4 курс / Дерматовенерология / КОЛЛАГЕН_В_КОСМЕТИЧЕСКОЙ_ДЕРМАТОЛОГИИ_

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» HIF-

1α (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

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