Кожа содержит два основных слоя. Эпидермис, внешний слой, состоит преимущественно из кератиноцитов, а более глубокая дерма содержит кровеносные сосуды, нервы и структурные белки, такие как коллаген, которые придают коже прочность и текстуру. Традиционно считается, что ключевую роль в производстве коллагена играют фибробласты — специализированные поддерживающие клетки дермы.
У человека коллаген образуется до и после рождения. Считается, что фибробласты играют исключительную роль в производстве коллагена в коже, а кератиноциты не участвуют в выработке коллагена. Утверждение «выработка коллагена в коже человека осуществляется фибробластами» было негласным правилом в области исследований кожи.
Однако в работе, опубликованной в Nature Communications, ученые из Университета Окаямы (Япония) поставили под сомнение это давнее убеждение. Используя прозрачную кожу аксолотлей — водных амфибий, широко применяемых в дерматологических исследованиях, — они раскрыли иной механизм образования дермального коллагена.
Чтобы проследить за развитием коллагена, исследователи изучили кожу аксолотля на разных стадиях роста — 5 см, 8 см, 10 см и 12 см в длину — с помощью современных методов микроскопии на основе флуоресценции. На 5-сантиметровой стадии кожа аксолотля состояла из эпидермиса с кератиноцитами и тонкого, не содержащего фибробластов коллагенового слоя в дерме, который они назвали конъюнктивальным слоем. По мере роста аксолотля коллагеновый слой утолщался, и только позже в него начали мигрировать фибробласты, в итоге образовав под эпидермисом три отдельных дермальных слоя: stratum baladachinum, stratum spongiosum и stratum compactum. Каждый из этих слоев имел уникальную коллагеновую структуру, ни один из которых не совпадал с оригинальной структурой конъюнктивального слоя.
Поскольку коллаген уже присутствовал до того, как фибробласты начали участвовать в образовании дермального коллагена, команда искала источник производства коллагена с помощью новой техники маркировки коллагена, которая позволяет выявить вновь синтезированные коллагеновые волокна. Результаты оказались неожиданными: сильные флуоресцентные сигналы были обнаружены в коллагеновых волокнах, произведенных кератиноцитами, а не фибробластами. «До сих пор считалось, что фибробласты являются основными поставщиками коллагена для кожи. Все усилия косметической науки и медицинских исследований кожи были направлены на регулирование фибробластов. Но настоящее исследование требует изменения взглядов. Мы выяснили, что кератиноциты в первую очередь отвечают за образование дермального коллагена», — объясняет Аяка Охаси, аспирант Высшей школы экологии, биологии, естественных наук и технологий Университета Окаямы.
Дальнейшее исследование показало, что кератиноциты производят коллаген в виде структурированной сетки, расположенной на их нижней поверхности. Позже фибробласты, имеющие решетчатую структуру и пальцеобразные выступы, мигрируют в этот коллагеновый слой, изменяя и укрепляя его. Чтобы убедиться в том, что этот процесс характерен не только для аксолотлей, исследователи изучили другие модели позвоночных, включая рыбок данио, эмбрионы цыплят и млекопитающих (мышей). Полученные результаты совпали у всех видов, что позволяет предположить, что производство коллагена под действием кератиноцитов является эволюционно сохранным механизмом.
Понимание того, как формируется коллаген до рождения, имеет решающее значение для решения проблемы старения кожи и разработки новых методов лечения заболеваний, связанных с коллагеном. «Аксолотли могут сохранять хорошую текстуру и внешний вид кожи в течение длительного времени. У них как бы вечная молодость», — говорит профессор Акира Сатох из Университета Окаямы. «Возможно, это связано с тем, что они продолжают вырабатывать коллаген в кератиноцитах в течение длительного времени. С другой стороны, мы, люди, не можем поддерживать выработку коллагена в кератиноцитах после рождения. Если нам удастся выяснить механизм, позволяющий аксолотлям поддерживать выработку коллагена в кератиноцитах на протяжении всей жизни, мы, возможно, сможем достичь вечной молодости, как аксолотли».
Это открытие меняет наше представление о биологии кожи и может привести к прорыву в регенеративной медицине, заживлении ран и косметических средствах. Нынешние средства по уходу за кожей направлены в первую очередь на активность фибробластов, но в будущем, возможно, придется сосредоточиться на стимулировании выработки коллагена кератиноцитами.
Опровергнув сложившееся десятилетиями мнение, это исследование открывает путь к новой эре в науке об уходе за кожей, которая может приблизить нас к сохранению молодости и упругости кожи на всю жизнь.
[Фото: Professor Akira Satoh from Okayama University, Japan]
