Добрянская Лея Ивановна
Врач антивозрастной медицины, дерматолог, косметолог, сертифицированный тренер компании КитМед, главный врач клиники Вирсавия, г. Москва

Как известно, связь между клетками и их поверхностными белками жизненно необходима. Полный набор взаимодействий между молекулами в отдельной клетке обозначается термином «интерактом» [1]. Это обширная сеть, состоящая из белок-белковых взаимодействий и множества других межмолекулярных связей. В интерактоме человека насчитывается около 130 000–600 000 белок-белковых взаимодействий [2]. Белок-белковые взаимодействия модулируют сигнальные пути и необходимы для выполнения клеткой присущих ей функций. Некоторые клеточные процессы, такие как транскрипция, трансляция, трансдукция и репликация, катализируются белок-белковыми взаимодействиями [3]. В живых клетках белок-белковые взаимодействия и белки играют роль функциональных и строительных блоков. Нарушения в центральном узле/хабе сети белок-белковых взаимодействий могут привести к развитию инфекционных, нейродегенеративных и онкологических заболеваний, а также нарушений клеточного гомеостаза [4]. Благодаря этим свойствам белок-белковые взаимодействия являются привлекательными терапевтическими мишенями и служат целью для разработки новых лекарств и диагностических методов [5]. Одним из терапевтических агентов, способных вмешаться в белок-белковые взаимодействия, служат белковые фрагменты — пептиды.

Пептиды — биоактивные соединения на медицинской службе

Пептиды — это молекулы, содержащие 2–100 аминокислотных остатков, соединенных амидными (пептидными) связями [6, 7]. Пептиды могут рассматриваться как полипептиды или олигопептиды в зависимости от количества присутствующих аминокислотных остатков. Предполагается, что молекула полипептидов содержат до 100 аминокислотных остатков, в то время как олигопептидов (коротких пептидов) — до 10. Макромолекулы, содержащие более 100 аминокислотных остатков, называются белками. Однако следует отметить, что по классификации Международного союза теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry; IUPAC) «короткие» пептиды состоят из 10–20 аминокислотных остатков, тогда как «полипептиды» включают 20 и более аминокислотных остатков [8]. Более того, существует группа ультракоротких пептидов, которые, согласно некоторым литературным данным, состоят всего из 2–7 аминокислотных остатков [9].

В соответствии с химической основой и сходством с эндогенными пептидными молекулами терапевтические пептиды подразделяются на нативные, аналоговые и гетерологичные. Нативные пептиды имеют ту же последовательность аминокислотных остатков, что и природные пептиды. Аналоговые пептиды — модифицированные или замещенные версии природных пептидов с улучшенными лекарственными свойствами. Гетерологические пептиды были открыты независимо от природных пептидов, например, при помощи фагового дисплея или других методов [10]. (Фаговый дисплей — это лабораторный метод изучения белок-белковых, белок-пептидных и ДНК-белковых взаимодействий, использующий бактериофаги для того, чтобы соотнести белки и генетическую информацию, кодирующую их. — Прим. ред.)

Пептиды входят в состав белков и участвуют практически во всех биологических функциях. Являясь внутренними сигнальными молекулами, пептиды не вызывают нежелательного аутоиммунного ответа, обладают высокой избирательностью и специфичностью, а также способны проникать через клеточные мембраны [1, 7, 8].

Молекулярные мишени терапевтических пептидов

Многие эндогенные пептиды и их аналоги были разработаны в качестве потенциальных терапевтических средств. Таким образом, рецепторы пептидных гормонов являются логичными мишенями для пептидных препаратов [10]. Сопряженные с G-белком рецепторы (G-protein coupled receptor; GPCR) представляют собой самый большой класс лекарственных мишеней для пептидов. Хотя это доминирование со временем сократилось, более 40% пептидов, одобренных для клинического применения с 2010 г., были направлены на GPCR. Рецепторы клеточной поверхности, не относящиеся к GPCR, включая рецепторы натрийуретических пептидов и рецепторы цитокинов с эндогенными белковыми лигандами, ионные каналы, структурные белки, молекулы адгезии и секретируемые ферменты также являются востребованными мишенями.

В современной литературе имеются подтверждения того, что короткие пептиды способны регулировать экспрессию генов. Известно, что ядро эукариотических клеток имеет систему нуклеопор, образованных белковыми комплексами — нуклеопоринами. Внутренний диаметр нуклеопор составляет около 50 нм. Следовательно, они проницаемы для свободно диффундирующих низкомолекулярных веществ с молекулярной массой до 3500 Да. Таким образом, короткие пептиды по своим физико-химическим характеристикам (заряд, размер, гидрофобность) могут проникать через цитоплазматическую и ядерную мембрану клетки и взаимодействовать с ДНК [11].

Способностью влиять на обмен и воспроизведение генетической информации обладают цитомедины — пептидные комплексы, выделенные из органов и тканей животных.

Исследования биологической активности цитомединов, полученных из тканей различных органов, продемонстрировали специфичность их действия по отношению к клеточным популяциям, которые являются их источником. Результаты исследований указывают на участие цитомединов в регуляции клеточной дифференцировки и пролиферации, а также на их способность изменять функциональную активность генома в различных фазах клеточного цикла [6].

В ходе дальнейших экспериментальных исследований in vitro и in vivo были установлены иммуномодулирующие, антиканцерогенные и геропротекторные эффекты цитомединов [12]. Многочисленные исследования продемонстрировали специфическое взаимодействие ДНК с пептидами-цитомединами [13, 14]. Пептиды EDR, AEDG, AEDL, KEDW, AEDR и KEDG могут связываться с гистоновыми белками H1, H2b, H3 и H4, повышая транскрипционную доступность промоторных зон генов (рис. 1) [15]. Пептиды KE, AEDG и AEDL стимулируют экспрессию семейств генов CLE, KNOX1 и GFR, участвующих в дифференцировке клеток растений Nicotiana tabacum [16]. Пептиды KE, AED, KED и AEDG регулируют экспрессию генов нейрогенеза (NES, TUBBIII, DCX, GAP43, SUMO), старения (P16, P21), функциональной активности (IFG1, FOXO1, TERT, TNKS2, NFKB) и циркадных ритмов (CLOCK, CSNK1E, CRY2) в стволовых клетках и лимфоцитах крови человека посредством специфических ДНК-пептидных взаимодействий и/или связывания с гистонами H1/3 и H1/6 [17, 18] (рис. 2).

Эти исследования позволили сделать вывод, что биологическое действие пептидов основано на их способности регулировать экспрессию генов и синтез белков посредством таких ДНК-пептидных взаимодействий. Короткие пептиды стимулируют пролиферацию, дифференцировку и подавляют апоптоз клеток, что приводит к восстановлению функций различных органов при патологии и старении. Введение пептидов способствует снижению частоты развития рака и увеличению средней и максимальной продолжительности жизни животных. В ходе лабораторных исследований выявлена способность пептидов увеличивать физиологический ресурс клеток, тканей и организма до 20–42% [6].

Биологическое действие пептидов основано на их способности регулировать экспрессию генов и синтез белков. Короткие пептиды стимулируют пролиферацию, дифференцировку и подавляют апоптоз клеток, что приводит к восстановлению функций различных органов при патологии и старении. В ходе лабораторных исследований выявлена способность пептидов увеличивать физиологический ресурс клеток, тканей и организма до 20–42%.

Применение коротких пептидов для улучшения структурно-функционального состояния кожи

С целью поддержания функций кожи применяют короткие пептиды, способные проникать через интактный роговой слой эпидермиса и оказывать влияние на клетки дермы. Короткие пептиды являются веществами, участвующими в естественных метаболических реакциях клеток, многие из них обладают геропротекторными свойствами [19].

В международных базах данных имеется информация о 4 функциональных группах пептидов, способных улучшить состояние кожи:

• пептиды-иммуномодуляторы (α- и β-дефензины, пептиды на основе факторов роста и цитокинов);
• пептиды, восстанавливающие гомеостаз внеклеточного матрикса (матрикины — GNK, GEK, KTTKS, KFK, KVK, VGVAPG, карнозин, «коллагеновые» пептиды);
• пептиды — блокаторы нервно-мышечной передачи (EEMQRRA, GQMQRR);
• полифункциональные пептиды, участвующие в регуляции гомеостаза внеклеточного матрикса, пролиферации и апоптоза фибробластов кожи, иммунопротекции, обладающие антиоксидантным и вазопротекторным действием (ультракороткие пептиды KE, AED, AEA, KED, AcSDKP, AEDG) [20].

Пептиды-иммуномодуляторы

К пептидам-иммуномодуляторам относятся α- и β-дефензины. Их основная функция — уничтожение бактерий, поглощенных при фагоцитозе.

Согласно исследованиям, дефензины активируют LGR6-положительный локус стволовых клеток, служащих источником большинства новых эпидермальных клеток в процессе заживления ран. Применение дефензинов у женщин среднего и пожилого возраста позволяло достичь статистически значимого уменьшения пор, выраженности поверхностных морщин, жирности и пигментации кожи по сравнению с группой участников, использовавших плацебо. Авторы полагают, что применение дефензинов активирует дифференцировку стволовых клеток в эпидермальном направлении [21]. Описан пептид Bodyfensin (acetyl-arginylphenylglycyl-phenylglycine), способствующий усилению барьерной функции кожи посредством активации синтеза β-дефензинов человека. Также был выделен олигопептид-34, проявляющий противовоспалительные свойства и снижающий пролиферацию активных Т-клеток в коже [22].

Пептиды, восстанавливающие гомеостаз внеклеточного матрикса

Пептиды — стимуляторы синтеза компонентов внеклеточного матрикса (ВКМ) — матрикины — представляют собой короткие пептиды, открытые в процессе изучения механизмов заживления ран. Матрикины образуются при ферментативном гидролизе фрагментов белков ВКМ (коллагена, эластина, фибронектина) на стадии очищения ран перед их заживлением. Они выполняют функцию аутокринных и паракринных сигнальных молекул при ремоделировании ВКМ.

Матрикины способны модулировать пролиферацию, миграцию и апоптоз клеток. Благодаря небольшому размеру молекул матрикины могут проникать через роговой слой кожи. В настоящее время в литературе описаны следующие матрикиноподобные пептиды: GHK, GEKG, KTTKS, KFK, KVK, VGVAPG [19].

Пептиды — блокаторы нейромышечной передачи

Пептиды — стимуляторы синтеза компонентов внеклеточного матрикса (ВКМ) — матрикины — представляют собой короткие пептиды, открытые в процессе изучения механизмов заживления ран. Матрикины образуются при ферментативном гидролизе фрагментов белков ВКМ (коллагена, эластина, фибронектина) на стадии очищения ран перед их заживлением. Они выполняют функцию аутокринных и паракринных сигнальных молекул при ремоделировании ВКМ.

Матрикины способны модулировать пролиферацию, миграцию и апоптоз клеток. Благодаря небольшому размеру молекул матрикины могут проникать через роговой слой кожи. В настоящее время в литературе описаны следующие матрикиноподобные пептиды: GHK, GEKG, KTTKS, KFK, KVK, VGVAPG [19].

Полифункциональные пептиды

В Санкт-Петербургском институте биорегуляции и геронтологии были выделены из экстрактов и затем синтезированы ультракороткие пептиды, регулирующие функции фибробластов кожи: KE (Lys-Glu), AED (Ala-Glu-Asp), AEDG (Ala-Glu-Asp-Gly). Эти пептиды являются физиологически активными компонентами полипептидных комплексов эпифиза, хрящей и тимуса [24]. Посредством физико-химических методов и молекулярного моделирования установлено, что ультракороткие пептиды могут комплементарно связываться с определенными последовательностями двунитевой ДНК в составе нуклеосомы. Это связывание в промоторной области генов приводит к регуляции их экспрессии и синтеза соответствующих белков (табл. 1) [25].

Таблица 1. Пептиды-регуляторы функции фибробластов кожи

Для изучения геропротекторного действия пептидов в отношении фибробластов кожи было проведено клиническое исследование с участием 45 женщин среднего и пожилого возраста [20].

Участницы исследования были разделены на 3 группы по 15 человек:

• группа 1 (лекарственный электрофорез пептидов KE, AED, AEDG на область кожи лица 1 р/нед 8 нед);
• группа 2 (лекарственный электрофорез пептидов + перорально полипептидный комплекс эпифиза и хрящей по 2 капсулы в день в течение 8 нед);
• контрольная группа (физиологический раствор методом лекарственного электрофореза на область кожи лица, 1 р/нед в течение 8 нед).

Для оценки эффектов проведенной терапии использовалось анкетирование. Критериями оценки при анкетировании служили ощущение сухости кожи, цвет от нормального до тусклого, поверхностный рельеф кожи, гладкость, наличие расширенных капилляров, выраженность морщин, пигментных пятен.

По данным опросника, дерматологический индекс качества жизни после применения пептидов у женщин среднего возраста вырос в 2 раза, а у пациенток пожилого возраста на 30% возрастала удовлетворенность качеством и внешним видом кожи. По данным сканограмм УЗИ, у женщин среднего возраста групп 1 и 2 толщина дермы повысилась соответственно на 20 и 33% по сравнению с контролем.

Толщина эпидермиса у женщин среднего и пожилого возраста группы 2 увеличилась соответственно на 50 и 15%. У женщин пожилого возраста групп 1 и 2 толщина эпидермиса повысилась соответственно на 19 и 38% по сравнению с контролем [20].

Согласно полученным результатам, короткие пептиды KE, AED, AEDG могут взаимодействовать с промоторами генов, кодирующих белки (Sirt1, Sirt6, p16, CD98hc, коллаген I типа) — маркеры функциональной активности фибробластов кожи. Это способствует нормализации функций фибробластов кожи при репликативном старении. По данным анкетирования и оценки толщины эпидермиса и дермы методом УЗИ, полипептидные комплексы и входящие в их состав короткие пептиды KE, AED, AEDG повышают толщину эпидермиса и дермы у женщин среднего и пожилого возраста.

Таким образом, короткие пептиды являются перспективным терапевтическим средством, способным улучшить структурно-функциональное состояние кожи за счет запуска процессов синтеза компонентов внеклеточного матрикса.

Повышение регенераторного потенциала кожи при помощи комплекса коротких пептидов как этап подготовки к косметологическим процедурам

Способность коротких пептидов оказывать благоприятное модулирующее действие на пролиферацию и дифференцировку клеток, а также их антиоксидантное и стресспротекторное действие могут быть использованы с целью повышения регенераторного потенциала кожи на этапах ее подготовки к малоинвазивным процедурам и последующей реабилитации.

Пептидные комплексы эпифиза, хрящей и тимуса, содержащие полифункциональные пептиды — регуляторы функции фибробластов кожи, легли в основу создания Химико-биологическим объединением «Фирма ВИТА» линейки биоактивных добавок к пище. Клиническая эффективность комплексов была изучена в Медицинском центре Санкт-Петербургского института биорегуляции и геронтологии (табл. 2).

Таблица 2. Биологически активные добавки к пище, содержащие полифункциональные пептиды — регуляторы функциональной активности фибробластов

Заключение

Пептиды характеризуются широким спектром биологической активности: они модулируют функции эндокринной, нервной и иммунной систем за счет регуляции экспрессии генов и синтеза белков. Комплексы пептидов могут применяться с лечебно-профилактической целью в виде биологической добавки к пище на этапах подготовки к малоинвазивным косметологическим процедурам и последующей реабилитации с целью повышения регенераторного потенциала кожи, усиления функциональной активности фибробластов и снижения риска нежелательных явлений.

Литература

1. Chavda V.P., Solanki H.K., Davidson M., et al. Peptide-Drug Conjugates: A New Hope for Cancer Management. Molecules 2022; 27(21): 7232.
2. Scafuri N., Soler M.A., Spitaleri A., Rocchia W. Enhanced Molecular Dynamics Method to Efficiently Increase the Discrimination Capability of Computational Protein-Protein Docking. J Chem Theory Comput 2021; 17(11): 7271–7280.
3. De Las Rivas J., Fontanillo C. Protein-Protein Interactions Essentials: Key Concepts to Building and Analyzing Interactome Networks. PLoS Comput Biol 2010; 6(6): e1000807.
4. Rao V.S., Srinivas K., Sujini G.N., Kumar G.N.S. Protein-protein interaction detection: Methods and analysis. Int J Proteom 2014; 2014: 147648.
5. Chavda V.P., Patel Z., Parmar Y., Chavda D. In Silico Protein Design and Virtual Screening. Comput Bioinform 2021; 5: 85–99.
6. Khavinson V.K., Popovich I.G., Linkova N.S., et al. Peptide Regulation of Gene Expression: A Systematic Review. Molecules 2021; 26(22): 7053.
7. Zaky A.A., Simal-Gandara J., Eun J.B., et al. Bioactivities, Applications, Safety, and Health Benefits of Bioactive Peptides From Food and By-Products: A Review. Front Nutr 2022; 8: 815640.
8. Apostolopoulos V., Bojarska J., Chai T.T., et al. A Global Review on Short Peptides: Frontiers and Perspectives. Molecules 2021; 26(2): 430.
9. Ni M., Tresset G., Iliescu C., Hauser C.A.E. Ultrashort Peptide Theranostic Nanoparticles by Microfluidic-Assisted Rapid Solvent Exchange. IEEE Trans NanoBiosci 2020; 19(4): 627–632.
10. Lau J.L., Dunn M.K. Therapeutic Peptides: Historical Perspectives, Current Development Trends, and Future Directions. Bioorg Med Chem 2017; 26(10): 2700–2707.
11. Хавинсон В.Х., Линькова Н.С., Тарновская С.И. Короткие пептиды регулируют экспрессию генов. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины 2016; 162(8): 259–264.
12. Khavinson V.K. Peptide medicines: Past, present, future. Klin Med 2020; 98(3): 165–177.
13. Ashapkin V., Khavinson V., Shilovsky G., et al. Gene expression in human mesenchymal stem cell aging cultures: Modulation by short peptides. Mol Biol Rep 2020; 47(6): 4323–4329.
14. Sinjari B., Diomede F., Khavinson V., et al. Short peptides protect oral stem cells from ageing. Stem Cell Rev Reps 2020; 16(1): 159–166.
15. Fedoreyeva L.I., Smirnova T.A., Kolomijtseva G.Y., et al. Interaction of short peptides with FITC-labeled wheat histones and their complexes with deoxyribooligonucleotides. Biochemistry 2013; 78(2): 166–175.
16. Fedoreyeva L.I., Dilovarova T.A., Ashapkin V.V., et al. Short Exogenous Peptides Regulate Expression of CLE, KNOX1, and GRF Family Genes in Nicotiana tabacum. Biochemistry 2017 ;82(4): 521–528.
17. Khavinson V., Diomede F., Mironova E., et al. AEDG Peptide (Epitalon) Stimulates Gene Expression and Protein Synthesis during Neurogenesis: Possible Epigenetic Mechanism. Molecules 2020; 25(3): 609.
18. Khavinson V.K., Linkova N.S., Umnov R.S. Peptide KED: Molecular-Genetic Aspects of Neurogenesis Regulation in Alzheimer’s Disease. Bull Exp Biol Med 2021; 171(2): 190–193.
19. 1Хавинсон В.Х., Линькова Н.С., Дятлова А.С. и др. Короткие пептиды: регуляция функций кожи при старении. Успехи геронтологии 2020; 33 (1): 46–54.
20. Линькова Н.С., Фридман Н.В., Гутоп Е.О. и др. Ультракороткие пептиды: молекулярные клинические аспекты биологической активности. IV Международная научная конференция «Фундаментальные и прикладные аспекты медицинской приматологии». Россия, Адлер, 01–03.11.2021: Сборник статей. С. 69–73.
21. Taub A., Bucay V., Keller G., et al. Multi-Center, Double-Blind, Vehicle-Controlled Clinical Trial of an Alpha and Beta Defensin-Containing Anti-Aging Skin Care Regimen With Clinical, Histopathologic, Immunohistochemical, Photographic, and Ultrasound Evaluation. J. Drugs Dermat 2018; 17(4): 426–441.
22. Газитаева З.И., Чеонг Й., Линькова Н.С. и др. Молекулярная морфология кожи. Оптимизация диагностики старения и изучения пептидных геропротекторов. СПб.: Свое издательство, 2015.
23. Фридман Н.В., Фетисова Н.В. Обзор пептидов, применяемых в дерматокосметологии. Успехи геронтол 2015; 28(4): 769–774.
24. Хавинсон В.Х. Лекарственные пептидные препараты: прошлое, настоящее, будущее. Клиническая медицина 2020; 98(3): 165–177.
25. Kolchina N., Khavinson V., Linkova N., et al. Systematic search for structural motifs of peptide binding to double-stranded DNA. Nucleic Acids Research 2019; 47(20): 10553–10563.
26. Фридман Н.В., Линькова Н.С., Кожевникова Е.О. и др. Сравнительное влияние пептидов KE и AED на функциональную активность фибробластов кожи человека при их репликативном старении. Клеточные технологии в биологии и медицине 2020; 3: 197–201.

Статья опубликована в журнале «Косметика и медицина Special Edition 2023» №2/2023

На правах рекламы