Высокие уровни белка SerpinB3 в крови долгое время служили врачам тревожным сигналом, указывая на серьезные заболевания, такие как трудноизлечимые формы рака или тяжелые воспалительные процессы. Этот белок считался индикатором критического состояния барьерных тканей, например, кожи или легких, подверженных сильному стрессу и неблагоприятным воздействиям. Однако недавние исследования ученых из Университета штата Аризона (Arizona State University) перевернули эти представления: оказалось, что SerpinB3 не только служит маркером болезней, но и активно участвует в естественном процессе восстановления тканей, способствуя заживлению ран.
Проблема хронических ран остается серьезным вызовом для современной медицины. Ежегодно только в США регистрируется около 6 миллионов случаев ран, многие из которых заживают медленно или требуют сложного и дорогостоящего ухода. Такие трудноизлечимые повреждения часто связаны с диабетом, ожогами, инфекциями или пожилым возрастом и обходятся системе здравоохранения примерно в 20 миллиардов долларов ежегодно.
Соавторы исследования, Джордан Ярон и Каушал Реге с коллегами из Центра биодизайна инноваций и трансляционной медицины (Biodesign Center for Biomaterials Innovation and Translation), обнаружили, что SerpinB3 является одним из собственных инструментов организма для заживления. Их работа, опубликованная в журнале `Proceedings of the National Academy of Sciences`, показывает, что белок помогает поврежденной коже восстанавливаться после травм. Это открытие прокладывает путь к новым медицинским стратегиям: повышение активности SerpinB3 потенциально может ускорять заживление ран, в то время как ограничение его действия способно стать методом замедления или контроля агрессивных форм рака. Исследование также может пролить свет на вклад SerpinB3 в развитие воспалительных заболеваний, от кожных расстройств до астмы.
Работа ученых родилась на стыке двух основных направлений их лаборатории: исследований биоактивных материалов, способствующих заживлению ран, и экспертизы в области серпинов – семейства белков, известных как ингибиторы сериновых протеаз. Серпины регулируют множество процессов в организме, включая свертывание крови и иммунные реакции, и некоторые из них помогают поддерживать баланс между разрушением и восстановлением тканей.
Каушал Реге, профессор химической инженерии, отметил, что SerpinB3 привлек их внимание как ключевой фактор в заживлении ран, стимулированном наноматериалами, во время изучения свойств биоактивных покрытий. Он подчеркнул, что это «путешествие, начавшееся с ориентированных на применение исследований биоматериалов для восстановления тканей и приведшее к раскрытию фундаментальной роли этого белка как механизма реакции на травму в коже, было поистине увлекательным». Сейчас команда продолжает исследовать роль SerpinB3 в других патологических состояниях.
Многие серпины связаны с развитием болезней, когда их уровни в организме выходят из равновесия, способствуя воспалению, фиброзу и раку. SerpinB3, также известный как антиген плоскоклеточной карциномы-1 (squamous cell carcinoma antigen-1), был впервые обнаружен в ткани рака шейки матки в 1977 году. С тех пор он рутинно используется как биомаркер агрессивных форм рака легких, печени и кожи, где его высокие концентрации часто сигнализируют о более плохом прогнозе.
«Более четырех десятилетий SerpinB3 признавался двигателем роста и метастазирования рака – настолько, что стал клиническим диагностическим маркером. Однако все это время его нормальная роль в организме оставалась загадкой», – поясняет Джордан Ярон, доцент химической инженерии. Он добавил: «Когда мы изучили поврежденную, заживающую кожу, мы обнаружили, что клетки, перемещающиеся в область раны, продуцировали огромное количество этого белка. Стало ясно, что это часть механизма, который люди развили для заживления эпителиальных повреждений, – процесса, который раковые клетки научились использовать для распространения. Теперь это открывает двери для понимания того, как этот белок участвует во многих других заболеваниях».
Наблюдая за активацией генов в процессе заживления, исследователи выявили резкий рост уровня SerpinB3 в поврежденной коже. Этот рост был еще более значительным на ранах, покрытых современными биоматериальными повязками, что подтвердило предыдущие работы группы о способности этих материалов усиливать сигналы восстановления организма. В лабораторных экспериментах дополнительное введение SerpinB3 заставляло клетки кожи двигаться быстрее и быстрее закрывать раны. Его эффективность оказалась сопоставима с действием эпидермального фактора роста (Epidermal Growth Factor) – известной молекулы, способствующей заживлению. SerpinB3 стимулирует кератиноциты – клетки кожи, которые мигрируют для восстановления повреждений. При активации эти клетки слабее прикрепляются к окружающим тканям и становятся более подвижными, что позволяет им перемещаться в область раны и восстанавливать ткань. Белок также поддерживает общие сети восстановления организма, помогая координировать заживление и рост новых тканей. Обработанные таким образом раны демонстрировали более упорядоченные и лучше организованные коллагеновые волокна, создавая более прочную опорную структуру, которая помогает коже восстановить свою прочность и целостность.
Ученые подчеркивают, что необходимы дополнительные исследования для полного понимания роли SerpinB3 в общей системе заживления организма. Поскольку он ускоряет восстановление, SerpinB3 в конечном итоге может быть разработан как терапия для хронических, труднозаживающих ран, таких как пролежни и другие язвы, которые затягиваются очень медленно. Раскрывая двойную роль SerpinB3 как в развитии рака, так и в восстановлении тканей, это исследование показывает, что более глубокое изучение собственных механизмов заживления организма может привести к улучшению методов лечения стойких ран и новым подходам к борьбе с онкологическими заболеваниями.
