Уроканиновая кислота: от солнца и кожи до мозга.
Пока везде пишут про различные ужасы и опасности солнца, я продолжу рассказывать про его пользу для здоровья. Современный человек с его офисно-квартирной жизнью находится в постоянном дефиците солнечного излучения. Мы уже с вами изучили ретинальный дофаминовый путь, знаем про витамин Д, знаем про синтез оксида азота в коже. Теперь речь пойдет про уроканиновую кислоту. Название она получила весьма непривлекательное – уро – это моча, канис – это собака, так как впервые была обнаружена в собачье моче. Еще в 1874 г. Яффе наблюдал появление уроканиновой кислоты в моче собаки, но в течение длительного времени это соединение рассматривали как второстепенный побочный продукт обмена гистидина. Но как выяснили ученые, функции этой уникальной молекулы намного более значимы.
 |
| Уроканиновая кислота: от солнца и кожи до мозга. |
Солнце и уроканиновая кислота.
Под действием ультрафиолета В (∼300 nm), вместе с образованием превитамина Д из 7-дегидрохолестерола транс-форма уроканиновой кислоты trans-urocanic acid (UCA) превращается в cis-UCA форму с поглощением значительного количества энергии. В целом, при действии ультрафиолета транс-форма на 70% переходит в активную цис-форму уроканиновой кислоты. Итак, на свету, действует, поглощая ультрафиолет, она меняет свою конфигурацию, переходя из транс- в цис-изомер. А вот в темноте уроканиновая кислота возвращается к исходному состоянию, рассеивая полученную энергию в виде обычного тепла.
Улавливание фотонов УФ-В кожной (и выделяемой с потом) транс-урокановой кислотой ведет к ее превращению в цисурокановую кислоту.
Т.е. этот процесс является буфером, собирающем избыток солнечной энергии в коже. Таким образом, кроме меланина, у нас есть еще один отличный фильтр. Интересно, что в коже темнокожих людей, адаптированной к условиям повышенной инсоляции, уровень уроканиновой кислоты выше. Любопытно, что уроканиновая кислота выделяется с потом человека и может захватывать кванты ультрафиолета на поверхности кожи.
Именно поэтому и рекомендуют загорать возле водоема, так как пот с уроканиновой кислотой снижает воздействие солнца. Но мы теперь знаем, что лучше этого не делать – пусть уроканиновая кислота работает как надо. Кстати, именно поэтому так опасно загорать при сухом сильном ветре – ведь тогда пот испаряется, а не растекается по коже, поэтому уроканиновая кислота не работает как нужно. Кроме фото защиты у уроканиновой кислоты есть ряд и других функций, так, она одна из главных естественных регуляторов кислотного баланса кожи. Но об этом чуть позже.
 |
| Уроканиновая кислота: от солнца и кожи до мозга. |
Как образуется уроканиновая кислота?
При дифференцировке эпидермиса происходит накопление в кератиноцитах таких молекул как филлагрин. Они в своем составе содержат большое количество гистидина и образуются в роговом слое при его ферментативном «созревании». Именно из гистидина под действием фермента гистидазы и происходит образование уроканиновой кислоты. Гистидаза осуществляет внутримолекулярное дезаминирование гистидина, в процессе которого образуется уроканиновая кислота. Стимулирующий эффект УФ-излучения на активность гистидазы был отмечен в ряде исследований. Под влиянием УФ излучения увеличивается распад богатого гистидином белка кератогиалиновых гранул.
Как действует уроканиновая кислота?
Изображение: баланс между положительными и отрицательными свойствами уроканиновой кислоты. А) транс-форма образуется в роговом слое из гистидина В) транс-форма экзогенная поглощает ультрафиолет и защищает от повреждения ДНК (образования тиминовых димеров) С) цис форма образуется при фотоизомеризации транс-формы D) цис форма может усиливать образование активных форм кислорода Е) цис-форма запускает генные каскады, связанные с апоптозом и иммунодепрессией F) цис форма стимулирует закисление раковых клеток и активирует в них процесс апоптоза.
Фотозащита.
С этим мы уже разобрались: достаточный уровень уроканиновой кислоты важен для фотозащиты. Есть научные данные о том, что уроканиновая кислота блокирует образование гистамина, защищает кожу от эртемного действия ультрафиолетовых лучей, снижает перекисное окисление липидов и тормозит развитие раковых клеток. Именно поэтому умеренное количество солнечного света даже снижает риск развития рака кожи (!). У животных с дефицитом гистидина развиваются поражения кожи, а вот локальное использование уроканиновой кислоты в виде крема защищает от поражения. Неслучайно уроканиновая кислота входит в состав многих солнцезащитных средств.
Иммунитет локальный и системный.
Уроканиновая кислота – это фактор сдерживания активности имунной системы. При ее недостатке увеличиваются риски аллергических и аутоимунных заболеваний, а вот при избытке – может возникать иммунносупрессия. Цис-уроканиновая кислота связывается с серотониновым рецептором 5-HT2A и может оказывать системную иммуносупрессию, так как этот рецептор есть на дендритных клетках, на Т и В лимфоцитах (Waltersheid et al. 2006). Активированные цис-формы уроканиновой кислоты cis-UCA сильнее всего снижают активность в первую очередь клеточного иммунитета, включая активность и клеток Лангерганса кожи.
Уроканиновая кислота снижает уровень воспаления. В коже так точно: она обладает заметным антигистаминным действием как антагонист гистаминовых рецепторов. Обратите внимание, что при многих болезнях наблюдается очень низкая активность гистидазы в коже наблюдается при псориазе, экземе, нейродермите и злокачественных новообразованиях. Значительное снижение (вплоть до полного исчезновения) содержания уроканиновой кислоты отмечается при заболеваниях с нарушенной клеточной дифференциацией и пролиферацией (псориаз, склеродермия, злокачественные опухоли).
Недостаток уроканиновой кислоты в коже – одна из главных причин экземы. Исследование показывает, что недостаток кислоты может повлиять на клетки иммунной системы. Кислота, по-видимому, регулирует иммунные клетки, и при ее отсутствии кожа может воспаляться. Цис-уроканиновая кислота имеет большое значение для поддержания защитного барьера кожи. Мутации филлагрина встречаются у 50% людей с экземой и это влияет на синтез уроканиновой кислоты. Исследователи полагают, что это может объяснить, почему некоторым людям с экземой становится лучше при солнечном свете. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Allergy and Clinical Immunology.
В настоящее время изучается роль уроканиновой кислоты в патогенезе язвенного колита, расстеянного склероза и других болезней. Доказано, что в культуре клеток уроканиновая кислота улучшает иммунный профиль: выше секреция ИЛ-10, возрастает индукция Т-регуляторов и другие полезные эффекты.
Слишком много уроканиновой кислоты - это плохо. Ее изомеризация ъслужит сигналом к иммуносупрессии, частично опосредованной истощением пула эпидермальных клеток Лангерганса и дегрануляцией тучных клеток. В зависимости от полученной дозы облучения клетки Лангерганса, выполняющие в коже антигенпредставляющие функции, либо устремляются из кожи на выбраковку в лимфоузлы, либо подвергаются апоптозу. Невыполнение этими клетками своих обязанностей ведет к клональной анергии Т-хелперов типа 1, т.е. к утрате ими способности реагировать на некоторые антигены. Вкупе с другими процессами это повышает риск развития опухолей и инфекций кожи при избыточном количестве облучения.. УФ-индуцируемая иммуносупрессия может проявляться и системно, что связывают с выделением противовоспалительного интерлейкина-10.
Метаболизм.
Под влиянием уроканиновой кислоты происходит значительная активация фосфорилирующей функции митохондрий (скорость фосфорилирования возрастает на 50%), наблюдается усиление сопряженности процессов окисления и фосфорилирования и дыхательного контроля.
Нервная система.
Ученые обратили внимание, что среди "внутринейронных" молекул есть уроканиновая кислота. Это было странно, так как она обычно появляется в ответ на УФ-излучение, и найти ее можно в клетках кожи; есть она и в некоторых других органах, например в печени, но никто и никогда не видел уроканиновую кислоту в нейронах мозга. Дальнейшие эксперименты с мышами показали, что ошибки тут нет: бритых мышей в течение двух часов облучали средневолновым ультрафиолетом, или ультрафиолетом B (доза излучения примерно соответствовала той, которую получает человек при солнечном ожоге) – и в мозге животных действительно появлялась уроканиновая кислота.
Но если в коже она нужна для того, чтобы поглощать ультрафиолет и тем самым защищать клетки от повреждений и мутаций, то зачем она нужна в мозге? Про уроканиновую кислоту известно, что она появляется при превращении аминокислоты гистидина в глутаминовую кислоту. Глутаминовая кислота, или глутамат – один из главных нейромедиаторов, помогающий передавать возбуждающие сигналы между нейронами. И, как оказалось, в тканях мозга вслед за уроканиновой кислотой повышался и уровень глутамата.
Затем ученые изучили, как работают нейроны у мышей после УФ-облучения. Как и следовало ожидать, те нервные клетки, которые используют в качестве нейромедиатора глутамат, обменивалась импульсами с большей эффективностью. И, самое главное, у облученных мышей улучшались когнитивные функции: они быстрее запоминали новые сведения и быстрее выучивали, что они должны сделать, по сравнению с теми, которых ультрафиолетом не облучали. Если же в нейронах отключали фермент, который превращает уроканиновую кислоту в глутаминовую, то никакого стимулирующего эффекта от ультрафиолета не было ни на уровне нейронных импульсов, ни на уровне поведения.
Заключение.
1. Солнечное излучение важно для здоровья кожи. Под действием ультрафиолета образуется уроканиновая кислота, которая защищает кожу от фотоповреждения, поддерживает оптимальный кислотный баланс и др.
2. Солнечного излучение очень важно для состояния иммунной системы, снижая ее избыточную активность. Это важно при любых аллергических и аутоимунных заболеваниях.
3. Солнце для мозга. Солнце усиливает синтез стимулирующих нейромедиаторов и это достоверно приводит к улучшению запоминания и усилению других когнитивных функций. Кроме этого, в ответ на солнечное излучение в периферических нервах увеличивается количество других субстанций (Sensory nerves innervating the skin release substance P (SP), neurokinin A, neuropeptide Y and calcitonin gene-related peptide (CGRP), principally in response to UV-induced release of cis-UCA).
4. Качественный белок, содержащий достаточное количество гистидина. К примеру, только 100 г бобов обеспечивают более чем 1-граммовой порцией гистидина (1097 мг), столько же куриного филе обогатят организм дополнительным 791 мг вещества, а аналогичная порция говядины даст примерно 680 мг гистидина. Что касается рыбной продукции, то примерно 550 мг аминокислоты содержится в 100-граммовом куске лосося. А среди растительной пищи наиболее питательными являются зародыши пшеницы. В 100 г продукта – в пределах 640 мг аминокислоты.
5. Для людей с экземой можно рассмотреть прием гистидина как пищевой добавки. Недавние исследования показали, что комбинация гистидина и цинка – эффективное средство. Кроме того, цинк способствует более легкому всасыванию аминокислоты. Более точно индивидуальную минимальную потребность в аминокислоте можно опередить по формуле: 10-12 мг вещества – на 1 кг веса тела. Гистидин в виде биодобавки лучше принимать на голодный желудок. Так его действие более эффективно.
Источники.
Journal of Investigative Dermatology Volume 131, Issue 1, January 2011, Pages 14-17 Urocanic Acid in the Skin: A Mixed Blessing?
Kammeyer, A. (2001). Urocanic acid in photodermatology Moderate UV Exposure Enhances Learning and Memory by Promoting a Novel Glutamate Biosynthetic Pathway in the Brain Сell 2018
Photochem Photobiol Sci. 2008 Jun;7(6):655-67. doi: 10.1039/b717398a. Epub 2008 Mar 13.Recent advances in urocanic acid photochemistry, photobiology and photoimmunology.Gibbs NK1, Tye J, Norval M.
Leitch C. S. et al. Filaggrin-null mutations are associated with increased maturation markers on Langerhans cells //Journal of Allergy and Clinical Immunology. — 2016.
J Invest Dermatol. 2011 Jan;131(1):188-94. doi: 10.1038/jid.2010.231. Epub 2010 Aug 5.Increased sensitivity of histidinemic mice to UVB radiation suggests a crucial role of endogenous urocanic acid in photoprotection.
Walterschid JP. Nghiem DX, Kazimi N, Nutt LK, McConkey DJ, Norval M, Ullrich SE. cis-Urocanic acid, a sunlight-induced immunosuppressive factor, activates immune suppression via the 5-HT2A receptor. Proc. Natl. Acad. Sci. 103:17420-17425, 2006.
https://www.cell.com/cell/references/S0092-8674(18)30507-5Neurodegener Dis Manag. 2015 Oct;5(5):413-24. doi: 10.2217/nmt.15.33. Epub 2015 Oct 19.Ultraviolet radiation, vitamin D and multiple sclerosis.Lucas RM1,2, Byrne SN3, Correale J4, Ilschner S5, Hart PH2.
132 Khalil Z, Townley SL, Grimbaldeston MA, Finlay-Jones JJ, Hart PH. Cis-urocanic acid stimulates neuropeptide release from peripheral sensory nerves. J. Invest. Dermatol. 117(4), 886–891 (2001).Crossref, Medline, CAS, Google Scholar
Nat Rev Immunol. 2011 Aug 19;11(9):584-96. doi: 10.1038/nri3045.Modulation of the immune system by UV radiation: more than just the effects of vitamin D?Hart PH1, Gorman S, Finlay-Jones JJ.
Комментарии