al., 2014; Qin et al., 2014; Jung et al., 2015; Panich et al., 2016; Rinnerthaler et al., 2015; Sherratt, 2013; Purohit et al., 2016; Guilbert et al., 2016; Weihermann et al., 2017). В совокупности это приводит к нарушению кожного гомеостаза и как следствие снижению тонуса кожных покровов (Tang et al., 2014; Varma et al., 2016). Конечными наглядными результатами являются атрофия, провисания, дряблость кожи, появление всё более заметных морщин. Различного рода посттрансляционные модификации, которые претерпевают после синтеза в рибосомах практически все белки человеческого организма, совершенно обязательны для их нормального функционирования (Khoury et al., 2011). Эти процессы сложны и многообразны, протекают в норме с помощью различных ферментов под тщательным контролем множества эндогенных факторов. В случае коллагенового белка I типа именно посттрансляционные модификации формируют тройную спираль зрелой макромолекулы (Van den Steen, 2001; Kadler, 2017). Наряду с ферментативной модификацией внутриклеточные и внеклеточные белки претерпевают спонтанные локальные изменения своей химической структуры без участия ферментов (Vlassara et al., 1994; Ott et al., 2014; Panwar et al., 2016). Такие модификации по большей части, являются необратимыми и нерепарируемыми как собственными системами организма, так и современными лекарственными средствами (Tessier, 2010). Их появление и последующее накопление в зрелом коллагене происходит в результате избыточного образования поперечных ковалентных связей внутри и между коллагеновых фибрилл, что постепенно приводит к «старению» межклеточного матрикса и на молекулярном уровне проявляется в укрупнении, упрочнении, хрупкости коллагеновых и эластиновых фибрилл, волокон и пучков (Gkogkolou, Böhm, 2012; Golubev et al., 2017; Ahmed et al., 2017). Химические модификации коллагена и эластина, наиболее явно проявляющиеся при патологиях (диабет, гепатит, избыточное образование мочевины и др.), зависят от физиологической концентрации сахаров, мочевины, билирубина и некоторых других активных Медицинские книги @medknigi метаболитов, диффундирующих в межклеточный матрикс. Описание основных известных на данный момент типов таких реакций приводится в настоящей главе. Хотя они могут оказывать влияние на гомеостаз практически всех органов и тканей в организме, ввиду сложности темы и малочисленности экспериментальных данных in vivo речь пойдёт в основном о коже. 4.1. ГЛИКИРОВАНИЕ В норме преобладающей химической реакцией между восстанавливающими углеводами и свободными аминогруппами белков (реже - липидов) в организме человека является гликозилирование. В зависимости от того, к какому атому азота или кислорода - присоединяется углевод, различают N- и Oгликозилирование соответственно. Оно может быть ферментативным или неферментативным, иметь место в различных структурах клетки, в цитоплазме и ядре. В качестве примера ферментативного гликозилирования (внутриклеточного, в цистернах ШЭР) можно привести модификацию остатков гидроксилизина при формировании а-цепей коллагена после завершения гидроксилирова-ния, но до спирализации (см. гл. 3). После образования тройной спирали проколлагена его внутриклеточное гликозилирование завершается. Фибриллогенез - формирование коллагеновых фибрилл из молекул тропоколлагена - происходит в межклеточном матриксе с помощью сходных ферментативных реакций гликозилирования. Структура образованных фибрилл стабилизируется путём формирования ковалентных сшивок молекул тропоколлагена (см. рис. 3.4, 3.7; Orgel et al., 2014). Ферментативное гликозилирование внеклеточных доменов мембранос-вязанных рецепторных белков регулирует константы связывания сигнальных молекул со своими рецепторами (Галенок и др., 1989). Гликированием называют процесс добавления молекулы углевода к молекуле белка или липида, протекающий без участия ферментов. Чаще всего такими углеводами служат галактозилглюкоза или галактоза, реже - другие изомеры глюкозы: лактоза, фруктоза, рибоза, ман-ноза. Эти реакции, называемые реакциями Майяра (Maillard reactions), представляют собой сложные многоступенчатые процессы с участием карбонилсодержащих веществ и свободных аминогрупп белковых молекул. Различают обратимую и необратимую стадии последовательного ряда химических превращений (рис. 4.1). При развитии реакции Майяра образуется большое количество промежуточных веществ, начиная с шиффовых оснований, которые далее подвергаются различным окислительным превращениям с формированием на заключительных стадиях темноокрашенных продуктов - мела-ноидинов (рис. 4.2). Медицинские книги @medknigi Рис. 4.1. Схема принципиальных стадий реакции Майяра Рис. 4.2. Последовательные стадии (шаги) возможных химических превращений в реакции Майяра С химической точки зрения гликирование - это разновидность реакции карбонилирования, где карбонильная группа белка в пептидной связи выглядит следующим образом: Неферментативные реакции карбонилирования осуществляются посредством так называемых активных карбонильных субстанций - RCS (reactive carbonyl species), которые образуются под влиянием АФК (ROS - активные окислительные субстанции) из двух основных источников - сахаров и липидов Медицинские книги @medknigi (рис. 4.3) (Dalle-Donne et al., 2006; Grimsrud et al., 2008; Pamplona, 2011; Wong et al., 2012; Noh et al., 2016). В первом случае образуются AGE (Advanced Glycation End-products), а во втором - ALE (Advanced Lipoxidation End-products) (читателю следует иметь в виду, что нередко в научной литературе оба этих типа химических модификаций объединяют в один вид - AGE) (Visto-li et al., 2013). Образование AGE включает реакции между аргинином, лизином или цистеином и такими продуктами окисления углеводов, как глиоксаль (glyoxal, GO), метилглиоксаль (methylglyoxal, MG) и 3-диоксиглюкозон (3-deoxyglucosone, 3-DG) (рис. 4.4). Рис. 4.3. Структуры наиболее часто встречаемых биологических RCS (Semchyshyn, 2014) Формирование в молекуле белка (в том числе коллагена) ALE происходит посредством ковалентных связей с продуктами окисления липидов. В отличие от AGE, ALE формируются только одним путём - присоединения образованных после окисления липидов RCS к аргинину, лизину, гистидину или цистеину (Solis-Calero et al., 2015). Одним из наиболее изученных липидных производных RCS является MDA (malondialdehyde): Медицинские книги @medknigi Рис. 4.4. Химические сшивки в коллагене, образованные посредством различных AGE (Aldini et al., 2013): А - сшивки Lys-Arg; Б - сшивки Lys-Lys. GOLD - сшивки глиоксалем; MOLD - сшивки метилглиоксалем; GODIC сшивки глиоксаль-имидазолем; MODIC - сшивки метилглиоксаль-имидазолем; Glucosepane - сшивки глюкозой Процесс гликирования основного белка межклеточного матрикса, коллагена I типа, протекает в два этапа. Вначале глюкоза нефермен-тативно вступает в реакцию конденсации за счёт своей карбонильной (альдегидной) группы с различными аминогруппами и образует с ними шиффово основание (называемое также альдиминовым соединением или альдимином). Эта стадия реакции Майяра является обратимой. В дальнейшем эта промежуточная форма коллагена подвергается так называемой Амадори перегруппировке с образованием кетоамина. Эта стадия представляет собой необратимую реакцию с образованием гликированных продуктов - AGE - в результате последовательных реакций дегидратации (продукты пост-Амадори). Эти продукты очень устойчивы, их количество возрастает на протяжении всего многолетнего существования макромолекул зрелого коллагена. Следует отметить, что, кроме продуктов пост-Амадори, в организме протекают и другие реакции формирования AGE, на которых мы останавливаться не будем (Ishino et al., 2008; Ott et al., 2014; Davies, 2016; Wetzels et al., 2017). Отметим также, что кетоаминные связи с белками быстрее образуются с фосфатами сахаров. Так, гликозо-6-фосфат в 20 раз активнее глюкозы образует гликированный гемоглобин. Медицинские книги @medknigi Теоретически гликирование может иметь место в любом участке белковых молекул, но наиболее часто образуется О-гликозидная связь с 5'-ОН-группой гидроксилизина (Uchida, 2003; Gautieri et al., 2014). У коллагена I типа гликирование преимущественно происходит с ε-аминогруппами гидроксилизина в α1-цепях в положении 434 и α2-цепях в положениях 453, 479 и 924 (Sweeney et al., 2008). Глюкозидные сшивки между гидроксилизином и аргинином называют глюкозепаном (glucosepane) (рис. 4.5). Среди всех AGE глюкозепан наиболее представителен - его концентрация в коллагене в 100 раз выше концентрации остальных модификаций (Sell et al., 2005; Nemet et al., 2011). На данный момент неизвестно, как образованные им сшивки влияют на физико-химические свойства коллагена (Monnier et al., 2014). Нет пока объяснения и тому факту, что места формирования глюкозепана практически совпадают с местами расщепления коллагена посредством ММР-1 (Collier et al., 2015, 2016). Формирование AGE в отдельных молекулах зрелого коллагена приводит к образованию сшивок между его фибриллами (рис. 4.6). Значительно возросший в последние два десятилетия интерес к открытой в начале XX века реакции Майяра обусловлен её большой практической и научной значимостью, связанной с пониманием биохимических процессов, способствующих развитию патологий и старению биологических систем (Nass et al., 2007; Tessier, 2010; Poundarik et al., 2015; Saito et al., 2015; Saleh et al., 2015; Sanguineti et al., 2014; Saremi et al., 2017; Panwar et al., 2017; Van Waateringe et al., 2017). Какое же влияние оказывает гликированный коллаген на гомеостаз дермы? Эксперименты на модели кожи ex vivo обнаружили обратно пропорциональную зависимость между уровнем гликирования коллагена и концентрацией основной коллагеназы ММР-1 при одновременном подавлении активности желатиназы ММР-2 (Rittie et al., 1999). Гликированный коллаген устойчив к деградации, не подвержен турноверу, и его накопление приводит к фиброзу тканей (Aldini et al., 2013). В течение всей жизни организма AGE формируются не только в коже, но также в костях, сосудах и некоторых других тканях. Их повышенная концентрация отмечается у пожилых людей, а также при различных заболеваниях, таких как сахарный диабет, хроническая почечная недостаточность, болезнь Альцгеймера и ряд других патологий (Georgescu, Popov, 2000; McCarthy et al., 2001; Zieman, Kass, 2004; Liao et al., 2009; Wetzels et al., 2017; Fu-rukawa et al., 2017; Machahua et al., 2016; Lopez-Diez, 2016; Poundarik et al., 2015). Идёт постоянный поиск более эффективных субстанций, в том числе наноматериалов, способных подавлять образование AGE (Liu et al., 2014). К основным известным на данное время субстанциям относятся следующие природные и искусственные химические соединения и антитела, в частности: метформин (metformin), пиридок-самин (pyridoxamine), тенилсетам (tenilsetam), мирицитин (myricitin), стобадин (stobadine), ибупрофен (ibuprofen), диклофенак (diclofenac), 2,3'дифосфоглицерат, аминогуанидин и некоторые другие (рис. 4.7) (Pageon, 2010; Aldini et al., 2013; Li et al., 2014; Zhou et al., 2016; Zhang et al., 2017; Bogdanowicz et al., 2016; Shen et al., 2017). Медицинские книги @medknigi Рис. 4.5. Образование глюкозепана (Sjöberg, Bulterijs, 2009) Рис. 4.6. Образование дополнительных поперечных сшивок между фибриллами коллагена при гликировании. AGE - Advanced Glycation End-products; AGE cross link between collagen fibrils - поперечные связи между коллагеновыми фибриллами, образованные в результате гликирования; Amino acid residue Медицинские книги @medknigi аминокислотный остаток в полипептидной цепи коллагена; Oxidized sugar окисленный сахар (например, метилглиоксаль); Gycosylated protein гликированный участок коллагена Рис. 4.7. Структура аминогуанидина (aminoguanidine) и других шести природных соединений, обладающих ингибирующей активностью по отношению к AGE (Guilbaud et al., 2016) Гликирование гемоглобина связано обратной зависимостью с концентрацией в клетках глутатиона (glutathione), который, как предполагается, является главным ингибитором гликирования (Galiniak et al., 2017). Одной из первых субстанций, для которых была доказана способность снижать уровень гликирования, был аспирин. Ацетилируя активные аминогруппы, аспирин конкурирует с углеводами за места присоединения к белковой молекуле. Антигликирующим действием обладает также природный дипептид карнозин (β-аланин-L-гистидин) (Кулаева и др., 1997). Карнозин обладает также буферным и сильным антиоксидантным действием, поэтому потенциально может быть использован для клинической коррекции повреждений коллагеновых фибрилл и других белковых структур (Cararo et al., 2015; Jargin, 2016; Zhao et al., 2017). Потенциально перспективным антигликирующим агентом могут являться наночастицы золота, например, в гидрогелях ГК (Хабаров, 2017). Медицинские книги @medknigi 4.2. НИТРОЗИРОВАНИЕ Существует ещё один важный вид химической неферментативной модификации коллагена, при котором в него включается некоторое количество аминокислоты аргинина (по некоторым данным - до 7,9%). Этот процесс начинается ферментативно - с того, что в гуанидиновых остатках L-аргинина амино/иминогруппы окисляются кислородом при участии NO-синтаз с высвобождением нейтральных молекул оксида азота (NO). L-аргинин при этом превращается в цитруллин (рис. 4.8) (Ignarro, 2000). Оксид азота имеет высокое сродство к гемовым группам и способен изменять активность особенно гемсодержащих белков (цитохромов Р-450, гемоглобина, миоглобина, гуанилатциклазы, цитохромоксида-зы). Будучи ионизированным до иона нитрозония (NO+), оксид азота способен неферментативно нитрозировать тиольные группы широкого спектра белков-мишеней, функционирование которых обусловлено наличием у них тиольных групп. Нитрозирование таких белков приводит к изменению их реакционной способности в окислительно-восстановительных процессах и изменению сродства тиоловых групп белков к различным биологически активным лигандам. Предполагается, что действие NO и NO+ в тканях осуществляется в режиме автоволнового изменения концентрации NO и его производных (Ванин, 2009). Рис. 4.8. Реакции образования оксида азота (Северин и др., 2008) В зрелом коллагене межклеточного матрикса тиоловые (SH) группы отсутствуют, но они присутствуют в С-концевых пропептидах. После образования тиоловыми группами С-концевых пропептидов межцепочечных дисульфидных мостиков образуется тройная спираль проколлагена в ЭПР Медицинские книги @medknigi фибробластов (см. гл. 1). Из ЭПР макромолекулы проколлагена перемещаются в аппарат Гольджи, включаются в секреторные пузырьки и транспортируются в межклеточное пространство. В межклеточном матриксе концевые пропептиды коллагенов I и III типов отщепляются специфическими коллаген-пептидазами. В результате образуются молекулы тропоколлагена - структурные единицы для формирования коллагеновых фибрилл. При снижении активности коллагенпептидаз путём нитрозирования SH-групп могут нарушаться формирование тройных спиралей проколлагена, отщепление концевых пропептидов проколлагена, образование нормального тропоколлагена. При этом образуются нити коллагена в виде дезорганизованных пучков. Клинически это проявляется в изменении растяжимости (эластичности) кожи. Таким образом, нитрозирование тиоловых групп проколлагена будет мешать образованию тройных спиралей проколлагена внутри фибробластов и тропоколлагена в межклеточном матриксе. С другой стороны, у коллагенов IV, VIII и X типов N- и С-концевые пептиды не отщепляются и участвуют в формировании сетеподобных структур. Так, базальная мембрана, разделяющая эпидермис и дерму кожи, образована в основном сетью коллагена IV типа. Нитрозирование тиоловых групп может нарушать правильность сборки сетей этих коллагенов и их функционирования например, «разрешать» миграцию клеток между тканями, разделённых мембранами из этих коллагенов. Участие оксида азота в различных биохимических циклах многофункционально (Sharma et al., 2015; Fulton et al., 2017; Napoli et al., 2013; Caballano-Infantes et al., 2017). Оксид азота считается сигнальной молекулой и одним из универсальных регуляторов метаболизма: NO активирует гуанилатциклазу и этим стимулирует быстрое образование циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ), регулирует секрецию медиаторов и гормонов, участвует в регуляции скорости апоптоза клеток, предотвращает агрегацию тромбоцитов, обладает антиканцерогенной активностью (Алейникова и др., 2003). Особый интерес представляет способность оксида азота стимулировать синтез ряда важнейших белков и ферментов как на уровне транскрипции, так и на уровне трансляции: это стрессбелки, ферритин, белки антиоксидантной защиты, белки рецепторов трансферрина, ядерный белок р53 и др. Оксид азота может также влиять на активность многих белков и ферментов - гуани-латциклазы, рибонуклеотидредуктазы, компонентов дыхательной цепи митохондрий и гликолиза, фактора транскрипции NF-kB, белков типа цитохрома Р450, мембранных белков ионных каналов и др. Физиологические функции NO обеспечиваются теми небольшими его количествами, которые синтезируются конститутивными формами NO-синтаз. Однако вырабатываемый в больших количествах индуцибельной NO-синтазой NO обладает токсическими свойствами, что позволяет ему осуществлять в организме как защитные функции (убивать опухолевые и бактериальные клетки), так и участвовать в патологических процессах, нитрозируя белки, индуцируя апоптоз. Под влиянием оксида азота наблюдается окисление тиолов с образованием нитрозотиолов. В плазме крови обнаруживаются нитрозотиолы цистеина, альбумина, а в клетках - нитро-зотиолы глутатиона, Медицинские книги @medknigi цистеинилглицина, различных белков, включая очень важные для регуляции пролиферативной активности клеток и их апоптоза. После конъюгации с супероксиданионом NO направляется по различным путям преобразования пероксинитрита, включая нитрование коллагеновых белков и образование нитрозотиолов. Источником значительных количеств NO являются макрофаги при воспалительных процессах. Кроме того, сам NO представляет парамагнитную молекулу, то есть свободный радикал, и при неблагоприятных условиях метаболизма способен вызвать так называемый нитрозилирующий стресс. Непрямое действие оксида азота опосредуется через его реактивные формы (RNOS), являющиеся продуктом реакции N0 с О2, О2 - или Н202. В образовании RNOS могут принимать участие также и переходные металлы. Непрямое влияние N0 проявляется при увеличении его синтеза, связанного с индукцией индуцибельной формы (iNOS), которая наблюдается при воспалительных процессах различной этиологии (при активировании фагоцитарных клеток концентрация NO возле них может достигать 10 мкмоль) и сочетается с усилением образования реактивных форм кислорода АФК (ROS) (Хабаров, Михайлова, 2012). Непрямое действие N0 реализуется через S-, N- и Онитрозирование, при котором катион нитрозония (NО+) присоединяется к аминам, тиолам или гидроксильным группам ароматических соединений, и через нитрование, осуществляемое путём присоединения нитрогруппы (-NO2) к биомолекулам (наиболее чувствительны к нитрованию ароматические кольца, в частности, у тирозина), а также через окисление или гидрок-силирование биомолекул, в том числе коллагена и эластина (Aldini et al., 2015; Wong et al., 2012; Davies, 2016). 4.3. БИЛИРУБИНИРОВАНИЕ Следующая по важности неферментативная «реакция старения», приводящая к нарушению функций коллагенового матрикса дермы, - это химическое связывание коллагена с билирубином. Билирубин образуется из гема при распаде гемсодержащих белков - цитохромов, миоглобина, каталазы, пероксидазы, гемоглобина. Гем гемоглобина состоит из четырех пиррольных колец, связанных между собой мете-новыми мостиками с образованием порфиринового кольца, и включает четыре метильные группы, два винильных радикала и два остатка про-пионовой кислоты (рис. 4.9). В результате разрыва порфиринового кольца образуются желчные пигменты, одним из которых является билирубин. Наличие свободных гидроксильных групп в строении молекулы билирубина в определённых условиях его повышенной концентрации может приводить к его химическому, неферментативному взаимодействию с белками, включая коллаген, в результате чего образуются продукты реакции сложного химического строения. Эти продукты имеют склонность к агрегации и появлению крупных частиц макромолекулярной природы, утилизация (метаболизм) которых весьма затруднена. В тканях здоровых людей эти процессы протекают достаточно медленно при условии, что концентрация билирубина не превышает физиологических пределов. При физиологических условиях эритроциты имеют Медицинские книги @medknigi время полужизни около 120 дней. За сутки в организме взрослого человека разрушается около 1-2х10п эритроцитов, и из гема распадающегося гемоглобина образуется 250-350 мг билирубина. Дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в эритроцитах, сепсис, лучевая болезнь, отравление сульфаниламидами и другие патологические состояния могут увеличивать выход гемоглобина из эритроцитов за сутки до 45 г (при норме 6,25 г), что значительно увеличивает образование билирубина. Липофильный, гидрофобный, неконъюгированный с глюкуроновой кислотой билирубин сам токсичен вследствие того, что легко растворяется в липидах мембран и нарушает в них транспорт калия, разобщает дыхание и окислительное фосфорилирование в митохондриях, что нарушает синтез коллагена мембраносвязанными рибосомами ШЭР. При достижении определённой концентрации билирубина в крови (более 2-3 мг/мл) он диффундирует в ткани и образует комплексы с коллагеном межклеточного матрикса и липидами клеточных мембран. В этих случаях кожа, склеры глаз и слизистые оболочки желтеют (симптомы гепатита) (Северин и др., 2008). Для ускорения обезвреживания билирубина путём конъюгирования его с глюкуроновой кислотой назначают барбитураты, которые ускоряют синтез фермента глюкуронилтрансферазы. Кроме того, для снижения уровня токсичного неконъюгированного билирубина используют фототерапию синезелёным светом с длиной волны 620 нм. В результате облучения билирубин окисляется и превращается в гидрофильные фотоизомеры, которые выводятся из организма (Северин и др., 2008). Рис. 4.9. Строение гема гемоглобина (А) и билирубина (Б) Гем синтезируется во всех клетках. В результате генетических дефектов или нарушения регуляции ферментов, участвующих в синтезе гема, развиваются Медицинские книги @medknigi порфирии - накапливаются промежуточные метаболиты синтеза гема (порфириногены). Порфириногены на свету превращаются в порфирины, которые при взаимодействии с кислородом образуют активные радикалы (главным образом - синглетный кислород), повреждающие клетки кожи. АФК могут вызывать гемолиз эритроцитов. Высокое содержание кислорода в эритроцитах приводят к повышению скорости образования гидроксильного радикала ОН* и супероксидного анион-радикала. Постоянным источником АФК в эритроцитах является неферментативное окисление гемоглобина. Вызывая ПОЛ мембран, АФК разрушают эритроциты и увеличивают выход гемоглобина и, соответственно, образование билирубина при расщеплении гемоглобина. 4.4. КАРБАМИЛИРОВАНИЕ С 1960 г. известна ещё одна неферментативная, спонтанная, необратимая химическая модификация белков in vivo - карбамилирование (сarbamylation) (Shi et al., 2014; Spinelli et al., 2016). Карбамилирова-нием называют присоединение изоциановой кислоты (изоцианата) к N-концу или ε-аминогруппе лизина в боковой цепи белка (рис. 4.10). Рис. 4.10. Пути, ведущие к карбамилированию белков in vivo (Verbrugge et al., 2015) Этот процесс продолжается в течение всей жизни организма и приводит, в частности, к накоплению повреждений в зрелом коллагене и эластине дермы (Gorisse et al., 2016). Реакции карбамилирования начинаются с карбамида (мочевины) и протекают по следующему «сценарию» (рис. 4.11). На первом этапе в результате диссоциации мочевины образуется изоцианат, который затем неферментативно связывается с ε-аминогруппами лизиновых остатков в белковых молекулах. Неферментативное связывание изоцианата с εаминогруппами лизиновых остатков превращает их в гомоцитруллиновые остатки (гомоцитруллин, HCit). До 45% всех лизиновых остатков в обеих цепях молекулы коллагена могут быть теоретически заменены гомоцитруллином. При Медицинские книги @medknigi этом эксперименты in vitro показали, что наличие всего лишь четырёх гомоцитруллинов в а-цепи достаточно для локальной дестабилизации тройной спирали и нарушения функции коллагена (Gorisse et al., 2016). Карбамилирование продолжается в течение всей жизни. У пожилых людей уровень карбамилированных белков, включая коллаген и эластин, значительно выше, чем у молодых (Gorisse et al., 2016). При гиперуремии, вызванной хроническим воспалением почек, повышенный уровень карбамилирования наблюдается у всех белков, включая коллаген дермы (Pietrement et al., 2013). Поиск средств ингибирования кар-бамилирования в настоящее время основан на создании конкуренции изоцианату при его связывании с белками. Наиболее перспективным пока проявил себя дипептид глицилглицин (glycylglycine): он снижал уровень модификации альбумина in vitro на 64% (Berg et al., 2013). Рис. 4.11. Последовательность химических реакций карбамилирования коллагена (Gorisse et al., 2016) Другой, ферментативный путь проходит через образование тиоциа-ната (с участием миелопероксидазы) и связывание его с аминогруппами белков (Gorisse et al., 2016). Поскольку скорость химической реакции карбамилирования, в соответствии с законом действующих масс, пропорциональна концентрации мочевины, то, соответственно, с ростом её концентрации в ткани растёт и уровень химически модифицированных белковых макромолекул. И пока средств ингибирования реакций карбамилирования белков ещё не найдено, можно пытаться уменьшать концентрацию синтезируемой организмом мочевины путём снижения концентрации аммиака. Известно, что мочевина является основным конечным продуктом азотистого обмена у человека. В её составе из организма выводится до 90% азота. При дезаминировании аминокислот образуется аммиак. Связывание токсичного аммиака происходит посредством синтеза мочевины. Эти реакции проходят в орнитиновом цикле гепатоцитов с участием ряда ферментов. Регуляторные стадии процесса - синтез карбамоил-фосфата, синтез цитруллина и заключительная стадия - катализируемая аргиназой (рис. 4.12). Медицинские книги @medknigi Рис. 4.12. Заключительная стадия синтеза мочевины в орнитиновом цикле (Алейникова и др., 2003) Увеличение синтеза мочевины происходит при длительной физической нагрузке или длительном голодании, которое сопровождается распадом тканевых белков. В норме экскреция мочевины составляет примерно 25 г/сут. При повышенном употреблении с пищей белков увеличивается и синтез мочевины. На уменьшение синтеза мочевины направлены методы снижения концентрации аммиака в крови (Алейникова и др., 2003): • малобелковая диета; • пищевая добавка фенилацетата (фенилацетат конъюгирует с глута-мином, образованным из глутамата в результате связывания аммиака, и образует фенилацетилглутамин, который выводится почками); реакцией связывания аммиака, протекающей во всех тканях организма, является синтез глутамина. В этой реакции глутаминсинте-таза переносит аммиак на глутаминовую аминокислоту (глутамат) с образованием глутамина. Глутамин легко транспортируется через клеточные мембраны путём облегчённой диффузии и поступает из тканей в кровь. С током крови глутамин поступает в почки, где в результате метаболизма амидный азот глутамина переводится в аммонийные соли, которые выводятся из организма. Таким образом образуется и выводится около 0,5 г солей аммония в сутки; • аналогичное действие оказывает введение бензоата, который в форме гиппуровой кислоты выводится почками. Эти превентивные методы могут замедлять карбамилирование и препятствовать старению коллагенового матрикса дермы. 4.5. РОЛЬ НЕФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ С УЧАСТИЕМ КОЛЛАГЕНОВЫХ БЕЛКОВ В ПРОЦЕССАХ СТАРЕНИЯ КОЖИ В результате рассмотренных нами в этой главе химических реакций происходят вредные для организма посттрансляционные модификации белков и липидов, которые играют существенную роль не только в патогенезе острых и хронических заболеваний, но и в процессах старения кожи. Наиболее важную роль в этих процессах играет гликирование и карбамилирование, менее важную Медицинские книги @medknigi - нитрозирование. Соотношение между нитрозированием и другими перечисленными выше типами модификаций различно внутри клетки и в межклеточном матриксе. Внутри клетки оно зависит от условий метаболизма, прежде всего от окислительно-восстановительного потенциала, рН среды и баланса между образованием N0 и АФК (ROS) в клеточных компартмен-тах. Перенос NO+ от S-нитрозотиолов к другим эндогенным тиолам (Sтранснитрозирование) является основным механизмом, который позволяет включать в нитрозирование различные содержащие тиолы молекулы (находящиеся в клетках, на их поверхности и во внеклеточном пространстве), что способствует метаболической коммуникации и разнообразию биологического действия NO в организме. Реакция S-транснитрозирования, подобно реакциям фосфорилирования или ацетилирования, осуществляет посттрансляционную модификацию белков. При S-транснитрозировании нуклеофильной атаке подвергаются реакционно-способные SH-группы цистеина, которые обеспечивают тесную связь цинка, железа и коферментов с белками, структуру и функцию ферментов, ионных каналов, G-белков, факторов транскрипции, а также работу механизмов транспорта электронов и формирование сигнальной трансдукции. Из многих реактогенных SH-групп белков S-транснитрозированию подвергаются только некоторые, локализирующиеся в участках с определённой первичной структурой вблизи NOS-синтаз и низкомолекулярных тиолов при соответствующем ре-докссостоянии клеток (Ванин, 2009). Таким образом, при химической модификации белков межклеточного матрикса оксид азота может не только ускорять «старение» коллагена в результате реакций SH-группы проколлагена и аминогрупп лизиновых/аргининовых остатков зрелого коллагена, но и служить источником дополнительного формирования промежуточных реакционноспособных агрессивных соединений. Постепенно накапливаемый «груз» химически модифицированных структур коллагена и эластина нарушает неоколлагенез и неоэластогенез в дерме. Продукты таких реакций не имеют механизмов элиминации, устойчивы и накапливаются в течение всей жизни долгоживущих белков коллагена и эластина, нарушая химический гомеостаз и архитектонику дермы. Можно полагать, что существуют и пока неизвестные химические реакции, приводящие к аналогичным последствиям. В настоящее время терапевтических средств, удаляющих из организма (и из коллагена в частности) AGE, пока не разработано. Клинические исследования показали низкую эффективность антиоксидантов (витаминов С, Е) в качестве ингибиторов образования в организме глюкозепана (Sjoberg, Bulterijs, 2009). Имеется ряд профилактических методов, частично описанных выше, и некоторых других, которые ещё находятся в стадии научных исследований (Aldini et al., 2013). Мы рассмотрели в этой главе химические модификации белков вообще и коллагена в частности, которые возникают спонтанно, но могут быть усилены экзогенными факторами. Пища как наиболее постоянный и сильный экзогенный фактор изменяет уровни углеводов и белков. Это непосредственно влияет на степень накопления гликированных (AGE) и карбамилированных (гомоцитруллин) продуктов соответственно (Grossin et al., 2015). Нам Медицинские книги @medknigi представляется важным подчеркнуть, что старение кожи, проявляющееся в характерных внешних признаках, и общее старение организма протекают с разной скоростью. Совокупность экспериментальных данных свидетельствует, что эффективность процессов репарации белков внеклеточного матрикса существенно ниже, чем внутриклеточных. Коллаген и эластин существенно отличаются от других белков очень длительным периодом полураспада соответственно, они гораздо сильнее подвержены накоплению вредных модификаций в своей структуре (Verzijl et al., 2000). При этом различные типы модификаций накапливаются с разной скоростью - продуктов карбамилирования в стареющей коже гораздо больше продуктов гликирования (Gorisse et al., 2016). Возможно, это отчасти объясняется более многостадийным процессом формирования последних. Сам факт постоянного присутствия RCS (активных карбонилов) внутри и вне клеток предполагает, что они играют важную роль в гомеостазе (Sem-chyshyn, 2014). Уже сейчас имеются оптимистичные данные в пользу того, что некоторые долгоживущие животные выработали механизмы, по крайней мере частично компенсирующие негативный эффект вышеуказанных трансформаций биомолекул. В частности, уровень наиболее полно представленных в стареющей коже «плохих» модификаций - глюкозепана и карбоксиметил-лизина (CML) - значительно выше у одного из долгоживущих видов грызунов - «слепых землекопов» (molerat Fukomys anselli) по сравнению с короткоживущими видами этих животных (Dammann et al., 2012). Более того, существуют, правда, пока ещё немногочисленные экспериментальные исследования, где на модели человеческой кожи ex vivo обнаружено, что совокупный эффект различных трансформированных белков нивелировал негативный эффект каждого из них в отдельности (Pageon et al., 2015). Дальнейшие исследования помогут выявить механизмы «обуздания» негативного эффекта химических трансформаций у белковых макромолекул. ЛИТЕРАТУРА Алейникова Т.Л., Авдеева Л.В. и др. Биохимия. М. : ГЭОТАР-МЕД, 2003. Бауманн Л. Косметическая дерматология. М. : МЕДпресс-информ, 2016. Ванин А.Ф. Автоволны как способ регуляции в пространстве и времени биологического действия оксида азота в живых системах // Рос. хим. журн. 2009. Т. LIII, № 6. С. 70-73. Галенок В.А., Бондар П.Н., Диккер В.Е., Ромашкин С.В. Гликозилированные протеины. Новосибирск : Наука, 1989. Кулаева Н.В., Коваленко З.С., Болдырев А.А. Антиоксидантный и антигликирующий эффекты карнозина в системе глицеральдегид-актин // Рефераты симпозиума «Биоантиоксидант». Тюмень, 1997. С. 9-10. Панин Л.Е. Биохимические механизмы стресса. Новосибирск : Наука, 1983. Северин Е.С., Глухов А.И. и др. Биохимия. М. : ГЭОТАР-Медиа, 2008. Медицинские книги @medknigi Хабаров В.Н. Гиалуроновая кислота в инъекционной косметологии. М. : ГЭОТАР-Медиа, 2017. Хабаров В.Н., Бойков П.Я., Селянин М.А. Гиалуроновая кислота: получение, свойства, применение в биологии и медицине. М. : Практическая медицина, 2012. Хабаров В.Н., Михайлова Н.П. Гиалуроновая кислота. Применение в косметологии и медицине. LAM Acad. Publ., 2012. Ahmed Т., Nash A., Clark K.E., Ghibaudo M. et al. Combining nano-physical and computational investigations to understand the nature of «aging» in dermal collagen // Int. J. Nanomedicine. 2017. Vol. 12. P. 3303-3314. Aldini G., Domingues M.R., Spickett C.M., Altomare A. et al. Protein lipoxidation: Detection strategies and challenges // Redox Biol. 2015. Vol. 5. P. 253-266. Aldini G., Vistoli G., Stefek M., Chondrogianni N. et al. Molecular strategies to prevent, inhibit, and degrade advanced glycoxidation and advanced lipoxidation end products // Free Radic. Res. 2013. Vol. 47, suppl. 1. P. 93-137. Berg A.H., Drechsler C., Wenger J. et al. Carbamylation of serum albumin as a risk factor for mortality in patients with kidney failure // Sci. Transl. Med. 2013. Vol. 5. P. 175ra129. Bogdanowicz P., Haure M.J., Ceruti I., Bessou-Touya S. et al. Results from in vitro and ex vivo skin aging models assessing the antiglycation and anti-elastase MMP-12 potential of glycylglycine oleamide // Clin. Cosmet. Investig. Dermatol. 2016. Vol. 9. P. 143-150. Caballano-Infantes E., Terron-Bautista J., Beltrán-Povea A., Cahuana G.M. et al. Regulation of mitochondrial function and endoplasmic reticulum stress by nitric oxide in pluripotent stem cells // World J. Stem Cells. 2017. Vol. 9, N 2. P. 26-36. Cararo J.H., Streck E.L., Schuck P.F., Ferreira Gda C. Carnosine and related peptides: therapeutic potential in age-related disorders // Aging Dis. 2015. Vol. 6, N 5. P. 369379. Cauble M.A., Rothman E., Welch K., Fang M. et al. Alteration of type I collagen microstructure induced by estrogen depletion can be prevented with drug treatment // Bonekey Rep. 2015. Vol. 4. P. 697. Collier T.A., Nash A., Birch H., de Leeuw N.H. Preferential sites for intramolecular glucosepane cross-link formation in type I collagen: a thermodynamic study // Matrix Biol. 2015. Vol. 48. P. 78-88. Collier T.A., Nash A., Birch H.L., de Leeuw N.H. Intra-molecular lysine-arginine derived advanced glycation end-product cross-linking in Type I collagen: a molecular dynamics simulation study // Biophys. Chem. 2016. Vol. 218. P. 42-46. Dalle-Donne I., Aldini G., Carini M., Colombo R. et al. Protein carbonylation, cellular dysfunction, and disease progression // J. Cell. Mol. Med. 2006. Vol. 10, N 2. P. 389406. Медицинские книги @medknigi Dammann P., Sell D.R., Begall S., Strauch C. et al. Advanced glycation end-products as markers of aging and longevity in the long-lived Ansell's mole-rat (Fukomys anselli) // J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 2012. Vol. 67, N 6. P. 573-583. Davies M.J. Protein oxidation and peroxidation // Biochem. J. 2016. Vol. 473, N 7. P. 805-825. Dutov P., Antipova O., Varma S., Orgel J.P. et al. Measurement of elastic modulus of collagen type I single fiber // PLoS One. 2016. Vol. 11, N 1. Article ID e0145711. Fulton D.J.R., Li X., Bordan Z., Haigh S. et al. Reactive oxygen and nitrogen species in the development of pulmonary hypertension // Antioxidants (Basel). 2017. Vol. 6, N 3. Article ID E54. Furukawa K., Fuse I., Iwakura Y., Sotoyama H. et al. Advanced glycation end products induce brain-derived neurotrophic factor release from human platelets through the Src-family kinase activation // Cardiovasc. Diabetol. 2017. Vol. 16, N 1. P. 20. Galiniak S., Bartosz G., Sadowska-Bartosz I. Glutathione is the main endogenous inhibitor of protein glycation // Gen. Physiol. Biophys. 2017. Vol. 36, N 2. P. 175186. Gautieri A., Redaelli A., Buehler M.J., Vesentini S. Ageand diabetes-related nonenzymatic crosslinks in collagen fibrils: candidate amino acids involved in Advanced Glycation End-products // Matrix Biol. 2014. Vol. 34. P. 89-95. Georgescu A., Popov D. Age-dependent accumulation of advanced glycation endprod-ucts is accelerated in combined hyperlipidemia and hyperglycemia, a process attenuated by L-arginine // J. Am. Aging Assoc. 2000. Vol. 23, N 1. P. 33-40. Gkogkolou P., Bohm M. Advanced glycation end products: Key players in skin aging? // Dermatoendocrinology. 2012. Vol. 4, N 3. P. 259-270. Golubev A., Hanson A.D., Gladyshev V.N. Non-enzymatic molecular damage as a pro-totypic driver of aging // J. Biol. Chem. 2017. Vol. 292, N 15. P. 6029-6038. Gorisse L., Pietrement C., Vuiblet V., Schmelzer C.E. et al. Protein carbamylation is a hallmark of aging // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2016. Vol. 113, N 5. P. 1191-1196. Grimsrud P.A., Xie H., Griffin T.J., Bernlohr D.A. Oxidative stress and covalent modification of protein with bioactive aldehydes // J. Biol. Chem. 2008. Vol. 283, N 32. P. 21 837-21 841. Grossin N. et al. Dietary CML-enriched protein induces functional arterial aging in a RAGE-dependent manner in mice // Mol. Nutr. Food Res. 2015. Vol. 59, N 5. P. 927938. Guilbaud A., Niquet-Leridon C., Boulanger E., Tessier F.J. How can diet affect the accumulation of advanced glycation end-products in the human body? // Foods. 2016. Vol. 5, N 4. pii: E84. Guilbert M., Roig B., Terryn C., Garnotel R. et al. Highlighting the impact of aging on type I collagen: label-free investigation using confocal reflectance microscopy and Медицинские книги @medknigi diffuse reflectance spectroscopy in 3D matrix model // Oncotarget. 2016. Vol. 7, N 8. P. 8546-8555. Howard E.W., Benton R., Ahern-Moore J. et al. Cellular contraction of collagen lattices is inhibited by nonenzymatic glycation // Exp. Cell Res. 1996. Vol. 228. . 13237. Ignarro L. Nitric Oxide: Biology and Pharmacology. San Diego : Academic Press, 2000. Ishino K., Shibata T., Ishii T., Liu Y.T. et al. Protein N-acylation: H2O2-mediated covalent modification of protein by lipid peroxidation-derived saturated aldehydes // Chem. Res. Toxicol. 2008. Vol. 21, N 6. P. 1261-1270. Jargin S.V. On the use of carnosine and antioxidants: a letter from Russia // J. Intercult. Ethnopharmacol. 2016. Vol. 5, N 3. P. 317-319. Jung M., Jin S.G., Zhang X., Gogoshin G., Rodin A.S. et al. Longitudinal epigenetic and gene expression profiles analyzed by three-component analysis reveal downregulation of genes involved in protein translation in human aging // Nucleic Acids Res. 2015. Vol. 43, N 15. P. e100. Kadler K.E. Fell Muir Lecture: collagen fibril formation in vitro and in vivo // Int. J. Exp. Pathol. 2017. Vol. 98, N 1. P. 4-16. Khoury G.A., Baliban R.C., Floudas C.A. Proteome-wide post-translational modification statistics: frequency analysis and curation of the swiss-prot database // Sci. Rep. 2011. Vol. 1. pii: srep00090. Kohl E., Steinbauer J., Landthaler M., Szeimies R.M. Skin ageing // J. Eur. Acad. Dermatol. Venereol. 2011. Vol. 25, N 8. P. 873-884. Li X, Zheng T., Sang S., Lv L. Quercetin inhibits advanced glycation end product formation by trapping methylglyoxal and glyoxal // J. Agric. Food Chem. 2014. Vol. 62, N 50. P. 12 152-12 158. Liao H., Zakhaleva J., Chen W. Cells and tissue interactions with glycated collagen and their relevance to delayed diabetic wound healing // Biomaterials. 2009. Vol. 30, N 9. P. 1689-1696. Liu W., Cohenford M.A., Frost L., Seneviratne C. et al. Inhibitory effect of gold nanoparticles on the D-ribose glycation of bovine serum albumin // Int. J. Nanomedicine. 2014. Vol. 9. P. 5461-5469. López-Díez R., Shekhtman A., Ramasamy R., Schmidt A.M. Cellular mechanisms and consequences of glycation in atherosclerosis and obesity // Biochim. Biophys. Acta. 2016. Vol. 1862, N 12. P. 2244-2252. McCarthy A.D., Etcheverry S.B., Bruzzone L., Lettieri G. et al. Non-enzymatic glycosylation of a type I collagen matrix: effects on osteoblastic development and oxidative stress // BMC Cell Biol. 2001. Vol. 2. P. 16. Monnier V.M., Sun W., Sell D.R., Fan X. et al. Glucosepane: a poorly understood advanced glycation end product of growing importance for diabetes and its complications // Clin. Chem. Lab. Med. 2014. Vol. 52, N 1. P. 21-32. Медицинские книги @medknigi Mora Huertas A.C., Schmelzer C.E., Hoehenwarter W., Heyroth F. et al. Molecularlevel insights into aging processes of skin elastin // Biochimie. 2016. Vol. 128-129. P. 163-173. Napoli C., Paolisso G., Casamassimi A., Al-Omran M. et al. Effect of nitric oxide on cell proliferation // J. Am. Coll. Cardiol. 2013. Vol. 62. P. 89-95. Nass N., Bartling B., Navarrete A., Scheubel R.J. et al. Advanced glycation end products, diabetes and ageing // Z. Gerontol. Geriatr. 2007. Vol. 40, N 5. P. 349-356. Naval J., Alonso V., Herranz M.A. Genetic polymorphisms and skin aging: the identification of population genotypic groups holds potential for personalized treatments // Clin. Cosmet. Investig. Dermatol. 2014. Vol. 7. P. 207-214. Nemet I., Strauch C.M., Monnier V.M. Favored and disfavored pathways of protein crosslinking by glucose: glucose lysine dimer (GLUCOLD) and CROSSLINE versus glucosepane // Amino Acids. 2011. Vol. 40, N 1. P. 167-181. Noh E.M., Park J., Song H.R., Kim J.M. et al. Skin aging-dependent activation of the PI3K signaling pathway via down-regulation of PTEN increases intracellular ROS in human dermal fibroblasts // Oxid. Med. Cell. Longev. 2016. Article ID 6354261. Orgel J.P., Persikov A.V., Antipova O. Variation in the helical structure of native collagen // PLoS One. 2014. Vol. 9, N 2. Article ID e89519. Ott C., Jacobs K., Haucke E., Navarrete Santos A. et al. Role of advanced glycation end products in cellular signaling // Redox Biol. 2014. Vol. 2. P. 411-429. Pageon H. Reaction of glycation and human skin: the effects on the skin and its components, reconstructed skin as a model // Pathol. Biol. (Paris). 2010. Vol. 58, N 3. P. 226-231. Pageon H., Zucchi H., Dai Z., Sell D.R. et al. Biological effects induced by specific advanced glycation end products in the reconstructed skin model of aging // Biores. Open Access. 2015. Vol. 4, N 1. P. 54-64. Pamplona R. Advanced lipoxidation end-products // Chem. Biol. Interact. 2011. Vol. 192, N 1-2. P. 14-20. Panich U., Sittithumcharee G., Rathviboon N., Jirawatnotai S. Ultraviolet radiationinduced skin aging: the role of DNA damage and oxidative stress in epidermal stem cell damage mediated skin aging // Stem Cells Int. 2016. Article ID 7370642. Panwar P., Butler G.S., Jamroz A., Azizi P. et al. Aging-associated modifications of collagen affect its degradation by matrix metalloproteinases // Matrix Biol. 2017 Jun 17. pii: S0945-053X(17)30130-0. Pastino A.K., Greco T.M., Mathias R.A., Cristea I.M. et al. Stimulatory effects of advanced glycation endproducts (AGEs) on fibronectin matrix assembly // Matrix Biol. 2017. Vol. 59. P. 39-53. Медицинские книги @medknigi Pietrement C., Gorisse L., Jaisson S., Gillery P. Chronic increase of urea leads to carbamylated proteins accumulation in tissues in a mouse model of CKD // PLoS One. 2013. Vol. 8, N 12. Article ID e82506. Poulsen M.W., Hedegaard R.V., Andersen J.M., de Courten B. et al. Advanced glycation endproducts in food and their effects on health // Food Chem. Toxicol. 2013. Vol. 60. P. 10-37. Poundarik A.A., Wu P.C., Evis Z., Sroga G.E., Ural A. et al. A direct role of collagen glycation in bone fracture // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2015. Vol. 52. P. 120130. Purohit T., He T., Qin Z., Li T. et al. Smad3-dependent regulation of type I collagen in human dermal fibroblasts: impact on human skin connective tissue aging // J. Dermatol. Sci. 2016. Vol. 83, N 1. P. 80-83. Qin Z., Voorhees J.J., Fisher G.J., Quan T. Age-associated reduction of cellular spreading/mechanical force up-regulates matrix metalloproteinase-1 expression and collagen fibril fragmentation via c-Jun/AP-1 in human dermal fibroblasts // Aging Cell. 2014. Vol. 13, N 6. P. 1028-1037. Rinnerthaler M., Bischof J., Streubel M.K., Trost A. et al. Oxidative stress in aging human skin // Biomolecules. 2015. Vol. 5, N 2. P. 545-589. Rittie L., Berton A., Monboisse J.C., Hornebeck W. et al. Decreased contraction of glycated collagen lattices coincides with impaired matrix metalloproteinase production // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1999. Vol. 264. P. 488-492. Rosenberg H., Modrak J.B., Hassing J.M., Al-Turk W.A. et al. Glycosylated collagen // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1979. Vol. 91, N 2. P. 498-501. Saito M., Marumo K. Effects of collagen crosslinking on bone material properties in health and disease // Calcif. Tissue Int. 2015. Vol. 97, N 3. P. 242-261. Saleh J. Glycated hemoglobin and its spinoffs: Cardiovascular disease markers or risk factors? // World J. Cardiol. 2015. Vol. 7, N 8. P. 449-453. Sanguineti R., Puddu A., Mach F., Montecucco F., Viviani G.L. Advanced glycation end products play adverse proinflammatory activities in osteoporosis // Mediators Inflamm. 2014. Article ID 975872. Saremi A., Howell S., Schwenke D.C., Bahn G. et al.; VADT Investigators. Advanced glycation end products, oxidation products, and the extent of atherosclerosis during the VA diabetes trial and follow-up study // Diabetes Care. 2017. Vol. 40, N 4. P. 591-598. Schnider S.L., Kohn R.R. Effects of age and diabetes mellitus on the solubility and non-enzymatic glycosylation of human skin collagen // J. Clin. Invest. 1981. Vol. 67, N 6. P. 1630-1635. Медицинские книги @medknigi Sell D.R., Biemel K.M., Reihl O., Lederer M.O. et al. Glucosepane is a major protein cross-link of the senescent human extracellular matrix. Relationship with diabetes // J. Biol. Chem. 2005. Vol. 280, N 13. P. 12 310-12 315. Semchyshyn H.M. Reactive carbonyl species in vivo: generation and dual biological effects // Sci. World J. 2014 Jan 21. Article ID 417842. Sharma N.K., Kumar A., Kumari A., Tokar E.J. et al. Nitric oxide down-regulates topoisomerase I and induces camptothecin resistance in human breast MCF-7 tumor cells // PLoS One. 2015. Vol. 10, N 11. Article ID e0141897. Shen Y., Xu Z., Sheng Z. Ability of resveratrol to inhibit advanced glycation end product formation and carbohydrate-hydrolyzing enzyme activity, and to conjugate methyl-glyoxal // Food Chem. 2017. Vol. 216. P. 153-160. Sherratt M.J. Age-related tissue stiffening: cause and effect // Adv. Wound Care (New Rochelle). 2013. Vol. 2, N 1. P. 11-17. Shi J., van Veelen P.A., Mahler M., Janssen G.M. et al. Carbamylation and antibodies against carbamylated proteins in autoimmunity and other pathologies // Autoim-mun. Rev. 2014. Vol. 13, N 3. P. 225-230. Sjöberg J.S., Bulterijs S. Characteristics, formation, and pathophysiology ofglucosepane: a major protein cross-link // Rejuvenation Res. 2009. Vol. 12, N 2. P. 137-148. Solís-Calero C., Ortega-Castro J., Frau J., Muñoz F. Nonenzymatic reactions above phospholipid surfaces ofbiological membranes: reactivity of phospholipids and their oxidation derivatives // Oxid. Med. Cell. Longev. 2015. Article ID 319505. Spinelli F.R., Pecani A., Conti F., Mancini R. et al. Post-translational modifications in rheumatoid arthritis and atherosclerosis: Focus on citrullination and carba-mylation // J. Int. Med. Res. 2016. Vol. 44, N 1. Suppl. P. 81-84. Sweeney S.M., Orgel J.P., Fertala A., McAuliffe J.D. et al. Candidate cell and matrix interaction domains on the collagen fibril, the predominant protein of vertebrates // J. Biol. Chem. 2008. Vol. 283, N 30. P. 21 187-21 197. Tang S.W., Tong W.Y., Shen W., Yeung K.W. et al. Stringent requirement for spatial arrangement of extracellular matrix in supporting cell morphogenesis and differentiation // BMC Cell Biol. 2014. Vol. 15. P. 10. Tessier F.J. The Maillard reaction in the human body. The main discoveries and factors that affect glycation // Pathol. Biol. (Paris). 2010. Vol. 58, N 3. P. 214-219. Uchida K. Histidine and lysine as prime targets of oxidative modification // Amino Acids. 2003. Vol. 25, N 3-4. P. 249-257. Van den Steen P.E., Opdenakker G., Wormald M.R., Dwek R.A. et al. Matrix remodelling enzymes, the protease cascade and glycosylation // Biochim. Biophys. Acta. 2001. Vol. 1528, N 2-3. P. 61-73. Медицинские книги @medknigi Van Waateringe R.P., Slagter S.N., van Beek A.P., van der Klauw M.M. et al. Skin au-tofluorescence, a non-invasive biomarker for advanced glycation end products, is associated with the metabolic syndrome and its individual components // Diabetol. Metab. Syndr. 2017. Vol. 9. P. 42. Varma S., Orgel J.P., Schieber J.D. Nanomechanics of type I collagen // Biophys J. 2016. Vol. 111, N 1. P. 50-56. Verbrugge F.H., Tang W.H., Hazen S.L. Protein carbamylation and cardiovascular disease // Kidney Int. 2015. Vol. 88, N 3. P. 474-478. Verzijl N. et al. Effect of collagen turnover on the accumulation of advanced glycation end products // J. Biol. Chem. 2000. Vol. 275, N 50. P. 39 027-39 031. Vistoli G., De Maddis D., Cipak A., Zarkovic N. et al. Advanced glycoxidation and lipoxidation end products (AGEs and ALEs): an overview of their mechanisms of formation // Free Radic. Res. 2013. Vol. 47, suppl. 1. P. 3-27. Weihermann A.C., Lorencini M., Brohem C.A., de Carvalho C.M. Elastin structure and its involvement in skin photoageing // Int. J. Cosmet. Sci. 2017. Vol. 39, N 3. P. 241-247. Wetzels S., Wouters K., Schalkwijk C.G., Vanmierlo T. et al. Methylglyoxal-derived advanced glycation endproducts in multiple sclerosis // Int. J. Mol. Sci. 2017. Vol. 18, N 2. pii: E421. Wong C.M., Bansal G., Marcocci L., Suzuki Y.J. Proposed role of primary protein carbonylation in cell signaling // Redox Rep. 2012. Vol. 17, N 2. P. 90-94. Yang S.J., Chen C.Y., Chang G.D., Wen H.C. et al. Activation of Akt by advanced glycation end products (AGEs): involvement of IGF-1 receptor and caveolin-1 // PLoS One. 2013. Vol. 8, N 3. Article ID e58100. Zhang B., Shen Q., Chen Y., Pan R. et al. Myricitrin alleviates oxidative stress-induced inflammation and apoptosis and protects mice against diabetic cardiomyopathy // Sci. Rep. 2017. Vol. 7. Article ID 44239. Zhao J., Shi L., Zhang L.R. Neuroprotective effect of carnosine against salsolinol-induced Parkinson's disease // Exp. Ther. Med. 2017. Vol. 14, N 1. P. 664-670. Zhou Z., Tang Y., Jin X., Chen C. et al. Metformin inhibits advanced glycation end products-induced inflammatory response in murine macrophages partly through AMPK activation and RAGE/NFχB pathway suppression // J. Diabetes Res. 2016. Article ID 4847812. Zieman S., Kass D. Advanced glycation end product cross-linking: pathophysiologic role and therapeutic target in cardiovascular disease // Congest. Heart Fail. 2004. Vol. 10, N 3. P. 144-149. Медицинские книги @medknigi Глава 5. Коллаген в практике эстетической медицины и дерматологии Не без основания можно считать, что коллаген и ГК являются основными компонентами дермы, от которых в первую очередь зависит состояние кожных покровов. Для того чтобы понимать, какие именно процедуры и продукты позволят добиваться наиболее выраженного косметического эффекта у конкретного пациента, специалисту, работающему в области эстетической медицины, необходимо как можно больше знать о биохимических процессах, протекающих с участием этих соединений в межклеточном матриксе дермы. Принципиально важное отличие ГК от коллагена заключается в том, что она не является видо-специфичной, то есть все виды живых организмов, включая человека, синтезируют одинаковую по химическому строению полисахаридную макромолекулу. Поэтому применение гиалуронановых гидрогелей в инъекционной косметологии не требует внутрикожных аллергических проб, а хорошо известный врачам-косметологам метод биоревитали-зации можно рассматривать как своего рода заместительную терапию, позволяющую восполнить возможный возрастной дефицит ГК в коже. С коллагеном ситуация прямо противоположная - коллагенсодержащие препараты требуют, как правило, проведения аллергических тестов, и их используют только в качестве филлеров. Отсюда вытекает и соответствующая стратегия использования данных материалов в косметической дерматологии. Перспективным направлением современной косметологии является поиск путей стимуляции выработки в стареющей дерме собственного коллагена. В эстетической медицине термин «неоколлагенез» относится к индукции, протеканию и последствиям de novo синтеза коллагена в результате различных косметических процедур. Далее будут приведены результаты современных научных исследований влияния различных неинвазивных (малоинвазивных) и инвазивных косметологических методик на синтез и структурную организацию коллагеновых белков в дерме. 5.1. НЕИНВАЗИВНЫЕ (МАЛОИНВАЗИВНЫЕ) КОСМЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕДУРЫ, СПОСОБСТВУЮЩИЕ НЕОКОЛЛАГЕНЕЗУ С возрастом количество правильного коллагена, то есть его полноценно функциональных фибрилл, снижается (Khavkin, Ellis, 2011). На 3D-модели, симулирующей состояние фибробластов в дерме пожилых людей, изучались причины и следствия этого процесса (Fisher et al., 2008). В нормальной дерме количество активных фибробластов, синтезирующих коллаген, сохраняется на определённом уровне, и их миграции не происходит. Ситуация меняется в случае повреждений (ушибов, ран, ожогов), когда требуется избыток коллагена для их быстрого восстановления. Избыточное локальное накопление коллагена Медицинские книги @medknigi наблюдается и при некоторых хронических патологиях отдельных тканей или органов. В обоих случаях результатом является формирование фиброза (соединительной ткани), а роль триггера в инициации синтеза коллагена de novo играют выделяемые клетками цитокины и повышение уровня свободных активных окислительных радикалов (АФК, ROS - reactive oxygen species). ROS (АФК) в норме присутствуют как вне, так и внутри клеток, они необходимы как сигнальные молекулы, и их уровень обычно находится под контролем. Рост их внеклеточной концентрации вызывает активацию доселе латентного фактора TGF-β1 связывание которого со своим рецептором запускает несколько каскадов внутриклеточных реакций (рис. 5.1). Их результатом являются активная пролиферация фибробластов и миофибробластов к месту повреждения, синтез ими коллагена и формирование фиброза (Morry et al., 2016). Фактор TGF-β1 - белок, который производится и секретируется большинством клеток организма, включая клетки иммунной системы, имеет множество функций. В контексте нашего изложения важна его роль в инициации неоколлагенеза (то есть синтеза коллагена de novo). Относительно недавно было установлено, что, активируясь при кожных патологиях, TGF-β1индуцирует экспрессию гликолитических генов и способствует усилению гликолитических потоков (Nigdelioglu et al., 2016). Он также индуцирует активность ферментов PHGDH, PSAT1, PSPH, а также фермента SHMT2, необходимых для синтеза аминокислот серина и глицина соответственно, как исходного материала для синтеза коллагена. Неоколлагенез с участием фактора TGF-β1 может быть также вызван воздействием на фибробласты дермы различных биоактивных соединений. К ним относится, в частности, выделяемый из морской водоросли Pyropia yezoensis пептид PYP1-5. Этот пептид активирует сразу несколько типов реакции (Kim C. еt al., 2015). Он приводит к снижению уровней как мРНК, так и белка металлопротеиназ MMP-1, разрушающих фибриллы коллагена. При этом он активирует реакции, приводящие к увеличению уровней мРНК и ингибиторов MMP-1 - ферментов TIMP-1 и TIMP-2 (см. гл. 3). Более того, этот пептид активирует целый каскад реакций, называемый TGF-p/SMAD, индуцируя синтез белков TGF-β1 и SMAD2/SMAD3. Медицинские книги @medknigi Рис. 5.1. Роль свободных радикалов в развитии фиброза (рисунок взят из статьи Morry et al., 2017) Наконец, он активирует ген Sp1, продукт которого необходим для синтеза коллагена. При термической обработке коллагена получают желатин, который в свою очередь обрабатывают ферментами, чтобы получить коллаге-новые пептиды для пищевой промышленности. Замечено, что добавка таких пептидов в пищу усиливает синтез коллагена в тканях и заметно улучшает состояние стареющей кожи (Zague, 2008; Liang et al., 2010; Proksch et al., 2014; Schmid et al., 2008). Накопление знаний о роли коллагена в процессе старения кожи привело к разработке многих колла-генсодержащих топических средств (кремов, мазей, лосьонов и т.п.). Так в сравнительно недавнем исследовании обнаружен значительный положительный синергетический эффект крема, содержащего коллагеновый пептид и витамин С (Shibuya et al., 2014). Применение этого крема нормализует экспрессию генов Colla1 синтеза коллагена и гена HAS2 синтеза гиалуронана благодаря снижению уровня окислительного стресса, вызываемого АФК. Увеличение количества проколлагена в дерме Медицинские книги @medknigi наблюдается и при использовании ретиноидов - соединений, химически близких витамину А (Kligman, 1986). Среди них наиболее сильным действием обладает третиноин (tretinoin), действие которого хорошо изучено. Подобные материалы часто назначают для снижения последствий фотостарения. Недостаток витамина С в дерме замедляет синтез коллагена. Давно замечено, что обработка кожи содержащими витамин С препаратами усиливает его синтез (Nusgens et al., 2001). Один из простейших по составу кремов, способствующий разглаживанию морщин, содержит 10% водорастворимой формы витамина С (аскорбиновая кислота, аскорбат) и 7% его водонерастворимой (жирорастворимую) формы (Fitzpatrick, Rostan, 2002). Cвойством стимулировать продукцию нового коллагена обладают получившие широкое распространение кремы и мази, содержащие факторы роста и цитокины (Fabi, Sundaram, 2014; Uitto, Kouba, 2000). Проблема с этими соединениями заключается в их плохой проницаемости через кожу (Mehta, Fitzpatrick, 2007). Факторы роста и цитокины представляют собой молекулы с молекулярной массой более 15 кДа, в то время как уже молекулы с массой около 500 Да с трудом проникают в глубокие слои кожи. Поэтому наиболее перспективным представляется использование матрикинов (см. разд. 2.3) - коротких пептидов низкой молекулярной массы, получаемых с помощью протеолиза внеклеточного матрикса (Maquart et al., 2004). Использование содержащих их кремов в течение примерно месяца показывает увеличение уровня коллагена в коже. Далее приводится список таких матрикинов, эффективность которых была проверена в клинических испытаниях. • Glycine-histidine-lysine (GHK). • Glycine-glutamate-lysine-glycine (GEKG). • Lysine-threonine-threonine-lysine-serine (KTTKS). • Micro-protein complex (MPC?, представляет собой смесь N-oc-tanoyl-carnosine и GEKG/palmitoyl-GHK) Среди целого ряда предлагаемых в настоящее время косметических процедур, направленных главным образом на восстановление коллагеновых структур дермы, обработка кожи с помощью физических воздействий входит в число самых востребованных (Деев и др., 2014; Britt, Marcus, 2017). Среди многих косметологов бытует мнение, которое они продвигают среди своих пациентов, что процедуры с использованием физических модуляторов (лазер, тепло, ультразвук и т.д.) приводят к неспецифической стимуляции синтеза коллагена в дерме - неоколлагенезу (Hantash et al., 2009; Ruiz-Esparza, Gomez, 2003; Lee, 2000; Bjerring et al., 2000; Wu et al., 2012). В число этих базовых технологий аппаратной эстетической медицины входит облучение лазером, импульсами света (светошок), фотодинамическое, ультразвуковое и радиочастотное облучение. Каждый из этих методов может использоваться для различного рода физиотерапии, применяемой для воздействия на кожу и ПЖК. Технические параметры аппаратных методик (длительность излучения, его интенсивность, глубина проникновения и др.) существенно зависят от каждого конкретного случая. Хотя эти процедуры относятся к категории неинвазивных или Медицинские книги @medknigi малоинвазивных, они могут протекать с различного рода осложнениями после процедуры и, как правило, сопровождаются умеренными болевыми ощущениями во время её проведения (Tremaine, Avram, 2015). Коррекция возрастных изменений кожи является комплексным процессом и не может быть полностью скорректирована при помощи одного метода. Поэтому для решения косметологических задач требуется сочетание этих технологий с целью достижения наилучших клинических результатов. 5.1.1. Лазерная обработка кожи Хотя лазер начали использовать в дерматологии и косметической медицине ещё в 1970-х гг. (Bailin et al., 1987), только начиная с 2006 г. появились его модификации, позволившие облучать кожные участки с достаточной энергией и контролируемой глубиной проникновения. Действие любого лазера основано на уникальной способности генерировать когерентный пучок лучей с определённой длиной волны (монохроматическое излучение). Разные источники излучения (рубин, александрит, аргон и т.д.) характеризуются определёнными, свойственными только им, спектрами излучения (рис. 5.2). Соответственно, выбор специалистом того или иного лазера определяется диапазоном поглощения лазерных лучей подлежащей облучению биологической субстанции. Совпадение диапазона области поглощения и спектра излучения приводит к очень быстрому нагреву и коагуляции облучаемого участка ткани или органа, например, кожи (Husain, Alster, 2016). В случае одного из наиболее популярного СО2-лазера происходит практически мгновенное испарение воды в очень небольшом объёме, в то время как окружающие клетки остаются не нагретыми (Omi, Numano, 2014). Применение этого типа лазера оказалось высокоэффективным в удалении свежих (до 3 нед после образования) шрамов в результате фиброзов (Alberti et al., 2017), а также лечении многих дефектов кожи - стрий, рубцов, проявлений постак-не (Толстая, Зильберберг, 2013). Подобные аппаратные косметологические методики с применением данного типа лазеров используются в косметологической практике как способ, стимулирующий активную регенерацию кожи и ведущий к её омоложению в результате дозированного повреждения эпидермиса и дермы. При длине волны 10 600 нм, варьируя плотностью излучаемого потока, на фракционном СО2-лазере можно работать практически во всех слоях кожи - от поверхностных до глубоких. Повреждение тканей в результате воздействия лазерного излучения влечёт за собой развитие обычных фаз раневого процесса воспаления, образования грануляционной ткани, ремоделирования матрикса (Карабут и др., 2010; 2016). В основе биохимического действия лежит процесс, запускающий целый ряд реакций, связанный с выбросом белков теплового шока, а также синтезом многочисленных факторов роста - ТФР, основного фактора роста фибробластов, эндо-телиалього, тромбоцитарного, сосудистоэндотелиального факторов роста, цитокинов. В эпидермисе и дерме запускаются процессы пролиферации и активизируется внутри- и внеклеточный протеолиз, привлекающий в зону повреждения иммунные клетки, в первую очередь макрофаги. За счёт миграции и деления стволовых клеток эпидермиса базальный слой в зоне повреждения восстанавливается в течение первых суток Медицинские книги @medknigi (Филипова и др., 2013). Активность этого процесса зависит от контроля баланса мощности излучения и длительности импульса. При мощном, но коротком импульсе хорошо выражен эффект абляции (удаление вещества с поверхности лазерным импульсом), а термическое повреждение минимально, что обусловливает небольшие размеры зон коагуляции. И, наоборот, при малой мощности излучения, но более длительном импульсе резко возрастает прогрев тканей, что приводит к образованию более широких зон коагуляции вокруг абляционных каналов, а эффект абляции снижается (Толстая, 2013; Шептий и др., 2012). В основе фототермического действия лазерного излучения лежит процесс быстрого нагревания, вызывающий денатурацию тканей эпидермиса и дермы. В начале в тканях-мишенях происходит коагуляция белка, затем, при достижении температуры кипения, наступает процесс вапоризации, приводящий к стремительному (взрывному) испарению тканевой воды и извержению водяных паров вместе с фрагментами клеточных и тканевых структур за пределы зоны воздействия. Так формируется абляционный канал (рис. 5.3) (Толстая, 2013). Рис. 5.2. Спектры излучения. Реперными линиями отмечены наиболее используемые в медицинских лазерах длины волн и источники излучения: 755 нм (александритовый лазер); 694 нм (рубиновый лазер), 514 нм (аргоновый лазер), 1064 нм (неодимовый лазер); 2940 (эридиумый лазер); 10 600 нм (СО2лазер) В результате этого «извержения» большая часть тепловой энергии теряется, вокруг абляционного канала формируется тонкая полоса коагулированных тканей. Некоторые другие типы лазеров с более мягким воздействием успешно используются в косметологических процедурах (Cohen et al., 2016; Volkova et al., 2017). Так, например, для омоложения кожи лица всё активнее используется Er:YAG лазер (Volkova et al., 2017). В облучённых таким лазером участках кожи происходит увеличение содержания коллагена I и III типов, а также тропоэластина по крайней мере в течение 6 мес после первой обработки (Hersant et al., 2017). Отмечается улучшение микроциркуляции в коже на глубину до 2 Медицинские книги @medknigi мм и улучшение биомеханических свойств, которые сохраняются и после 6месячного периода наблюдений (Medved et al., 2017). Многими специалистами было замечено, что в облучённых лазером участках кожи происходит увеличение содержания коллагена (Azadgoli, Baker, 2016; Husain, Alster, 2016). В недавней работе на модели лабораторных животных (мышей) авторам удалось установить молекулярную природу этого процесса, используя широко применяемый в косметологии 800 нм диодный лазер (Ren et al., 2016). Молекулярный анализ образцов облучённой кожи показал, что на третий день после процедуры происходит нарастание количества инфла-маторных (провоспалительных) цитокинов (фактора некроза опухолей TNF-α и интерлейкина ИЛ-6) и протеиназ ММР-1, активация фактора NF-χB и инициация сигнального пути через клеточный поверхностный рецептор TLR4. На 30-й день наблюдалось значительное увеличение содержания в дерме проколлагена и, что немаловажно, существенное улучшение структуры кожи. Объяснением этому, по мнению авторов, может служить ускорение турновера коллагена вследствие процессов, схожих с происходящими при залечивании ран. При другом типе лазера и других параметрах излучения, наоборот, может происходить подавление активности металлопротеиназ при значительном увеличении экспрессии мРНК проколлагена и самого белка. Медицинские книги @medknigi Рис. 5.3. Схема формирования абляционного канала (Дарбанова, Комарская, 2017) Следует также упомянуть новую методику использования лазера, не приводящую к термическому эффекту, которая успешно зарекомендовала себя при целлюлите и онихомикозе (Nestor et al., 2017). В заключение отметим, что, хотя лазеры достаточно давно и успешно используются в частных косметологических клиниках, к настоящему времени проведены лишь немногочисленные официальные клинические испытания. Все они показали безопасность и эффективность используемых процедур (Alberti et Медицинские книги @medknigi al., 2017; Volkova et al., 2017). Однако при этом в США, например, медицинские страховки покрывают лишь два их типа: удаление гемангиомы и бородавок. 5.1.2. Светошок (Intense Pulsed Light) Методика светошока (Intense Pulsed Light, IPL) всё активнее применяется в работе косметологов вследствие разнообразия возможностей, которые она предлагает. При этом стоимость необходимого оборудования ниже, а манипуляции с ним проще, чем с лазерами. Эта процедура входит в семёрку наиболее популярных в США косметических манипуляций. В терапии с применением светошока используется обработка кожи серией кратковременных импульсов интенсивного светового потока. Аппарат для светошока испускает немонохромные импульсы. Спектр излучения при светошоке находится в диапазоне от примерно 420 нм до мягкого инфракрасного излучения. При этом в зависимости от структуры облучаемого объекта используются специальные фильтры, отсекающие ненужные длины волн. Хотя диапазон излучения даже при фильтрации более размыт, чем у лазера, он зачастую оказывается достаточным для достижения необходимого эффекта. А эффект, который достигается при светошоке, - такой же, как у лазерной терапии, то есть происходит локальный кратковременный нагрев небольшого участка поверхности кожи. Наиболее популярный диапазон, называемый специалистами оптическим окном, находится между 600 и 900 нм. В этом диапазоне поглощение излучения обычными для лазера хромофорами (вода, меланин, альбумин) невелико и, соответственно, импульс света проникает глубже в кожу. Хотя эта глубина проникновения излучения не превышает нескольких миллиметров, её оказывается вполне достаточно для многих терапевтических целей (Gonzalez-Rodriguez, Lorente-Gual, 2015; DiBernardo, Pozner, 2016; Ping et al., 2016; Husain, Alster, 2016). Авторами этих работ отмечается увеличение количества коллагена, эластина и гиалуронана начиная с 3 сут после процедуры (Cuerda-Galindo et al., 2016; Augustyniak, Rotsztejn, 2017). Совместная обработка кожи 5-аминолевулиновой кислотой (5-aminolevulinic acid) и светошо-ком демонстрировала синергетический эффект при терапии фотостарения кожи (Dover et al., 2005). 5.1.3. Радиочастотная терапия Подобно лазерной обработке, светошоку и ультразвуку, радиочастотный (RF) метод вызывает нагрев определённого участка дермы, в данном случае - за счёт нагрева водяной фракции путём индукции осцилляции молекул воды (Beasley, Weiss, 2014). Считается, что главное преимущество RF-технологий состоит в том, что они позволяют разогреть кожу и ПЖК изнутри, за счёт «отклика» заряженных частиц на изменяющиеся электрические поля. С помощью RFметода возможно в одном сеансе обрабатывать большие участки, что недостижимо при лазерной терапии. Физиологический эффект обработки зависит от глубины воздействия. Чем ниже частота излучения, тем глубже оно проникает. Максимальная глубина обработки - 6 мм, а используемый диапазон излучения: от 3 кГц до 24 гГц. Различают приборы с монополярным (Thermage/ThermaCool; Exilis), двуполярным (Aluma; eMa-trix) и униполярным Медицинские книги @medknigi (Accent) принципами облучения (Sadick, Rothaus, 2016). Наибольшую глубину фокусировки создают монополярные аппараты. Используя 1-миллиметровый диапазон, прибор ThermiRF позволяет воздействовать на дерму, жировой слой (Key, 2014). Прибор позволяет осуществлять мониторинг температуры как нагреваемого участка внутри кожи, так и на её поверхности. Подача сигнала мгновенно автоматически прекращается, если система регистрирует перегрев. Уплотнение кожи достигается в температурном диапазоне 55-65 °C (Wakade et al., 2016). Чтобы избежать повреждения эпидермиса, в аппаратах предусмотрено его контактное охлаждение. Большая популярность RF-методов омоложения во многом обусловлена тем, что изменение структуры коллагенового матрикса кожи происходит сразу же после воздействия, а уже затем в течение месяцев происходит формирование нового коллагена. Как было показано в работе (Zelickson et al., 2004), сразу после RF-воздействия в дерме наблюдается нарушение упорядоченного расположения коллагеновых волокон, а именно увеличивается число зазоров между волокнами. Обычно эти изменения интерпретируют как частичную денатурацию коллагена, приводящую к образованию микрорубцов в дерме и контролируемой воспалительной реакции, что вызывает сокращение («схлопывание») старого и генерацию образования нового коллагена. Как было показано в одной из работ (Fullerton et al., 2006), гидратация коллагена сопровождается увеличением его объёма примерно в 1,5 раза за счёт расширения просветов между волокнами белка. Возможно, именно этот эффект наблюдается сразу после RF-воздействия - гидратация «ссохшихся» пучков коллагена за счёт встраивания воды между его макромолекулами. В одном из исследований анализ биоптатов кожи с помощью электронной микроскопии, взятых сразу после процедуры и затем через 3 и 8 нед, обнаружил увеличение диаметра коллагеновых фибрилл - результат сжатия коллагенового матрикса. Молекулярный анализ обнаружил постепенный рост количества мРНК коллагена и самого белка (неоколлагенез), а также эластина (неоэластогенез) (Hantash et al., 2009). Одно из последних по времени исследований (Кругликов, 2016), в части особенностей процедурной стратегии применения RF-методов в эстетической дерматологии, доказывает, что попадающая в ПЖК часть RF-тока протекает в основном через области перицеллюлярного фиброза. Радиочастотные токи концентрируются в этой фиброзной ткани, что и приводит к селективному нагреву. Делается предположение, что за развитие в коже долгосрочного терапевтического эффекта отвечает не «схлопывание» коллагена и не неоколлагенез в дерме, а изменение объёма жировой ткани и ее фиброз, формирование данного типа фиброза будет зависеть от вида и параметров RFвоздействия (Кругликов, 2016) (более подробно см. гл. 6). 5.1.4. Ультразвуковая терапия Принцип работы аппаратов, использующих ультразвук, таких как Ultherapy (Ulthera Inc., USA), также основан на локальном нагреве путем фокусирования ультразвуковых волн в определённом участке дермы (Minkis, Alam, 2014). Возникающая коагуляция индуцирует воспаление и протекание реакций, Медицинские книги @medknigi приводящих к повышению синтеза коллагена и эластина. Предполагается, что сжатие уже имеющегося коллагена приводит к уплотнению кожи, то есть повышению её тонуса и улучшению внешнего вида. Ультразвуковой метод обладает также тем преимуществом, что позволяет непосредственно наблюдать на экране место обработки (глубиной до 8 мм) и корректировать фокусировку. Процедура, как правило, легко переносится и не вызывает осложнений, кроме кратковременного дискомфорта при её проведении. Новейшая методика ультразвуковой обработки в косметической медицине получила название «микрофокусный ультразвук», также называемый интенсивный сфокусированный ультразвук (IFUS) (Fabi et al., 2016). В отличие от RFтерапии, микрофокусный ультразвук способен проникать в более глубокие слои кожи, не вызывая нежелательного разогрева её поверхности. Это позволяет в течение очень короткого времени нагревать целевой участок (обычно размером менее 1 мм3) до более высокой температуры (выше 60° C). Нагрев приводит к коагуляции коллагеновых фибрилл и денатурации коллагена - происходит уплотнение кожи. При этом регистрируется увеличение синтеза нового коллагена. У 60-90% пациентов улучшение тонуса кожи лица наблюдается спустя 6 мес после первой процедуры (Werschler, 2016). Весь курс состоит обычно из трёх сессий с промежутками в 4 нед. 5.1.5. Критический анализ эффективности физических методов, применяемых в косметической дерматологии В среде многих специалистов-косметологов считается, что процедуры с использованием физических модуляторов (лазер, светошок, радиочастотные токи, ультразвук) достаточно эффективны, поскольку являются результатом неспецифической стимуляции синтеза правильного коллагена в дерме неоколлагенеза (Beasley, Weiss, 2014; DiBernardo, Pozner, 2016; Werschler, 2016; Ren et al., 2016). Однако, по мнению некоторых исследователей, более детальный анализ протекающих в коже биохимических процессов, происходящих после описанных выше процедур, свидетельствует, что синтеза полноценного коллагена не происходит (Kruglikov, 2013). Действительно, содержание проколлагена (предшественника полноценного белка) в результате таких процедур может временно увеличиваться, но оно также быстро спадает в результате биодеградации и оказывается значительно меньше, чем оно должно было бы быть вследствие резкого увеличения его мРНК. В теории это количество могло бы оказывать некоторый омолаживающий эффект, но хорошо известно, что механические свойства у проколлагена гораздо слабее выражены, чем у зрелого коллагена, и наблюдения за изменениями рельефа кожи даже после сверхэкспрессии проколлагена не обнаруживают заметных различий (Kruglikov, 2013). По мнению автора (Kruglikov, 2013), важно различать процессы индукции коллагена в дерме - эти процессы могут быть вызваны естественным обновлением или патологическими состояниями. Фиброз при заживлении ран, например, связан с массивным притоком коллагена к повреждённым тканям, но фибробласты при этом нефункциональны. Естественное обновление зрелого Медицинские книги @medknigi коллагена - нестабильный и очень медленный процесс (о чём уже говорилось в предыдущих главах), при котором происходит турновер (обмен, восполнение) двух популяций: проколлагена и зрелого коллагена. Образование проколлагена довольно быстрый процесс со скоростью синтеза 0,076% в час (Северин и др., 2008). Если предположить, что его деградации не происходит, то время полужизни проколлагена можно оценить примерно в 28 дней. В реальности проколлаген подвержен биодеградации и деградации физическими факторами. Поэтому как раз на проколлаген физические процедуры способны значительно влиять. В отличие от проколлагена, зрелый коллаген имеет время полужизни около 15 лет. Другими словами, если не учитывать его восполнение, полная деградация коллагена в коже лица происходит в течение 30 лет (Carruthers et al., 2016). Такое длительное время функционирования относительно периода жизни самого организма обусловлено устойчивостью его структуры к различным «обычным» воздействиям - протеолитическому расщеплению и невысоким перепадам температуры. Некоторое его количество будет неизбежно расщепляться металлопротеиназами даже при нормальных физиологических условиях, и тогда организму понадобится восполнить это количество из пула постоянно синтезируемого проколлагена. Эксперименты обнаруживают значительные различия между индивидуумами в соотношении фракций проколлагена и зрелого коллагена в дерме. Именно функциональное состояние разветвлённой сети из фибрилл зрелого коллагена, формирующей жёсткоэластичный каркас внеклеточного матрикса, определяет внешний вид кожи. В силу протеолитической устойчивости этой сети и очень продолжительного времени турновера её естественная медленная модификация возможна только через продукцию тропоколлагена и замены старых фибрилл свежими. Соответственно, снижающаяся с возрастом активность фибробластов дермы может быть только результатом снижения эффективности турновера зрелого коллагена. Специалистам-косметологам важно понимать (Kruglikov, 2013), что ожидать сколько-нибудь стабильного улучшения внешнего вида кожи за счёт попытки физического неинвазивного ремоделирования зрелого коллагена в дерме при квазифизиологических условиях не реалистично. После фотодинамической терапии, например, коэффициент увеличения проколлагена составляет 2,4. Даже если предположить, что увеличение проколлагена происходит непрерывно с одинаковым коэффициентом, он не деградирует и весь идёт на создание зрелого коллагена, то в конце первой недели после процедуры доля ремоде-лированного зрелого коллагена составит не более 0,15%. Хотя в реальности эта величина должна быть снижена по меньшей мере вдвое. Но даже будучи завышенной, она не может привести к сколько-нибудь заметному улучшению внешнего вида кожи. После радиочастотной терапии прирост мРНК проколлагена составляет 2,4 и 1,7 после второго и седьмого дней, соответственно. При этом, однако, прирост самого проколлагена оказывается даже ниже, чем при фотодинамической процедуре. Если процедура регулярно повторяется, то в долгосрочной перспективе она может привести к некоторому увеличению доли свежего зрелого коллагена. Например, при ежедневном (!) применении третиноина (форма витамина А в виде карбоновой кислоты) наблюдался 80% рост количества проколлагена I типа только через 12 мес с Медицинские книги @medknigi начала процедур (Kruglikov, 2013). Но это соответствует лишь 6% турноверу фибрилл зрелого коллагена. Относительно RF-методов омоложения автор (Кругликов, 2016) достаточно аргументированно утверждает, что теоретические основы применения в эстетической дерматологии радиочастотных токов должны быть пересмотрены в плане долгосрочных результатов - к ним гораздо логичнее отнести не неоколлагенез, а модификацию жировой ткани, особенно дер-мальных адипоцитов (подробнее об этом см. гл. 6). Такое изменение теоретических основ потребует изменения парадигмы в стратегии лечения, и для достижения оптимального эстетического результата энергия радиочастотных токов должна концентрироваться не во всем объеме кожи, а лишь в ее пограничном слое. Это, в свою очередь, потребует разработки определённой конфигурации RF-электродов, которая должна позволять концентрировать радиочастотную энергию именно на границе дермы и ПЖК. С этой логикой автора трудно не согласиться. Действительно, структурная организация коллагеновых белков в фиброзной ткани сильно отличается от упорядоченной организации коллагеновых фибрилл неповреждённого межклеточного матрикса. Как следствие - нарушение фокальных контактов фибробластов в межклеточном веществе и соответствующее этому снижение функциональной активности клеточных структур дермы (Хабаров, 2017). В неповреждённой коже фибробласты прикреплены к динамичному каркасу внеклеточного матрикса, благодаря чему имеют необходимую для производства коллагена вытянутую форму. В коже, подвергнутой воздействию физических процедур, эти контакты нарушены вследствие нарушения структуры коллагеновых фибрилл и эластина. Утеря механического воздействия на фибробласты приводит к тому, что они приобретают овальную форму и теряют свою активность (Phillip et al., 2015). Молекулярный анализ показал, что при этом на 90% неактивным становится рецептор TGF-β1-RII для фактора TGF-β1, что практически выключает TGF-β1/SMAD сигнальный каскад (Fisher et al., 2016). Поскольку SMAD2/3 в этой цепи реакций в норме регулируют экспрессию коллагена, фибронектина и фактора роста соединительной ткани CTGF/CCN2 (Purohit et al., 2016), это может приводить впоследствии к снижению тонуса кожи, её утончению и хрупкости. Косметологами могут также рассматриваться другие способы физического воздействия на кожу, например, в дерме можно специально создать условия, имитирующие незначительные повреждения, чтобы спровоцировать неоколлагенез. Однако контролировать этот процесс было бы крайне сложно, и наиболее вероятным результатом можно ожидать также появление внутренних фиброзов. Существует и другая проблема. С возрастом при хронической денатурации кол-лагенового матрикса происходит накопление дефектных фрагментов фибрилл. Они не могут быть полностью удалены врачомкосметологом, поскольку связаны друг с другом поперечными ковалентными связями. Доля фрагментов может достигать 30-40% общей массы коллагена, но даже меньшая концентрация скорее всего не позволит фибробластам правильно прикрепиться к внеклеточному матриксу и приобрести правильную Медицинские книги @medknigi конфигурацию. В этом случае фибробласт не будет способен производить коллаген. Обобщая, можно сказать, что такие манипуляции не в состоянии значительно улучшить внешний вид кожи в течение реалистичного для пациента времени (Krug-likov, 2013). Подобный критический анализ физических методов воздействия на кожу, применяемых в косметической дерматологии, безусловно, является полезной информацией для косметологов и пациентов при выборе данных процедур. Можно только приветствовать серьёзные, неангажированные научные исследования, направленные на всестороннее изучение безопасности и эффективности их применения. 5.2. ИНВАЗИВНЫЕ МЕТОДИКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ БЕЗОБОЛОЧЕЧНЫХ МИКРОИМПЛАНТАТОВ (ФИЛЛЕРОВ) Многими специалистами в области косметологической дерматологии был замечен на первый взгляд удивительный результат при работе с гиалуронановыми филлерами. Время действия таких материалов зачастую продолжалось значительно дольше, чем этого можно было бы ожидать, учитывая естественный процесс их биодеградации (Koger, Cohen, 2014; Landau, Fagien, 2015). Этому феномену, получившему название «фиброплазия» (fibroplasia), было предложено следующее объяснение. Предполагается, что физическое давление на фибробласты со стороны филлера имитирует условия, в норме обеспечиваемые неповреждённой молодой коллагеновой матрицей, необходимые для поддержания их (фибробластов) формы и биологических функций. Для объяснения наблюдаемой индукции коллагена в дерме после инъекции филлера на рис. 5.4 представлена рабочая модель локальных механических нагрузок (растяжения), возникающих в области инъекции. Нормальная кожа состоит из внешнего эпидермиса, содержащего в основном кератиноциты (обозначены как KCs), и дермы, состоящей в основном из внеклеточных матричных белков, синтезируемых фибробластами (FBs). Основными структурами внеклеточного матрикса являются нити (фибриллы) коллагенов I и III типов. У молодой (неповреждённой) кожи эти коллагеновые нити целостны (интактны), то есть достаточной длины. В «старой» коже, подвергавшейся действию УФ-облучения, содержатся области с укороченными фибриллами, образовавшимися при разрыве исходных нитей, что приводит к появлению неструктурируемых участков дермы. Именно эти участки предпочтительно заполняет микроимплантат (см. рис. 5.4, А), и это приводит к растяжению окружающих нормальных фибрилл коллагена (искривлённые линии). Подобные растяжения «чувствуют» окружающие фибробласты посредством своих связанных с интегринами рецепторов. (Интегрины - это трансмембранные гетеродимерные клеточные рецепторы, взаимодействующие с внеклеточным матриксом и передающие различные межклеточные сигналы для регулировки клеточного цикла. От них зависят форма фибробластов и их подвижность.) Они удлиняются (см. рис. 5.4, Б) и активируются, начиная синтезировать разнообразные компоненты внеклеточного матрикса, включая новые фибриллы коллагена (красные линии) (см. рис. 5.4, В). Медицинские книги @medknigi Рис. 5.4. Рабочая модель индукции коллагеновых волокон, возникающих в дерме после инъекции филлера (А-В) (Wang et al., 2007) Это одна из немногих работ, авторы которой делали попытки объяснить на клеточном уровне влияние филлера на окружающие ткани. Следует упомянуть одну из последних по времени исследовательских работ (Deglesne et al., 2016), где после инъекции двухфазных ГК-филлеров наблюдали увеличение коллагена I и III типов и рост количества «правильных» фибробластов (вытянутой формы). Эти фибробласты продуцируют новый коллаген и вступают в контакт с ним, а не с введенным имплантатом. Это означает, что филлер напрямую не стимулирует появление новых фибробластов, но он изменяет локальную среду так, что это благоприятствует увеличению количества правильных фибробластов (см. рис. 2.9-2.10). Среди официально зарегистрированных по всему миру гидро-гелевых микроимплантатов лишь несколько вызывают временную фиброплазию за счёт Медицинские книги @medknigi отклика дермы на воспаление при инъекциях (Carruthers et al., 2016). В одной из немногих экспериментальных работ на эту тему было продемонстрировано 12кратное увеличение продукции коллагена вследствие индукции двухфазным филлером фактора TGF-β1 и последующего каскада реакций (Quan et al., 2013). В более ранней работе было показано, что инъекции филлера на основе гиалуронана приводят к формированию у неактивных после УФ-облучения фибробластов правильной вытянутой формы, необходимой для продукции ими коллагена (Wang et al., 2007), о чем упоминалось выше. Синтез коллагена начинался со 2-го месяца после однократной инъекции и продолжался не менее 3 мес. Аналогичные результаты были получены и в относительно недавнем исследовании (Turlier et al., 2013). Более подробно об этом феномене можно прочитать в монографии (Хабаров, 2017). Помимо двухфазных филлеров на основе гиалуронана, подобный эффект демонстрировали синтетические или полусинтетические филлеры (Lee, Lorenc, 2016). Считается, что их продолжительное действие основано также на индукции неоколлагенеза за счёт возникающего механического давления на окружающие фибробласты при введении филлера. Подобного результата можно добиться, используя микро-имплантаты, содержащие гидроксилапатит кальция (Courderot-Ma-suyer et al., 2016). Коммерчески доступный с 2015 г. филлер Radiesse (производства Merz Aesthetis Inc., США) содержит микросферы гидроксилапатита кальция, суспендированные в 70% геле из карбоксиметилцеллюлозы в качестве носителя. Этот гель растворяется в течение нескольких недель, а сферы сохраняются от 12 до 18 мес и формируют своего рода каркас для нового коллагена. Постепенно гидроксилапатит кальция распадается на ионы кальция и фосфора, которые выводятся из организма. Никакой иммунной реакции при этом не наблюдается. Следует отметить, что гидроксиапатит - основной неорганический компонент, который обладает уникальными биоактивными свойствами и более 20 лет применяется в медицине (Каназава, 1998; Северин и др., 2016). Лёгкость стерилизации, продолжительный срок хранения, высокий уровень биосовместимости, крайне медленная резорбция в организме и способность индуцировать неоколлагенез ставят гидроксиапатит кальция в ряд важнейших компонентов биокомпозиционных материалов, применение которых обеспечит решение многих проблем по трансплантации клеток и стимуляции формирования межклеточного матрикса дермы в местах её повреждения. Так, в работе (Северин и др., 2016) предложен принципиально новый подход к созданию биоматериалов следующего поколения, в котором контролируемый синтез одного из компонентов (гидроксиапатита) в среде другого (ГК) приводит к формированию композита в наиболее биоактивной форме. При проведении синтеза в среде ГК происходит заметное изменение как морфологии, так и химической структуры получаемых нанокристаллов гидроксиапатита кальция, что позволяет надеяться на появление принципиально новых микроимплантатов в ближайщем будущем (Северин и др., 2016). Основанием для этого служат результаты исследований, представленных в работе (Хабаров и др., 2017), в которой методами иммуногистохимического анализа изучали новый Медицинские книги @medknigi синтезированный композиционный материал на основе ГК с наночастицами золота. Образцы биоптатов кожи 50-летней пациентки после проведения пластической операции (блефаропластики) в рамках плановых клинических испытаний препарата «Голдгиал» изучали с помощью нейроиммуноэндокринных маркеров кожи (Смирнова и др., 2005). Проведённые исследования показали (Хабаров, 2017; Хабаров и др., 2017), что экспрессия маркеров синтетической активности клеток - коллагена I и III типов (сравнивали показатели относительной площади экспрессии маркеров коллагена I и III типов) - усиливается в среднем на 15-25% для образца кожи с введённым препаратом (образец S) в сравнении с контролем (образец D) (рис. 5.5, 5.6). Установлено, что каскад биохимических реакций запускается ещё с предшественника коллагена - проколлагена, экспрессия которого повышена в образце S по сравнению с D. Экспрессия ММР, отвечающих за ремоделирование тканей и разрушение повреждённого коллагена, преобладает в образце S (рис. 5.7, 5.8). Так, относительная площадь экспрессии маркера ММР-9 в образцах кожи с введённым препаратом в 2,7 раза выше, чем в контрольном образце. Проведённые исследования свидетельствуют о том, что метаболические, синтетические и репаративные процессы выражены статистически достоверно сильнее в биоптатах кожи человека с введённым препаратом ГК с наночастицами золота. Таким образом, установлено, что в качестве молекулярных мишеней действия материала «Голдги-ал» выступают ММР и проколлаген. Одобренный FDA в 2004 г. филлер Sculptra (производства Galderma, США) состоит из микрочастиц полимолочной кислоты, суспендированных в растворе с маннитолом и карбоксиметилцеллюлозой. Полимолочная кислота является полимером с молекулярной массой около 40-50 кДа. В течение 6 мес после инъекции воспалительная реакция постепенно спадает, а локальное увеличение коллагена продолжается до двух лет. Увеличение объёма тканей может сохранятся в течение нескольких лет (Lee, Lorenc, 2016). Курс состоит обычно из четырех сессий, растянутых на 4-6 нед. Коммерчески доступный и предназначенный для длительной коррекции околоносовых складок филлер Bellafill® (производства Suneva Medical, CIIIA) является единственным разрешённым FDA филлером, содержащим полиметилметакрилат. Его первоначальное название с 2007 по 2014 г. было Artefill. Он содержит микросферы полиметил-метакрилата, суспендированные в 3,5% бычьем коллагене и 0,3% ли-докаине. 80% состава микросфер составляет коллаген как носитель, который растворяется в течение 1-3 мес после инъекции. Оставшийся Медицинские книги @medknigi Рис. 5.5. Экспрессия маркера procollagen-1 в образце кожи S (А) и D (Б), иммунофлуоресцентная конфокальная микроскопия, х200. Для окраски ядер использовали Hoechst 33258 (синяя флуоресценция). Визуализацию белка проводили с помощью вторичных антител, конъюгированных с Alexa Fluor 647 (красная флуоресценция) Рис. 5.6. Экспрессия маркера коллагена в образце кожи S (А) и D (Б), иммунофлуоресцентная конфокальная микроскопия, х200. Для окраски ядер использовали Hoechst 33258 (синяя флуоресценция). Визуализацию белка проводили с помощью вторичных антител, конъюгированных с Alexa Fluor 647 (красная флуо ресценция) недеградированным полиметилметакрилат в составе микросфер формирует структуру, активирующую близлежащие фибробласты к не-околлагенезу в течение приблизительно 3 мес. Инъекции Bellafill®, предназначенные для введения в глубокие слои дермы, показали себя исключительно безопасными. Полусинтетические филлеры с полиметилметакрилатом и коллагеном могут сохранять свою функциональность в течение 5 лет и более (Cohen et al., 2015). На российском рынке инъекционных имплантируемых препаратов представлен полусинтетический филлер Медицинские книги @medknigi «Артеколл» (Artecoll производства компании Artes Medical), состоящий из 80% бычьего коллагена и 20% микросфер полиметилметакрилата. Рис. 5.7. Экспрессия маркера MMP-9 в образце кожи S (А) и D (Б), иммунофлуоресцентная конфокальная микроскопия, х200. Для окраски ядер использовали Hoechst 33258 (синяя флуоресценция). Визуализацию белка проводили с помощью вторичных антител, конъюгированных с Alexa Fluor 647 (красная флуоресценция) Рис. 5.8. Экспрессия маркера MMP-10 в образце кожи S (А) и D (Б), иммунофлуоресцентная конфокальная микроскопия, х200. Для окраски ядер использовали Hoechst 33258 (синяя флуоресценция). Визуализацию белка проводили с помощью вторичных антител, конъюгированных с Alexa Fluor 647 (красная флуоресценция) Одним из перспективных синтетических наполнителей может оказаться поликапролактон. Созданные на его основе частицы составляли основу филлера, который показал способность индуцировать синтез коллагена в дерме как у кроликов, так и (в более поздних экспериментах) у людей (Kim, Abel, 2015). Медицинские книги @medknigi Гистологический анализ образцов кожи через 13 мес после интра-дермальной инъекции (рис. 5.9) подтвердил, что частицы сохраняются в интактной форме с образованием вокруг них нового коллагена. Рис. 5.9. Фото микроскопических снимков тканей через 13 мес после инъекции филлера с поликапролактоном (ПКЛ). Отчётливо видны микросферы ПКЛ (белые) в окружении новосинтезированного коллагена. А - х400 Медицинские книги @medknigi Рис. 5.9. Фото микроскопических снимков тканей через 13 мес после инъекции филлера с поликапролактоном (ПКЛ). Отчётливо видны микросферы ПКЛ (белые) в окружении новосинтезированного коллагена. Б - фрагмент снимка А, х200 5.3. МОЛЕКУЛЯРНО-КЛЕТОЧНЫЙ МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ После проведения описанных выше косметологических процедур неизбежно появление раневых повреждений различной степени в зависимости от вида и интенсивности воздействия. Заживление кожной раны, так же как регенерация других органов, состоит из целого ряда координированных реакций различных типов клеток повреждённой ткани при непосредственном участии факторов роста и цитокинов. Фиброз (увеличение хаотично расположенного коллагена в дерме) - один из важнейших этапов процесса образования грануляционной ткани (молодой соединительной ткани) с последующим формированием рубцовой ткани, представляющей собой пучки грубых коллагеновых волокон с расположенными среди них немногочисленными клетками и сосудами. Хотя фиброз относят к патологическому процессу, в результате которого фиброзное замещение тканей приводит к постепенной утрате их специфических функций с последующей дисфункцией поражённого органа, фиброз дермы в ограниченных пределах может приводить к эстетически приемлемому результату. Поэтому процесс формирования рубца, если он протекает в физиологически благоприятных условиях, является естественным ответом организма на нарушение его целостности и, по сути, представляет собой явление тканевой регенерации. Самое начало процесса репарации, примерно с 4-5-го дня с момента повреждения, - это малоизученный период, при котором несколько типов клеток-предшественников (прогениторных клеток) трансформируются в специальный тип клеток - так называемые миофибробласты (рис. 5.10). Молекулярно-генетический аспект этого перехода очень сложен и подразумевает участие многочисленных факторов (рис. 5.11). Ниже представлено краткое описание молекулярных событий в каждом из четырех путей (нумерация путей соответствует направлению слева направо на рис. 5.11). Общее для всех случаев - то, что первичным триггером является увеличение механического напряжения во внеклеточном матриксе, приводящее к давлению на клетки (в данном случае - фибробластов). Медицинские книги @medknigi Рис. 5.10. Возможные пути формирования миофибробластов (Borthwick et al., 2013) Медицинские книги @medknigi Рис. 5.11. Основные четыре сигнальных пути, приводящие к перерождению некоторой фракции фибробластов в миофибробласты (Lighthouse, Small, 2016). TGF-β - трансформирующий фактор роста; GPCR (G-protein coupled receptors) рецепторы связывания G-белков; Са2+ - ионы кальция; Smad2/3, Smad4 усилители транскрипции; Smad6/7 - ингибиторы транскрипции; KLF5/15 (Kruppellike transcription factors) - факторы транскрипции, подобные фактору Круппеля; АТ1 - ангиотензин; RhoA (Ras homolog A) - белок, регулирующий натяжение нитей актина; ROCK (Rho-kinase) - Rho-зависимая киназа; MRTF миокардин-подобный транскрипционный фактор; β-catenin - β-катенин; CnA, B (calcineurin А/В) - кальцинеурин; TAK (TGF-β-activated kinase) - киназа, активируемая фактором TGF-β; SRF (serum response factor) - глобальный фактор транскрипции; TRPC 1/3/6 (transient receptor potential channel) - рецепторы, регулирующие потенциал каналов для абсорбции ионов; NFAT (nuclear factor of activated T-cells ) - фактор транскрипции, производимый иммунными Тклетками Путь 1 (канонический путь). Механический стресс приводит к активации поверхностного рецептора RI (римская цифра I) и, через его внутриклеточный домен, - к активации фактора транскрипции TGF-p. Параллельно ангиотензин АТ1 посредством KLF5 также активирует TGF-β, после чего обе фракции индуцируют фосфорилирование и активацию белковпосредников SMAD2/3. Далее SMAD2/3 в комплексе с SMAD4 входит в ядро и активирует транскрипцию ряда генов. Ингибитором этого процесса выступает SMAD6/7. Путь 2 (неканонический путь). Механический стресс приводит к активации поверхностного рецептора RII (римская цифра II) и через его внутриклеточный домен - к активации фактора транскрипции TGF-β. Затем TGF-β активирует киназы TAK1, MAPK14 (p38) и ERK, что приводит к запуску программы активации фенотипа миофибробластов. Путь 3. Механический стресс приводит к отсоединению от мембраны белковпосредников β-катенинов. В норме они быстро деградируют, но наличие активированного TGF-β предохраняет их от деградации. Затем p-катенины переходят в ядро в комплексе с фактором MRTF и связываются с фактором SRF на промоторах ряда генов. Путь 4. Этот путь пока выявлен только для миокарда, но, вероятно, имеет место и в других органах. Абсорбция ионов, в данном случае ионов кальция, регулируется через трансмембранные белки TRPC. Их активация посредством TGF-β приводит к высокому внутриклеточному уровню кальция и стимулирует связывание димеров кальцинеуринов Cn A/B с кальмодулином. Этот комплекс участвует в дефосфорили-ровании NFAT, что провоцирует переход NFAT в ядро и последующее связывание с промоторами ряда генов. Результатом активности всех перечисленных выше сигнальных путей является запуск программы формирования фенотипа миофибро-бластов, которая приводит к активации фактора роста соединительной ткани CTGF (connective tissue growth factor) и росту фиброзной ткани. Медицинские книги @medknigi Пролиферативная стадия процесса регенерации ткани характеризуется усилением синтеза коллагена, что и приводит в дальнейшем к фиброзу дермы. Накопленные экспериментальные данные свидетельствуют об общих биохимических этапах развития фиброза у различных органов, хотя исходный набор клеток, приводящий к появлению мио-фибробластов, различен (Martin et al., 2016). В случае повреждения кожи такими клетками-предшественниками служат клетки эпидермиса и дермальные фибробласты. Главным отличием миофибробластов от фибробластов является изменённая структура основного структурного внутриклеточного белка актина, получившая название «α-SMA» (рис. 5.12). После модификации нити актина через специальную структуру, называемую фибронексусом, связываются с трансмембранными белками, которые, в свою очередь, связаны с белками и гиалуронаном внеклеточного матрикса (Mirastschijski et al., 2004; Albeiroti et al., 2015, Хабаров, Бойков, 2016). Благодаря этому миофибробласт способен стягивать на себя окружающий матрикс, действуя аналогично клеткам мускулов (очень возможно, что именно с этим связан лифтинг-эффект после проведения, например, лазерных процедур). Цель работы миофибро-бластов - заставить рану сузиться до минимально возможного размера (Wells et al., 2016). Формируется временный внеклеточный матрикс, структура которого отлична от нормального за счёт значительно увеличенной доли фибронектина и коллагена III типа. Фибронектин здесь выступает в качестве «мастера-регулятора», ибо именно через него происходит непосредственный контакт интегринов на поверхности клеток с другими компонентами внеклеточного матрикса. Медицинские книги @medknigi Рис. 5.12. Вид модифицированного актина в цитоплазме миофибробласта, полученный с помощью электронного микроскопа В процессе заживления раны миофибробласты ускоренно синтезируют межклеточный матрикс из сложнопереплетённых коллагеновых фибрилл, необходимый как структурный каркас для последующего заполнения «правильными» клетками. Этот процесс можно назвать «хорошим» фиброзом. Если рана заживает достаточно быстро, происходит полная репарация повреждённого участка (регенерация) до состояния «как было». Если же повреждение достаточно глубокое, то заживает оно дольше, поскольку разрушенная инфраструктура капилляров крови исключает своевременный приток питательньгх веществ и других факторов для поддержания совместной работы миофибробластов и фибробластов. Одновременно затруднён процесс переработки и удаления разрушенных клеток. За это время высока вероятность занесения инфекции, что вызовет длительное воспаление и ещё более отдалит полное заживление. При глубоких ранах восстановление повреждённого участка происходит по принципу «лишь бы не пустота», и этот процесс можно охарактеризовать как «плохой» фиброз. Как следствие, внутренняя часть глубокой раны представляет собой коллагеновый матрикс из пучков однонаправленных жёстких фибрилл. Именно из них в основном и состоит шрам (рубцовая ткань). Получившаяся ткань недостаточно функциональна, Медицинские книги @medknigi поэтому такая репарация, в строгом смысле определения, физиологической регенерацией не называется, так как происходит избыточный синтез коллагена I типа, хотя именно коллаген I типа является основным компонентом полностью сформировавшейся фиброзной ткани шрама. Но как уже отмечалось, в формировании фибриллярной структуры принимает участие не только коллаген I типа, но и, хотя в меньшей степени, коллаген III, V и VI типов. При этом особенно важно подчеркнуть, что присутствие коллагена III, V и VI типов необходимо для формирования правильных структур коллагена I типа (Tracy et al., 2016). Интересен экспериментально зафиксированный факт, что присутствие коллагена V и VI типов подавляет апоптоз миофибробластов, которые в основном и продуцируют коллаген I типа при репарации ран. Можно предполагать поэтому, что своевременное выключение активности генов COL5A2 и COL6A1, кодирующих коллаген V и VI типов соответственно, или инактивация их транскриптов могла бы предотвратить переход нормального репаративного процесса в фиброз. На начальных стадиях репарации повреждения скорость синтеза нового коллагена превышает скорость его деградации коллагеназами, но впоследствии, иногда через недели, достигается равновесие этих процессов. С этого момента миофибробласты выполнили свою роль и начинают вступать в апоптоз, постепенно заменяясь нормальными фибробластами. До этого момента миофибробласты активно производили ингибитор металлопро-теиназ - TIMP, но теперь, с их уходом, временный внеклеточный матрикс начинает разрушаться и заполняться нормальными, переплетёнными в сложную сеть фибриллами коллагена I и III типов в комплексе с эластином. Это, однако, происходит только при условии, что отсутствуют стимулы для продолжения синтеза коллагена. При глубоких повреждениях или других причинах (продолжающееся воспаление, повторное физико-химическое воздействие, генетические дефекты) процесс производства коллагена не останавливается, становится неконтролируемым, что приводит к «избыточной репарации». При этом процессе миофибробласты не исчезают, а продолжают стягивание и сжимание внеклеточного матрикса, поскольку по-прежнему активный транскрипционный фактор TGF-β1 продолжает стимулировать модификацию нормального актина в его производную α-SMA (Hinz, 2016). В формирующейся фиброзной ткани преобладают коллагены I и III типов (Wells et al., 2016). В случае особенно значительных повреждений кожи результатом репарации является гипертрофический шрам (рубец) (Chiang et al., 2016). Так, если после ожога участок не залечивается в течение 3 нед, у 50% пострадавших возникает необратимый фиброз с появлением гипертрофического шрама (Qian et al., 2016). Гистологический анализ показывает, что гипертрофический шрам отличается от «нормального» тем, что он содержит в основном фибронектин и коллаген III типа с гигантскими жёсткими фибриллами, расположенными параллельно поверхности эпидермиса (Martin et al., 2016). В нормальной коже коллагеновые фибриллы расположены практически перпендикулярно эпидермису (см. рис. 2.4). Гистологический анализ фиброзной ткани указывает на коллаген другого качества с образованием вследствие внутренних сшивок гораздо более жёстких фибрилл, которые ориентированы однонаправленно (Gurtner et al., 2008). Всё Медицинские книги @medknigi это вызывает сжатие внеклеточного матрикса, механический стресс и воспаление, индуцирующее положительную обратную связь - начинается необратимый фиброз. При таком процессе происходит неконтролируемое образование фиброзной ткани, дальнейшее, уже не необходимое уплотнение дермы, которое приводит к нарушению её функционирования (Hinz, 2016). Так, механоэластичные свойства фиброзной структуры при повреждении кожи составляют менее 80% от свойств нормальной кожи (Morton et al., 2016). Это всегда необходимо знать практикующим врачам-дерматологам о возможных негативных последствиях проведения достаточно агрессивных косметологических процедур. Первичным откликом организма на повреждение является реакция иммунной системы, запускающая активность ряда провоспалительных (проинфламаторных) клеток, в том числе макрофагов. В фиброзной ткани также отмечается присутствие макрофагов, которые, как предполагается, поддерживают процесс фиброза (Wynn, Vannella, 2016). Принципиальную роль воспаления в развитии фиброза показали исследования на мышах (Wong et al., 2012; Qian et al., 2016). У мышей с искусственно подавленной способностью к воспалительным реакциям заживление ран шло с минимальным образованием шрамов (Schwartzfarb, Kirsner, 2012). Поэтому, преследуя цель добиться восстановления ткани без образования шрамов, нужно понять, какие именно разновидности макрофагов следует инактивировать. Так, например, одна субпопуляция макрофагов (названная М2) способна продуцировать коллаген I типа и фибронек-тин и стимулировать фиброз посредством трансформации фибробластов в миофибробласты через факторы TGF-β и PDGF (Wynn, Ramalingam, 2012). Другая субпопуляция (М1), наоборот, ингибирует фиброз посредством активного продуцирования металлопротеиназ ММР-2, ММР-9 и ММР-12, разрушаюших фиброзный внеклеточный матрикс. Изучать формирование фиброза внутри человеческого организма на данный момент затруднительно по многим причинам, и одна из них - отсутствие молекулярных маркёров, которые были бы специфичны именно для фиброзной ткани. Вместе с тем уже сейчас формируется общий консенсус, что развитие фиброза в разных человеческих органах имеет общие ключевые этапы. Вследствие этого разрабатываются различные модельные системы как in vivo, так и in vitro (Zhang et al., 2015). Что касается животных моделей, то пока преждевременно судить, насколько близки к человеческим молекулярные процессы развития фиброза у лабораторных мышей и крыс. В этой области необходимы длительные рандомизированные клинические исследования, здесь без лабораторных животных, конечно, не обойтись, и, как было очень остроумно сказано в одной научно-популярной статье, «надейтесь, люди, держитесь, мыши!» Предстоит пройти путь сопоставления огромного количества информации о сходстве транс-криптом (глобальных карт транскрипции всего организма), протеом (глобальных карт трансляции белков всего организма), а также данных эпигенетики (Nanchahal, Hinz, 2016; Neary et al., 2015; Zeybel et al., 2017). Более того, всё больше внимания привлекает уникальная способность к регенерации значительных повреждений без образования фиброзной ткани у организма до рождения (внутриутробного Медицинские книги @medknigi плода - фетуса) (Schwartzfarb, Kirsner, 2012). Характерной особенностью тканей плода является более высокая, чем у взрослого организма, доля коллагена III типа (Walmsley et al., 2015), и спектры активности ряда белков, участвующих в репарации, также значительно отличаются (Ho et al., 2014). В контексте вышесказанного очень интересны результаты недавних экспериментальных исследований, представленных в работе (Хабаров и др., 2018), где методами иммуногистохимического анализа изучали динамику экспрессии клетками кожи нейроэндокринных биомаркеров. В качестве объекта исследования служил операционный материал, полученный от 48-летней пациентки при пластической операции круговой подтяжки лица. Для иммуногистохимического исследования использовали следующие первичные моноклональные антитела: Collagen I, Collagen III, MMP-9, Ki67. В качестве негативного контроля производилась иммуногистохими-ческая реакция без использования первичных антител. Специфичность антител подтверждали в контрольных экспериментах. Материалом для исследования стали 7 биоптатов - операционных образцов кожи человека с предварительно введёнными препаратами ГК с различными наполнителями. Все тестируемые гидрогели, относящиеся к классу биоревитализантов, в различных вариантах представляли собой ГК с концентрацией 0,8-1,0 масс.% в композиции с наночастицами золота, хлористым цинком, силикатом натрия, хлористым магнием, карнитином, липоевой и янтарной кислотами, глицином, гидрокси-пролином, лизином. Результаты экспериментальных исследований по влиянию препаратов ГК на экспрессию отдельных генов, кодирующих синтез коллагена I, III типов, матриксной металлопротеиназы (же-латиназы) ММР-9 и белка Ki67, представлены на рис. 5.13, А, Б, В, Г. Очень важные, экспериментально установленные факты (Хабаров и др., 2018) состоят в том, что препараты 2, 6 и 7 стимулируют синтез коллагена III типа. По-видимому, происходит формирование временного внеклеточного матрикса за счёт значительно увеличенной доли фибронектина и коллагена III типа. При этом одновременно увеличивается количество металлопротеиназы ММР-9, которая, как уже упоминалось выше, разрушает фиброзный внеклеточный матрикс. Довольно невысокие уровни экспрессии белка Ki67 свидетельствуют о завершении роста клеточной популяции. [Ki67 - белок, экспрессия которого ассоциирована с пролиферацией клеток; уровень экспрессии этого белка является информативным показателем для определения интенсивности деления фибробластов кожи (Смирнова и др., 2005)]. Эти факты можно интерпретировать следующим образом. В связи с тем, что активный синтез коллагена III типа характерен для эмбриональных фибробластов, можно предполагать, что препараты 2, 6 и 7 увеличивают и/или ускоряют дифференцировку транзиторных стволовых клеток в повреждённых зонах кожи. Увеличение новых (возможно, юных) фибробластов и миофибробластов с активным геном коллагена III типа приводит к повышению коллагенеза и фибриллоге-неза на основе коллагена I и III типов, что и фиксируется маркерами к этим типам коллагена. Повышение активности ММР-9 (желатиназы) наблюдается при ремоделировании ткани (Рогова и др., 2011). Медицинские книги @medknigi Рис. 5.13. Сравнение показателей относительной площади экспрессии маркеров коллаген I (А), коллаген III (Б), MMP-9 (В), Ki67 (Г) в образцах кожи с введёнными инъекционными материалами на основе ГК. Состав препаратов: 1 «Голдгиал»: ГК 0,8% с НЧзолота; 2 - «Скинопротектор»: ГК 0,8%, хлористый цинк 0,025%; 3 - «Биоревитализант»: ГК 0,8%; 4 - «Тетраскил»: ГК 1,0%, карнитин 0,3%, липоевая кислота 0,2%, янтарная кислота 0,2%; 5 «Ювента»: ГК 1,0%, лизин 0,3%, глицин 0,3%, гидроксипролин 0,3%, хлористый магний 0,025%; 6 - «Ювента»: ГК 1,0%, лизин 0,3%, глицин 0,3%, гидроксипролин 0,3%, силикат натрия 0,025%; 7 - «Ювента»: ГК 1,0%, лизин 0,3%, глицин 0,3%, гидроксипролин 0,3%, хлористый цинк 0,025% Медицинские книги @medknigi Рис. 5.13. Окончание. Сравнение показателей относительной площади экспрессии маркеров MMP-9 (В), Ki67 (Г) в образцах кожи с введёнными инъекционными материалами на основе ГК. Состав препаратов: 1 - «Голдгиал»: ГК 0,8% с НЧзолота; 2 - «Скинопротектор»: ГК 0,8%, хлористый цинк 0,025%; 3 - «Биоревитализант»: ГК 0,8%; 4 - «Тетраскил»: ГК 1,0%, карнитин 0,3%, липоевая кислота 0,2%, янтарная кислота 0,2%; 5 - «Ювента»: ГК 1,0%, лизин 0,3%, глицин 0,3%, гидроксипролин 0,3%, хлористый магний 0,025%; 6 «Ювента»: ГК 1,0%, лизин 0,3%, глицин 0,3%, гидроксипролин 0,3%, силикат натрия 0,025%; 7 - «Ювента»: ГК 1,0%, лизин 0,3%, глицин 0,3%, гидроксипролин 0,3%, хлористый цинк 0,025% матриксе с помощью металлопротеиназ ММР-1 и ММР-13. При этом стимулируется активность желатиназ ММР-2 и ММР-9 (Alameddine, Morgan, 2016). Образующиеся фрагменты водорастворимы. В межклеточном матриксе они денатурируют спонтанно и расщепляются дополнительно желатиназами (Fields, 2013; 2015). Медицинские книги @medknigi После действия желатиназ большая часть мелких фрагментов коллагена I, II, III и IV типов поглощается клетками посредством эндоцитоза для дальнейшего расщепления до аминокислот в лизосомах. Аминокислоты используются фибробластами для синтеза нового коллагена. Таким образом, маркёры на коллаген III типа и матриксную металлопротеиназу ММР-9 указывают на стимуляцию ремоделирования дермы кожи препаратами 2, 6 и 7. Результаты этих исследований показывают важную роль ионов металлов в проявлении регуляторных функций: простыми методами ионных вариаций в составе гиалуронановых гидрогелей можно регулировать неоколлагенез и неофибриллогенез через активность металло-зависимых ферментов. Можно ожидать, что эти пока ещё единичные иммуногистохимические исследования по влиянию препаратов на основе гиалуронана на экспрессию различных генов в перспективе позволят сформировать стратегию индивидуального подхода для каждого пациента с учётом его возрастных особенностей. Поскольку на избыточной активности миофибробластов лежит главная ответственность в развитии фиброза, идут поиски путей её остановки после завершения процесса репарации повреждения (Wynn, Ramalingam, 2012). Современные терапевтические подходы к подавлению активности миофибробластов показывают низкую эффективность. Обусловлено это главным образом тем, что, подобно фибробластам в нормальной ткани, в фиброзной ткани сосуществуют одновременно несколько типов миофибробластов с разной активностью (Driskell, Watt, 2015). Предполагается, что в предфиброзной и фиброзной тканях активны разные типы миофибробластов, и каждый тип имеет свои маркеры идентификации, однако пока такие маркеры не выявлены. Это важно для понимания того факта, какой именно тип (типы) клеток подавлять, поскольку активность миофибробластов абсолютно необходима на начальных этапах репарации раны. Соответственно, это затрудняет создание таргетных терапевтических средств. В настоящее время на рынке или в клинических испытаниях находятся препараты против фиброза на основе следующих субстанций. • Основной фактор роста фибробластов (Basic Fibroblast Growth Factor, bFGF, FGF-2). Этот белок является конкурентом и антагонистом ключевого триггера появления миофибробластов - фактора трансформации TGF-β1. bFGF подавляет процесс модификации нормального цитоплазматического структурного белка актина в его производную a-SMA. • Интерферон IFN-γ. Этот цитокин производится Т-клетками и подавляет распространение воспаления и формирование α-SMA. •Interleukin IL-1. Этот цитокин подавляет функционирование уже образовавшегося α-SMA. •Ингибиторы активности гиалуронансинтетазы 2 (HYS2) и рецептора CD44. Оба этих белка проявляют существенно повышенную активность в фиброзных тканях (Хабаров, Бойков, 2016). Проводятся исследования и со многими другими субстанциями с целью ингибирования формирования фиброзов (Nanthakumar et al., 2015; Yoon et al., 2016). Так, например, подкожные инъекции гормона мелато-нина (1,2 мг на 1 кг веса) крысам с глубокими кожными ранами приводили к уменьшению размеров фиброзной ткани (Pugazhenthi et al., 2008). Мелатонин оказывает влияние на все Медицинские книги @medknigi стадии репарации повреждений, и повышенная концентрация его рецепторов регистрируется в фиброзной ткани (Hu et al., 2016). Перспективным средством против фиброзов может оказаться белок CCN2 - один из ключевых регуляторов процессов во время формирования фиброза, известный с 1991 г. как фактор роста соединительной ткани. В нормальной коже он не обнаруживается, а начинает активно производиться миофибробластами в ответ на первичное стимулирование со стороны TGF-β. CCN2 необходим для превращения дермаль-ных прогениторных клеток в миофибробласты (Leask, 2017). В течение всего процесса регенерации его концентрация остаётся высокой. Активность CCN2 обратно пропорциональна концентрации витамина D в коже. Ингибирование CCN2 с помощью антител приводит к подавлению синтеза коллагенов I и III типов и значительному сокращению области фиброза у мышей и кроликов. Неожиданное свойство подавлять развитие фиброза обнаружилось у фактора HIF-1α - ключевого белка, запускающего целый набор молекулярных процессов при гипоксии. В норме активность HIF-1a не проявляется, так как он находится под контролем пролил-гидрокси-лаз (prolyl hydroxylases, PHD). Используя подкожные инъекции гидрогеля с 1,4-DPCA, ингибитором PHD, удалось получить полную регенерацию (без шрама) участка уха у подопытных мышей (Zhang et al., 2015). Таким образом, совершенно очевидно, что на сегодняшний день, несмотря на огромное количество высококвалифицированных исследований в области молекулярной клеточной биологии, биоинформатики, иммуногистохимии, не существует однозначной, научно обоснованной концепции, позволяющей объяснить воздействие различных антивозрастных процедур на процессы, протекающие в коже. Приходится учитывать слишком много факторов, влияние которых не вполне ясно представляется иногда даже ученым, компетентным в этих областях. В соединительной ткани стареющей кожи обнаружены различные клеточные и структурные изменения, что позволяет определить некоторые цели и общую стратегию борьбы с проявляющимися признаками старения. Коллагенстимулирую-щие стратегии омоложения не без основания считаются многообещающими, так как физиологическое увеличение содержания коллагена в дерме может приводить к улучшению внешнего вида кожной ткани. Возрастание синтеза коллагена после различных косметологических процедур коррелирует с улучшением физико-механических параметров кожи. Однако практикующим врачам-дерматокосметологам необходимо иметь в виду, что, рекомендуя пациентам ту или иную достаточно агрессивную anti-age терапевтическую процедуру, для достижения оптимального терапевтического эффекта и минимизации частоты осложнений нельзя забывать о возможных негативных последствиях неконтролируемого роста коллагеновых белков в формировании «плохого» фиброза в коже. 5.4. МЕДИЦИНСКИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ КОЛЛАГЕНА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В КОСМЕТИЧЕСКОЙ ДЕРМАТОЛОГИИ Можно сказать, что на становление аугментационной пластики мягких тканей как самостоятельного направления в эстетической медицине огромное влияние Медицинские книги @medknigi оказали разработки и появление на рынке одобренных FDA коллагеновых имплантатов, полученных из животных тканей (Klein, Elson, 2000). Будучи основным белковым компонентом человеческой кожи, коллаген стал естественным выбором при создании препаратов для её восстановления после изменений вследствие естественных причин (старение) или повреждений (раны, ушибы, ожоги). Первоначально такие материалы использовались как графты, но позднее появились препараты для инъекций - филлеры. В 1981 г. был официально разрешен к выпуску на рынок филлер первого поколения - Zyderm I (производства компании Collagen Corporation Allergan Inc, США). Он был предназначен для коррекции лицевых морщин и представлял собой суспензию 3,5% бычьего коллагена (смесь нескольких типов) с добавкой 0,3% лидокаина в качестве местного обезболивающего. Следом на рынок вышла его модификация - Zyderm II с 6,5% содержанием бычьего коллагена (1983). Длительность действия Zyderm I и Zyderm II не превышала 3 мес, поэтому в 1985 г. на рынок вышла новая версия от той же компании - филлер Zyplast, у которого 3,5% бычий коллаген был сшит бифункциональным сшивающим агентом глютаральдегидом. При одинаковой со своими предшественниками цене Zyplast служил вдвое дольше - до 7 мес и вызывал менее выраженную иммунную реакцию. После инактивации антигенов данный микроимплантат на основе бычьего коллагена применяется для замещения повреждённого коллагена или восполнения дефицита нативного коллагена. Однако случаи эпидемий среди животных, когда скот приходилось массово уничтожать, послужили толчком к поиску альтернативного источника коллагенового сырья для производства филлеров. Кроме того, бычий коллаген способен вызывать аллергические реакции у 3-10% пациентов, и проверка на них необходима пациенту перед началом курса инъекций, но даже длительный двукратный предварительный тест не гарантирует пациенту отсутствие аллергической реакции или других, более серьёзных последствий процедуры (Greco et al., 2012). Альтернативой бычьему коллагену стал коллаген из кожи свиней, у которых инфекционных эпидемий не отмечено (Moon et al., 2015). Подобно тому, как органы свиньи функционально наиболее близки человеческим, свиной коллаген по своей структуре близок человечьему дермальному коллагену и не вызывает аллергических реакций. Одним из первых официально одобренных филлеров на основе свиного коллагена стал TheraFill (производства компании Sewon Cellontech Ltd, Korea). Клинические испытания TheraFill показали, что он ни в чём не уступает известному филлеру из бычьего коллагена KOKEN (производства компании Koken Co. Ltd, Japan) (Lee et al., 2014). В процессе его производства у молекул исходного свиного коллагена удаляли ту часть, которая потенциально способна вызывать иммунный ответ у человека. TheraFill представляет собой гелевую суспензию 3% свиного коллагена I типа с добавкой лидокаина для локального обезболивания. Он поставляется в 1 мл шприцах с иглой 27-го калибра и предназначен для коррекции носогубных складок и лицевых морщин. В течение более чем 20 лет коллагеновые микроимплантаты безраздельно господствовали на косметологическом рынке, являясь единственными традиционными кожными наполнителями, применяемыми с целью снижения Медицинские книги @medknigi выраженности нежелательных признаков старения кожи. Ситуация коренным образом изменилась с середины 1990-х гг. XX века, когда в Европе появились первые гидрогелевые материалы на основе сшитой ГК (Хабаров, 2017). И хотя филлеры на основе коллагена до сих пор используются, лидирующее положение на рынке косметологических средств для контурной пластики уже давно занимают гиалуронановые материалы (Gutowski, 2016; Carruthers et al., 2014). Об их эффективности и безопасности выходит всё большее количество экспериментальных научных работ, но тем не менее разработки коллагеновых филлеров с улучшенными или новыми свойствами продолжаются и по сей день. Из относительно новых препаратов отметим «Эволенс» и «Эволенс Бриз», состоящие из 97% коллагена I типа и 3% коллагена III типа, которые являются биологически ассимилируемыми. В экспериментах in vivo было установлено, что они характеризуются высокой биологической совместимостью, о чём свидетельствует неоваскуляризация, неоколлагенез и увеличение активности фибробластов (Ашер Б., 2014). При проведении клинических исследований было установлено, что любой из этих филлеров оказывает эффект (коррекции глубоких и мелких морщин и изменения контура красной каймы и формы губ) и сохраняется в тканях до 12 мес. На российском рынке успешный опыт практического применения демонстрирует один из немногих отечественных коллагенсодержащих препаратов гель «Кол-лост» (производства ЗАО «БиоФАРМХОЛДИНГ»), который в хирургии и стоматологии используется с 2000 г., а в инъекционной косметологии - с 2005 г. Материал изготавливают из кожи молодняка крупного рогатого скота, в процессе обработки которой получают коллаген первого типа без примесей межклеточного вещества и дермальных клеток. Особенностью производства является получение готового биоинертного геля без разрушения коллагеновой матрицы с максимально сниженным уровнем аллергических реакций. В течение 6-9 мес после имплантации гель «Коллост» постепенно рассасывается, замещается собственной тканью, которая по своей гистологической структуре сходна с окружающими тканями. Такого эффекта удается добиться за счет сохранения нативной трехспиральной структуры коллагеновых волокон, являющейся матрицей для направленной тканевой регенерации. К наиболее частым противопоказаниям к инъекционному введению коллагеновых материалов относятся аутоиммунные заболевания, острые аллергические или анафилактические реакции на животный коллаген. Поэтому процедура внутрикожных тестов на переносимость подобных препаратов является обязательной. Такие манипуляции несколько усложняли протокол проведения инъекционных методик, и при наличии на рынке конкурентных филлеров на основе ГК, которые не требуют проведения внутрикожных тестов, безусловно, снизили спрос на колла-генсодержащие материалы. Так, по данным проведения процедур аугментационной пластики мягких тканей, выполненных в 2007 г. членами ASPS (Американское общество пластических хирургов) (Бауманн, 2016), количество инъекций коллагена было в 25-30 раз меньше, чем Медицинские книги @medknigi инъекций филлеров на основе ГК. Но после того как были разработаны материалы для имплантации на основе биоинженерного человеческого коллагена (которые не требуют предварительных тестов), многие врачи в США снова стали использовать эти препараты для быстрого достижения эстетического результата и сокращения реабилитационного периода (Бауманн Л., 2016). Вскоре на рынке появились и филлеры на основе человеческого коллагена. Первыми выделенными из искусственно выращенного и обработанного дермального матрикса человека филлерами были Autologen и Dermalogen (производства Collagenesis Inc., США). Autologen служил до 18 мес, но был слишком дорог в производстве, создавал некоторые неудобства при хранении и доставке, поэтому вскоре был выведен с рынка. Такая же судьба постигла и Dermalogen, исходным материалом для которого служил трупный материал. При цене в 400 и 600 долл. США за 1 мл шприц он вызывал у некоторых пациентов аллергические реакции. Трупный материал использовался также для производства кожных графтов под брендом AlloDerm (Life Cell Corporation, США). Процесс включал полное удаление эпидермиса и дермальных клеток при сохранении коллагена IV и VII типов, а также ламинина и эластина. Антигенная фракция в исходном материале полностью удалялась, что практически исключало иммунную реакцию у пациентов. На основе AlloDerm компанией был разработан филлер Cymetra (LifeCell Corp.), который представляет собой гель мелкодисперсного коллагена, полученного при обработке трупной человеческой кожи. Аналогичный материал Fascian изготавливается из трупных фасций и имеет более плотную консистенцию по сравнению с Cymetra. Эти филлеры являются бесклеточными, и поэтому риск аллергических реакций отсутствует. Эффект после введения трупного коллагена сохраняется в течение более длительного времени (3-9 мес), чем после инъекций других типов коллагеновых микроимплантатов (Бауманн Л., 2016). Основными проблемами использования трупного коллагена является его долгая обработка при изготовлении готовых форм и недостаточное количество проведенных квалифицированных клинических исследований безопасности и должной эффективности препарата. Разработка методов получения биоинженерного человеческого коллагена ознаменовалась появлением нескольких марок филлеров Cosmo-Derm I, CosmoDerm II и CosmoPlast (производства INAMED Aesthetics, США), одобренных FDA в 2003 г. CosmoDerm I состоял из раствора коллагена (35 мг/мл) с добавкой 0,3% лидокаина. В CosmoDerm II концентрация коллагена в два раза выше. CosmoPlast идентичен CosmoDerm I по составу, но коллаген в нём сшит с глютаральдегидом для увеличения срока действия. Производственный процесс получения данных препаратов достаточно сложен; он начинается с выращивания фибробластов дермы из образцов человеческой кожи с последующим их формированием в объемные структуры в специальных биореакторах, где фибробласты продуцируют коллаген и другие белки межклеточного матрикса в условиях, соответствующих таковым в организме Медицинские книги @medknigi человека. Полученный коллагеновый продукт подвергается тщательной очистке для увеличения безопасности инъекционного введения с точки зрения аллергических реакций организма. Поэтому одним из основных недостатков подобных материалов является их дорогостоящее производство, притом что ощутимьгх преимуществ в использовании данных филлеров по сравнению с препаратами, содержащими животный коллаген, отмечено не было. Современные тенденции в области исследований и разработки коллагенсодержащих имплантируемых материалов состоят в создании композитных филлеров, содержащих несколько функциональных компонентов. Одной из последних разработок является филлер, содержащий поперечносшитый гиалуронан и человеческий коллаген (Kim et al., 2015). В экспериментах на животных он продемонстрировал лучшую биосовместимость и продолжительность действия, чем такие коммерчески успешные филлеры, как Restylane и TheraFill. Сообщается, что его уникальным свойством является способность привлекать к себе фибробласты дермы и приводить к росту кровеносных сосудов. Этот материал пока находится в стадии доклинических исследований, но обещает быть перспективной заменой (или дополнением) уже зарекомендовавшим себя на рынке филлерам (Stellavato et al., 2016). Оригинальной новой, тоже пока ещё не коммерчески успешной разработкой, можно считать филлер, содержащий аморфный жидкий коллаген (DeVore et al., 2016). После инъекции он взаимодействует с ионами металлов физиологических жидкостей и трансформируется в фибриллярную структуру. На модели лабораторных животных - свиней - филлер показал хорошую биосовместимость и, что немаловажно, его комфортное инъекционное введение. Нельзя не упомянуть о «гибридных» филлерах, содержащих конъ-югаты коллагена с другими компонентами, например, с наиболее распространённым биологически инертным синтетическим наполнителем полиметилметакрилатом (PMMA). В новых филлерах коллаген выступает в роли несущей субстанции, которая постепенно растворяется, а объём поддерживается за счёт микросфер PMMA. Такие филлеры используют для коррекции носогубных складок (Cohen et al., 2015). Они относятся к категории перманентных филлеров, и срок их действия может превышать пять лет (Matarasso, 2007; Brongo et al., 2013). Среди таких филлеров на основе бычьего коллагена отметим Bellafill, ArteFill (Artes Medical Corporation Inc., США) и Artecoll (Rofil Medical International BV, Голландия). Несколько слов скажем о применении коллагена в комбустиологии, где материалы в виде мазей, повязок, растворов, порошков и различных раневых покрытий широко используются в лечении ожоговых ран (Бодун, 2004; Natarajan et al., 2013; Mathangi Ramakrishnan et al., 2013; Kim et al., 2014). Одним из наиболее популярных был и остаётся препарат AlloDerm (производства Life Cell Corporation, США). Благодаря своему многокомпонентному составу и отсутствию антигенов он обладает свойством проникать в окружающие ткани. При этом наблюдается быстрая васкуляризация повреждённых ожогом областей, что снижает риск инфекций и отторжения. При лечении ран от глубоких ожогов на протяжении многих лет используются препараты Integra, Медицинские книги @medknigi Biobrane и Acticoat (Lee et al., 2015). Integra состоит из бычьего коллагена и хондроитин-6-сульфата, сшитого с глютаральдегидом. Препараты Biobrane и Acticoat используют синтетические компоненты. Препарат Matriderm (производства компании Skin and Health Care AG, Германия) представляет собой очищенный, несшитый бычий коллаген (смесь трёх основных типов), покрытый гидролизатом эластина, и поставляется в лиофилизированной форме. Аналогичным ему по свойствам и эффективности является пока не вышедший на рынок конъюгат коллагена с желатином (Petersen et al., 2016). Вследствие дороговизны вышеуказанных препаратов поиск более экономичных и эффективных средств постоянно продолжается (Chua et al., 2016; Zielins et al., 2015). Этому способствует появление новых экспериментальных данных о биохимических процессах, происходящих в ожоговых областях (Chiang et al., 2016). С конца прошлого века и у нас в стране и за рубежом проводятся интенсивные исследования некролитических препаратов на основе различного рода коллагеназ. Они специфичны к коллагену и селективно лизируют некроз в ожоговой ране, не воздействуя на неповреждённые ткани. Примеры таких материалов - Ируксол («Плива», Хорватия, «Кноль», Германия), Коллазелин (Россия, НИИ вакцин и сывороток, С.-Петербург), Коллагеназа (Россия, «Иммунопрепарат», Уфа), Диге-стол (Россия, «Зелёная дубрава») (Руденко, 2017). В состав препаратов входит коллаген, который при аппликации материала на рану постепенно растворяется в раневом экссудате, дозированно освобождая активный фермент. Продукты биодеградации коллагена стимулируют раневое заживление. Таким образом, некролитическая активность фермента сочетается с противоспалительным действием коллагена, который при этом стимулирует регенерирующие свойства ткани. Не меньшей популярностью пользуются коллагеновые материалы в эстетической стоматологии. Широкое применение этих материалов для заполнения костных дефектов началось с 1970-х гг., когда было обнаружено, что коллагеновые имплантаты способствуют васкуля-ризации тканей, окружающих рану, и повышают пролиферацию фибробластов. В то же время их самостоятельный остеопластический потенциал выражен не очень явно, и поэтому они чаще используются в виде композиций (Иванов, 2004). Термин «костный коллаген» применяется в отношении гранул и блоков коллагенсодержащей неорганической кости, имеющих высокую степень минерализации. В клинической стоматологической практике коллаген применяется в нескольких формах. 1. Коллагеновые мембраны - для направленной регенерации тканей. 2. Пористый коллаген - для восстановления мягкотканных структур, костной ткани; хорошо моделируется в костных полостях, плотно заполняет их, создавая тесный контакт со стенками костных дефектов и сохраняя при этом пористую структуру. 3. Коллагеновый гель (Коллост, Zyplast, Zyderm, Resoplast, Fibrel) в практике костно-пластической хирургии применяется не самостоятельно, а в качестве связующего вещества для частиц аллогенных тканевых биоматериалов или Медицинские книги @medknigi кальций-фосфатной керамики и для создания систем направленной доставки лекарственных препаратов. 4. Коллагеновые нити (филаменты) используют для хирургических швов, восстановления связок и сухожилий. 5. Тубулярный коллаген применяют для пластики сосудов. Композиции на основе коллагена могут быть гомогенными (с ионами металлов, пептидами, полисахаридами) и гетерогенными (с аллогенной костной мукой, кальций-фосфатной керамикой, синтетическими полимерами) (Безруков и др., 2012). Основной недостаток коллагеновых материалов - нестойкость к инфекции. При развитии воспалительной реакции они быстро подвергаются протеолизу, что существенно ограничивает возможности управления процессом регенерации тканей. ЛИТЕРАТУРА Безруков В.М., Матвеева А.И., Кулаков А.А. Результаты и перспективы исследования проблем дентальной имплантологии и России // Стоматология. 2012. № 1. С. 52-55. Бодун Р.Д. Применение биопокрытий с дермальным нативным коллагеном при лечении ожогов II-Ша степени : автореф. дис. ... канд. мед. наук. Саратов, 2004. Дарбанова Е., Комарская О. Коррекция рубцов постакне с помощью аблятивного фракционного фототермолиза на СО2-лазере и газожидкостной системы обработки кожи // Эстетическая медицина. 2017. Т. XVI, № 2. С. 201-212. Деев А.И., Шарова А.А., Брагина И.Ю. Новая косметология. Аппаратная косметология и физиотерапия М. : Косметика и медицина, 2014. Иванов С.Ю. Стоматологическая имплантология. М. : ГОУ ВУНМЦ, 2004. Каназава Т. Неорганические фосфатные материалы : пер. с япон. Киев : Наукова думка, 1998. Карабут М.М., Гладкова Н.Д., Фельдштейн Ф.И. Применение фракционного лазерного фототермолиза в клинической практике // Соврем. технологии в медицине. 2010. № 4. С. 115-120. Карабут М.М., Гладкова Н.Д., Фельдштейн Ф.И. Фракционный лазерный фототермолиз в лечении кожных дефектов: возможности и эффективность (обзор) // Соврем. технологии в медицине. 2016. Т. 8, № 2. С. 98-103. Кругликов И. Радиочастотные токи в эстетической медицине // Эстетическая медицина. 2016. Т. XV, № 4. С. 409-417. Рогова Л.Н., Шестернина Н.В., Замечник Т.В., Фастова И.А. Матриксные металлопротеиназы, их роль в физиологических и патологических процессах // Вестн. новых медицинских технологий. 2011. № 5. С. 86-89. Медицинские книги @medknigi Руденко Т.Г. Очерки комбустиологии: лекарства вместо скальпеля // Химия и жизнь. 2017. № 3. С. 26-29. Северин А.В., Иванов П.Л., Костина Ю.В., Хабаров В.Н. и др. Особенности молекулярной структуры и морфологической организации биоминеральных композиций на основе наногидроксиапатита и гиалуроновой кислоты // Высокомолекул. соединения. Сер. Б. 2016. Т. 58, № 4. С. 314-325. Смирнова И.О., Кветной И.М., Князькин И.В., Данилов С.И. Нейроиммуноэндокринология кожи и молекулярные маркёры ее старения. СПб. : ДЕАН, 2005. Толстая А.И. Комбинированный метод лечения и реабилитации больных папулопустулёзной формой акне и атрофическими рубцами постакне. Екатеринбург : Изд-во УрНИИДВиИ, 2013. Толстая А.И., Зильберберг Н.В. Патогенетический механизм воздействия аблятивного фракционного фототермолиза на барьерные свойства кожи // Фундаментальные исследования. 2013. № 9. С. 1151-1156. Филиппова О.В., Красногорский И.В., Баиндурашвили А.Г. и др. Функциональные и косметические результаты лечения ран: причины неудовлетворительных исходов и пути их профилактики // Детская хирургия. 2013. № 6. С. 31-36. Хабаров В.Н. Гиалуроновая кислота в инъекционной косметологии. М. : ГЭОТАР-Медиа, 2017. Хабаров В.Н., Бойков П.Я. Биохимия гиалуроновой кислоты. М. : Тисо-принт, 2016. Хабаров В.Н., Жукова И.К., Кветной И.М. Иммуногистохимическое исследование биоптатов кожи человека с препаратами гиалуроновой кислоты // Эстетическая медицина. 2018 (в печати). Хабаров В.Н., Жукова И.К., Щукина Е.С., Кветной И.М. Препараты нового поколения для омоложения кожи на основе комплексов гиалуроновой кислоты // Эстетическая медицина. 2017. Т. ХV1, № 2. С. 1-8. Шептий О.В., Круглова Л.С., Жукова О.В. и др. Высокоэнергетическое лазерное излучение в дерматологии и косметологии // Рос. журн. кожных и венерических болезней. 2012. № 6. С. 39-45. Alameddine H.S., Morgan J.E. Matrix metalloproteinases and tissue inhibitor of metalloproteinases in inflammation and fibrosis of skeletal muscles // J. Neuromuscul. Dis. 2016. Vol. 3, N 4. P. 455-473. Albeiroti S., Soroosh A., de la Motte C.A. Hyaluronan's role in fibrosis: a pathogenic factor or a passive player? // Biomed. Res. Int. 2015. Article ID 790203. Alberti L.R., Vicari E.F., De Souza Jardim Vicari R., Petroianu A. Early use of CO2 lasers and silicone gel on surgical scars. Prospective study // Lasers Surg. Med. 2017. Vol. 49, N 6. P. 570-576. Медицинские книги @medknigi Augustyniak A., Rotsztejn H. Intense pulsed light (IPL) treatment for the skin in the eye area - clinical and cutometric analysis // J. Cosmet. Laser Ther. 2017. Vol. 19, N 1. P. 18-24. Azadgoli B., Baker R.Y. Laser applications in surgery // Ann. Transl. Med. 2016. Vol. 4, N 23. P. 452. Bailin P.L., Ratz J.L., Wheeland R.G. Laser therapy of the skin. A review of principles and applications // Dermatol. Clin. 1987. Vol. 5, N 2. P. 259-285. Barolet D., Christiaens F., Hamblin M.R. Infrared and skin: Friend or foe // J. Photochem. Photobiol. B. 2016. Vol. 155. P. 78-85. Beasley K.L., Weiss R.A. Radiofrequency in cosmetic dermatology // Dermatol. Clin. 2014. Vol. 32, N 1. P. 79-90. Bjerring P., Clement M., Heickendorff L., Egevist H. et al. Selective non-ablative wrinkle reduction by laser // J. Cutan. Laser Ther. 2000. Vol. 2. P. 9-15. Britt C.J., Marcus B. Energy-based facial rejuvenation: advances in diagnosis and treatment // JAMA Facial Plast. Surg. 2017. Vol. 19, N 1. P. 64-71. Brongo S., Moccia L.S., Nunziata V., D'Andrea F. Keratoacanthoma arising after site injection infection of cosmetic collagen filler // Int. J. Surg. Case Rep. 2013. Vol. 4, N 4. P. 429-431. Carruthers J.D., Carruthers J.A., Humphrey S. Fillers and neocollagenesis // Dermatol. Surg. 2014. Vol. 40, suppl. 12. P. S134-S136. Chiang R.S., Borovikova A.A., King K., Banyard D.A. et al. Current concepts related to hypertrophic scarring in burn injuries // Wound Repair Regen. 2016. Vol. 24, N 3. P. 466-477. Chua A.W., Khoo Y.C., Tan B.K., Tan K.C. et al. Skin tissue engineering advances in severe burns: review and therapeutic applications // Burns Trauma. 2016. Vol. 4. P. 3. Cohen B.E., Brauer J.A., Geronemus R.G. Acne scarring: a review of available therapeutic lasers // Lasers Surg. Med. 2016. Vol. 48, N 2. P. 95-115. Cohen S., Dover J., Monheit G., Narins R. et al. Five-year safety and satisfaction study of PMMA-collagen in the correction of nasolabial folds // Dermatol. Surg. 2015. Vol. 41, suppl. 1. P. S302-S313. Courderot-Masuyer C., Robin S., Tauzin H., Humbert P. Evaluation of lifting and anti-wrinkle effects of calcium hydroxylapatite filler. In vitro quantification of contractile forces of human wrinkle and normal aged fibroblasts treated with calcium hydroxylapatite // J. Cosmet. Dermatol. 2016. Vol. 15, N 3. P. 260-268. Cuerda-Galindo E., Diaz-Gil G., Palomar-Gallego M.A., Linares-Garcia Valdecasas R. Intense pulsed light induces synthesis of dermal extracellular proteins in vitro // Lasers Med. Sci. 2015. Vol. 30, N 7. P. 1931-1939. DeBruler D.M., Blackstone B.N., Baumann M.E., McFarland K.L. et al. Inflammatory responses, matrix remodeling, and re-epithelialization after fractional CO2 laser treatment of scars // Lasers Surg. Med. 2017. Vol. 49, N 7. P. 675-685. Медицинские книги @medknigi Deglesne P.A., Arroyo R., Ranneva E., Deprez P. In vitro study of RRS HA injectable mesotherapy/biorevitalization product on human skin fibroblasts and its clinical utilization // Clin. Cosmet. Investig. Dermatol. 2016. Vol. 9. P. 41-53. DeVore D., Zhu J., Brooks R., Rone-McCrate R. et al. Development and characterization of a rapid polymerizing collagen for soft tissue augmentation // J. Biomed. Mater. Res. A. 2016, Vol. 104, N 3. P. 758-767. DiBernardo B.E., Pozner J.N. Intense pulsed light therapy for skin rejuvenation // Clin. Plast. Surg. 2016. Vol. 43, N 3. P. 535-540. Dover J.S., Bhatia A.C., Stewart B., Arndt K.A. Topical 5-aminolevulinic acid combined with intense pulsed light in the treatment of photoaging // Arch. Dermatol. 2005. Vol. 141, N 10. P. 1247-1252. Downie J.B., Patel A., Heningburg J. Global updates on the future directions of neurotoxins and fillers // Plast. Reconstr. Surg. Glob. Open. 2016. Vol. 4, N 12. Suppl. Anatomy and Safety in Cosmetic Medicine: Cosmetic Bootcamp. Article ID e1177. Driskell R.R., Watt F.M. Understanding fibroblast heterogeneity in the skin // Trends Cell Biol. 2015. Vol. 25, N 2. P. 92-99. Fabi S., Sundaram H. The potential of topical and injectable growth factors and cytokines for skin rejuvenation // Facial Plast. Surg. 2014. Vol. 30, N 2. P. 157-171. Fabi S.G. Noninvasive skin tightening: focus on new ultrasound techniques // Clin. Cosmet. Investig. Dermatol. 2015. Vol. 8. P. 47-52. Fields G.B. Interstitial collagen catabolism // J. Biol. Chem. 2013. Vol. 288, N 13. P. 8785-8793. Fields G.B. New strategies for targeting matrix metalloproteinases // Matrix Biol. 2015. Vol. 44-46. P. 239-246. Fisher G.J., Shao Y., He T., Qin Z. et al. Reduction of fibroblast size/mechanical force down-regulates TGF-β type II receptor: implications for human skin aging // Aging Cell. 2016. Vol. 15, N 1. P. 67-76. Fisher G.J., Varani J., Voorhees J.J. Looking older: fibroblast collapse and therapeutic implications // Arch. Dermatol. 2008. Vol. 144. P. 666-672. Fitzpatrick R.E., Rostan E.F. Double-blind, half-face study comparing topical Vitamin C and vehicle for rejuvenation ofphotodamage // Dermatol. Surg. 2002. Vol. 28. P. 231-236. Franca Wanick F.B., Almeida Issa M.C., Luiz R.R., Soares Filho P.J. et al. Skin remodeling using hyaluronic acid filler injections in photo-aged faces // Dermatol. Surg. 2016. Vol. 42, N 3. P. 352-359. Fullerton G.D., Amurao M.R. Evidence that collagen and tendon have monolayer water coverage in the native state // Cell. Biol. Int. 2006. Vol. 30, N 1. P. 56-65. Giannandrea M., Parks W.C. Diverse functions of matrix metalloproteinases during fibrosis // Dis. Models Mech. 2014. Vol. 7, N 2. P. 193-203. Медицинские книги @medknigi Gonzalez-Rodriguez A.J., Lorente-Gual R. Current indications and new applications of intense pulsed light // Actas Dermosifiliogr. 2015. Vol. 106, N 5. P. 350-364. Gorisse L., Pietrement C., Vuiblet V., Schmelzer C.E. et al. Protein carbamylation is a hallmark of aging // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2016. Vol. 113, N 5. P. 1191-1196. Greco T.M., Antunes M.B., Yellin S.A. Injectable fillers for volume replacement in the aging face // Facial Plast. Surg. 2012. Vol. 28, N 1. P. 8-20. Gurtner G.C., Werner S., Barrandon Y., Longaker M.T. Wound repair and regeneration // Nature. 2008. Vol. 453, N 7193. P. 314-321. Gutowski K.A. Hyaluronic acid fillers: science and clinical uses // Clin. Plast. Surg. 2016. Vol. 43, N 3. P. 489-496. Hantash B.M., Ubeid A.A., Chang H., Kafi R. et al. Bipolar fractional radiofrequency treatment induces neoelastogenesis and neocollagenesis // Lasers Surg. Med. 2009. Vol. 41. P. 1-9. Hersant B., SidAhmed-Mezi M., Chossat A., Meningaud J.P. Multifractional microablative laser combined with spatially modulated ablative (SMA) technology for facial skin rejuvenation // Lasers Surg. Med. 2017. Vol. 49, N 1. P. 78-83. Hinz B. Myofibroblasts // Exp. Eye Res. 2016. Vol. 142. P. 56-70. Hiraoka C., Toki F., Shiraishi K., Sayama K. et al. Two clonal types of human skin fibroblasts with different potentials for proliferation and tissue remodeling ability // J. Dermatol. Sci. 2016. Vol. 82, N 2. P. 84-94. Ho S., Marçal H., Foster L.J. Towards scarless wound healing: a comparison of protein expression between human, adult and foetal fibroblasts // Biomed. Res. Int. 2014. Article ID 676493. Holly A.C., Melzer D., Pilling L.C., Fellows A.C. et al. Changes in splicing factor expression are associated with advancing age in man // Mech. Ageing Dev. 2013. Vol. 134. P. 356-366. Hsu W.L., Lu J.H., Noda M., Wu C.Y. et al. Derinat protects skin against ultravioletB (UVB)-induced cellular damage // Molecules. 2015. Vol. 20, N 11. P. 20 297-20 311. Hu W., Ma Z., Jiang S., Fan C. et al. Melatonin: the dawning of a treatment for fibrosis? // J. Pineal Res. 2016. Vol. 60, N 2. P. 121-131. Husain Z., Alster T.S. The role of lasers and intense pulsed light technology in dermatology // Clin. Cosmet. Investig. Dermatol. 2016. Vol. 9. P. 29-40. Ivanov V., Ivanova S., Kalinovsky T., Niedzwiecki A. et al. Inhibition of collagen synthesis by select calcium and sodium channel blockers can be mitigated by ascorbic acid and ascorbyl palmitate // Am. J. Cardiovasc. Dis. 2016. Vol. 6, N 2. P. 26-35. Key D.J. Сomprehensive thermoregulation for the purpose of skin tightening using a novel radiofrequency treatment device: A preliminary report // J. Drugs Dermatol. 2014. Vol. 13. P. 185-189. Медицинские книги @medknigi Khavinson V.Kh., Linkova N.S., Kukanova E.O., Orlova O.A. Molecular mechanisms of functional activity decreasing of the skin cells with its aging // Usp. Fiziol. Nauk. 2016. Vol. 47, N 2. P. 62-76. Khavkin J., Ellis D.A. Aging skin: histology, physiology, and pathology // Facial Plast. Surg. Clin. North Am. 2011. Vol. 19, N 2. P. 229-234. Kim J.A., Van Abel D. Neocollagenesis in human tissue injected with a polycaprolactone-based dermal filler // J. Cosmet. Laser Ther. 2015. Vol. 17, N 2. P. 99-101. Kim K.O., Lee Y., Hwang J.W., Kim H. et al. Wound healing properties of a 3-D scaffold comprising soluble silkworm gland hydrolysate and human collagen // Colloids Surf. B. 2014. Vol. 116. P. 318-326. Kim Z.H., Lee Y., Kim S.M., Kim H. et al. A composite dermal filler comprising cross-linked hyaluronic acid and human collagen for tissue reconstruction // J. Microbiol. Biotechnol. 2015. Vol. 25, N 3. P. 399-406. Klein A., Elson M. The history of substances for soft tissue augmentation // Derm. Surg. 2000. Vol. 26. P. 1096. Kligman A.M., Grove G.L., Hirose R., Leyden J.J. Topical tretinoin for photoaged skin // J. Am. Acad. Dermatol. 1986. Vol. 15, N 4. Pt 2. P. 836-859. Kruglikov I.L. Neocollagenesis in non-invasive aesthetic treatments // J. Cosmet. Dermatol. Sci. Appl. 2013. Vol. 3. P. 1-5. La Gatta A., De Rosa M., Frezza M.A., Catalano C. et al. Biophysical and biological characterization of a new line of hyaluronan-based dermal fillers: a scientific rationale to specific clinical indications // Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. 2016. Vol. 68. P. 565-572. Landau M., Fagien S. Science of hyaluronic acid beyond filling: fibroblasts and their response to the extracellular matrix // Plast. Reconstr. Surg. 2015. Vol. 136, N 5. Suppl. P. 188S-195S. Leask A. CCN2 in skin fibrosis // Methods Mol. Biol. 2017. Vol. 1489. P. 417-421. Lee J.C., Lorenc Z.P. Synthetic fillers for facial rejuvenation // Clin. Plast. Surg. 2016. Vol. 43, N 3. P. 497-503. Lee J.H., Choi Y.S., Kim S.M., Kim Y.J. et al. Efficacy and safety of porcine collagen filler for nasolabial fold correction in Asians: a prospective multicenter, 12 months follow-up study // J. Korean Med. Sci. 2014. Vol. 29, suppl. 3. P. S217-S221. Lee S.M., Stewart C.L., Miller C.J., Chu E.Y. The histopathologic features of Integra® Dermal Regeneration Template // J. Cutan. Pathol. 2015. Vol. 42, N 5. P. 368-369. Li T., Yan X., Jiang M., Xiang L. The comparison of microRNA profile of the dermis between the young and elderly // J. Dermatol. Sci. 2016. Vol. 82, N 2. P. 75-83. Liang J., Pei X., Zhang Z., Wang N. et al. The protective effects of long-term oral administration of marine collagen hydrolysate from chum salmon on collagen matrix homeostasis in the chronological aged skin of Sprague-Dawley male rats // J. Food Sci. 2010. Vol. 75. P. H230-H238. Медицинские книги @medknigi Lighthouse J.K., Small E.M. Transcriptional control of cardiac fibroblast plasticity // J. Mol. Cell. Cardiol. 2016. Vol. 91. P. 52-60. Maquart F.X., Pasco S., Ramont L., Hornebeck W. et al. An introduction to matrikines: extracellular matrix-derived peptides which regulate cell activity. Implication in tumor invasion // Crit. Rev. Oncol. Hematol. 2004. Vol. 49, N 3. P. 199-202. Martin M.T., Vulin A., Hendry J.H. Human epidermal stem cells: Role in adverse skin reactions and carcinogenesis from radiation // Mutat. Res. 2016. Vol. 770, pt B. P. 349-368. Matarasso S.L. Injectable collagens: lost but not forgotten - a review of products, indications, and injection techniques // Plast. Reconstr. Surg. 2007. Vol. 120, N 6. Suppl. P. 17S-26S. Mathangi Ramakrishnan K., Babu M., Mathivanan M. et al. Advantages of collagen based biological dressings in the management of superficial and superficial partial thickness burns in children // Ann. Burns Fire Disasters. 2013. Vol. 26, N 2. P. 98104. Meaike J.D., Agrawal N., Chang D., Lee E.I. et al. Noninvasive facial rejuvenation. Part 3: Physician-directed-lasers, chemical peels, and other noninvasive modalities // Semin. Plast. Surg. 2016. Vol. 30, N 3. P. 143-150. Medved F., Wurm A., Held M. Facial microcirculatory and biomechanical skin properties after single high energy (Er):YAG laser application // Lasers Surg. Med. 2017 Aug 11. Mehta R.C., Fitzpatrick R.E. Endogenous growth factors as cosmeceuticals // Dermatol. Ther. 2007. Vol. 20, N 5. P. 350-359. Minkis K., Alam M. Ultrasound skin tightening // Dermatol. Clin. 2014. Vol. 32, N 1. P. 71-77. Mirastschijski U., Haaksma C.J., Tomasek J.J., Agren M.S. Matrix metalloproteinase inhibitor GM 6001 attenuates keratinocyte migration, contraction and myofibroblast formation in skin wounds // Exp. Cell Res. 2004. Vol. 299, N 2. P. 465-475. Moon S.H., Lee Y.J., Rhie J.W., Suh D.S. et al. Comparative study of the effectiveness and safety of porcine and bovine atelocollagen in Asian nasolabial fold correction // J. Plast. Surg. Hand Surg. 2015. Vol. 49, N 3. P. 147-152. Morry J., Ngamcherdtrakul W., Yantasee W. Oxidative stress in cancer and fibrosis: Opportunity for therapeutic intervention with antioxidant compounds, enzymes, and nanoparticles // Redox Biol. 2016. Vol. 11. P. 240-253. Morton L.M., Phillips T.J. Wound healing and treating wounds: differential diagnosis and evaluation of chronic wounds // J. Am. Acad. Dermatol. 2016. Vol. 74, N 4. P. 589-605. Nanchahal J., Hinz B. Strategies to overcome the hurdles to treat fibrosis, a major unmet clinical need // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2016. Vol. 113, N 27. P. 72917293. Медицинские книги @medknigi Nanthakumar C.B., Hatley R.J., Lemma S., Gauldie J. et al. Dissecting fibrosis: therapeutic insights from the small-molecule toolbox // Nat. Rev. Drug Discov. 2015. Vol. 14, N 10. P. 693-720. Natarajan V., Krithica N., Madhan B., Sehgal P.K. Preparation and properties of tannic acid cross-linked collagen scaffold and its application in wound healing // J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater. 2013. Vol. 101. P. 560-567. Neary R., Watson C.J., Baugh J.A. Epigenetics and the overhealing wound: the role of DNA methylation in fibrosis // Fibrogenesis Tissue Repair. 2015. Vol. 8. P. 18. Nestor M., Andriessen A., Berman B., Katz B.E. et al. Photobiomodulation with nonthermal lasers: Mechanisms of action and therapeutic uses in dermatology and aesthetic medicine // J. Cosmet. Laser Ther. 2017. Vol. 19, N 4. P. 190-198. Nigdelioglu R., Hamanaka R.B., Meliton A.Y., O'Leary E. et al. TGF-в promotes de novo serine synthesis for collagen production // J. Biol. Chem. 2016. Vol. 291. P. 27 239-27 251. pii: jbc.M116.756247. Nusgens B.V., Humbert P., Rougier A., Colige A.C. et al. Topically applied vitamin C enhances the mRNA level of collagens I and III, their processing enzymes and tissue inhibitor of matrix metalloproteinase 1 in the human dermis // J. Invest. Dermatol. 2001. Vol. 116. P. 853-859. Omi T., Numano K. The role of the CO2 laser and fractional CO2 laser in dermatology // Laser Ther. 2014. Vol. 23, N 1. P. 49-60. Petersen W., Rahmanian-Schwarz A., Werner J.O., Schiefer J. et al. The use of collagen-based matrices in the treatment of full-thickness wounds // Burns. 2016. Vol. 42, N 6. P. 1257-1264. Phillip J.M., Aifuwa I., Walston J., Wirtz D. The mechanobiology of aging // Annu. Rev. Biomed. Eng. 2015. Vol. 17. P. 113-141. Ping C., Xueliang D., Yongxuan L., Lin D. et al. A retrospective study on the clinical efficacy of the intense pulsed light source for photodamage and skin rejuvenation // J. Cosmet. Laser Ther. 2016. Vol. 18, N 4. P. 217-224. Proksch E., Segger D., Degwert J., Schunck M. et al. Oral supplementation of specific collagen peptides has beneficial effects on human skin physiology: a double-blind, placebo-controlled study // Skin Pharmacol. Physiol. 2014. Vol. 27. P. 47-55. Pugazhenthi K., Kapoor M., Clarkson A.N., Hall I. et al. Melatonin accelerates the process of wound repair in full-thickness incisional wounds // J. Pineal Res. 2008. Vol. 44, N 4. P. 387-396. Purohit T., He T., Qin Z., Li T. et al. Smad3-dependent regulation of type I collagen in human dermal fibroblasts: Impact on human skin connective tissue aging // J. Dermatol. Sci. 2016. Vol. 83, N 1. P. 80-83. Qian L.W., Fourcaudot A.B., Yamane K., You T. et al. Exacerbated and prolonged inflammation impairs wound healing and increases scarring // Wound Repair Regen. 2016. Vol. 24, N 1. P. 26-34. Медицинские книги @medknigi Quan T., Wang F., Shao Y., Rittie L. Enhancing structural support of the dermal micro-environment activates fibroblasts, endothelial cells, and keratinocytes in aged human skin in vivo // J. Invest. Dermatol. 2013. Vol. 133. P. 658-667. Ren X., Ge M., Qin X., Xu P. et al. S100a8/NF-xB signal pathway is involved in the 800-nm diode laser-induced skin collagen remodeling // Lasers Med. Sci. 2016. Vol. 31, N 4. P. 673-678. Rodríguez S.A., Grochová D., McKenna T., Borate B. et al. Global genome splicing analysis reveals an increased number of alternatively spliced genes with aging // Aging Cell. 2016. Vol. 15, N 2. P. 267-278. Romana-Souza B., Santos Lima-Cezar G., Monte-Alto-Costa A. Psychological stressinduced catecholamines accelerates cutaneous aging in mice // Mech. Ageing Dev. 2015. Vol. 152. P. 63-73. Ruiz-Esparza J., Gomez J.B. The medical face lift: a noninvasive, nonsurgical approach to tissue tightening in facial skin using nonablative radiofrequency // Dermatol. Surg. 2003. Vol. 29. P. 325-332. Schmid D., Belser E., Meister S. Use of Soy Isoflavones for Stimulation of Skin Collagen Synthesis. Switzerland : Mibelle Biochemistry, 2008. Schulz J.N., Nüchel J., Niehoff A., Bloch W. et al. COMP-assisted collagen secretion - a novel intracellular function required for fibrosis // J. Cell Sci. 2016. Vol. 129, N 4. P. 706-716. Schwartzfarb E., Kirsner R.S. Understanding scarring: scarless fetal wound healing as a model // J. Invest. Dermatol. 2012. Vol. 132, N 2. P. 260. Shibuya S., Ozawa Y., Watanabe K., Izuo N. et al. Palladium and platinum nanoparticles attenuate aging-like skin atrophy via antioxidant activity in mice // PLoS One. 2014. Vol. 9, N 10. Article ID e109288. Stellavato A., Corsuto L., D'Agostino A., La Gatta A. et al. Hyaluronan Hybrid Cooperative Complexes as a Novel Frontier for Cellular Bioprocesses Re-Activation // PLoS One. 2016. Vol. 11, N 10. Article ID e0163510. Tracy L.E., Minasian R.A., Caterson E.J. Extracellular matrix and dermal fibroblast function in the healing wound // Adv. Wound Care (New Rochelle). 2016. Vol. 5, N 3. P. 119-136. Tremaine A.M., Avram M.M. FDA MAUDE data on complications with lasers, light sources, and energy-based devices // Lasers Surg. Med. 2015. Vol. 47, N 2. P. 133140. Turlier V., Delalleau A., Casas C., Rouquier A. et al. Association between collagen production and mechanical stretching in dermal extracellular matrix: in vivo effect of cross-linked hyaluronic acid filler. A randomised, placebo-controlled study // Dermatol. Sci. 2013. Vol. 69. P. 187-194. Uitto J., Kouba D. Cytokine modulation of extracellular matrix gene expression: relevance to fibrotic skin diseases // J. Dermatol. Sci. 2000. Vol. 24, suppl. 1. P. S60S69. Медицинские книги @medknigi Volkova N.V., Glazkova L.K., Khomchenko V.V., Sadick N.S. Novel method for facial rejuvenation using Er:YAG laser equipped with a spatially modulated ablation module: an open prospective uncontrolled cohort study // J. Cosmet. Laser Ther. 2017. Vol. 19, N 1. P. 25-29. Wakade D.V., Nayak C.S., Bhatt K.D. A study comparing the efficacy of monopolar radiofrequency and glycolic acid peels in facial rejuvenation of aging skin using histopathology and ultrabiomicroscopic sonography (UBM) - an evidence-based study // Acta Medica (Hradec Kralove). 2016. Vol. 59, N 1. P. 14-17. Walmsley G.G., Maan Z.N., Wong V.W., Duscher D. et al. Scarless wound healing: chasing the holy grail // Plast. Reconstr. Surg. 2015. Vol. 135, N 3. P. 907-917. Wang F., Garza L.A., Kang S., Varani J. et al. In vivo stimulation of de novo collagen production caused by crosslinked hyaluronic acid dermal filler injections in photodamaged human skin // Arch. Dermatol. 2007. Vol. 143. P. 155-163. Wells A., Nuschke A., Yates C.C. Skin tissue repair: matrix microenvironmental influences // Matrix Biol. 2016. Vol. 49. P. 25-36. Werschler W.P., Werschler P.S. Long-term efficacy of micro-focused ultrasound with visualization for lifting and tightening lax facial and neck skin using a customized vectoring treatment method // J. Clin. Aesthet. Dermatol. 2016. Vol. 9, N 2. P. 27-33. Wong V.W., Rustad K.C., Akaishi S., Sorkin M. et al. Focal adhesion kinase links mechanical force to skin fibrosis via inflammatory signaling // Nat. Med. 2012. Vol. 18. P. 148-152. Wu D., Zhou B., Xu Y., Yin Z. et al. Impact of intense pulsed light irradiation on cultured primary fibroblasts and a vascular endothelial cell line // Exp. Ther. Med. 2012. Vol. 4. P. 669-674. Wynn T.A., Ramalingam T.R. Mechanisms of fibrosis: therapeutic translation for fibrotic disease // Nat. Med. 2012. Vol. 18, N 7. P. 1028-1040. Wynn T.A., Vannella K.M. Macrophages in tissue repair, regeneration, and fibrosis // Immunity. 2016. Vol. 44, N 3. P. 450-462 Yoon H.K., Chen K., Baylink D.J., Lau K.H. Differential effects of two protein kinase inhibitors, tryphostin and genistein, on human bone cell proliferation // Tissue Int. 1998. Vol. 63. P. 243-249. Yoon Y.J., Friedman S.L., Lee Y.A. Antifibrotic therapies: where are we now? // Semin Liver Dis. 2016. Vol. 36, N 1. P. 87-98. Zague V. A new view concerning the effects of collagen hydrolysate intake on skin properties // Arch. Dermatol. Res. 2008. Vol. 300. P. 479-483. Zelickson B.D., Kist D., Bernstein E., Brown D.B. et al. Histological and ultrastructur-al evaluation of the effects of a radiofrequency-based nonablative dermal remodeling device: a pilot study // Arch. Dermatol. 2004. Vol. 140, N 2. P. 204-209. Zeybel M., Luli S., Sabater L., Hardy T. et al. A Proof-of-concept for epigenetic therapy of tissue fibrosis: inhibition of liver fibrosis progression by 3-deazaneplanocin A // Mol. Ther. 2017. Vol. 25, N 1. P. 218-231. Медицинские книги @medknigi Zhang Y., Strehin I., Bedelbaeva K., Gourevitch D. et al. Drug-induced regeneration in adult mice // Sci. Transl. Med. 2015. Vol. 7, N 290. P. 290ra92. Zielins E.R., Brett E.A., Luan A., Hu M.S. et al. Emerging drugs for the treatment of wound healing // Expert Opin. Emerg. Drugs. 2015. Vol. 20, N 2. P. 235-246. Медицинские книги @medknigi Глава 6. Коллаген в жировой соединительной ткани Основными компонентами жировой ткани являются адипоциты, фиброзная ткань, кровеносные сосуды. Количество и объём адипоцитов определяют толщину подкожного слоя жировой ткани. В зависимости от своего типа жировое депо содержит в различной степени развитые внеклеточные структуры. Эти структуры включают ГК, а также межклеточную (интерцеллюлярную) и околоклеточную (перицеллюляр-ную) фиброзную ткань. Как правило, до последнего времени жировой клетчатке специалисты косметической дерматологии уделяли не столь пристальное внимание, как дермальному слою и эпидермису кожи. Хотя совершенно очевидно, что дистрофия жировой ткани и связанные с ней потери объёма - одна из основных причин ухудшения внешнего вида кожи. Для стареющего лица характерен ряд типичных возрастных изменений, связанных с уменьшением эластичности кожи и мышц и значительным ухудшением механофизических характеристик жировой ткани. В настоящее время опубликован целый ряд научных исследований, результаты которых будут приведены далее, определяющих важнейшую роль коллагеновых белков в структуре ПЖК. Было замечено, что триглицериды, занимающие фактически большую часть объёма жировой ткани, играют лишь второстепенную роль в её механических свойствах, а определяющую играет перицеллюлярный и межклеточный фиброз, основными компонентами которого являются коллагены I, III, IV и VI типов. Перицеллюлярный фиброз ПЖК влияет не только на механические свойства самого жира, но и определяет общий внешний вид кожных покровов. Локальное изменение жировой ткани приводит к образованию морщин, а это означает, что старение кожи имеет не только хронологические или фотоиндуцированные причины, а может развиваться в результате трансформации ПЖК. Таким образом, с позиции эстетической медицины жировая ткань представляет собой очень перспективный объект применения различных антивозрастных процедур. 6.1. СТРУКТУРА ЖИРОВОЙ ТКАНИ В организме здорового взрослого человека жировая (адипозная) ткань представлена двумя основными классами: кожно-подкожная (ПЖК, гиподерма) и нутряная (висцелярный жир) и может составлять до 40% общей массы (Palmer, Kirkland, 2016). В обоих классах она сформирована двумя фракциями клеток: адипоцитами (также называемыми липоци-тами) и так называемыми стромоваскулярными (SVF) клетками - про-гениторными (включая стволовые), лимфацитами, эндотелиальными, перицитами (окружающими капилляры) и относительно небольшим количеством фибробластов (Palmer, Kirkland, 2016). Общее количество жировых клеток остаётся примерно постоянным вплоть до начала старения человека, а их обновление происходит непрерывно со скоростью около 10% от общего количества в год (Guillermier et al., 2017). Различают три типа адипоцитов: белый, коричневый и промежуточный Медицинские книги @medknigi (бежевый) (Giralt, Villarroya, 2013). Мы будем далее говорить только о белых адипоцитах кожи и ближайшего подкожного слоя. При физиологической норме белые адипоциты находятся в покое и не делятся. Однако, если организму нужен запас дополнительной энергии, они способны увеличивать свой объём в четыре раза, после чего переходить в стадию деления. Это их свойство называют пластичностью жировой ткани (Pellegrinelli et al., 2016). Морфологически белые адипоциты представляют собой шарообразные клетки со средним диаметром 100 нм, у которых практически весь объём цитоплазмы заполнен так называемой жировой каплей, а ядро сплющено и расположено рядом с клеточной мембраной. Жировая капля состоит в основном из триглицеридов и эфиров холестерола, которые после расщепления входят в метаболический цикл с целью производства энергии. Процесс формирования адипоцитов из клеток-предшественников (преадипоцитов) называется адипогенезом. К настоящему времени для преадипоцитов не выявлено какой-то единственной исходной клеточной линии (прогениторной линии) (Rydén, 2016). Твёрдо установлено, однако, что адипоциты могут образовываться из различных видов стволовых клеток, а также из фенотипически различных типов фибробластов (Sanchez-Gurmaches, Guertin, 2014). В жировой ткани преади-поциты составляют до 50% всех клеток (Tchkonia et al., 2010). Поскольку адипогенез и гомеостаз адипоцитов в дермальной жировой клетчатке (ДЖК) и в ближайшем подкожном слое различаются, эти два вида жировой ткани принято рассматривать в отдельности (Driskell et al., 2014). У волосатых млекопитающих (например, мышей) они разделены гистологически хорошо различимым мышечным разделительным слоем (panniculus carnosus), но у человека этот слой представлен лишь тонкой плёнкой, называемой поверхностной мускулярно-апоневротической системой (рис. 6.1). Медицинские книги @medknigi Рис. 6.1. Структура кожи лица (не в масштабе) (Kruglikov et al., 2016). Обозначения уровней: дерма (1), белая дермальная жировая клетчатка (ДЖК) (2), поверхностная мускулярно-апоневротическая система - ПМАС (superficial musculoaponeurotic system, SMAS) (3), белая подкожная жировая клетчатка (ПЖК) (4) Рассмотрим основные структурно-клеточные составляющие жировой ткани. Дермальная жировая клетчатка Из всех типов жировой ткани ДЖК последней обратила на себя внимание исследователей (Gaur et al., 2017). До недавнего времени её рассматривали только как теплоизолятор, поскольку из всех классов биомолекул липиды обладают наименьшей теплопроводностью (Alexander et al., 2015). Основное изучение дермы фокусировалось на фибробластах, которые представляют самую многочисленную популяцию её клеток. В последние годы выяснилась интересная особенность дермы: существование своего рода «градиента фенотипов» фибробластов (Rehan et al., 2006). Этот феномен состоит в том, что чем дальше фибробласты расположены от эпидермиса, тем ближе их фенотип к фенотипу адипо-цитов, расположенных в наиболее глубоком слое дермы (рис. 6.2). Был даже предложен специальный термин - «липофибробласты» (Rehan et al., 2006). В настоящее время их всё чаще называют дермальными адипо-цитами (Кругликов, 2016). Эти клетки находятся непосредственно под ретикулярным слоем дермы и образуют поверхностный слой ПЖК на нижней границе дермы. Дермальные адипоциты участвуют в множестве процессов, протекающих к коже: особенность этих клеток - их исключительно высокая динамика (они очень быстро могут размножаться), а также ощутимо увеличиваться в размерах Медицинские книги @medknigi и, что очень важно, превращаться в другие клетки. Они также участвуют в контроле над фибробластами и таким образом непосредственно влияют на структуру дермы (Кругликов, 2016). Было показано, что гипертрофированные адипоциты отрицательно действуют на синтетическую активность фибробластов (Ezure, Amano, 2011) и что увеличение толщины ПЖК может приводить к потере эластических свойств дермы (Ezure, Amano, 2015). Совсем недавно выяснилось, что ДЖК играет важнейшую роль в поддержании гомеостаза кожи и расположенных под ней тканей, секре-тируя множество регуляторных белков, включая гормоны (адипонектин и лептин) (Smith, Kahn, 2016; Gaur et al., 2017). Обновление ДЖК проходит в течение нескольких дней, а её объём непосредственно регулируется температурой окружающей среды: с повышением температуры толщина слоя спадает и наоборот (Rivera-Gonzalez et al., 2016; Kasza et al., 2014). Рис. 6.2. Адипоциты глубокого слоя дермы (ДЖК) (маркированы флюуресцентной меткой и на рисунке видны как зелёные клетки) (Shook et al., 2016) Подкожная жировая клетчатка У человека толщина слоя ПЖК, в отличие от ДЖК, не меняется при изменении окружающей температуры. Зато, в отличие от ДЖК и внутреннего (висцерального) жира, она первой испытывает «сокращение штата» адипоцитов в случае нужды организма в дополнительной энергии или недостатка калорий (Smith, Kahn, 2016). И, наоборот, при достаточно длительном (несколько дней) потреблении богатой жирами пищи ПЖК увеличивает размер как за счёт увеличения размера адипо-цитов (в верхней части тела), так и за счёт увеличения их числа (в нижней части тела) (Tchoukalova et al., 2010; Sun et al., Медицинские книги @medknigi 2013). При этом у людей, придерживающихся нежирной диеты, адипоциты в ПЖК крупнее своих коллег в ДЖК или висцеральном жире. Существуют также другие различия между ПЖК и внутренним жиром: ПЖК секретирует значительно больше коллагена I типа и ингибитора матриксных металлопротеиназ TIMP-1 и меньше коллагена IV и VI типов, фибронектина и ламинина. Полный цикл обновления (турновер) адипоцитов в ПЖК несравнимо более длителен, чем в ДЖК - он происходит за 10 лет (Arner et al., 2010). Хотя ДЖК и ПЖК непосредственно физически контактируют друг с другом (через прослойку), молекулярных механизмов взаимного влияния на сегодняшний день не выявлено. Стволовые клетки жировой ткани Известно, что стволовые клетки являются ключевым элементом или, точнее, инструментом поддержания существования организма млекопитающих. Они служат своего рода чашей Грааля, из которой организм черпает новые силы (клетки) для восстановления. Их количество в целом остаётся постоянным на протяжении жизни взрослого человека, но они также подвержены старению и теряют потенциал самовоспроизводства (Boyette, Tuan, 2014). Более того, высказано предположение, что человек может быть носителем определённого вида генетического заболевания, при котором количество его стволовых клеток постепенно сокращается. Оно получило название «синдром истощения стволовых клеток» (stem cell exhaustion syndrome, SCES) (Mansilla et al., 2011). На данный момент это является гипотезой, требующей экспериментальных подтверждений. Если гипотеза подтвердится, она поможет объяснить причину многих сложных по этиологии заболеваний, таких как метаболический синдром, преждевременное старение и др. В жировой ткани имеются свои стволовые клетки (ADSCs), которые мы будем называть далее стволовыми клетками жировой ткани (СКЖТ). В зависимости от вида различных стимулов они могут трансформироваться в различные типы клеток, включая адипоциты, фибробласты и васкулаторные клетки (Laudes, 2011). СКЖТ, как и любого другого типа с известными молекулярными маркерами, выделяют из общего пула клеток ткани с помощью метода сортировки флуоресцентно-активированных клеток (FACS). Совсем недавно выяснилось, что механизмы сохранения стволовых клеток в ДЖК и ПЖК различны. Был выявлен молекулярный регулятор способности СКЖТ к самовоспроизводству и пролиферации - фактор роста из клеток-плателетов (Platelet Derived Growth Factor) PDGF-A (Rivera-Gonzalez et al., 2016). Интересным фактом оказалось, что активность PDGF-A необходима для поддержания СКЖТ только в ДЖК, но не в ПЖК или внутреннем жире. Макрофаги Клетки иммунной системы - макрофаги дифференцированы в жировой ткани на два типа: M1 и M2. Тип M1 - это «классический» про-инфламаторный вид макрофага, индуцируемый со стороны цитокинов IFN-γ, LPS и TNF-α. Тип М2, наоборот, способствует подавлению воспалительного процесса и активируется цитокинами другого класса - IL-4, IL-13, IL-10 и TGF-β. Адипоциты в фиброзной ткани окружены преимущественно типом М1 (рис. 6.3). Медицинские книги @medknigi Внеклеточный матрикс жировой ткани Внеклеточный матрикс жировой ткани человека в основном представлен коллагеном I, III и VI типов, а также эластином, фибронекти-ном и ламинином (Sun et al., 2013). Важно подчеркнуть, что не всякий коллаген способен формировать фибриллярную структуру - только коллаген I, III и V типов. При этом участие коллагена III и V типов необходимо для формирования правильных структур коллагена I типа (Tracy et al., 2016). Важную роль в регуляции процессов в межклеточном матриксе играют матриксные металлопротеиназы ММР, в число которых входят и те, что функционируют на поверхности клеток, обычно в комплексе с трансмембранными рецепторами (Craig et al., 2015). Высокая активность в жировой ткани отмечается у MMP-3, -9, -11, -12, -13, -16 и -24. Некоторые ферменты имеют свои предпочтительные субстраты, например, ММР-10 расщепляет только коллаген IV типа, а ММР-7 и ММР-9 предпочитают коллаген IV и V типов. С другой стороны, ММР-1 и ММР-8 «многоядны» и способны расщеплять коллаген I, II, III, VII, VIII и Х типов. Поверхностноактивная MMP-14 расслабляет прилегающий к преади-поцитам коллаген VI типа, способствуя их трансформации в зрелые адипоциты. Нарушения в её работе отмечаются при развитии целлюлита (Friedmann et al., 2017). Некоторые ММР необходимы для активации других ММР, в частности, ММР-3 активирует ММР-1, ММР-8 и ММР-13, а ММР-14 активирует ММР-2. Интересно, что удаление генов для ММР-9, ММР-10 или ММР-12 у мышей не сказывалось на развитии адипогенеза, а удаление ММР-3 и ММР-11 приводило к более толстому жировому слою (Pellegrinelli et al., 2016). Негативный контроль над активностью ММР осуществляют их специфические ингибиторы - TIMP. В частности, TIMP-1 селективно подавляет MMP-1 и MMP-10 (более подробно об этом см. гл. 3). 6.2. АДИПОГЕНЕЗ Нормальный гомеостаз и особенно патогенез жировой ткани характеризуются исключительной сложностью биохимических процессов (Laudes, 2011; Gaur et al., 2017). Прогениторные линии адипоцитов (преадипоциты) закладываются в раннем эмбриогенезе. Адипогенез начинается с активации в преадипоцитах трёх ключевых факторов транскрипции: PPARγ2, C/EBPs и SREBP1 (Pellegrinelli et al., 2016). Каждый из этих белков инициирует каскады реакций, суммарно приводящие к трансформации преадипоцитов в зрелые адипоциты. Проще говоря, происходит активация ряда металлопротеиназ, разрушающих коллаген, окружающий преадипоцит, что приводит к морфологическим изменениям преадипоцита. В частности, MMP-9, соединяясь на поверхности клетки в комплексе с трансмембранным рецептором, активирует модификацию структуры, сформированной внутриклеточным белком актином (Dayer, Stamenkovic, 2015). Клетка принимает шарообразную форму, после чего следуют более существенные изменения: в цитоплазме формируется жировая капля, которая сплющивает и вытесняет ядро на периферию. В результате получается зрелый адипоцит. Медицинские книги @medknigi Кроме генетических факторов на адипогенез влияют эпигенетические факторы (Lim et al., 2016). Так, из 99 генов, работа которых связана с адипогенезом и распределением ПЖК в организме, активность 22 была различна у женщин с ожирением по сравнению с нормой вследствие различного уровня их метилирования (Arner et al., 2015). Показано также, что на состояние эпигенома жировой ткани всего организма существенно влияет соотношение уровней насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в диете (Perfilyev et al., 2017). 6.3. ФИБРОЗ КАК РЕЗУЛЬТАТ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ В ЖИРОВОЙ ТКАНИ До недавнего времени изучение различных видов фиброза обходило вниманием жировую ткань. Объясняется это несколькими причинами. Во-первых, на сегодняшний день in vitro моделей изучения фиброза жировой ткани (ФЖТ) не существует, в связи с чем создаются разнообразные модельные системы на основе гидрогелей, в которых пытаются воспроизвести близкие физиологические условия (Louis et al., 2017). Во-вторых, хотя лабораторные линии мышей активно используются в качестве in vivo моделей для изучения ФЖТ, структуры жира внутренних органов и кожно-подкожной ткани у мыши и человека различаются. Соответственно переносить на человека результаты экспериментальных данных на мышах необходимо с осторожностью (McCulloch et al., 2015). Тем не менее изучение связанных с ожирением процессов у мышей послужило толчком к пониманию механизмов развития фиброза в жировой ткани (висцелярный жир) внутренних органов человека. Позднее появились результаты исследований развития фиброза в подкожном и дермальном жировых слоях и у других животных. Физиологические, а следовательно, и функциональные аномалии (патогенез) в висцелярной жировой ткани, как правило, развиваются вследствие трёх причин: продолжающийся локальный воспалительный процесс, недостаточное кроволимфоснабжение или существенные изменения во внеклеточном матриксе (Crewe et al., 2017). Они могут протекать одновременно и даже использовать некоторые общие каскады молекулярных реакций, что в сумме приводит к повреждению локальной структуры. Воспалительный процесс, в частности, наблюдается при ожирении, с той особенностью, что увеличение размера и плотности адипоцитов вызывает механический стресс межклеточного матрикса. Этот стресс довольно быстро приводит к дисфункции капилляров и локальной нехватке кислорода, что активирует «фактор, индуцированный гипоксией» HIF1α (Buechler et al., 2016; Jang et al., 2016). Дальнейшие основные события очень похожи на те, что имеют место при фиброзе нежировых тканей: HIF-1α запускает каскад биохимических реакций, конечным результатом которого является фиброз (рис. 6.3). Медицинские книги @medknigi Рис. 6.3. Два стимулируемых гипоксией возможных пути, приводящих к формированию фиброзной ткани в жировом слое (Sun et al., 2013). HIF-1α индуцируемый гипоксией фактор транскрипции альфа; LOX - лизилоксидаза; IL6, TNFα и MIF - проинфламаторные цитокины; М1 и М2 - проинфламаторные и антиинфламаторные макрофаги соответственно Исследования последних лет раскрыли неожиданные свойства и роль коллагена и коллагеназ (ММР) в развитии ФЖТ. Рассмотрим их подробнее. Молекулы коллагена состоят из нескольких пептидных цепей и в норме инертны и устойчивы к протеолизу со стороны ММР, поскольку они также находятся в неактивном состоянии зимогенов (zymogens). При воспалениях активированные ММР отщепляют от коллагена фрагменты, которые могут проявлять ферментативную активность (Kępczyńska et al., 2017). Одним из таких фрагментов является α3-субъединица коллагена VI типа, также называемая COL6A3 или эндотрофин (endotrophin). Инициация отщепления α3-субъединицы регулируется «гормоном подавления голода» лептином (leptin) и подавляется активностью ММР-11 (McCulloch et al., 2015; Gesta et al., 2016). В последние годы было установлено, что эндотрофин играет одну из главных начальных ролей в инициации ФЖТ (Sun et al., 2014). Вместе с ММР-9 он участвует в активации ключевого фактора, инициирующего процесс фиброза TGF-β, действие которого усиливается активностью фактора роста соединительной ткани CTGF (Alameddine, Morgan, 2016). Мыши, у которых ген эндотрофина был инактивирован, не имели коллагена VI типа и обладали резистентностью к ФЖТ. Реакцией организма на любого рода повреждения в ДЖК и ПЖК является стандартный ответ - синтез соединительной ткани, состоящей из фибрилл коллагена. Этот процесс может быть временным с полным восстановлением Медицинские книги @medknigi участка («хороший» фиброз) или продолжительным, неизбежно приводящим к перманентному шраму («плохой» фиброз) (Tracy et al., 2016). Обычно наблюдаемая предфиброзная атрофия ДЖК и ПЖК обусловлена перерождением (трансформацией) их клеток в миофибро-бласты. При предфиброзном состоянии жировой ткани активируются многие ММР (Craig et al., 2015). На ранних стадиях MMP-9 активирует отслоение клеток эпителия и их миграцию, после чего MMP-3 и MMP-7 активируют «эпителиально-мезенхимальный переход» (epithelial-to-mesenchymal transition). Доставленная к поверхности мезенхимальных фибробластов с помощью лизил-гидроксилазы-3 (LysylHydroxylase 3) ММР-9 также взаимодействует с трансмембранными рецепторами и через них «включает» в клетках синтез TGF-β и его секрецию (Dayer, Stamenkovic, 2015). Это инициирует дифференциацию фибробластов в миофибробласты, которые с помощью «прокладывающей дорогу» MMP-8 мигрируют в жировую ткань и начинают синтез дополнительного коллагена. Аналогичный процесс параллельно проходит с пре-адипоцитами и зрелыми адипоцитами, которые трансформируются в миофибробласты после активации рецептора PDGFRα(Horikawa et al., 2015). Этот так называемый «адипоцитмиофибробласт переход» индуцируется белком FIZZ1 (Martins et al., 2015). Одновременно MMP-3, MMP-7 и MMP-8 активируют профиброзные молекулымедиаторы. На заключительных стадиях ММР-25 и, возможно, MMP-10 индуцируют переключение фенотипов у макрофагов - с типа M1 на тип M2 (Alameddine, Morgan, 2016). С этим связан «макрофаг-миофибробласт переход», который также приводит к синтезу нового коллагена (Jang et al., 2016; Sun et al., 2013). Кроме фракции нетрансформированных клеток и миофибробластов в фиброзном ПЖК, более богатом по сравнению с ДЖК кровеносными капиллярами, присутствует фракция ва-скулярных клеток (SVF), которая продуцирует эти три типа коллагена в десять раз больше других типов клеток (Divoux et al., 2010). Наконец, кроме вышеперечисленных типов клеток, свой вклад в производство коллагена в развитие фиброза вносит особый вид клеток так называемые ADAM12(+)-клетки (Dulauroy et al., 2012). Выделить, какой из вышеуказанных типов клеток вносит больший вклад в формирование фиброзной ткани, на сегодняшний день не представляется возможным (Sun et al., 2013). Данные в экспериментах на мышах свидетельствуют, что активации (необязательно вследствие воспаления) лишь одного белка - в норме неактивного рецептора PDGFRα - оказывалось достаточным для запуска фиброза ПЖК (Iwayama et al., 2015). При фиброзе ДЖК-ПЖК нарастает количество фибронектина, а также коллагена I и III типов во внеклеточном матриксе, и в особенности коллагена VI типа (перицеллюлярный коллаген) непосредственно вокруг самих адипоци-тов (рис. 6.4, 6.5) (Shook et al., 2016). Отметим также, что к числу патологий жировой ткани с невыясненной этиологией относится целлюлит (гиноидная липодистрофия). При целлюлите в ПЖК сокращается производство противовоспалительного гормона адипонектина и наблюдается хроническое сокращение числа адипоцитов в ПЖК (Emanuele et al., 2011). Сохранившиеся адипоциты вырабатывают большее, чем необходимо, количество гормона лептина, что приводит к узлам скопления жиров в ПЖК и ослаблению функции капилляров. Нарушается нормальная Медицинские книги @medknigi циркуляция крови и лимфы: липиды, вместо того чтобы поступать в кровоток, скапливаются в межклеточном матриксе - эффект, называемый липотоксичностью. На сегодняшний день эффективной неинвазивной терапии целлюлита не имеется (Friedmann et al., 2017). Рис. 6.4. Фиброз белой жировой ткани кожи. Фиброзная ткань видна как тёмные области по периферии адипоцитов (Divoux et al., 2010) Медицинские книги @medknigi Рис. 6.5. Фиброз дермальной жировой клетчатки. Количество нормальных адипоцитов в глубокой дерме значительно уменьшается при фиброзе. Здесь зелёные клетки адипоцитов окружены массой фиолетовых миофибробластов (Shook et al., 2016) 6.4. РОЛЬ ЖИРОВОЙ ТКАНИ В РЕГЕНЕРАТИВНОЙ И ЭСТЕТИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЕ Одной из важнейших задач медицины и дерматологии в частности является разработка более эффективных методов лечения наружных ран и внутренних повреждений. Время заживления (репарации) является при этом критическим и определяющим фактором для избежания формирования фиброзной ткани шрама (рубца) (Tracy et al., 2016). Среди новых средств, способных ускорить процесс заживления, многообещающими показали себя бесклеточные экстракты СКЖТ, содержащие множество активных компонентов (Kim et al., 2007). Ряд таких препаратов находится на стадии клинических испытаний (Gaur et al., 2017; Na et al., 2017). Удалить неоперационным путём уже образованный шрам во внутренних органах пока представляется невыполнимой задачей. Но для поверхностных шрамов попытки добиться их уменьшения активно продолжаются, в том числе с использованием СКЖТ (Li et al., 2016). Не менее важной задачей, непосредственно касающейся эстетической медицины, является разработка стратегии борьбы с проявлением признаков старения кожи различной этиологии. Можно сказать, что на сегодняшний день формируется новая парадигма в стратегии лечения возрастных кожных патологий с целью достижения долгосрочных, оптимальных эстетических результатов, наиболее полно удовлетворяющих запросы пациентов. Она основана на мнении ряда авторов (Kruglikov, Scherer, 2016; Wolina, 2015; 2016; Sherratt, 2015), что, хотя некоторое увеличение синтеза коллагена в дерме в принципе коррелирует с улучшением внешнего вида кожи после различных коллагенстимули-рующих антивозрастных процедур, но одно лишь это не может приводить к заметному изменению вязко-упругих свойств тканевых структур. Авторы ссылаются на исследования последних лет (Кругликов, 2016; 2017), в которых говорится, что физиологический неоколлагенез с доказанным увеличением производства мРНК и проколлагена необязательно приводит к увеличению содержания зрелого коллагена в дерме; физическое (например, термическое) повреждение нативного коллагена приводит не к улучшению, а напротив, к ухудшению механических параметров кожи. Отсюда следует вывод: если сокращение выработки коллагена фибробластами не несет главной ответственности за макроскопические проявления старения кожи, то, следовательно, дерма не может быть основной целью косметологических процедур, а основной акцент смещается в сторону жировой ткани (Kruglikov, Scherer, 2016). Было показано, что именно околоклеточный фиброз, а не адипоциты в основном определяют механические свойства жировой ткани (Krug-likov, 2014). С помощью сканирующего электронного микроскопа было установлено, что с возрастом жировая ткань теряет свои перицеллюляр-ные коллагеновые структуры, что, соответственно, ухудшает её механические Медицинские книги @medknigi характеристики, и как следствие - усиление структур жировой ткани должно приводить к её механическому упрочнению, что, в свою очередь, приведёт к улучшению упругих свойств кожи. Это смещает «центр тяжести» в вопросах старения кожи с попыток регенерации коллагена в тонком слое дермы в сторону усилий по развитию фиброза в значительно более толстом слое подкожного жира (Кругликов, 2017). 6.4.1. Структура жировой ткани лица и её изменение при старении Многочисленные проведённые электронно-микроскопические исследования жировых компартментов лица однозначно продемонстрировали, что даже соседние компартменты могут сильно отличаться друг от друга по морфологическому строению, а следовательно, по механическим характеристикам, определяющим внешний вид кожи (Bertossi et al., 2015). Различные жировые компартменты лица имеют неодинаковую морфологическую структуру. Причём они отличаются друг от друга не только по количеству и размерам адипоцитов, но и по клеточной организации и строению внеклеточного матрикса. Например, лабильные жировые области состоят из небольших групп адипоцитов, и для них характерен плотный внеклеточный матрикс - их классифицируют как «фиброзированный» жир (Bertossi et al., 2015). Периорбитальные жировые компартменты обычно и классифицируются как «структурированный» жир. Буккальные жировые компартменты имеют значительно меньшее количество коллагеновых структур и определяются как жировое «депо» (Кругликов, 2017). Эти компартменты поразному меняют свою морфологическую структуру с возрастом, что приводит к появлению типичной картины старения лица. Локальное изменение жировой ткани может прямо приводить к образованию дермальных морщин. Морщины представляют собой квазиодномерные углубления на рельефе кожи. Их топография не может быть объяснена только свойствами дермы. Крупные кожные морщины пространственно коррелируют с крупными лимфатическими сосудами, расположенными непосредственно под ними. Эти сосуды окружены перилимфатической жировой тканью, которая и играет важную роль в формировании морщин (Кругликов, 2017). Известно, что дисфункция лимфатических сосудов может вызвать значительный рост прилегающей к ним жировой ткани (Rutkowski et al., 2009). В свою очередь, увеличение объёма жировой ткани приводит к дальнейшему развитию сосудов местной лимфатической системы. Появление таких лимфатических сосудов в коже может быть одной из анатомических причин формирования морщин: распространение этих сосудов в коже должно приводить к локальному изменению механических напряжений и, соответственно, к появлению линейных депрессий, которые в конечном счёте появляются в виде кожных складок (Кругликов, 2017). Это означает, что старение кожи дополнительно может развиваться в результате модификации прилегающего жирового слоя. С другой стороны, при естественном старении происходит снижение массы и объёма как ДЖК, так и ПЖК, то есть всей жировой ткани лица, за счёт «перемещения» адипоцитов в висцелярную жировую ткань (Stout et al., 2017; Guillermier et al., 2017). По сравнению с висцелярным жиром, в ПЖК Медицинские книги @medknigi концентрация стареющих клеток (senescent cells) существенно выше (Palmer, Kirkland, 2016). С возрастом концентрация в ПЖК «противостареющего» гормона адипонектина (adiponectin) снижается, а количество провоспалительных цитокинов растёт (Tchkonia et al., 2010). Всё это вносит свой вклад в атрофию подкожного жира, что сказывается на внешнем виде: кожа сморщивается, поскольку площадь её поверхности не меняется, а основа, на которую она натянута, уменьшается в объёме. Понимание этого естественного процесса - одна из основных задач косметической дерматологии в разделе эстетической медицины. Восстановление атрофированного лицевого жира могло бы оказаться наиболее эффективным методом ревитализации, но реализовать это на практике весьма затруднительно. Между нежировым содержимым дермы, ДЖК и ПЖК существует исключительно сложное биохимическое взаимодействие, и этим структурам не может быть «хорошо» по отдельности (Smith, Kahn, 2016; Gaur et al., 2017). Дерма, ДЖК, ПЖК могут значительно влиять друг на друга (Кругликов, 2017). Совместное культивирование фибробластов с адипоцитами показало, что крупные (гипертрофированные) и мелкие адипоциты оказывают неодинаковое воздействие на фибробла-сты: если крупные адипоциты ингибируют синтетическую активность окружающих их фибробластов, то небольшие адипоциты такого воздействия не демонстрируют (Ezure, Amano, 2011). Более того, увеличение толщины ПЖК достоверно коррелирует с уменьшением эластических волокон дермы, и такое снижение эластичности кожи, индуцированное воздействием жировой ткани, имеет долгосрочный эффект. Здесь уместно подчеркнуть разницу между здоровой ПЖК и увеличенной ПЖК при ожирении: вторая состоит большей частью из адипоцитов увеличенного размера. Эти «разжиревшие» адипоциты производят повышенное количество эластазы ММР-9, что приводит к уменьшению эластичности ДЖК (Ezure, Amano, 2015). Это, в свою очередь, способствует образованию складок и обвислости кожи, а также формированию носогубных складок (Ezure, Amano, 2012). Таким образом, пограничные адипоциты ПЖК играют важную роль в развитии внешних проявлений признаков старения кожи. Эти клетки могут изменяться в объеме, трансформироваться в другие, в частности, в фибробластоподобные клетки, менять окружающий их межклеточный матрикс. Эти процессы могут приводить к пространственно неоднородной потери объёма, изменению содержания коллагена и его структуры в жировой ткани, что неизбежно отразится на внешнем виде кожных покровов. Вплоть до настоящего времени наиболее популярным методом удаления морщин на лице остаётся применение инъекций «дермальных» филлеров. Замечено, однако, что эффективность и продолжительность омолаживающего эффекта не зависит от количества введённого материала (Mashiko et al., 2013; Sadick et al., 2015). Контролировать глубину таких инъекций непросто даже специалисту, и практика показывает, что инъекции в наиболее глубокий слой дермы и подкожную область дают наилучшие результаты по омоложению. Отмечается не только увеличение объёма непосредственно в области инъекции, Медицинские книги @medknigi но и улучшение вида прилегающих участков лица (Wollina, 2016). Согласно выдвинутой концепции, причиной этого является механическое давление, оказываемое филлером на жировые и, возможно, стволовые клетки дермальной жировой ткани (Wollina, 2015). Это приводит к стимулированию перерождения части адипоцитов дермы в миофибробласты, которые перемещаются из дермы (ДЖК) в более глубокий подкожный жировой слой (ПЖК), увеличивают его объём и вырабатывают коллаген. При более глубоком введении филлер может также оказывать давление на ПЖК, стимулируя там появление вырабатывающих коллаген миофибробластов. Такая концепция хорошо согласуется с результатами исследований, приведенными для объяснения влияния филлеров на продукцию коллагена дермальны-ми фибробластами (подробно об этом см. разд. 5.2). Поскольку толщина дермального слоя кожи, полученная в результате различных измерений (Кругликов, 2016), лежит в интервале 1,04-1,65 мм для щечной области, в скуловой части 0,57-1,62 мм и для подбородка до 2,5 мм, то есть составляет весьма незначительные размеры, вполне убедительным кажется предположение, что долгосрочный эффект от применения филлеров в мягких тканях реализуется путём модификации прилегающей жировой ткани (Wollina, 2015; Kruglikov, Wollina, 2015). Другими словами, новый подход в эстетической косметологии предполагает стимулирование контролируемого локального «хорошего» фиброза в лицевой ПЖК, который должен улучшить механоэластичные свойства кожи. Добиться эффекта при этом можно не только с помощью филлеров, но и физическими методами воздействия (лазер, ультразвук, радиочастотная терапия и др.; см. гл. 5). Для реализации на практике нового подхода потребуется приобретение специальных знаний и практических навыков. В различных лицевых областях жировая ткань неодинакова: адипоциты различаются по своему размеру и концентрации, а внеклеточный матрикс - по своему составу (Sadick et al., 2015). Соответственно эти области проявляют неодинаковые механоэластичные свойства (Kruglikov et al., 2016). Возрастные изменения в этих областях также происходят не одновременно и с различной интенсивностью. Как для ДЖК, так и для ПЖК общим изменением при старении является переход от равномерного распределения адипоцитов к «островному» (рис. 6.6, 6.7). Наконец, следует учесть, что не одним коллагеном определяются упругость кожи - другие фибриллярные белки также вносят свой вклад (Palmer, Kirkland, 2015). Медицинские книги @medknigi Рис. 6.6. Возрастные изменения в различных областях дермальной жировой клетчатки (ДЖК) лица (выделена оранжевым цветом) (Sadick et al., 2015) Медицинские книги @medknigi Медицинские книги @medknigi Рис. 6.7. Возрастные изменения в различных областях подкожной жировой клетчатки лица (выделена жёлтым цветом) (Sadick et al., 2015) Таким образом, можно заключить, что адипоциты и жировая клетчатка являются крайне важными структурными элементами для косметического дерматолога, поскольку представляют собой исключительно интересные объекты для косметической коррекции, воздействие на которые позволяет эффективно бороться с проявлением внешних признаков старения кожи. 6.4.2. Нарушения в коллагеновом матриксе при развитии целлюлита Жировая ткань, обладая высокой метаболической активностью, быстро реагирует на физико-химические и гормональные стимулы расщеплением или накоплением триацилглицеролов (жиров) (Sun et al., 2013). Химическая трансформация жиров и их введение в систему кровообращения происходит через клетки жировой ткани - адипоциты. Для нормальной кожи характерно наличие большого количества ади-поцитов малого размера, группирующихся в «жировых дольках», окружённых коллагеновыми и ретикулярными волокнами. Предполагается, что основным толчком к развитию целлюлита (гиноидной липодистро-фии) являются нарушения в метаболизме жиров, сопровождающиеся увеличением количества и размеров адипоцитов (Khan et al., 2010a). Недостаточная активность разрушающего жиры фермента липопроте-инлипазы приводит к отложению в межклеточном матриксе гиподермы триацилглицеролов (Ленинджер, 1985) (рис. 6.8). Это ведёт к ослаблению механических свойств капилляров, нарушению нормальной циркуляции крови и лимфы в гиподерме и экссудации. Кожа принимает отечный вид - первый симптом целлюлита (стадия I). Впоследствии адипоциты начинают группироваться в кластеры (стадия II - появление «эффекта апельсиновой корки») (рис. 6.9). Под давлением увеличивающейся фиброзной ткани и её уплотнения размеры кластеров увеличиваются, появляются признаки втягивания кожи (Шишкинская, 2016). Изменяется архитектура коллагена гиподермы: ультрасонограмма участка кожи с явными признаками целлюлита показывает нерегулярный переход коллагенового матрикса между дермой и гиподермой с разрывами коллагена на границе и протрузиями жировой ткани в дерму. Медицинские книги @medknigi Рис. 6.8. Морфология здоровой кожи и кожи при развитии целлюлита Медицинские книги @medknigi Рис. 6.9. Гистологические снимки нормальной кожи (вверху) и кожи, поражённой целлюлитом (внизу) (Omi et al., 2013). На нижнем снимке видны разрозненные кластеры адипоцитов (окрашены чёрным), окружённые фиброзной тканью (септой) покрытую бугорками неровность на поверхности кожи (стадия III - запущенный целлюлит) (рис. 6.10) (Турова, Зубкова, 2012). Медицинские книги @medknigi Рис. 6.10. Целлюлит на стадии III Гистологические исследования поражённых участков тела свидетельствуют, что целлюлит не является следствием простого отложения подкожного жира (Omi et al., 2013; Buechler et al., 2015). Это явление более сложное на молекулярном и физиологическом уровнях (Mansilla et al., 2011; Arner et al., 2015; DiSpiriti, Mathis, 2015). В здоровом подкожном слое жировая ткань мягкая и подвижная, а при целлюлите - наоборот. Целлюлит относят скорее к косметическому дефекту, чем к заболеванию, при небольшой, как правило, глубине нарушений в ПЖК. Его скромно определяют как «изменение топографии определённых участков поверхности кожи» (Friedmann et al., 2017). Он гораздо более характерен для пациентов женского пола: не менее 85% женщин страдают гиноидной липодистро-фией различной степени интенсивности, причем её дебют приходится на период с максимальной гормональной активностью (пубертатный период, беременность или длительный прием гормональных контрацептивов). Предполагается, что объяснением этому могут быть значительные различия в усвоении жиров из пищи и их метаболизме между мужчинами и женщинами (Santosa, Jensen, 2015). Этиология целлюлита до сих пор не выяснена - возможно, он является результатом комплекса событий, включающих воспалительные явления, ухудшение венозной и лимфатической микроциркуляции, а также нарушение синтеза коллагена на границе дермы и гиподермы (Столярская, 2002; Vegiopoulos et al., 2017). К факторам инициирования целлюлита и нарушений структур коллагенового матрикса относят активацию окислительного стресса и изменения состояния антиоксидантной защиты (Jedrychowski et al., 2015). Оценка уровня окислительного стресса по содержанию в тканях продукта ПОЛ (малонового диальдегида, а также продуктов перекисного окисления белков - соединений с карбонильной группой) свидетельствует о нарушениях в системе ПОЛ и развитии окислительного стресса у женщин с целлюлитом (Турова, Зубкова, 2012). Задержка воды (отёк) и увеличение давления межклеточной жидкости Медицинские книги @medknigi приводят к деформации фибробластов и сдавливанию сосудов, провоцируя тканевую гипоксию в гиподерме. Гипоксия вызывает изменение аэробного метаболизма глюкозы, в результате чего возрастает выработка молочной кислоты, что часто может вызывать хорошо знакомые спортсменам болезненные ощущения. Развитие целлюлита всегда сопровождается фиброзом ПЖК, что схоже с эффектом, наблюдаемым при естественном старении кожи, когда также наблюдаются сокращение количества адипоцитов и переход от их равномерного распределения к «островному» (Tchkonia et al., 2010; Man-silla et al., 2011; Palmer, Kirkland, 2016). Рассмотрим коротко основные молекулярные аспекты, которые, как предполагается, имеют место при целлюлите. При нарушении липидного метаболизма происходит активация рецептора PDGFRα и белка FIZZ1, что инициирует трансформацию зрелых адипоцитов в миофибробласты (так называемый «адипоцит-ми-офибробласт переход») (Sun et al., 2013; Martins et al., 2015). Соответственно количество адипоцитов в затронутой фиброзом области падает. Миофибробласты активно синтезируют коллаген, что при малоактивной ММР-1 и активном ингибиторе TIMP-1 приводит к формированию фиброза ПЖК. Параллельно развивается вызванная гипертрофированными адипоцитами гипоксия, она стимулирует воспалительный процесс, при котором происходит «макрофаг-миофибробласт переход» (Jang et al., 2016). При гипоксии активируется фактор HIF-1α, который активизирует пролингидроксилазу - фермент, превращающий пролин в гидроксипролин в проколлагене с последующим ростом синтеза коллагена (Buechler et al., 2015). HIF-1α также активирует ключевые регуляторы коллагенеза - IL-6 и MIF-1 (Emanuele et al., 2011). Во внеклеточном матриксе нарастает количество фибронектина, коллагена I и III типов, и в особенности коллагена VI типа (так называемый «перицеллю-лярный» коллаген, не способный формировать фибриллярную структуру) непосредственно вокруг самих адипоцитов (Divoux et al., 2010). Растёт уровень гормона эндотропина пропептида С-конца молекул COL6A3 коллагена VI типа, усиливая фиброз и воспаление (Marangoni et al., 2017). Одновременно сокращается производство противовоспалительного гормона адипонектина. Сохранившиеся гипертрофированные адипоциты вырабатывают большее, чем необходимо, количество гормона лептина, что приводит к узлам скопления жиров в ПЖК и ослаблению функции капилляров. Нарушается нормальная циркуляция крови и лимфы: липиды, вместо того чтобы поступать в кровоток, скапливаются в межклеточном матриксе - эффект, называемый липотоксичностью (Scallan et al., 2016; Sun et al., 2013). Обобщая вышесказанное, можно заключить, что патологическими изменениями при целлюлите являются фиброз и концентрация жировых узелков, что приводит, соответственно, к большей жёсткости и бугорчатости кожи. Для удаления фиброзной септы применяют колла-геназы, а для удаления жировых узлов - липолитики. Разрабатываются препараты, совмещающие эти компоненты, но используется и терапия только липолитиками (Friedmann et al., 2017). Медицинские книги @medknigi В последние 20 лет мезотерапию используют как минимально инвазивную процедуру для контурной коррекции жировой ткани лица (Lee et al., 2016). Для первых инъекций, ещё не зная механизма его действия, в качестве липолитика использовали фосфатидилхолин (phosphatidylcholine). Позже выяснилось, что эффект содержащих его препаратов объясняется липолитическим свойством детергента дезоксихолевой кислоты - DCA (рис. 6.11) [другое название дезоксихолат (deoxycholate)], в котором растворяли фосфатидилхолин перед введением. Комбинация фосфатидилхолина с дезоксихолатом (маркируется как PC/DC) до сих пор используется в косметологии для удаления подкожных жировых отложений. Однако данных об осложнениях в месте инъекций после повторных процедур очень мало. В частности, авторы недавней статьи изучали, что происходит с мускулами и нервными клетками у крыс после повторных инъекций PC/DC (El-Gowelli et al., 2016). Их результаты на основе анализа клеток кожи с использованием электронной микроскопии указывают на появление локальных воспалений, некрозов и фиброзов. Кроме того, наблюдалось утолщение стенок кровеносных сосудов в области инъекций. Рис. 6.11. Молекулярная структура дезоксихолевой кислоты В недавней статье дан обзор патентов на использование дезокси-холиновой кислоты в фармацевтике (Hwang et al., 2015). Но наиболее часто её используют в качестве растворителя липолитиков для улучшения биодоступности препарата. Препарат ATX-101, разработанный фирмой KYTHERA Biopharmaceuticals Inc. на основе дезоксихолино-вой кислоты, является пока единственным средством, одобренным FDA в США и Канаде для удаления подбородочного жира (сабментума) (Ascher et al., 2016). Недавние клинические испытания на 256 пациентах (250 - контроль) подтвердили эффективность и безопасность препарата ATX-101 (Jones et al., 2016), хотя ему сопутствуют такие временные побочные эффекты, как локальные воспаления, припухлости, болевые ощущения в месте инъекции. Ожидается значительный рост рынка сбыта этого препарата. В настоящее время в клинических испытаниях находятся несколько аналогичных липолитиков (Chen et al., 2015). После инъекции дезоксихолевая кислота (DСА) разрушает клеточную мембрану адипоцитов и образует с липидами водорастворимые клатратные комплексы. Этот процесс вызывает локальное воспаление и привлекает нейтрофилы и позднее макрофаги, которые удаляют остатки разрушенных клеток, включая небольшие липиды. Следом за макрофагами в район введения DCA «приходят» фибробласты, Медицинские книги @medknigi которые запускают процесс неоколлагенеза. Действие DCA ослабляется в окружении белков, поэтому она лучше работает именно в низкобелковых тканях, таких как ПЖК. По этой же причине её действие не нарушает окружающую дерму и мускулы. К сожалению, липолитический эффект DCA сопровождается дополнительным утолщением фиброзной септы, которая уже была ранее сформирована при развитии целлюлита. Интересно отметить, что химические конъюгаты ГК и дезоксихолевой кислоты способны спонтанно образовывать наночастицы, размер и свойства которых зависят от пропорции этих кислот в препарате (Wei et al., 2015). Авторы работы предполагают использование таких наночастиц в качестве транспортёров лекарств в организме. К настоящему времени надёжных способов борьбы с целлюлитом, приводящих к долгосрочному эффекту, к сожалению, не имеется (Alizadeh et al., 2016; Friedmann et al., 2017). Атопические средства, массаж, карбокситерапия и некоторые другие методы показали свою недостаточную эффективность (Пирогова, Помыткин, 2016; Khan et al., 2010b; de Godoy et al., 2012; Rossi et al., 2014; Pianez et al., 2016). Среди новых подходов, разработанных в последние годы, следует отметить успешное использование Nd:YAG-лазерного импульсного излучения в диапазоне 1440 нм (Petti et al., 2016). Такая обработка приводит к разрушению адипоцитов в фиброзной септе при минимальном затрагивании прилегающих тканей. Эффект может быть усилен и достигнут быстрее при последующей лазерной обработке в ближнем инфракрасном диапазоне для удаления фрагментов разрушенных клеток и стимулирования восстановления кровеносной системы (Omi et al., 2013). Клинические испытания этого метода с последующим двухгодичным периодом проверки состояния пациентов показали хорошие результаты для целлюлита на стадиях II и III (Sasaki, 2013). Использование ультразвука очень высокой частоты (VHF-US, выше 10 MHz) - это новый перспективный терапевтический метод для широкого применения в дерматологии и эстетической медицине. В недавней работе изучалась возможная польза такого ультразвука при инъекционном липолизе (Tausch, Kruglikov, 2015). Инъекции проводили в кожу рук семи пациенткам на глубину 8-12 мм. Перед инъекциями и после них обрабатывали места инъекций ультразвуком. По сравнению с контрольной группой улучшение через 6-8 недель было на 66%. ЛИТЕРАТУРА Брагина И.Ю. Физиотерапевтические методы лечения целлюлита: комплексный с этопатогенетический подход // Вестн. эстетической медицины. 2009. Т. 8, № 4. С. 68-73. Кругликов И.Л. Радиочастотные токи в эстетической медицине // Эстетическая медицина. 2016. Т. XV, № 4. С. 409-417. Кругликов И.Л. Старение кожи // Эстетическая медицина. 2017. Т. XVI, № 2. С. 137-143. Лапатина Н.Г., Шарова А.А. Мезотерапия в коррекции локальных жировых отложений и целлюлита // Вестн. эстетической медицины. 2009. Т. 8, № 4. С. 6267. Медицинские книги @medknigi Пирогова М.М., Помыткин И.А. Целлюлит и архитектура коллагена в коже: можно ли вернуть нормальную структуру и функцию кожи препаратами интерлейкина-1α? // Косметика и медицина. 2016. № 4. С. 341-346. Столярская Е. Избавляемся от целлюлита легко и эффективно. М. : ЛабиринтПресс, 2002. Турова Е.А. Об этиологии и патогенезе целлюлита // Вестн. эстетической медицины. 2008. Т. 7, № 4. С. 74-83. Турова Е.А., Зубкова С.А. Патогенез целлюлита - современный научный взгляд // Мезотерапия. 2012. Т. 18, № 2. С. 192-197. Шишкинская Е.В. Критерии выбора мезопрепарата для антицеллюлитных программ // Инъекционная косметология. 2016. № 4. С. 46-48. Alameddine H.S., Morgan J.E. Matrix metalloproteinases and tissue inhibitor of metalloproteinases in inflammation and fibrosis of skeletal muscles // J. Neuromuscul. Dis. 2016. Vol. 3, N 4. P. 455-473. Alexander C.M., Kasza I., Yen C.L., Reeder S.B. et al. Dermal white adipose tissue: a new component of the thermogenic response // J. Lipid Res. 2015. Vol. 56, N 11. P. 2061-2069. Alizadeh Z., Halabchi F., Mazaheri R., Abolhasani M. et al. Review of the mechanisms and effects of noninvasive body contouring devices on cellulite and subcutaneous Fat // Int. J. Endocrinol. Metab. 2016. Vol. 14, N 4. Article ID e36727. Arner E., Westermark P.O., Spalding K.L., Britton T. et al. Adipocyte turnover: relevance to human adipose tissue morphology // Diabetes. 2010. Vol. 59, N 1. P. 105-109. Arner P., Sinha I., Thorell A., Rydén M. et al. The epigenetic signature of subcutaneous fat cells is linked to altered expression of genes implicated in lipid metabolism in obese women // Clin. Epigenetics. 2015. Vol. 7. P. 93. Ascher B., Fellmann J., Monheit G. ATX-101 (deoxycholic acid injection) for reduction of submental fat // Expert Rev. Clin. Pharmacol. 2016. Vol. 9, N 9. P. 11311143. Bertossi D., Conti G., Bernardi P. et. al. Classification of fat pad of the third medium of face // Aesthet. Med. 2015. Vol. 1. P. 103-109. Boyette L.B., Tuan R.S. Adult stem cells and diseases of aging // J. Clin. Med. 2014. Vol. 3, N 1. P. 88-134. Buechler C., Krautbauer S., Eisinger K. Adipose tissue fibrosis // World J. Diabetes. 2015. Vol. 6, N 4. P. 548-553. Chen D.L., Cohen J.L., Green J.B. Injectable agents affecting subcutaneous fats // Semin. Cutan. Med. Surg. 2015. Vol. 34, N 3. P. 134-137. Craig V.J., Zhang L., Hagood J.S., Owen C.A. Matrix metalloproteinases as therapeutic targets for idiopathic pulmonary fibrosis // Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2015. Vol. 53, N 5. P. 585-600. Медицинские книги @medknigi Crewe C., An Y.A., Scherer P.E. The ominous triad of adipose tissue dysfunction: inflammation, fibrosis, and impaired angiogenesis // J. Clin. Invest. 2017. Vol. 127, N 1. P. 74-82. Dayer C,, Stamenkovic I. Recruitment of matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) to the fibroblast cell surface by lysyl hydroxylase 3 (LH3) triggers transforming growth factor-P (TGF-P) activation and fibroblast differentiation // J. Biol. Chem. 2015. Vol. 290, N 22. P. 13 763-13 778. De Godoy J.M., Groggia M.Y., Ferro Laks L., Guerreiro de Godoy M. de F. Intensive treatment of cellulite based on physiopathological principles // Dermatol. Res. Pract. 2012. Article ID 834280. DiSpirito J.R., Mathis D. Immunological contributions to adipose tissue homeostasis // Semin. Immunol. 2015. Vol. 27, N 5. P. 315-321. Divoux A., Tordjman J., Lacasa D., Veyrie N. et al. Fibrosis in human adipose tissue: composition, distribution, and link with lipid metabolism and fat mass loss // Diabetes. 2010. Vol. 59, N 11. P. 2817-2825. Driskell R.R., Jahoda C.A., Chuong C.M., Watt F.M. et al. Defining dermal adipose tissue // Exp. Dermatol. 2014. Vol. 23, N 9. P. 629-631. Dulauroy S., Di Carlo S.E., Langa F., Eberl G. et al. Lineage tracing and genetic ablation of ADAM12(+) perivascular cells identify a major source of profibrotic cells during acute tissue injury // Nat. Med. 2012. Vol. 18. P. 1262-1270. El-Gowelli H.M., El-Sabaa B., Yosry E., El-Saghir H. Histopathological and ultrastructural characterization of local neuromuscular damage induced by repeated phosphatidylcholine/deoxycholate injection // Exp. Toxicol. Pathol. 2016. Vol. 68, N 1. P. 39-46. Emanuele E., Bertona M., Geroldi D. A multilocus candidate approach identifies ACE and HIF1A as susceptibility genes for cellulite // J. Eur. Acad. Dermatol. Venereol. 2010. Vol. 24, N 8. P. 930-935. Emanuele E., Minoretti P., Altabas K., Gaeta E. et al. Adiponectin expression in subcutaneous adipose tissue is reduced in women with cellulite // Int. J. Dermatol. 2011. Vol. 50, N 4. P. 412-416. Ezure T., Amano S. Negative regulation of dermal fibroblasts by enlarged adipocytes through release of free fatty acids // J. Invest. Dermatol. 2011. Vol. 131. P. 20042009. Ezure T., Amano S. Involvement of upper cheek sagging in nasolabial fold formation // Skin Res. Technol. 2012. Vol. 18. P. 259-264. Ezure T., Amano S. Increment of subcutaneous adipose tissue is associated with decrease of elastic fibres in the dermal layer // Exp. Dermatol. 2015. Vol. 24. P. 924929. Медицинские книги @medknigi Friedmann D.P., Vick G.L., Mishra V. Cellulite: a review with a focus on subcision // Clin. Cosmet. Investig. Dermatol. 2017. Vol. 10. P. 17-23. Gaur M., Dobke M., Lunyak V.V. Mesenchymal stem cells from adipose tissue in clinical applications for dermatological indications and skin aging // Int. J. Mol. Sci. 2017. Vol. 18, N 1. pii: E208. Gesta S., Guntur K., Majumdar I.D., Akella S. et al. Reduced expression of collagen VI alpha 3 (COL6A3) confers resistance to inflammation-induced MCP1 expression in adipocytes // Obesity (Silver Spring). 2016. Vol. 24, N 8. P. 1695-1703. Giralt M., Villarroya F. White, brown, beige/brite: different adipose cells for different functions? // Endocrinology. 2013. Vol. 154, N 9. P. 2992-3000. Guillermier C., Fazeli P.K., Kim S., Lun M. et al. Imaging mass spectrometry demonstrates age-related decline in human adipose plasticity // JCI Insight. 2017. Vol. 2, N 5. Article ID e90349. Horikawa S., Ishii Y., Hamashima T., Yamamoto S. et al. PDGFRa plays a crucial role in connective tissue remodeling // Sci. Rep. 2015. Vol. 5. Article ID 17948. Hwang S.R., Kim I.J., Park J.W. Formulations of deoxycholic acid for therapy: a patent review (2011-2014) // Expert Opin. Ther. Pat. 2015. Vol. 25, N 12. P. 14231440. Iwayama T., Steele C., Yao L., Dozmorov M.G. et al. PDGFRa signaling drives adipose tissue fibrosis by targeting progenitor cell plasticity // Genes Dev. 2015. Vol. 29, N 11. P. 1106-1119. Jang J.E., Ko M.S., Yun J.Y., Kim M.O. et al. Nitric oxide produced by macrophages inhibits adipocyte differentiation and promotes profibrogenic responses in preadipocytes to induce adipose tissue fibrosis // Diabetes. 2016. Vol. 65. P. 2516-2528. Jayasinghe S., Guillot T., Bissoon L., Greenway F. Mesotherapy for local fat reduction // Obes. Rev. 2013. Vol. 14, N 10. P. 780-791. Jedrychowski M.P., Liu L., Laflamme C.J., Karastergiou K. et a;. Adiporedoxin, an upstream regulator of ER oxidative folding and protein secretion in adipocytes // Mol. Metab. 2015. Vol. 4, N 11. P. 758-770. Jones D.H., Carruthers J., Joseph J.H., Callender V.D. et al. REFINE-1, a multicenter, randomized, double-blind, placebo-controlled, phase 3 trial with ATX-101, an injectable drug for submental fat reduction // Dermatol. Surg. 2016. Vol. 42, N 1. P. 38-49. Kasza I., Suh Y., Wollny D., Clark R.J. et al. Syndecan-1 is required to maintain intradermal fat and prevent cold stress // PLoS Genet. 2014. Vol. 10, N 8. Article Медицинские книги @medknigi ID e1004514. Kępczyńska M.A., Zaibi M.S., Alomar S.Y., Trayhurn P. PCR arrays indicate that the expression of extracellular matrix and cell adhesion genes in human adipocytes is regulated by IL-1P (interleukin-1P) // Arch. Physiol. Biochem. 2017. Vol. 123, N 1. P. 61-67. Khan M.H., Victor F., Rao B., Sadick N.S. Treatment of cellulite: Part I. Pathophysiology // J. Am. Acad. Dermatol. 2010a. Vol. 62, N 3. P. 361-370. doi: 10.1016/j.jaad.2009.10.042. Khan M.H., Victor F., Rao B., Sadick N.S. Treatment of cellulite: Part II. Advances and controversies // J. Am. Acad. Dermatol. 2010b. Vol. 62, N 3. P. 373-384; quiz 385-386. Kim W.S., Park B.S., Sung J.H., Yang J.M. et al. Wound healing effect of adiposederived stem cells: a critical role of secretory factors on human dermal fibroblasts // J. Dermatol. Sci. 2007. Vol. 48, N 1. P. 15-24. Kruglikov I., Trujillo O., Kristen Q., Isac K. et al. The facial adipose tissue: a revision // Facial Plast. Surg. 2016. Vol. 32, N 6. P. 671-682. Kruglikov I.L. General theory of body contouring // J. Cosmet. Dermatol. Sci. 2014. Vol. 4. P. 117-127. Kruglikov I.L., Scherer P.E. Skin aging: are adipocytes the next target // Aging. 2016. Vol. 8. P. 1457-1469. Kruglikov I.L., Wollina U. Soft tissue fillers as nonspecific modulators of adipogenesis // Exp. Dermatol. 2015. Vol. 24. P. 912-915. Laudes M. Role of WNT signalling in the determination of human mesenchymal stem cells into preadipocytes // J. Mol. Endocrinol. 2011. Vol. 46, N 2. P. R65-R72. Lee J.C., Daniels M.A., Roth M.Z. Mesotherapy, microneedling, and chemical peels // Clin. Plast. Surg. 2016. Vol. 43, N 3. P. 583-595. Li Y., Zhang W., Gao J., Liu J. et al. Adipose tissue-derived stem cells suppress hypertrophic scar fibrosis via the p38/MAPK signaling pathway // Stem Cell Res. Ther. 2016. Vol. 7, N 1. P. 102. Lim Y.C., Chia S.Y., Jin S., Han W. et al. Dynamic DNA methylation landscape defines brown and white cell specificity during adipogenesis // Mol. Metab. 2016. Vol. 5, N 10. P. 1033-1041. Liu M., Lei H., Dong P., Fu X. et al. Adipose-derived mesenchymal stem cells from the elderly exhibit decreased migration and differentiation abilities with senescent Медицинские книги @medknigi properties // Cell Transplant. 2017 Apr 26. Louis F., Pannetier P., Souguir Z., Le Cerf D. et al. A biomimetic hydrogel functionalized with adipose ECM components as a microenvironment for the 3D culture of human and murine adipocytes // Biotechnol. Bioeng. 2017. Vol. 114, N 8. P. 1813-8124. Mansilla E., Díaz Aquino V., Zambon D., Marin G.H. et al. Could metabolic syndrome, lipodystrophy, and aging be mesenchymal stem cell exhaustion syndromes? // Stem Cells Int. 2011. Article ID 943216. Marangoni R.G., Masui Y., Fang F., Korman B. et al. Adiponectin is an endogenous anti-fibrotic mediator and therapeutic target // Sci. Rep. 2017. Vol. 7, N 1. Article ID 4397. Martins V., Gonzalez De Los Santos F., Wu Z., Capelozzi V. et al. FIZZ1-induced myofibroblast transdifferentiation from adipocytes and its potential role in dermal fibrosis and lipoatrophy // Am. J. Pathol. 2015. Vol. 185, N 10. P. 2768-2776. Mashiko T., Mori H., Kato H., Kuno S. et al. Semipermanent volumization by an absorbable filler: onlay injection technique to the bone // Plast. Reconstr. Surg. Glob. Open. 2013. Vol. 1, N 1. pii: e4-e14. McCulloch L.J., Rawling T.J., Sjöholm K., Franck N. et al. COL6A3 is regulated by leptin in human adipose tissue and reduced in obesity // Endocrinology. 2015. Vol. 156, N 1. P. 134-146. Na Y.K., Ban J.J., Lee M., Im W. et al. Wound healing potential of adipose tissue stem cell extract // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2017. Vol. 485, N 1. P. 30-34. Omi T., Sato S., Kawana S. Ultrastructural assessment of cellulite morphology: clues to a therapeutic strategy? // Laser Ther. 2013. Vol. 22, N 2. P. 131-136. Palmer A.K., Kirkland J.L. Aging and adipose tissue: potential interventions for diabetes and regenerative medicine // Exp. Gerontol. 2016. Vol. 86. P. 97-105. Pellegrinelli V., Carobbio S., Vidal-Puig A. Adipose tissue plasticity: how fat depots respond differently to pathophysiological cues // Diabetologia. 2016. Vol. 59, N 6. P. 1075-1088. Perfilyev A., Dahlman I., Gillberg L., Rosqvist F. et al. Impact of polyunsaturated and saturated fat overfeeding on the DNA-methylation pattern in human adipose tissue: a randomized controlled trial // Am. J. Clin. Nutr. 2017. Vol. 105, N 4. P. 991-1000. Petti C., Stoneburner J., McLaughlin L. Laser cellulite treatment and laser-assisted lipoplasty of the thighs and buttocks: combined modalities for single stage contouring of the lower body // Lasers Surg. Med. 2016. Vol. 48, N 1. P. 14-22. Медицинские книги @medknigi Pianez L.R., Custódio F.S., Guidi R.M., de Freitas J.N. et al. Effectiveness of carboxytherapy in the treatment of cellulite in healthy women: a pilot study // Clin. Cosmet. Investig. Dermatol. 2016. Vol. 9. P. 183-190. Rehan V.K., Sugano S., Wang Y., Santos J. et al. Evidence for the presence of lipofibroblasts in human lung // Exp. Lung Res. 2006. Vol. 32, N 8. P. 379-393. Rivera-Gonzalez G.C., Shook B.A., Andrae J., Holtrup B. et al. Skin adipocyte stem cell self-renewal is regulated by a PDGFA/AKT-signaling axis // Cell Stem Cell. 2016. Vol. 19, N 6. P. 738-751. Rossi A.M., Katz B.E. A modern approach to the treatment of cellulite // Dermatol. Clin. 2014. Vol. 32, N 1. P. 51-59. Rutkowski J.M., Davis K.E., Scherer P.E. Mechanisms of obesity and related pathologies // FEBS J. 2009. Vol. 276. P. 5738-5746. Rydén M. On the origin of human adipocytes and the contribution of bone marrowderived cells // Adipocyte. 2016. Vol. 5, N 3. P. 312-317. Sadick N.S., Dorizas A.S., Krueger N., Nassar A.H. The facial adipose system: its role in facial aging and approaches to volume restoration // Dermatol. Surg. 2015. Vol. 41, suppl. 1. P. S333-S339. Sanchez-Gurmaches J., Hung C.M., Guertin D.A. Emerging complexities in adipocyte origins and identity // Trends Cell Biol. 2016. Vol. 26, N 5. P. 313-326. Santosa S., Jensen M.D. The sexual dimorphism of lipid kinetics in humans // Front. Endocrinol. (Lausanne). 2015. Vol. 6. P. 103. Sasaki G.H. Single treatment of grades II and III cellulite using a minimally invasive 1,440-nm pulsed Nd:YAG laser and side-firing fiber: an institutional review boardapproved study with a 24-month follow-up period // Aesthetic Plast. Surg. 2013. Vol. 37, N 6. P. 1073-1089. Scallan J.P., Zawieja S.D., Castorena-Gonzalez J.A., Davis M.J. Lymphatic pumping: mechanics, mechanisms and malfunction // J. Physiol. 2016. Vol. 594, N 20. P. 5749-5768. Sherratt M.J. Body mass index and dermal remodeling // Exp. Dermatol. 2015. Vol. 24. P. 922-923. Shook B., Rivera Gonzalez G., Ebmeier S., Grisotti G. et al. The role of adipocytes in tissue regeneration and stem cell niches // Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2016. Vol. 32. P. 609-631. Smith U., Kahn B.B. Adipose tissue regulates insulin sensitivity: role of adipogenesis, de novo lipogenesis and novel lipids // J. Intern. Med. 2016. Vol. 280, N 5. P. 465-475. Медицинские книги @medknigi Stout M.B., Justice J.N., Nicklas B.J., Kirkland J.L. Physiological aging: links among adipose tissue dysfunction, diabetes, and frailty // Physiology (Bethesda). 2017. Vol. 32, N 1. P. 9-19. Sun K., Park J., Gupta O.T., Holland W.L. et al. Endotrophin triggers adipose tissue fibrosis and metabolic dysfunction // Nat. Commun. 2014. Vol. 5. Article ID 3485. Sun K., Tordjman J., Clément K., Scherer P.E. Fibrosis and adipose tissue dysfunction // Cell Metab. 2013. Vol. 18, N 4. P. 470-477. Tausch I., Kruglikov I. The benefit of dual-frequency ultrasound in patients treated by injection lipolysis // J. Clin. Aesthet. Dermatol. 2015. Vol. 8, N 8. P. 42-46. Tchkonia T., Morbeck D.E., von Zglinicki T., van Deursen J. et al. Fat tissue, aging, and cellular senescence // Aging Cell. 2010. Vol. 9. P. 667-684. Tchoukalova Y.D., Votruba S.B., Tchkonia T., Giorgadze N. et al. Regional differences in cellular mechanisms of adipose tissue gain with overfeeding // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2010. Vol. 107, N 42. P. 18 226-18 231. Vegiopoulos A., Rohm M., Herzig S. Adipose tissue: between the extremes // EMBO J. 2017. Vol. 36, N 14. P. 1999-2017. Wei W.H., Dong X.M., Liu C.G. In vitro investigation of self-assembled nanoparticles based on hyaluronic acid-deoxycholic acid conjugates for controlled release doxorubicin: effect of degree of substitution of deoxycholic acid // Int. J. Mol. Sci. 2015. Vol. 16, N 4. P. 7195-7209. Wollina U. Midfacial rejuvenation by hyaluronic acid fillers and subcutaneous adipose tissue - a new concept // Med. Hypotheses. 2015. Vol. 84, N 4. P. 327-330. Wollina U. Facial rejuvenation starts in the midface: three-dimensional volumetric facial rejuvenation has beneficial effects on nontreated neighboring esthetic units // J. Cosmet. Dermatol. 2016. Vol. 15, N 1. P. 82-88. Медицинские книги @medknigi Заключение Высочайший уровень экспериментальных работ в области клеточной биохимии, молекулярной биологии, генетики и эпигенетики, иммуноги-стохимии за последние 20-30 лет кардинально изменил облик современной медицины, которая во многих её разделах обрела статус естественной науки. Уже никого не удивляет появление молекулярной медицины, медицинской физики, физикохимической медицины и т.п. Эти названия отражают влияние физических и химических наук на современную медицину. В настоящей монографии сделана попытка с различных позиций рассмотреть на примере семейства коллагеновых белков всё многообразие процессов, протекающих в коже - самом большом органе человеческого организма. Особенность соединительной ткани заключается в малом количестве клеточных структур и большой массе межклеточного вещества, организованного в чётко упорядоченный биополимерный матрикс. Сравнительно недавно стало понятно, что такие физические характеристики, как растяжимость и прочность коллагеновых фибрилл межклеточного матрикса дермы, влияют на регулировку клеточных функций. В качестве доказательства биомеханического контроля функций фибробластов можно привести феномен ускорения заживления повреждений кожи на определённой стадии раневого процесса внешними механическими давлениями повязок, бинтов, накладок. Связано это с одной важнейшей особенностью, которая заключается в образовании фокальных (локальных) контактов клеток с коллагеновыми волокнами. Это приводит к увеличению площади цитоплазматической мембраны и росту активности прямого (в клетку) и обратного (из клетки) транспорта ключевых метаболитов. Эффективность протекания этих процессов непосредственно влияет на состояние кожных покровов. Некоторые матриксные структуры обладают пьезоэлектрическими свойствами и могут трансформировать электрические сигналы в механические и наоборот. Таким образом организуется очень важная биомеханическая регуляторная система взаимодействий «матрикс-клетка» и «клетка-матрикс». Сигналы из межклеточного вещества контролируют дифференцировку, полярность, миграцию, выживаемость клеток, которые выражаются в активации/замедлении синтезов фибробластами молекул для обновления матрикса. Динамический баланс между синтезом и распадом матриксных структур дермы играет решающую роль в сохранении здоровой кожи. Фрагментация биополимеров межклеточного вещества физическими и химическими факторами приводит к формированию жидкокристаллических структур. Обладая способностью к самоорганизации, спонтанному образованию упорядоченных состояний и высокой чувствительностью реагирования на сверхнизкие интенсивности физических сигналов и сверхмалые дозы химических реагентов, жидкокристаллические структуры могут влиять на биологические свойства ткани. Эта тема отдельных исследований, которые Медицинские книги @medknigi могут дать новую информацию об эффектах, происходящих при физических воздействиях на кожу в аппаратной косметологии и при использовании различных инъекционных методик в антивозрастной терапии. Вполне ожидаемо появление в ближайшей перспективе в арсенале врачейдерматокосметологов новых методов антивозрастной терапии, основанных на физических воздействиях на кожу и ПЖК. Использование лазерного излучения, радиочастотных токов, ультразвука, хотя и отличается аппаратурным оформлением, энергией и интенсивностью действия, глубиной проникновения в различные слои кожи, в сущности эксплуатирует одну особенность организма отвечать синтезом коллагеновых белков на травматические (локальный нагрев) процессы. Такие процедуры сопровождаются частичной денатурацией белков и поэтому показаны возрастным пациентам со стареющей кожей, содержащей повышенное количество дефектных коллагеновых структур. К сожалению, очень часто коммерческий интерес значительно опережает уровень научных исследований эффективности и безопасности применения подобных деструктивных методов физиотерапии. Существует тонкая грань, с переходом которой нарушается координация процессов синтеза и распада коллагеновых белков, что чревато развитием патологических состояний. Методы инъекционной косметологии (особенно это относится к биоревитализации комплексными препаратами ГК) в большинстве своём менее травматичны и основываются на молекулярных механизмах воздействия биоактивных соединений на биохимические процессы, протекающие в коже. Многие аминокислоты, витамины, короткие пептиды, микроэлементы имеют несомненный терапевтический потенциал в борьбе с признаками старения кожных покровов. Появившиеся в последнее время экспериментальные работы, основанные на методах иммуногистохимического анализа, по влиянию «малых» биоактивных молекул на экспрессию отдельных генов, кодирующих синтез некоторых белков (коллаген I, III типов, ММР и др.), позволяют надеяться на создание препаратов нового поколения для различных возрастных групп пациентов. Безусловно, это сложнейший поисковый процесс - выделить из огромного числа биоактивных молекул соединения, которые наиболее подходят для конкретного случая. Подобные работы ведутся в некоторых научных центрах. Например, в ведущем американском Институте Брода в Кембридже (штат Массачусетс) собирают данные о том, как меняется активность генов в различных культурах клеток человека, обработанных «малыми» молекулами, как синтезированными, так и природного происхождения. Создание чего-то подобного для целей косметической дерматологии, несомненно, представляет глобальный научный и практический интерес. Медицинские книги @medknigi
