Строение рецептора egf

Применение факторов роста в медицине

За последние несколько десятилетий факторы роста все чаще стали использовать при лечении онкологических, сердечно-сосудистых и гематологических заболеваний, среди которых:

• Лейкозы

• Нейтропения

• Пересадка костного мозга

• МДС

• Апластическая анемия

• Антионегенез заболеваний сосудов и сердца и др.

Также успешно применяются в процессе культивирования клеток. Благодаря культивированию клеток возможности исследования и диагностики расширяются почти беспредельно, так как имеется возможность оценки не только морфологических и биохимических изменений, но и изменений в поведении клеток, их реакции на различные агенты, в том числе и на лекарственные воздействия. Поскольку клетки в культуре легко доступны для различных биохимических манипуляций, то при работе с ними радиоактивные предшественники, яды, гормоны и другие агенты могут быть введены в заданной концентрации и в течение заданного периода.

Лекарства - факторы роста:

Эритропоэтин, или ЭПО (препараты Epogen®, Procrit®), и дарбепоэтин (препарат Aranesp®).

Для лечения симптомов, связанных с анемией, используется «рекомбинантная» форма этого естественного фактора роста; она оказывает стимулирующее действие на костный мозг, способствуя образованию эритроцитов.  

Препараты Филграстим (Neupogen®) и Сарграмостим (Leukine®).

Больному с низким количеством лейкоцитов, у которого возникла хотя бы одна инфекция, могут назначаться факторы роста лейкоцитов. Имеется два фактора роста лейкоцитов—гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (Г-КСФ) и гранулоцитарно- макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ). Оба препарата вводятся путем инъекции под кожу от одного до семи раз в неделю. У большинства (около 75%) больных, которым назначается Г-КСФ (препарат филграстим или Neupogen®) или ГМ-КСФ (препарат сарграмостим или Leukine®), наблюдается повышенное производство лейкоцитов, что может способствовать снижению вероятности возникновения новой инфекции. Препараты филграстим и сарграмостим не вызывают серьезных побочных эффектов, лишь иногда больные сообщают о высыпаниях на коже и (или) болях в костях. 

Препарат Опрелвекин (Neumega®).

Препарат Опрелвекин — рекомбинантный фактор роста тромбоцитов. Одобрен для лечения пациентов с тяжелой формой тромбоцитопении. Препарат Опрелвекин увеличивает производство тромбоцитов, стимулируя рост незрелых тромбоцитов в костном мозге.

Участие факторов роста в заживлении ран

Острые раны содержат различные факторы роста, которые играют решающую роль в исходных фазах раневого заживления. PDGF, например, высвобождаются из тромбоцитов вскоре после тромбоза сосудов и достижения гемостаза. Процессы в начале раневого заживления отражают точный баланс между протеолитической активностью и синтезом матрикса, что приводит к неосложненному и быстрому раневому заживлению. В хронических ранах этот баланс нарушается. Понимание нарушения равновесия факторов роста в хронических ранах позволяет проводить их правильное лечение.

Раневое заживление происходит при контролируемой репликации специализированных клеток. Жидкость, собранная из острых ран, стимулирует синтез ДНК, увеличивая ее содержание в три раза по сравнению с фибробластами, растущими в культуре без сыворотки. И наоборот, жидкость, собранная из хронических ран, уменьшает синтез ДНК в культуре фибробластов. Количественно продемонстрировано, что в хронических ранах снижен уровень PDGF, FGF, βEGF и TGF-β в сравнении с острыми ранами. По мнению некоторых авторов, снижение концентрации факторов роста не может полностью объяснить уменьшение скорости раневого заживления. Например, в язвах на почве венозной недостаточности и сахарного диабета факторы роста присутствуют, однако они могут быть блокированы в фибриновой муфте, окружающей капилляры, вследствие чего теряют свою активность. Даже если факторы роста содержатся в хронической ране, раневые протеиназы могут нейтрализовать их эффект. Для того чтобы факторы роста оказывали положительное влияние на раневое заживление, необходимо присутствие минимальной критической концентрации физиологически активного гормона в ране. Если факторы роста продуцируются недостаточно или быстро метаболизируются, раневое заживление будет нарушаться.

В ряде исследований оценивался эффект влияния экзогенно внесенных факторов роста на заживление хронических ран. В этих работах применяли аутологичную смесь, полученную из тромбоцитов, содержащую PDGF, TGF-β, PDAF, PF4 и производный из тромбоцитов эпидермальный фактор роста (PDEGF). В результате было показано ускорение раневого заживления по сравнению с контрольной группой. При применении для лечения пролежней PDGF-BB и βFGF получены обнадеживающие результаты, а при использовании IL-1β положительного эффекта не было. Считается, что интерлейкины активируют макрофаги, гранулоциты и моноциты, а также стимулируют секрецию других факторов роста. Однако клиническое изучение IL-1 не показало какого-либо ускорения раневого заживления по сравнению с контрольной группой пациентов. Имеется сообщение о применении EGF и TGF-β для лечения язв на почве венозной недостаточности. PDGF с успехом используется для лечения диабетических язв стопы.

В исследованиях по эпителизации донорских мест после взятия расщепленного лоскута кожи получены обнадеживающие результаты. Эти раны более однородны, что позволило стандартизировать исследования. Было продемонстрировано ускорение заживления донорских мест в первые сутки при местном использовании EGF. Однако это различие клинически не имело большого значения. Гормоны роста применяли у детей с ожогами, у которых забирали кожные трансплантаты. При этом наблюдалось ускорение заживления ран и уменьшение длительности госпитализации пациентов. Факторы роста являются своеобразными локальными стимуляторами процесса раневого заживления, способствующими преодолению ингибирующего влияния различных неблагоприятных воздействий.

Несмотря на возрастающее число клинических исследований, демонстрирующих положительный эффект от местного применения факторов роста, сами по себе они не способствуют заживлению хронических ран, если не учитывается патология, на фоне которой развивается раневой процесс. В этих случаях для достижения эффекта необходимы усилия по лечению общих и локальных факторов, повлиявших на развитие хронической раны, таких как артериальная или венозная недостаточность, сахарный диабет, инфекция и др. Однако даже при коррекции основной патологии не все хронические раны можно лечить факторами роста. Кроме того, следует иметь в виду, что гетерогенность хронических ран делает проведение контролируемых проспективных рандомизированных исследований очень сложными, если вообще возможными, а полученные результаты часто трудны для сравнения.

Изучение раневого заживления фетальных тканей помогает объяснить результаты некоторых наблюдений за хроническими ранами. Фетальные раны имеют малую тенденцию к рубцеобразованию, и в них не образуется заметного количества грануляционной ткани. Интересно, что поврежденные фетальные ткани у детей не содержат заметного количества TGF-β1, тогда как в ранах взрослых данная изоформа находится в изобилии. Считается, что факторы роста семейства TGF в первую очередь ответственны за гипертрофическое рубцеобразование, особенно изоформы β1 и β2 . Изоформа TGF-β3 недавно описана и может оказывать ингибирующее действие на образование рубца, являясь природным антагонистом TGF-β1 и TGF-β2 изоформ.

Исследовано влияние на раневое заживление ингибирования TGF-β1 и TGF-β2 с антителами против этих двух изоформ. Установлено уменьшение образования рубцовой ткани. Добавление TGF-β3 снижает продукцию TGF-β1 и TGF-β2. Цитокины, а именно интерферон-γ (INF-γ), INF-β и INF-2β, могут также способствовать уменьшению рубцеобразования. Эти цитокины уменьшают пролиферацию фибробластов и синтез коллагена и фибронектина, снижая продукцию mРНК, необходимую для образования коллагена типа I и III. Содержание коллагенового гидроксипролина также уменьшается.

На модели ран у грызунов установлено, что добавление антител к воспалительным цитокинам TNFα и IL-I способствует уменьшению образования послеожоговых рубцовых контрактур. Целью этих исследований была разработка методов лечения, влияющих на нормальное раневое заживление путем использования раневых факторов роста, одновременно ингибируя чрезмерное формирование рубцовой ткани.

Роль факторов роста в образовании раковых клеток

Рак – это генетическая болезнь, то есть болезнь, связанная с потерей, или повреждением, или акти­вацией, или привнесением извне определенных генов.

Некоторые вирусы способны в определенных условиях вызывать образование опу­холей. Эти вирусы были названы онкогенными вирусами. Вирусы, как правило, содержат очень мало генов – от нескольких генов до нескольких десят­ков, тогда как в каждой клетке человека присутству­ет около 100 000 генов. Было показано, что из всех генов вируса обычно только один нужен для превращения клетки в опухолевую, то есть для этого нужно появление в клетке лишь одного нового бел­ка. Такие гены были названы онкогенами. У неко­торых вирусов это собственные гены вируса (вирус­ные онкогены), у других вирусов в процессе цикла их развития происходит захват генов хозяина, на­пример генов мыши или человека, и последние вы­ступают в роли онкогенов. Это особенно интерес­ная группа, поскольку в нее входят гены самой клетки, которые функционируют на определенных этапах развития, и на их матрице синтезируются нормальные белки.

 Один из путей активации онкогена –усиление активности он­когена, то есть усиление синтеза матричных РНК на матрице ДНК и в итоге усиление синтеза белкового продукта онкогена и его накопление в клетке. 

Вскоре после открытия первых онкогенов по­явились сообщения о существовании генов, утрата или подавление активности которых также приводит к развитию опухолей. Иными словами, белко­вые продукты этих генов необходимы для того, что­бы не дать клетке превратиться в раковую. Эти гены были названы антионкогенами или генами-супрессорами опухолей (ГСО). Число известных ГСО тоже быстро растет, хотя и уступает числу открытых онкогенов. Итак, есть гены, белковые продукты кото­рых помогают нормальной клетке превратиться в раковую, и гены, белковые продукты которых этому препятствуют. Возникает центральный вопрос, ка­кова природа белковых продуктов онкогенов и ГСО. Оказалось, что она чрезвычайно разнообраз­на. Основные классы генов и их белковых продук­тов, которые могут выступить в роли онкогенов или ГСО, приведены в таблице.

Таблица 1

Онкогены и гены-супрессоры опухолей

Природа гена / белка	Ген / белок (примеры)	Локализация опухоли (примеры)
Факторы роста	PDGF	Глиомы, саркомы
	TGF-α	Многие опухоли
Рецепторы	erb-B	Глиобластомы, рак груди
	erb-B2	Рак груди, яичников, слюнных желез
Передача сигнала	Ki-ras	Рак легких, яичников, кишечника и другие лейкемии
	N-ras
Факторы активации	c-myc	Лейкемии, рак груди, желудка, легких
Факторы транскрипции	N-myc	Нейробластомы, глиобластомы
	L-myc
Факторы блока	TGF-P	Рак кишечника
Передатчики и блокаторы передачи	DPC-4	Рак поджелудочной железы
	NF-1	Лейкемии, рак периферической нервной системы
Контроль клеточного цикла	cyclins D, E	Рак груди
	pl5	Разные опухоли
	pl6	Меланома
	pRB	Ретинобластома, остеосаркома (наследств.)
	p53	Многие опухоли (1/2 всех) (наследств.)
Апоптоз	p53	Многие опухоли (1/2 всех) (наследств.)
	Bcl-2	Разные опухоли
Бессмертие	Теломераза	Разные опухоли
Другие гены-супрессоры опухолей	APC	Рак кишечника (наследств.)
	BRCA1,BRCA2	Рак груди (наследств.)
Репарация ДНК	Гены репарации	Рак кишечника, ксеродерма (наследств.)
	ATM	Рак груди (наследств.)

  Чтобы клетка начала расти и размножаться, нуж­ны специальные сигналы, вырабатываемые обычно другими клетками, а иногда и самой клеткой. Это обычно белковые молекулы- факторы роста. Их производство строго регулиру­ется, но если происходит нарушение регуляции, то факторы могут накапливаться в больших количест­вах. Они начинают сигнализировать клетке о необ­ходимости расти и делиться. Поэтому некоторые ге­ны, кодирующие факторы роста, могут выступать в роли онкогенов.

Чтобы фактор подействовал, необходим рецеп­тор для данного фактора, расположенный на по­верхности клетки-мишени. Когда фактор присое­диняется к рецептору, последний активируется, что может в ряде случаев выразиться в ферментативной реакции, например фосфорилировании определен­ных белков. При некоторых повреждениях рецеп­торов факторов роста они обретают свойства "за­жигаться" при отсутствии своего фактора роста. Такой рецептор будет непрерывно передавать сиг­нал о необходимости начинать рост, хотя фактор роста и отсутствует. Поврежденный ген, кодирую­щий такой измененный фактор роста, может высту­пать в роли онкогена.

Передача сигнала на рост не ограничивается факторами роста и их рецепторами. В передаче та­кого сигнала участвует много других белков – пере­датчиков сигнала. Это своего рода клеточное реле. Такая передача часто идет путем фосфорилирования одним белком второго, вторым третьего и т.д. 

Цепи передачи сигналов заканчиваются в кле­точном ядре. Там происходит активация так назы­ваемых факторов транскрипции, то есть белков, связывающихся с регуляторными участками опре­деленных генов в ДНК и активирующих транскрип­цию данных генов. Иными словами, под действием факторов транскрипции на соответствующих генах происходит синтез матричных РНК, а на матрице последних - белков. Это те белки, которые нужны для роста и размножения клеток. И снова среди ге­нов, кодирующих факторы транскрипции, оказыва­ются онкогены. Если соответствующий ген работает с высокой активностью независимо от описанной выше регуляторной цепи, то он способствует пре­вращению нормальной клетки в опухолевую. [4,5,8].

 Применение факторов роста в косметологии

В косметологии используют факторы роста, экстрагированные из плаценты человека и животных, эмбриональных тканей, клеточных культур и даже из тканей растений. Один из вариантов их использования – стимуляция роста волос:

 Описано более 30 факторов роста, регулирующих работу волосяных фолликулов; некоторые из них стимулируют рост волос. Поэтому, если, например, удается изменить чувствительность к факторам роста рецепторов или ввести факторы роста непосредственно в зону облысения, то это может быть весьма перспективно в лечении алопеции. 

Самым доступным источником факторов роста являются тромбоциты, которые вырабатывают факторы роста, запускающие процесс регенерации любой соединительной ткани. Наиболее простой способ задействовать факторы роста – это ввести в кожу собственные тромбоциты в концентрированном виде. Сразу же после введения, они начинают выпуск собственных факторов роста без всяких лекарств или дополнительных стимулов.

Плазма, обогащенная тромбоцитами (PRP), используется в медицине уже более 10 лет. В многочисленных исследованиях показан лечебный эффект аутологичной (собственной), обогащенной тромбоцитами плазмы при заживлении костной, соединительной и мягких тканей, и этот эффект используется в хирургии, стоматологии, травматологии, ортопедии. 

Использование PRP имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами. Прежде всего, это безопасность. Вследствие того, что обогащенная тромбоцитами плазма берется из собственной крови пациента, полностью отсутствует риск инфекционных заболеваний или возникновения аллергических реакций. Кроме того, процедура малотравматична, а введение плазмы в кожу головы обеспечивает доставку факторов роста непосредственно в область отсутствия волос. Поэтому плазмотерпия в лечении выпадения волос признана наиболее перспективным направлением и успешно внедряется в ежедневную практику клиник соответствующего профиля.

В последние годы факторы роста стали активно использоваться в препаратах для борьбы со старением кожи. К примеру, система дермальных факторов роста в омолаживающем японском химическом пилинге:

«Биотехнологический “коктейль” состоит из 5 основных факторов роста, воспроизводящий состав секрета человеческой плаценты; мощный омолаживающий эффект. На уровне клеток и молекул ухаживает за кожей лица, замедляет процесс старения. Это открытие новой эры в развитии биологической науки – реализация мечты человечества о замедлении старения.»

Представления о биологической роли факторов роста в процессах жизнедеятельности всех элементов кожи легли в основу разработки Центром клеточных технологий молодости BEAUTY PLAZA активатора молодости. Активатор молодости – это уникальный комплекс биотехнологических компонентов, который основан на применении факторов роста, повышающих активность собственных фибробластов. Он применяется локально, в зонах, требующих радикального омоложения. После инъекционного введения активатора, начинается интенсивный рост нативного коллагена, который в норме тестируется только в юных тканях. Нарастающий синтез нативного коллагена обеспечивает биологическую молодость тканей и стойкий эффект омоложения зоны лица, шеи, декольте, рук, тела. Также есть ряд исследований, которые показали, что применение факторов роста увеличивает синтез коллагена в дерме и дает клиническое улучшение состояния кожи при повреждении ультрафиолетом [9,10].

Современные исследования

Ученым впервые удалось добиться полного восстановления функций сердца мыши, все клетки которого были предварительно заменены человеческими мультипотентными стволовыми клетками

Ученым из Школы медицины при Питтсбургском университете (США) впервые удалось добиться полного восстановления функций сердца мыши, все клетки которого были предварительно заменены человеческими мультипотентными стволовыми клетками - предшественниками клеток сердечно-сосудистой ткани. Достигнутые результаты, считают авторы, обещают прорыв в регенеративной медицине.

Команда под руководством специалиста по биологии развития Лэй Яна (Lei Yang) сначала подвергло сердце мыши процессу децеллюляризации, создав тем самым бесклеточный матрикс из соединительной ткани, впервые заселив его затем человеческими мультипотентными стволовыми клетками - предшественниками клеток сердечно-сосудистой ткани (multipotential cardiovascular progenitor cells, MCP).

Для получения MCP был взят крошечный участок кожи человека, затем выделенные из него клетки-фибробласты были перепрограммированы в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, способные превратиться в клетки разной специализации. Добавление специфических факторов роста превратило их в MCP, способные дифференцироваться в три типа клеток сердечно-сосудистой ткани - кардиомиоциты, эндотелиоциты и клетки гладкой мускулатуры.

Спустя 20 дней после заселения бесклеточного матрикса MCP ткани мышиного сердца были не только полностью восстановлены, но и спонтанно начало сокращаться вновь, достигнув уровня 40 - 50 ударов в минуту.

Полученный результат показывает, что сердечный бесклеточный матрикс способен посылать руководящие сигналы MCP, заставляя эти клетки дифференцироваться именно таким образом, чтобы обеспечить сердечную функцию.

Авторы рассчитывают, что в будущем станет возможным, взяв биопсию кожи пациента, создать из ее клеток персонализированные MCP, которые затем, регенерировав на биологическом каркасе, создадут необходимое для трансплантации новое сердце. Эта модель также может быть использована для доклинических испытаний эффективности новых лекарств. В планах группы Яна также изучение возможности выращивания только части сердечной мышцы, которую затем можно будет использовать в качестве «заплатки» на поврежденной в результате инфаркта области сердца[5].