.
Источники свободных радикалов в меланоцитах
Одной из причин связанного с возрастом поседения волос является повреждение клеток, вызванное воздействием ультрафиолета и АФК. Седеющие волосяные фолликулы человека содержат меланоциты с накопленными эффектами окислительного стресса. АФК в меланоцитах вырабатываются по внешним причинам (к ним относятся химические и механические факторы окружающей среды) или в результате меланогенеза[349].
На некоторых стадиях производства меланина вырабатывается перекись водорода и другие свободные радикалы. Поскольку меланоциты производят меланин на протяжении всей жизни, они гораздо больше подвержены окислительному стрессу, чем, например, кератиноциты[350][351]. Действительно, «обычная» делеция митохондриальной ДНК (маркер окислительного стресса) встречается в седеющих волосяных фолликулах чаще, чем в соответствующих пигментированных фолликулах, а гибель меланоцитов из-за окислительного стресса в седеющих фолликулах увеличивается[352].
Высокая меланогенная активность в меланоцитах в течение десяти лет приводит к образованию большого количества АФК. Уровень меланогенеза фолликулов регулируется за счет антиоксидантной системы переноса электронов. Если АФК не удалить должным образом, они будут вызывать окислительный стресс как в самом меланоците, так и в высокопролиферативном эпителии волосяной луковицы в стадии анагена[353]. Окислительный стресс, вызванный УФ, психоэмоциональным или воспалительным стрессом, суммируется с внутренним окислительным стрессом, за счет чего подавляется антиоксидантная активность меланоцитов и ускоряется накопление терминальных повреждений в стареющих волосяных фолликулах[354][355].
Облучение человеческих волосяных фолликулов ex vivo УФ-B нарушало процесс удлинения стержня волоса и меланогенеза в фолликуле и индуцировало преждевременный катаген. Это происходило как за счет апоптоза, так и за счет некроза. Первыми необратимо повреждались меланоциты волосяной луковицы, в то время как кератиноциты активно и эффективно производили стержень волоса. Относительно эффективная защита последних от старения связана с более высокой активностью их антиоксидантных ферментов по сравнению с меланоцитами[356].
Механизмы борьбы клетки со свободными радикалами
С возрастом антиоксидантная система меланоцитов ослабевает. Поскольку в тканях, подверженных окислительному стрессу, мутации происходят с большей скоростью и с возрастом накапливаются, индукция репликативного старения и апоптоза является важным защитным механизмом от трансформации клеток[357]. Таким образом, переход меланогенных меланоцитов в постмитотическое дифференцированное состояние необходим, чтобы предотвратить опасную для их жизни трансформацию[358][359][360][361].
Внутри меланоцитов уровень АФК регулируется местной антиоксидантной системой, а именно:
• каталазой, сниженная активность которой приводит к повышенному накоплению перекиси водорода в фолликулярных меланоцитах и, следовательно, к их усиленному старению по сравнению с аналогичными кожными меланоцитами;
• метионинсульфоксидредуктазами A и B (MSRA/MSRB), сниженная активность которых наблюдается в сочетании с потерей восстановления метионинсульфоксида, что в конечном итоге приводит к потере цвета волос[362];
• BCL-2, сниженный уровень которого ведет к накоплению перекиси водорода в меланоцитах и их гибели[363];
• фактором NRF2, который обеспечивает защитный эффект в меланоцитах в ответ на УФ-облучение и окислительный стресс;
• белком АТМ (Ataxia-Telangiectasia mutated, «мутантный при атаксии-телеангиэктазии белок»). Это серин-треониновая киназа, которая активируется в ответ на разрывы двухцепочечной ДНК и координирует ее репарацию. ATM также запускает работу белков p53, γ-H2AX, CHK1 и CHK2, которые участвуют в апоптозе, регуляции клеточного цикла и репарации ДНК. Дефицит ATM вызывает раннюю дифференцировку меланобластов, что приводит к истощению ниши СК, и депигментацию фолликула в последующих циклах роста волос;
• VIPR – это рецептор вазоактивного интестинального пептида, который обнаруживается в выпуклости волосяного фолликула человека во время анагена. Он противодействует производству АФК путем ингибирования НАДФН-оксидазы и стимуляции SOD2;
• TRP-2 (связанный с тирозиназой протеин-2, чаще называемый допахромтаутомеразой или DCT), который преобразует меланогенный промежуточный DOPAхром в DHICA, поэтому влияет на активность эумеланина. Сверхэкспрессия TRP-2 в клетках меланомы снижает повреждение ДНК, вызванное АФК, повышает уровень глутатиона и снижает чувствительность к окислительному стрессу[364].
Эумеланин тоже эффективно поглощает АФК, однако его антиоксидантная активность ограничена самой меланосомой[365].
Появляются доказательства того, что меланоциты волосяного фолликула человека более восприимчивы к хронологическому старению по сравнению с меланоцитами эпидермиса. В серых фолликулах по сравнению с пигментированными подавлена экспрессия связанных с пигментацией генов TYR, DCT, TYRP1, рецептора меланокортина 1 (MC1R) и MITF, а также CAT (каталазы), GPX1 (глутатионпероксидазы 1), SOD (супероксиддисмутазы), MSRA/MSRB. Уровни содержания глутатион-s-трансфераз (GST), которые обеспечивают защиту от окислительного стресса, с возрастом снижаются на 78 %, а уровень глутатионредуктазы – на 88 %. Это свидетельствует о снижении способности клеток защищаться от пероксидов по мере старения фолликула[366]. Вероятно, нарушения в работе антиоксидантной системы меланоцитов волосяного фолликула человека играют решающую роль в инициации поседения.
Рисунок 17. Роль окислительного стресса в поседении волос. В области выпуклости седых волосяных фолликулов количество МСК человека уменьшается, и они подвергаются эктопической дифференцировке. В стержне волоса в миллимолярных концентрациях содержится перекись водорода. Там же происходит и окисление остатков метионина до сульфоксида метионина. В пигментированных волосяных фолликулах в прекортикальной зоне отображена область, содержащая большое количество АФК, которые играют решающую роль в дифференцировке кератиноцитов стержня волоса. В седых волосяных фолликулах увеличение количества АФК коррелирует со снижением количества меланоцитов, их гибелью и увеличением количества делеций митохондриальной ДНК. В седых фолликулах снижается количество каталазы и метионинсульфоксидредуктаз A и B (MSRA/MSRB). В них также скапливаются стареющие меланоциты, не удаленные в ходе апоптоза.
Перекисное окисление
H2O2 внутри волосяного фолликула человека способствует окислению метионинcульфоксида (Met-S=O), что приводит к ингибированию активности тирозиназы и, следовательно, меланогенеза в волосяном фолликуле. Из-за накопления чрезмерного количества H2O2 в сочетании с пониженной активностью каталазы нарушается ферментативный синтез меланина и снижается его защитная активность от окислительного повреждения в волосяном фолликуле. Все это образует порочный круг[367]. Многие белки и пептиды, в том числе каталаза (восстанавливающая H2O2), а также метионинсульфоксидредуктазы A и B (MSRA и MSRB, восстанавливающие свободный и связанный метионинсульфоксид (Met – S=O)), изменяются структурно и функционально из-за окисления, опосредованного H2O2[368]. Нарушенная репарация Met – S=O в седеющем волосяном фолликуле влияет на работу тирозиназы, в результате чего останавливается меланогенез[369].
Рисунок 18. В коричневом волосяном фолликуле H2O2 в низкой концентрации активирует транскрипцию многих белков, включая каталазу, тирозиназу, MSRA и MSRB. При высокой концентрации H2O2 происходит окисление остатков Met, Cys, Trp и Sec в белках, что приводит к изменению их третичных структур. В сером волосяном фолликуле каталаза имеет низкий уровень активности, что, в свою очередь, приводит к повышению уровня H2O2. Работа тирозиназы нарушается из-за окисления Met374 в ее активном центре. Полученный Met – S=O не восстанавливается, поскольку MSRA и MSRB также деактивируются H2O2. Все вместе эти изменения окислительно-восстановительного баланса H2O2 нарушают меланогенез в волосяном фолликуле человека[370].
Способы борьбы с перекисным окислением
Удивительно, что свободный L-метионин может предотвращать образование Met-S=O в белках, сохраняя их целостность и функциональность. В связи с этим интересно было бы сосредоточиться на восстановлении метионина с помощью MSRA и MSRB. Поскольку активный сайт MSRA имеет два важных остатка Met, было бы интересно, может ли L-метионин использоваться против поседения? Эта теория в настоящее время активно исследуется