Acilo hialurónico, una molécula clave
El envejecimiento de la piel es un proceso que implica múltiples factores, de los cuales existen dos mecanismos primordiales que son distintos e independientes entre si: envejecimiento intrínseco y envejecimiento extrínseco.
La piel juvenil tiene la capacidad de mantener su elasticidad, turgencia y suavidad, entre otras cosas, debido a su alto contenido de agua, la exposición diaria a factores externos del día a día, ademas del proceso natural de envejecimiento causan perdida de humedad y daños en la piel.
La molécula clave, responsable de mantener los niveles de humedad de la piel, es el ácido hialurónico (AH) el cual posee la propiedad de retener agua.
Existen múltiples áreas que controlan la síntesis del AH, deposición, asociación y degradación de células y proteínas, que refleja la complejidad metabólica del AH.
Las enzimas encargadas de sintetizar o catabolizar el AH y los receptores responsables de muchas de las funciones del AH, todos pertenecen a una familia de genes múltiples que poseen expresiones de tejidos de patrones distintos.
Comprender el mecanismo metabólico del AH en las diferentes capas de la piel y la interacción del ácido hialurónico con otros componentes de la piel es de gran ayuda para modular los niveles de humedad en la piel de un modo racional.
Envejecimiento de la Piel
El envejecimiento de la piel humana es un proceso biológico complejo, que aun no se ha logrado entender del todo. Es el resultado de dos procesos biológicamente independientes.
El primero es el envejecimiento intrínseco o innato, un proceso que no es posible prevenir o evitar, este afecta la piel del mismo modo en que afecta todos los órganos internos.
El segundo es el envejecimiento extrínseco, el cual es resultado de la exposición a factores externos, principalmente los rayos ultravioleta (UV), el cual es también conocido como foto-envejecimiento.
El envejecimiento intrínseco de la piel esta influenciado por cambios hormonales que ocurren con el paso de los años, conforme aumenta nuestra edad, tales como el descenso de la producción de hormonas sexuales a partir de mediados de los veinte años y la disminución de los estrógenos y la progesterona asociado a la menopausia.
Es bien sabido que la deficiencia de estrogenos y androgenos da como resultado una degradación del colágeno, resequedad, perdida de elasticidad, atrofia epidérmica y arrugas en la piel.
Aun cuando el envejecimiento intrínseco y extrínseco de la piel son procesos diferentes, comparten similitudes en sus mecanismos moleculares, por ejemplo las Especies de Oxigeno Reactivo (EOR), que surgen del metabolismo celular oxidativo, juegan un rol fundamental en ambos procesos.
Las EOR en ambos procesos de envejecimiento tanto intrínseco como extrínseco inducen la transcripción del factor c-Jun a través de la vía MAPK (proteína quinasas activadas por mitógenos), induciendo la sobreexpresion de las metaloproteinasas de matriz extracelular o matrixinas (MMP)-1, MMP-3 y MMP-9 y la prevención de expresión de procolageno-1.
Por consiguiente, niveles elevados de colágeno degradado y síntesis de colágeno reducido son patologías comunes que ocurren tanto en el envejecimiento intrínseco como en el foto-envejecimiento de la piel.
El envejecimiento cutáneo se encuentra también asociado con la perdida de la humedad de la piel.
La molécula clave implicada en la humedad de la piel, es el ácido hialurónico (AH), un glucosaminoglucano (GAG) con la capacidad única de retener y almacenar moléculas de agua.
El AH pertenece al grupo de moléculas de matriz extracelular (MEC). En las ultimas décadas se ha logrado determinar con bastante precisión los componentes de la piel.
Al principio la mayoría de los estudios se enfocaron en las células que conforman las capas de la piel, tales como la epidermis, la dermis y las capas del tejido subcutáneo.
En estudios recientes se ha podido apreciar que las moléculas MEC que se encuentran entre las células, ademas de proveer estructura base para las mismas ejercen un rol importante en la función celular.
Estas moléculas MEC, a pesar de que lucen amorfas al ser vistas a través del microscopio, están formadas por una estructura altamente organizada, compuesta mayormente de GAG, proteoglucanos, factores de crecimiento y proteínas estructurales como el colágeno.
Sin embargo el componente predominante en la las moléculas MEC de la piel sigue siendo el AH.
Recientes investigaciones han descrito la participación del AH en relación a su rol en la angiogenesis, las especies de oxigeno reactivo, condrocitos, cáncer y lesiones en pulmón, regulación inmunológica y la piel.
Este estudio aporta de manera concisa nuevos conocimientos en relación a la biología y función del AH, enfocado en su implicación con el proceso de envejecimiento de la piel.
Propiedades físico-químicas del Ácido Hialurónico.
El AH es un GAG no sulfatado y esta compuesto por cadenas de disacáridos poliméricos de ácido glucurónico beta (1,2,3) y N-acetilglucosamina derivados de la unión de enlaces glucurónicos (amino azúcares y ácidos urónicos).
En soluciones acuosas el AH forma estructuras específicas terciarias. A pesar de la simplicidad en su composición, sin las variaciones en su composición de azucares o puntos de ramificaciones, el AH tiene una gran variedad de propiedades físico-químicas.
Los polímeros de AH existen de formas y configuraciones diversas, que va a depender de su tamaño, concentraciones de sal, PH y cationes asociados.
A diferencia de otros GAG, el AH no se encuentra covalentemente unido al núcleo de una proteína, pero es capaz de formar uniones con los proteoglucanos.
El AH abarca un gran volumen de agua aportando a las soluciones alta viscosidad, incluso en concentraciones bajas.
Tejidos y distribución de células del Ácido Hialurónico.
El Ácido Hialurónico se distribuye ampliamente desde las células procariotas hacia las células eucariotas.
En los humanos, el Ácido Hialurónico es mas abundante en la piel, el humor vítreo de los ojos, el cordón umbilical y los fluidos sinoviales con un alto porcentaje de 50%, pero también esta presente en todos los tejidos y fluidos del cuerpo en menor proporción, tal como los tejidos esqueléticos, válvulas del corazón, los pulmones, la arteria aorta, la próstata, los tejidos conjuntivos de la túnica albuginea, los cuerpos cavernosos y cuerpos esponjosos del pene.
El AH es producido primordialmente por células mesenquimales pero también se produce en otros tipos de células.
Funcion Biológica del Ácido Hialurónico
Durante las dos ultimas decadas, se han hallado evidencias considerables para descifrar el rol de la funcion del AH en los mecanimos moleculares asi como su utilidad en el desarrollo de terapias innovadoras para tratar multiples enfermedades.
Entre las funciones del AH se pueden incluir las siguientes: hidratación, lubricación de articulaciones, capacidad de llenar espacios vacíos, ademas de servir de estructura base para la migración de células.
La síntesis de AH aumenta durante el proceso de sanación de heridas y daños en tejidos; el AH actúa como regulador durante el proceso de reparación de tejidos, incluyendo la activación de células inflamatorias para reforzar la respuesta inmune y la respuesta de daño a los fibroblastos y células epiteliales.
El Ácido Hialurónico también provee una estructura base para la formación de vasos sanguíneos y la migración fibroblástica que pueden estar asociados a la formación de tumores.
La correlación de los niveles de AH en la superficie de la célula con la agresividad de los tumores también ha sido analizada.
Según estudios las funciones del AH descritas anteriormente están directamente ligadas al tamaño de los polímeros de AH la cual es una característica importante que juega un rol fundamental en el desarrollo de las funciones del AH en el cuerpo.
Un AH de tamaño molecular alto, usualmente de mas de 1.ooo kDa, presente en tejidos intactos actúa como antiangiogénico e inmunosupresor, mientras que los polimeros de AH de menor tamaño actúan como señal de fatiga, potentes inductores de inflamación y angiogénesis.
Biosíntesis del Ácido Hialurónico
El AH es sintetizado por enzimas especificas llamadas AH sintasas (AHS). Son enzimas unidas a la membrana que sintetizan AH en la superficie interior de la membrana de plasma para luego ser extruido a través de estructuras porosas dentro del espacio extracelular.
En los mamíferos existen tres tipos de enzimas AHS-1, 2 y 3 las cuales poseen diversas propiedades enzimáticas y son capaces de sintetizar cadenas de AH de diversas longitudes.
Degradación del Ácido Hialurónico
El Ácido Hialurónico posee una tasa de rotación dinámica. El AH tiene una promedio de vida de 3 a 5 minutos en sangre, menos de un día en la piel y de 1 a 3 semanas en los cartílagos.
El AH es degradado en fragmentos de diversos tamaños a través de las hialuronidasas por hidrólisis de hexosaminidasa beta (1,2,3,4) a través de enlaces de N-acetilglucosamina y residuos de ácido glucurónico en el AH.
En humanos se han identificado seis tipos de hialuronidasas: HYAL-1, 2, 3, 4 PH-20 y HYALP1, la familia de enzimas HYAL ha sido poco investigada hasta ahora, ya que se encuentran en concentraciones extremadamente bajas y son difíciles de purificar, caracterizar y medir su actividad la cual es alta pero inestable.
Nuevos procedimientos han permitido el aislamiento y caracterizacion de HYAL.
Las concentraciones mas altas en suero son del HYAL-1. Mutaciones en el gen de HYAL-1 son asociadas con deficiencias en HYAL y los mucopolisacaridos tipo IX.
Hyal-2 tiene una muy baja actividad comparado con el HYAL-1 en plasma, el mismo tiene la capacidad de hidrolizar especificamente AH de alto peso molecular, ablandando fragmentos de AH de aproximadamente 20 kDa, los cuales serán degradados mas tarde a pequeños oligosacaridos a través del PH-20.
El HYAL-3 se encuentra mayormente en la médula osea y los testículos, pero también están presentes en otros órganos del cuerpo humano como los pulmones.
El papel del HYAL-3 en el catabolismo de AH aun no esta claro, y se cree que puede contribuir a la degradación del AH por medio de la intensificación de la actividad del HYAL-1.
El AH también puede ser degradado de manera no enzimática a través de un mecanismo de radicales libres en presencia de agentes reductores tales como el ácido ascórbico, iones de hierro, cobre o tiol; este proceso requiere la presencia de moléculas de oxigeno.
En consecuencia, agentes que puedan retardar la degradación por radicales libres pueden ser de utilidad para mantener la integridad del AH en la dermis y sus propiedades humectantes.
Receptores del ácido hialurónico
Existe una variedad de proteínas unidas al AH, llamadas hialaderinas las cuales se encuentran ampliamente distribuidas en las MEC, la superficie de la células, el citoplasma y el núcleo y son aquellas que enlazan el AH con la superficie de la célula y constituyen los receptores de AH.
El mas prominente de estos receptores es la glicoproteína transmembrana, “cúmulo de diferenciación” CD44, que existe en muchas isoformas las cuales son producto de un gen simple con exon de expresiones variables.
El CD44 puede encontrarse en prácticamente cualquier célula, excepto los glóbulos rojos, y son capaces de regular la adherencia, migración, activación linfática, interconexión de las células ademas de la metástasis en el cáncer.
El receptor de motilidad mediado por hialuronano (HMMR) es otro receptor importante para el AH y se encuentra presente en varias isoformas.
El HMMR es un receptor funcional en muchos tipos de células, incluyendo células endoteliales, células de tejido blando muscular de arterias pulmonares y vías aéreas.
La interacción del AH con el HMMR controla el crecimiento celular y la migración a través de una compleja red de eventos de transduccion de señales e interacciones con el cito-esqueleto.
El factor de crecimiento transformante beta (TGFbeta-1) el cual es un poderoso estimulante de la motilidad celular provoca la sintesis y expresion de HMMR y AH y de ese modo da inicio a la locomoción.
El ácido hialurónico en la piel
El uso de biotinilados como enlaces peptidos de AH, ha revelado que no solo las células de origen mesenquimal son capaces de sintetizar AH y permitir la histolocalizacion de AH en los compartimientos dermicos de la piel y la epidermis.
Esta técnica permite la visualización de AH en la epidermis, mayormente en el MEC de las capas superiores espinosas y granulares asi como las capas basales, el AH es predominantemente intracelular.
La función de la piel como una barrera ha sido atribuida en parte a los cuerpos laminados, los cuales se creen que son lisosomas modificados que contienen enzimas hidroliticas que se fusionan con las membranas del plasma de keratinocitos maduros y tienen la propiedad de acidificarse a través de la bomba de protones y parcialmente convertir sus lípidos polares en lípidos neutros.
La difusion de material acuoso a través de la epidermis es bloqueado por estos lipidos sintetizado por keratinocitos en el estrato granuloso. Este efecto de límite corresponde a los niveles de tincion del AH.
El área rica en AH inferior a esta capa obtendrá agua de la dermis rica en humedad y el agua contenida en esa área no podrá penetrar mas allá del estrato granuloso rico en lipidos.
La hidratacion de la piel depende de manera critica de el agua que se encuentra almacenada en la dermis y el area vital de la epidermis mientras que el mantenimiento de la hidratación depende esencialmente del estrato granuloso.
Grandes perdidas de estrato granuloso en pacientes con quemaduras puede causar serios problemas clínicos debido a la deshidratación.
Según lo mencionado anteriormente, el AH se encuentra en mayores cantidades en la piel siendo su concentración de 50% en este órgano del cuerpo.
El nivel de AH contenido en la dermis es significativamente mas alto que el que se encuentra en la epidermis. Mientras que la dermis papilar contiene concentraciones mas altas de AH que la dermis reticular.
El AH que se encuentra en la dermis esta en continuidad con los sistemas linfáticos y vasculares.
El AH en la dermis regula el balance de agua, la presión osmótica, el flujo de iones y funciona como un tamiz excluyendo ciertas moléculas, mejorando el dominio extracelular de la superficie de las células y estabilizando las estructuras de la piel a través de interacciones electrostáticas.
Niveles elevados de AH son sintetizados durante la reparación de tejidos fetales sin cicatrices y la presencia prolongada del AH garantiza que la reparación de tejidos sin cicatriz sea exitosa.
Los fibroblastos dermicos proveen la maquinaria sintética para crear AH dermico y deben ser utilizados como punto de partida para desarrollos farmacológicos en pro de mejorar la hidratación de la piel. Desafortunadamente el AH exogeno se desaparece de la piel muy rápidamente, degradándose.
Las Sintasas del ácido hialurónico en la piel.
En la piel la expresion del gen AHS-1 y AHS-2, en la dermis y epidermis es regulado de manera individual por el TGFbeta-1, indicando que las isoformas de ambos AHS son diferentes y que la función del AH en dermis y epidermis es aislada y actúa de manera diferente en ambas áreas.
La expresión del ARN mensajero del AHS-2 y AHS-3 puede ser estimulada por el factor de crecimiento de keratinocitos, el cual activa la migración de keratinocitos estimulando así la sanación de la herida, conduciendo a la acumulación de AH de tamaño intermedio en el cultivo y entre los keratinocitos.
La respuesta migratoria de los keratinocitos para la sanación de la herida es estimulado por el aumento de la síntesis de AH. el ARN mensajero del AHS-2 también es inducido por IL-1beta y TNFalfa en los fibroblastos y por factor de crecimiento epidérmico en los keratinocitos de epidermis en las ratas.
La expresion disregulada de la sintesis de AH ha sido reportada durante las lesiones de tejidos.
Se ha podido detectar un aumento del ARN mensajero del AHS-2 y AHS-3 luego de que la piel de un raton sufriera una lesión, lo cual genera un aumento de los niveles de AH en la epidermis.
En la fibromatosis hialina juvenil, la cual es una rara enfermedad autosómica recesiva, caracterizada por la deposición de hialina y múltiples lesiones cutáneas, se ha observado una significativa disminución de la expresión de AHS-1 y AHS-3 y una síntesis reducida de AH en las lesiones cutáneas.
En los fibroblastos dermicos, donde el AHS-2 es la isoforma predominante, los glucocorticoides inhiben el ARN mensajero del AHS casi por completo, sugiriendo una base molecular de la disminución de AH en la piel atrofiada como resultado de tratamiento tópico con glucocorticoides.
Hialuronidasas en la piel
En la piel, aun no ha sido establecido cual de los muchos HYAL controlan la rotación de AH en dermis y epidermis. La elucidación de la biología del HYAL en la piel, puede ofrecer nuevas pistas farmacológicas para afrontar las rotaciones de AH en piel las cuales están relacionadas con el envejecimiento.
Receptores del AH en la piel
En la dermis y epidermis el AH se encuentra co-localizado con el CD44. Sin embrago, las variaciones exactas de CD44 en los diferentes compartimientos de la piel aun no han sido elucidadas.
Se tienen referencias de que las interacciones entre el CD44 y el AH actúan como medio de enlace de las células Langerhans y el AH en la matriz que recubre los keratinocitos en su superficie rica en CD44, mientras estos migran a traves de la epidermis.
El HMMR tambien se encuentra presente en la piel humana. La inducion de la estimulacion de la locomoción del fibroblasto a través del TGF-beta1 es mediada via HMMR, mientras que la sobre expresion de HMMR puede conducir a la transformación de los fibroblastos.
El Acido Hialurónico y el Envejecimiento de la piel
El cambio histoquímico mas dramático que puede observarse en la piel senescente, es la marcada desaparición de AH epidérmico, mientras el AH aun se encuentra presente en la dermis.
La razón por la cual sucede este cambio en la homeostasis del AH con el avance de la edad, es desconocida.
Según lo expuesto anteriormente, la síntesis de AH epidérmico es influenciada por la dermis subyacente y es controlada de manera separada de la síntesis del AH en la dermis.
La progresiva reducción del tamaño de los polímeros de AH en la piel como resultado del envejecimiento también ha sido observado.
Mientras la epidermis pierde la molécula principal responsable de almacenar y retener las moléculas de agua lo cual resulta en una perdida de la humedad de la piel.
En la dermis, el cambio mas evidente relacionado con el envejecimiento es el aumento de la avidez de AH de los tejidos con la concomitante perdida de la extractabilidad del AH.
Esto ocurre de manera paralela a la progresiva reticulación del colágeno y la continua perdida de extractabilidad de colágeno con la edad.
Todos los fenomenos mencionados asociados a la edad contribuyen a una aparente deshidratacion, atrofia y perdida de elasticidad que caracteriza a la piel envejecida.
El envejecimiento prematuro de la piel es el resultado de una exposición constante y seguida a los rayos ultravioleta.
Aproximadamente el 80% del envejecimiento facial es atribuido a la exposición a rayos UVA.
Los daños causados por los rayos ultravioleta inicialmente generan una sutil forma de sanación de la herida y es asociado al principio, con un aumento del AH de la dermis.
Se ha observado que una pequeña exposición de 5 minutos de un ratón desnudo a los rayos ultravioleta puede causar un aumento de la deposición del AH, indicando esto que la radiación de los rayos ultravioleta induce daños en la piel de una manera extremadamente rápida.
El enrojecimiento inicial de la piel luego de una exposición a rayos ultravioleta se debe a una leve reacción edematosa inducida por el aumento de la deposición del AH y la liberación de histamina.
Largas y repetidas exposiciones a los rayos UV a la larga simulará una respuesta típica de sanación de una herida con deposición de colágeno de cicatrización tipo I, en lugar de la usual combinación de colágenos tipo I y tipo III, la cual brinda a la piel resistencia y flexibilidad.
En la piel, el foto-envejecimiento resulta en cantidades y distribucion anormal de GAG comparado con las encontradas en cicatrices o en la respuestas de sanacion de heridas, con una disminucion de AH y un incremento de los niveles de sulfato de condroitina proteoglicano.
En los fibroblastos dermicos esta reducción de las síntesis de AH ha sido atribuida a la fragmentación del colágeno, lo cual activa las alfa-beta-integrinas y ademas inhibe la señal de Rhokinasa y la traslocacion nuclear de la FosfoERK, lo cual da como resultado una reducción de la expresión de AHS-2.
En estudios recientes se han descubierto algunos de los cambios bioquímicos que pueden distinguir el foto-envejecimiento del envejecimiento natural.
Utilizando tejido cutaneo humano, extraido del mismo paciente, expuesto a la luz solar y protegido de la luz solar, se ha podido observar un aumento significativo de la expresión del AH de menos masa molecular en la piel fotoexpuesta comparado con la piel que fue protegida de la radiación UV.
Este aumento de AH degradado ha sido asociado con una disminución significativa de la expresión de AHS-1 y un aumento de la expresión de HYAL-1, 2 y 3.
Ademas también se observo que la expresión de los receptores de AH CD44 y HMMR sufrieron una considerable disminución en la piel fotoexpuesta comparado con la piel protegida de la radiación UV.
Estos hallazgos indican que la piel fotoexpuesta y el envejecimiento extrinseco de la piel estan caracterizados por diferentes homeostasis del AH.
También hemos observado que el envejecimiento intrínseco de la piel se encuentra asociado a una reducción significativa del contenido de AH y la regulación de los receptores AHS-1,2, CD44 y HMMR, en los especímenes de tejidos cutáneos que fueron protegidos de la radiación UV tanto de pacientes jóvenes como de adultos.
Resultados similares han sido observados en piel protegida de la radiación UV en ambos géneros para el AH, AHS-2 y CD44.
