КАК ВОЗРАСТ И УЛЬТРАФИОЛЕТ МЕНЯЕТ СОДЕРЖАНИЕ ВОДЫ В КЛЕТКАХ КОЖИ?

10.12.2019

Как известно, увлажненность кожи с возрастом уменьшается — и здесь против нас играет как хронологическое, естественное старение, так и фотостарение. Однако говоря об увлажненности кожи, зачастую мы подразумеваем наличие воды в межклеточном пространстве. В то же время, ухудшение барьерной функции эпидермиса с повышением трансэпидермальной потери воды и постоянное воздействие на кожу сухой окружающей среды может привести не только к потере внеклеточной воды, но также к потере воды из кератиноцитов.

Водный гомеостаз жизненно важен для всех клеточных функций, его поддержание имеет огромное значение, а сильное обезвоживание клеток может привести к гибели их самих и всего организма в целом. Один из ключевых механизмов поддержания водного гомеостаза обеспечивается переносом через клеточную мембрану определенных веществ — так называемых органических осмолитов, способных транспортировать вместе с собой воду.

Органические осмолиты обладают уникальными биофизическими и биохимическими свойствами. В частности, они способны накапливаться внутри клеток в значительных концентрациях, не вызывая при этом изменений гомеостаза, структуры и функции клетки — в отличие от неорганических осмолитов (ионов натрия и калия, мочевины и др.), накопление которых существенно меняет многие параметры гомеостаза в клетках и может повреждать их. Например, высокая концентрация внутри клетки неорганических ионов может вызвать денатурацию белков, а небольшие изменения концентрации электролитов внутри клетки изменяют ее мембранный потенциал, скорость ферментативных реакций и транспорт ионов через мембрану.

Основными органическими осмолитами в тканях человека являются миоинозитол, бетаин и таурин. Эти осмолиты транспортируются в клетки в условиях водного стресса и могут накапливаться в высоких концентрациях, предотвращая тем самым дальнейшую потерю воды из клеток. И наоборот, если клетки находятся под угрозой чрезмерного набухания, осмолиты активно откачиваются из клеток. Эти механизмы позволяют перемещать осмолиты и молекулы воды через клеточную мембрану через специальные белки-транспортеры: BGT-1 для бетаина, SMIT и HMIT - миоинозитола, TAUT — преносчик таурина, и инициируют восстановление объема клеток в ответ на осмотические колебания. Как накопление, так и потеря клеткой органических осмолитов — это медленный поэтапный процесс, который может занимать несколько часов или даже дней, что позволяет защитить клетку от слишком резких колебаний объема и предотвратить таким образом возможные повреждения ее структуры и функций

Несмотря на большое количество исследований и разнообразие подходов к изучению физиологии клеток кожи, механизмов обеспечения водного гомеостаза, многое до сих пор остается неясным, в частности, как именно старение клеток влияет на эти процессы. Также функция органических осмолитов в клетках эпидермиса оставалась до недавнего времени малоизученной.

В начале 2019 г. группа британских ученых из Центрального Университета Манчестера и Манчестерского академического центра наук о здоровье выдвинула предположение, что старение (как естественное хронологическое, так и внешнее, спровоцированное воздействием агрессивных факторов окружающей среды, в особенности УФ-излучением) оказывает влияние на уровень транскрипции генов, кодирующих белки-переносчики органических осмолитов. Для того, чтобы подтвердить свою гипотезу, они исследовали in vivo культуры клеток кожи, взятые от молодых и пожилых здоровых добровольцев с участков тела как подверженных постоянному воздействию УФ-излучения (предплечье), так и защищенных от этого воздействия (ягодицы). Результаты их исследования были опубликованы в журнале Aging Cell в октябре 2019 г.

В результате ученые обнаружили уменьшение размера кератиноцитов у возрастных пациентов по сравнению с молодыми. Одновременно с этим в пожилых фотоповрежденных клетках отмечалось существенное уменьшение экспрессии SMIT и TAUT, в то время как молодые клетки, подвергшиеся воздействию УФ, не показали большой разницы в уровнях TAUT.

Помимо того, было изучен эффект однократного 72-х часового воздействия сымитированного солнечного излучения на кожу ягодиц как у молодых, так и у пожилых добровольцев. Во всех образцах было выявлено значительное снижение экспрессии всех трех белков-переносчиков, а также снижение объема клеток на 19% по сравнению с первоначальным.

Кроме того, было показано, что после уменьшения объема клеток в гипертонической среде, восстановление первоначального объема происходило быстрее в присутствии органических осмолитов как в молодых, так и подвергшихся старению кератиноцитах, в особенности этот эффект выражен у таурина.

Таким образом, кератиноциты имеют определенные паттерны экспрессии генов, кодирующих белки-переносчики осмолитов, которые меняются по мере старения и подвержены влиянию агрессивных факторов окружающей среды, в первую очередь УФ-излучения. Дополнительное введение органических осмолитов, в клетки, уже подвергшиеся старению либо воздействию УФ-излучения, улучшает их барьерные функции и повышает способность к восстановлению. Кроме того, получается, что активная экспрессия переносчиков таурина позволяет (среди прочих факторов) молодым клеткам кожи значительно лучше и быстрее справляться со стрессом, вызванным воздействием УФ-излучения.

Эти находки проливают свет на механизм развития возрастных изменений в коже, а также открывают потенциал для разработки новых подходов к лечению и профилактике проявлений старения кожи, дальнейшего изучения и разработки лекарственных средств и, как лечебной, так и солнцезащитной косметики на основе органических осмолитов, в первую очередь таурина.

Более подробно об исследовании вы сможете прочитать в первом номере журнала «Косметика и медицина», который выйдет в 2020 году. А пока приглашаем всех, кто еще не читал последний, ознакомиться с уже доступной (и очень интересной) информацией.

Источники:

Foster A.R., El Chami C.E., O’Neill Ch. Osmolyte transporter expression is reduced in photoaged human skin: Implications for skin hydration in aging. Aging Cell 2019;00:e13058.
Gunn D.A., Dick J.L., Van Heemst D., Griffiths C.E. Lifestyle and youthful looks. British Journal of Dermatology. 2015; 172(5), 1338-1345.
El Chami C., Haslam I.S., Steward M.S., O’Neil C.A. Role of organic osmolytes in water homeostasis in skin. Experimental Dermatology. 2014; 23(8), 534-537.