Колаген и стареене
Aloha Bulgaria
Колаген
Колагенът е сред най-разпространените влакнести протеини и изпълнява различни механични функции, особено при бозайниците. Той съставлява основна част от сухожилията и лигаментите, по-голямата част от органичната матрица в костите и дентина (зъбната структура); присъства в кожата, артериите, хрущялите и в голяма част от извънклетъчната матрица като цяло [Fratzl 2008].
Ролята на повредения колаген при стареенето на кожата
Доказано е, че излагането на култивирани фибробласти от фотоувредена или слънцезащитена кожа на частично деградирал колаген тип I (произведен от ин витро третиране на колаген със смес от ММР от човешка кожа) инхибира проколаген синтез. Сред колагеновите фрагменти, не малки, а големи фрагменти от разпадането на колаген от тип I, негативно регулират синтеза, което предполага, че фрагментите с високо молекулно тегло от колаген тип I служат като негативни регулатори на синтеза на колаген тип I и че по-нататъшното влошаване на ММР-1-разцепен колаген от MMP-9 може да облекчи това инхибиране.
По този начин, предизвиканите от UV ММР повреждат дермата чрез два свързани механизма: пряко разграждане на колагена и непряко инхибиране на колагенови фрагменти, открити във фотостареещата кожа вероятно също са действащи при възрастната кожата и се наслагват върху присъщия спад на действие на синтетичния колаген. Ролята на ММР-повреден колаген при инхибиране на нов синтез на колаген ин виво не е известна. Въпреки това, тъй като скоростта на синтеза на колагена е пропорционална на нивото на механичното напрежение, предполагаме, че увредените колагенови фибрили са по-податливи от естествените фибрили. Фибробластите
взаимодействат с повредените колагенови фибрили, клетките изпитват по-малко съпротивление и следователно по-малко механично напрежение, което води до намален синтез на проколаген [Rigel и други, 2004].
Измененията в колагена, основния структурен компонент на кожата, са били предположени като причина за клиничните промени, наблюдаваните при фотостареещата и естествено стареещата кожа. Дермата съдържа предимно колаген тип I (85% -90%) с по-малки количества от колаген тип III (10% -15%). Дермалните фибробласти синтезират отделните полипептидни вериги на колаген типове I и III като прекурсорни молекули, наречени проколаген. По време на образуването на неразтворими колагенови фибрили, специфични протеази разцепват карбокси- и амино терминални територии, което води до увеличаване на рN колагена (проколаген, от който карбокси терминал пропептидът е разцепен) и съответно рС колаген (проколаген от които амино терминал пропептидът е разцепен). Защото проколаген тип I и тип III, рN колагени и рC колагени са прекурсори на молекули на зрял колаген, техните нива като цяло отразяват нивото на синтезата на колаген.
Изследванията показват, че UV-радиацията индуцира синтеза на матрични металопротеинази (ММР) в човешката кожа ин виво. Те предложиха, че MMP-медиираното колагеново разрушение е отговорно, в голямата си част, за щетите на съединителната тъкан, които се проявяват при фотостареене. В допълнение, същата група от изледователи съобщи, че тип I и тип III нива проколаген са значително по-ниски при тежко фотоувредена човешка кожа. По този начин, изследователите заявиха, че синтезът на колаген се намалява повече при фотостареещата човешка кожа, отколкото при естествено остаряващата кожа. Предполага се, че може да възникне такава повреда на колагена при естествено стареене на кожата, както при фотостареенето при повишаване на металпротеиназното изражение с едновременното намаляване на колагеновия синтез. Учените съобщиха, че с увеличаване на възрастта, нивата на ММР стават по-високи и синтезът на колаген става по-нисък при защитената от слънце човешка кожа ин виво [Chung и други, 2001].
През последните 15 години, патогенезата на UV-облъчването, причинаващо повреда на колагена, е добре изяснена и характеризирана. Например, известно е, че излагането на UV-облъчване значително надрегулира синтеза на няколко типа колагено-разграждащи ензими, известни като матрични металопротеинази (MMPs). Първо, излагането на ултравиолетови лъчи води до увеличаване на размера на транскрипционния фактор с-връзки; друг транскрипционен фактор, включен в тази механическа верига, вече е в изобилие, без излагане на ултравиолетови лъчи. Активаторът протеин-1 (АР-1) след това се формира чрез комбиниране на c-jun и cfos. Промени в АР-1 активността, дължаща се на промени в експресията на АР- 1 членове на семейството, пост-транслационна модификация или и двете, се появяват в отговор на голямо разнообразие от сигнали, включително UV-лъчение. На свой ред, АР- 1 активира гените ММР, които стимулират производството на колагеназа, желатиназа и стромелизин. Разграждането на колагена се медиира от AP-1 активиране и чрез инхибиране на
сигнален трансформиращ растежен фактор (TGF)β [Lim, Honigsmann, Hawk, 2013; Malvi, 2011].
Изследвания на хора показват, че в рамките на часове на излагане на UVB, са произведени ММР, специално колагеназа и желатиназна. Многократните излагания на UVB пораждат трайна индукция на ММР. Като се има предвид, че колагеназата атакува и разгражда колагена, дългосрочното повишение на нивата на колагеназна и други металопротеинази вероятно пораждат дезорганизиран и слегнал колаген, идентифициран при фотостареещата кожа. По-специално, тези ММР може да представляват механизма, чрез който колаген I намалява в резултат на излагане на ултравиолетовите лъчи.
Чрез характеризиране на широкообхватните последици от UV при активиране на повърхностен фактор на клетъчен растеж и рецептори на цитокини, изследователите са успели да установят, че стареенето на кожата (присъщо и неприсъщо) е белязано от повишена AP-1 активност и MMP изразяване, инхибирана TGFβ сигнализация, както и намален синтез на колагена и по-голямо разграждане на колагена. Тези промени могат да бъдат обострени при форостареенето на кожата [Malvi, 2011].