Naskórkowy czynnik wzrostu (EGF)

Naskórkowy czynnik wzrostu (EGF) to mała polipeptydowa cząsteczka sygnalizacyjna — zaledwie 53 aminokwasy — odgrywająca centralną rolę w regulacji proliferacji komórek, różnicowania i przeżycia w tkankach nabłonkowych . Odkryty przez Stanleya Cohena w 1962 roku (odkrycie, które przyniosło mu Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 1986 roku), EGF był pierwszym w pełni scharakteryzowanym czynnikiem wzrostu i pozostaje jedną z najlepiej zbadanych cząsteczek sygnalizacyjnych w biologii . W skórze EGF jest kluczowym mediatorem gojenia ran, odnowy naskórka i naprawy tkanek — procesów, które pokrywają się z regeneracyjnym działaniem PDRN, ale są od niego mechanistycznie odrębne.

Struktura i biologia

EGF to polipeptyd o masie 6,2 kDa zawierający trzy wewnątrzcząsteczkowe wiązania disiarczkowe stabilizujące jego charakterystyczną strukturę trzeciorzędową z trzema pętlami . Jest produkowany przez wiele typów komórek w skórze, w tym keratynocyty, płytki krwi, makrofagi i komórki gruczołów ślinowych, i jest obecny w płynach biologicznych, takich jak ślina, osocze, mocz i wysięk z ran.

EGF należy do większej rodziny strukturalnie spokrewnionych ligandów — rodziny EGF — która obejmuje transformujący czynnik wzrostu alfa (TGF-alfa), heparynowiążący czynnik wzrostu podobny do EGF (HB-EGF), amfiregulina, betacelulina, epiregulina i epigen . Wszyscy członkowie rodziny EGF dzielą konserwatywną domenę podobną do EGF zawierającą sześć reszt cysteinowych i aktywują nakładające się, ale odrębne odpowiedzi sygnalizacyjne.

Szlak sygnalizacyjny EGFR

EGF wywiera swoje biologiczne efekty poprzez wiązanie z receptorem naskórkowego czynnika wzrostu (EGFR, znanym również jako ErbB1 lub HER1), transbłonową receptorową kinazą tyrozynową ekspresjonowaną na powierzchni keratynocytów, fibroblastów i innych komórek skóry :

Aktywacja receptora

Kiedy EGF wiąże się z domeną zewnątrzkomórkową EGFR, receptor przechodzi zmianę konformacyjną promującą dimeryzację — dwie cząsteczki EGFR łączą się w parę. Dimeryzacja aktywuje wewnątrzkomórkową domenę kinazy tyrozynowej, która autofosforyluje specyficzne reszty tyrozynowe na cytoplazmatycznym ogonie receptora . Te ufosforylowane tyrozyny służą jako miejsca dokowania dla dalszych białek sygnalizacyjnych zawierających domeny SH2 (homologia Src 2) i PTB (wiążące fosfotyrozynę).

Dalsze kaskady sygnalizacyjne

Aktywacja EGFR uruchamia trzy główne wewnątrzkomórkowe szlaki sygnalizacyjne :

• RAS-RAF-MEK-ERK (szlak MAPK) — Główny sygnał proliferacyjny. Aktywacja ERK napędza postęp cyklu komórkowego z fazy G1 do S, promując podział keratynocytów i fibroblastów. Ten szlak jest głównym mediatorem działania promującego wzrost EGF w skórze.
• Szlak PI3K-AKT — Promuje przeżycie komórek poprzez hamowanie sygnalizacji apoptotycznej. AKT fosforyluje i inaktywuje białka proapoptotyczne (BAD, kaspaza-9), utrzymując komórki przy życiu w warunkach stresu. Ten szlak przyczynia się również do migracji komórek.
• Szlak JAK-STAT — Aktywuje czynniki transkrypcyjne STAT regulujące geny zaangażowane w proliferację, różnicowanie i modulację immunologiczną. Mniej dominujący niż szlaki MAPK i PI3K w sygnalizacji EGF w skórze, ale przyczynia się do ogólnej odpowiedzi komórkowej.

Zakończenie sygnalizacji

Sygnalizacja EGFR jest samoograniczająca się: kompleksy ligand-receptor są internalizowane przez endocytozę zależną od klatryny i albo recyklingowane na powierzchnię, albo kierowane do lizosomów w celu degradacji . Ta regulacja w dół receptora zapobiega nadmiernej stymulacji i jest jednym z mechanizmów sprawiających, że proliferacja napędzana przez EGF jest samoregulowana, a nie niekontrolowana.

EGF w gojeniu ran

EGF jest jednym z najważniejszych czynników wzrostu w kaskadzie gojenia ran, z rolami w wielu fazach :

Reepitelializacja

Najważniejszą funkcją EGF w naprawie ran jest reepitelializacja — migracja i proliferacja keratynocytów po łożysku rany w celu przywrócenia bariery naskórkowej . EGF stymuluje keratynocyty na brzegu rany do:

• Proliferacji — Zwiększenie liczby komórek dostępnych do pokrycia rany
• Migracji — Aktywacja tworzenia lameliopodiów i kierunkowego ruchu po prowizorycznej macierzy rany
• Różnicowania — Promowanie stratyfikacji i dojrzewania nowego naskórka po osiągnięciu pokrycia

Tworzenie tkanki ziarninowej

EGF stymuluje proliferację i migrację fibroblastów do łożyska rany, przyczyniając się do tworzenia tkanki ziarninowej — prowizorycznej tkanki łącznej wypełniającej lukę w ranie przed złożeniem dojrzałej macierzy zewnątrzkomórkowej .

Wsparcie angiogenezy

Choć nie jest tak silnym czynnikiem angiogennym jak VEGF, EGF przyczynia się do neowaskularyzacji gojącej się tkanki poprzez stymulację migracji i proliferacji komórek śródbłonka .

Dowody kliniczne

Rekombinowany ludzki EGF (rhEGF) wykazał skuteczność w badaniach klinicznych dotyczących owrzodzeń stopy cukrzycowej, ran oparzeniowych i przewlekłych ran niegojących się . Miejscowy i śródogniskowy EGF przyspiesza zamykanie ran, poprawia jakość tkanki ziarninowej i skraca czas gojenia. Kubańskie Centrum Inżynierii Genetycznej i Biotechnologii opracowało Heberprot-P, iniekcyjny rhEGF zatwierdzony do leczenia owrzodzeń stopy cukrzycowej, reprezentujący jedną z najbardziej udanych klinicznych zastosowań czynnika wzrostu w medycynie ran.

EGF w pielęgnacji skóry

EGF został szeroko przyjęty jako składnik kosmetyczny, reklamowany ze względu na działanie przeciwstarzeniowe i odnawiające skórę:

Miejscowe formulacje EGF

Wiele produktów do pielęgnacji skóry zawiera rekombinowany EGF lub peptydy podobne do EGF w stężeniach typowo od 1 do 10 ppm (części na milion). Biologicznym uzasadnieniem jest to, że egzogenna suplementacja EGF może kompensować związany z wiekiem spadek endogennej produkcji EGF i ekspresji EGFR, stymulując obrót keratynocytów i aktywność fibroblastów w starzejącej się skórze .

Wyzwania penetracji

Masa cząsteczkowa EGF (6,2 kDa) jest mała jak na białko, ale duża w porównaniu z większością miejscowych substancji aktywnych w pielęgnacji skóry. Nie przenika łatwo przez nienaruszony naskórek rogowy. Skuteczne miejscowe dostarczanie EGF wymaga na ogół albo naruszonych warunków barierowych (skóra po zabiegach, skóra po mikronakłuwaniu) albo zaawansowanych systemów dostarczania (liposomy, nanocząstki, matryce hydrożelowe) . Dlatego produkty z EGF są często zalecane do stosowania po mikronakłuwaniu lub zabiegach laserowych, gdy przejściowe naruszenie bariery umożliwia penetrację makrocząsteczek.

Związany z wiekiem spadek EGF

Zarówno produkcja EGF, jak i gęstość EGFR maleją z wiekiem. Starzejące się keratynocyty produkują mniej EGF i ekspresjonują mniej cząsteczek EGFR, zmniejszając proliferacyjną zdolność skóry i przyczyniając się do wolniejszego obrotu naskórkowego, cieńszego naskórka i opóźnionego gojenia ran charakterystycznych dla starzejącej się skóry .

EGF vs. PDRN: różne receptory, zbieżne wyniki

EGF i PDRN to cząsteczki regeneracyjne, które poprawiają jakość skóry i przyspieszają naprawę tkanek, ale działają poprzez zupełnie różne systemy receptorowe i szlaki sygnalizacyjne :

Różne punkty wejścia

| Cecha | EGF | PDRN |

|---|---|---|

| Receptor | EGFR (kinaza tyrozynowa) | Adenozynowy A2A (sprzężony z białkiem G) |

| Główna sygnalizacja | RAS-MAPK, PI3K-AKT | cAMP-PKA-CREB |

| Główne komórki docelowe | Keratynocyty, fibroblasty | Fibroblasty, komórki śródbłonka |

| Główny efekt proliferacyjny | Podział i migracja keratynocytów | Proliferacja fibroblastów |

| Efekt przeciwzapalny | Minimalny | Silny (supresja NF-kB) |

| Efekt angiogenny | Umiarkowany | Silny (regulacja w górę VEGF) |

| Dostawa nukleotydów | Brak | Substrat szlaku odzyskiwania |

| Natura molekularna | Polipeptyd z 53 aminokwasów | Polimer DNA (fragmenty 50-2000 pz) |

Zbieżna naprawa tkanek

Pomimo odmiennych mechanizmów, EGF i PDRN zbiegają się na tym samym biologicznym wyniku: przyspieszonej naprawie tkanek i regeneracji . Ich komplementarność jest godna uwagi:

• EGF wyróżnia się w reepitelializacji — Jego główną siłą jest napędzanie proliferacji i migracji keratynocytów, co czyni go szczególnie skutecznym w przywracaniu bariery naskórkowej
• PDRN wyróżnia się w regeneracji skóry właściwej — Jego głównymi siłami są aktywacja fibroblastów, synteza kolagenu, sygnalizacja przeciwzapalna i angiogeneza, co czyni go szczególnie skutecznym w odbudowie struktury skóry właściwej
• PDRN dostarcza nukleotydy — Poprzez szlak odzyskiwania PDRN zapewnia budulce nukleotydowe, które proliferujące komórki (w tym keratynocyty stymulowane przez EGF) potrzebują do syntezy DNA podczas podziału komórkowego
• PDRN zapewnia podstawę przeciwzapalną — EGF ma ograniczoną aktywność przeciwzapalną. Supresja zapalenia napędzanego przez NF-kB przez PDRN tworzy środowisko bardziej sprzyjające produktywnemu gojeniu niż przewlekłej sygnalizacji zapalnej

Ta mechanistyczna komplementarność sugeruje, że EGF i PDRN podchodzą do naprawy tkanek z różnych stron: EGF działa głównie od naskórka w dół (napędzany przez keratynocyty), podczas gdy PDRN działa głównie od skóry właściwej w górę (napędzany przez fibroblasty i naczyniowy).

Implikacje dla zastosowania w kombinacji

Nienakładające się systemy receptorowe oznaczają, że EGF i PDRN nie konkurują o te same miejsca wiązania ani szlaki sygnalizacyjne. Zasadniczo połączenie obu mogłoby wywołać addytywne lub synergistyczne efekty regeneracyjne — PDRN zapewniając rusztowanie skóry właściwej, ukrwienie, środowisko przeciwzapalne i zasoby nukleotydowe, podczas gdy EGF przyspiesza zamknięcie naskórkowe i dojrzewanie, które dopełniają naprawę tkanek.

Aspekty bezpieczeństwa

Kwestia bezpieczeństwa czynników wzrostu w pielęgnacji skóry jest uzasadniona i zasługuje na jasną dyskusję:

EGFR a biologia nowotworów

EGFR jest nadekspresjonowany lub zmutowany w kilku nowotworach (płuc, jelita grubego, głowy i szyi), a leki ukierunkowane na EGFR są stosowane w onkologii . Pojawiły się pytania, czy miejscowy EGF mógłby promować rozwój raka. Jednak egzogenny EGF aplikowany miejscowo działa poprzez ten sam samoograniczający się system receptorowy obecny w normalnych komórkach — w tym internalizację i degradację receptora. Miejscowy EGF stymuluje proliferację w ramach normalnych regulacyjnych mechanizmów komórki i nie był powiązany z transformacją nowotworową w badaniach klinicznych .

Stężenie ma znaczenie

Stężenia EGF stosowane w produktach kosmetycznych (typowo w zakresie ppm) są znacznie niższe niż dawki farmakologiczne stosowane w terapii gojenia ran. W stężeniach kosmetycznych EGF jest uznawany za bezpieczny do rutynowego stosowania na nienaruszonym naskórku przez organy regulacyjne, w tym UE i południowokoreańskie organy regulacyjne.

Kluczowy wniosek

Naskórkowy czynnik wzrostu jest jedną z podstawowych cząsteczek sygnalizacyjnych w biologii skóry — pierwszym odkrytym czynnikiem wzrostu i wciąż jednym z najbardziej istotnych klinicznie. Jego rola w napędzaniu proliferacji keratynocytów i reepitelializacji ran czyni go cennym składnikiem regeneracyjnej pielęgnacji skóry. Zrozumienie, jak EGF działa przez szlak kinazy tyrozynowej EGFR — i jak różni się to od mechanizmu PDRN mediowanego przez receptor A2A — ujawnia, dlaczego te dwie cząsteczki są mechanistycznie komplementarne, a nie redundantne. EGF zajmuje się naskórkową warstwą naprawy tkanek; PDRN — warstwą skóry właściwej. Razem reprezentują kompleksowe podejście do regeneracji skóry z obu stron złącza skórno-naskórkowego.

Powiązane pojęcia

• Czynniki wzrostu w pielęgnacji skóry — Szersza rodzina białek sygnalizacyjnych, do której należy EGF
• Keratynocyt — Główna komórka docelowa dla EGF w naskórku
• Gojenie ran — Proces regeneracyjny, w którym działanie EGF jest najbardziej wyraźne
• Proliferacja komórek — Podstawowy proces, który zarówno EGF, jak i PDRN stymulują poprzez różne szlaki
• Fibroblast — Typ komórki skóry właściwej, który PDRN preferencyjnie aktywuje, uzupełniając skupienie EGF na keratynocytach
• Receptor adenozynowy A2A — Receptor, przez który działa PDRN, odrębny od szlaku EGFR stosowanego przez EGF