Природные подсказки для лечения ран

Несмотря на широкий арсенал современных методов лечения ран — дебридмент, антибиотики, аутологичные трансплантаты, терапию отрицательным давлением и биопечать, — полноценное заживление тяжелых острых и хронических ран по-прежнему остается сложной задачей [1]. Особенно уязвимы пациенты с ожогами и диабетическими язвами: в таких ранах одновременно нарушаются образование новых сосудов, иммунный ответ и восстановление эпидермиса, а микробные биопленки могут снижать эффективность стандартного лечения.

Поэтому исследователи ищут средства для местного применения, которые могли бы одновременно воздействовать на несколько процессов, замедляющих заживление. Подсказки для такого поиска уже существуют в природе: у некоторых животных защитные механизмы кожи сочетают противомикробное действие с регуляцией воспаления и восстановлением тканей.

Одно из перспективных направлений — изучение кожи амфибий. В отличие от кожи многих наземных позвоночных, она лишена чешуи и других плотных защитных структур и постоянно контактирует с водой, микроорганизмами и потенциально повреждающими факторами. В ответ у амфибий сформировалась богатая система кожных секретов, в состав которых входят биоактивные пептиды. Эти молекулы помогают сдерживать рост бактерий, грибов и вирусов, а некоторые из них дополнительно регулируют воспаление, поддерживают перемещение и размножение клеток кожи, стимулируют образование новых сосудов и участвуют в восстановлении внеклеточного матрикса [1, 2].

Именно это сочетание защитных и восстановительных свойств делает амфибийные пептиды интересными для разработки новых средств, способных не только контролировать инфекцию в ране, но и поддерживать сам процесс заживления [3, 4].

Какие амфибии изучены и почему

Сегодня науке известно 8919 видов амфибий, и подавляющее большинство ранозаживляющих пептидов описано у представителей отряда Anura — лягушек и жаб, насчитывающего 7864 вида. Это закономерно: именно бесхвостые амфибии располагают наиболее развитыми секреторными гранулярными железами. Эти железы являются «хранилищами» сложных смесей биоактивных соединений: при стрессе или травме они выбрасывают на поверхность кожи пептиды, которые не только отпугивают хищников и подавляют рост микробов, но и выступают в роли регуляторов регенерации.

Под особым вниманием исследователей оказались роды Odorrana, Rana, Pelophylax, Xenopus, Phyllomedusa, Bufo и Duttaphrynus. Именно у этих амфибий были обнаружены хорошо изученные семейства кожных пептидов: дермасептины — у южноамериканских лягушек рода Phyllomedusa, магаинины — у африканской шпорцевой лягушки Xenopus laevis, а темпорины, бревинины и кателицидины — у представителей других родов [1, 2].

Показателен пример Nanorana parkeri — лягушки Цинхай-Тибетского плато. Адаптация к экстремальному ультрафиолетовому облучению и низкому микробному разнообразию обусловила появление пептида SC17-2, лишенного антибактериальной активности, но обладающего ангиогенными и ранозаживляющими свойствами [1]. Это наглядно демонстрирует: экологические особенности среды обитания напрямую определяют функциональный профиль кожных пептидовв.

У хвостатых земноводных (саламандр и тритонов (Urodela)) и у безногих земноводных (Gymnophiona) кожные секреты изучены значительно меньше. На момент публикации обзора у представителей Gymnophiona не было описано ни одного пептида, стимулирующего заживление ран. Так что данные об этой группе пока остаются крайне ограниченными.

От пептидомики — к тестированию на моделях ран

Открытие амфибийных пептидов обычно включает несколько последовательных этапов:

1. Сбор кожных секретов. Для стимуляции секреции используют мягкую электростимуляцию, массаж или воздействие УФВ-излучения.
2. Первичная обработка материала. Собранные секреты сразу переносят в кислый раствор или раствор, содержащий ингибиторы протеаз, чтобы сохранить структуру пептидов. Затем материал центрифугируют, обессоливают и лиофилизируют.
3. Пептидомический и протеомический анализ. Сложную смесь разделяют методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (RP-HPLC), после чего исследуют с помощью тандемной масс-спектрометрии. Это позволяет определить молекулярные массы пептидов и характерные фрагменты их распада.
4. Идентификация аминокислотных последовательностей. Для установления последовательностей используют de novo-секвенирование в сочетании с транскриптомным анализом кожных желез. Такой двойной подход повышает достоверность идентификации и помогает обнаруживать новые семейства пептидов [1].
5. Первичный функциональный скрининг. Уже идентифицированные пептиды проверяют на потенциальные ранозаживляющие свойства in vitro. Для этого используют:
• тест на миграцию клеток (scratch assay) — на монослоях кератиноцитов HaCaT и фибробластов HSF;
• тесты на пролиферацию клеток;
• оценку формирования сосудистоподобных трубочек в культурах эндотелиальных клеток HUVEC.
6. Оценка безопасности и селективности. Параллельно проводят контр-скрининг на гемолиз и цитотоксичность. Это позволяет на раннем этапе исключить кандидатов с потенциально неприемлемой безопасностью [1].
7. Проверка эффективности in vivo. Наиболее перспективные пептиды изучают на животных моделях:
• полнослойных эксцизионных ран у мышей;
• ожоговых ран;
• диабетических ран, созданных с помощью химических, генетических или диетических моделей;
• инфицированных ран с использованием клинически значимых патогенов, включая Staphylococcus aureus и Pseudomonas aeruginosa.
8. Сравнение результатов и стандартизация протоколов. Сопоставимость данных между исследованиями затруднена из-за различий в дизайне экспериментов: исследователи используют разных животных, создают раны разного размера, применяют различные методы моделирования диабета и схемы введения пептидов. Поэтому стандартизация протоколов и унификация оцениваемых показателей остаются одними из главных приоритетов для этой области.

Пептиды и их мишени в ране: классификация по функциям

Несмотря на различия в строении и происхождении, амфибийные пептиды могут действовать сразу на несколько процессов, важных для заживления раны. Одни подавляют рост микроорганизмов и избыточное воспаление, другие стимулируют восстановление кожи, защищают клетки от окислительного стресса или помогают уменьшить рубцевание.

• Антимикробно-противовоспалительные пептиды

MSI-1 — производное магайнина-2, а Pse-T2 — укороченный вариант псевдина-2. Эти пептиды повреждают оболочку бактерий и тем самым подавляют их рост. Одновременно они уменьшают выработку веществ, поддерживающих воспаление: фактора некроза опухоли альфа (TNF-α), интерлейкина-6 (IL-6) и интерлейкина-1 бета (IL-1β). В модели инфицированной ожоговой раны MSI-1 уменьшал количество бактерий в тканях под струпом и повышал выживаемость животных [1].

• Пептиды, стимулирующие восстановление кожи и регулирующие воспаление

Андерсонин-W1 (AW1), идентифицированный в кожном секрете лягушки Odorrana andersonii, воздействует на белок TLR4, участвующий в запуске воспаления. Благодаря этому пептид может поддерживать необходимую воспалительную реакцию в начале заживления, а затем ограничивать ее чрезмерную активность. Кроме того, AW1 стимулирует перемещение и размножение клеток кожи, а также образование новых кровеносных сосудов. Его действие изучали на моделях полнослойных ран, ожогов второй степени и диабетических ран у мышей [1].

Пептид FZ1 действует иначе: он активирует белок интегрин αvβ3, который участвует в перемещении клеток, восстановлении тканей и образовании сосудов. На основе FZ1 был создан самособирающийся гидрогель, который в модели диабетических ран ускорял заживление [1]. 

• Антиоксидантные пептиды

Антиоксидин-RL, обнаруженный в секрете кожи лягушки Odorrana livida, уменьшает образование активных форм кислорода — соединений, способных повреждать клетки. Кроме того, он снижает выраженность воспаления и поддерживает выработку фактора роста, необходимого для синтеза коллагена I типа.

Пептиды UIFSP из секрета темнопятнистой лягушки Pelophylax nigromaculatus, соединенные с клеточно-проникающим фрагментом TAT, защищали кожу от повреждения, вызванного UVB-излучением. Их действие было связано с ослаблением внутриклеточных сигнальных процессов, участвующих в воспалении и повреждении клеток [1].

• Пептиды, защищающие от радиационного повреждения

RIFSP-2, также обнаруженный в секрете темнопятнистой лягушки, защищает клетки от повреждения ионизирующим излучением. Он воздействует на фермент SCD1 (участвует в обмене жирных кислот) и тем самым подавляет белок STING, который в норме запускает воспалительную реакцию в ответ на повреждение ДНК радиацией. Благодаря такой блокировке воспаление уменьшается, и ткани восстанавливаются быстрее. Подтверждением этого механизма стало исследование на мышах: у животных, лишенных белка STING, защитный эффект пептида не проявлялся [1].

• Пептиды, потенциально уменьшающие рубцевание

OA-GL21 из секрета Odorrana andersonii ускорял заживление полнослойных ран без заметного формирования рубца. В исследовании у него также не выявили гемолитического действия и острой токсичности. Однако данные о способности этого пептида уменьшать рубцевание пока остаются предварительными [1].

Что общего в строении этих пептидов

Большинство изученных молекул имеют положительный заряд и участки, способные взаимодействовать как с водой, так и с жировыми компонентами клеточных мембран. Благодаря этому они могут эффективно контактировать с мембранами микроорганизмов и клетками кожи. Некоторые пептиды имеют особую циклическую структуру, известную как «петля Rana» (Rana box). Она делает молекулу более устойчивой к разрушению ферментами, которые присутствуют в раневой ткани.

От кожного секрета до клиники: что мешает пептидам дойти до пациента?

Пептиды лягушек и жаб уже показали способность ускорять заживление ран в лабораторных экспериментах и на животных моделях. Однако между таким результатом и появлением готового препарата остается большая дистанция. Это хорошо видно по патентам: из 188 патентов, посвященных антимикробным пептидам лягушек и жаб, только в шести была заявлена способность ускорять заживление ран. При этом четыре из этих патентов к моменту анализа уже утратили силу [1].

На момент публикации обзора лишь один препарат на основе амфибийных пептидов — гель PD-DP-008, также известный как JIJ02, — достиг первой фазы клинических испытаний. Его изучали для лечения акне. Таким образом, большинство амфибийных пептидов пока остаются на стадии лабораторных или доклинических исследований.

Главная проблема связана с устойчивостью этих молекул. В ране пептиды могут разрушаться под действием ферментов, а их активность может меняться при колебаниях кислотности, температуры и осмотического давления. Кроме того, некоторые из них могут повреждать не только бактерии, но и клетки человека. Исследователям также пока не хватает данных о большинстве видов амфибий. Сравнивать результаты разных работ трудно: ученые используют разные виды животных, размеры и расположение ран, способы моделирования диабета, дозировки и схемы нанесения пептидов [1, 5].

Чтобы сделать пептиды более стабильными и безопасными, их молекулы модифицируют. Например, отдельные аминокислоты заменяют на устойчивые аналоги, цепь пептида замыкают в кольцо или изменяют ее концы. Используют также присоединение полиэтиленгликоля — ПЭГилирование — и липидных фрагментов. Один из примеров такого подхода — циклический вариант CyRL-QN15. По сравнению с линейным RL-QN15 он лучше противостоит разрушению ферментами и сохраняет или усиливает ранозаживляющую активность [1, 5].

Другой путь — создание систем доставки. Пептиды можно включать в гидрогели, нановолокна, наночастицы и биополимерные раневые покрытия. Такая «упаковка» защищает молекулы от разрушения и помогает постепенно высвобождать их непосредственно в области раны.

Одновременно ученые расширяют поиск новых кандидатов. Для этого используют пептидомный и транскриптомный анализ, виртуальный скрининг, компьютерное моделирование и искусственный интеллект. Такие методы позволяют быстрее находить перспективные последовательности даже среди малоизученных видов амфибий.

Итак, потенциал пептидов лягушек и жаб связан с их многофункциональностью: одна молекула может одновременно подавлять микробов, регулировать воспаление и поддерживать восстановление тканей. Но для перехода от многообещающего лабораторного результата к клиническому препарату нужны более устойчивые формы пептидов, эффективные системы доставки, сопоставимые доклинические модели и подтверждение безопасности в хорошо спланированных исследованиях.

Источники

1. Deng C.-J., Wang Y., Yang X.-W. Amphibian-derived peptides as novel therapeutics for skin wound healing: mechanisms, applications, and challenges. Zool Res 2026; 47(3): 727–747.
2. Xu X., Lai R. The chemistry and biological activities of peptides from amphibian skin secretions. Chem Rev 2015; 115(4): 1760–1846.
3. Mangoni M.L., McDermott A.M., Zasloff M. Antimicrobial peptides and wound healing: biological and therapeutic considerations. Exp Dermatol 2016; 25(3): 167–173.
4. Fan X.Y., Ye J.H., Zhong W.L. et al. The promoting effect of animal bioactive proteins and peptide components on wound healing: a review. Int J Mol Sci 2024; 25(23): 12561.
5. Muttenthaler M., King G.F., Adams D.J. et al. Trends in peptide drug discovery. Nat Rev Drug Discov 2021;  20(4): 309–325.