Peptides có hoạt tính sinh học có tác dụng gì cho da?

Nhà thuốc Ngọc Anh – Chương 14: Peptides có hoạt tính sinh học

Tác giả: Katie Rodan”, Kathy Fields’, and Timothy Falla

Nguồn: Dược mỹ phẩm và ứng dụng trong thẩm mỹ

Bác sĩ: PATRICIA K.FARRIS

Giới thiệu

Các peptide có hoạt tính sinh học tự nhiên, chẳng hạn như angiotensin, vasopressin, oxytocin và bradykinin, lần đầu tiên được phát hiện cách đây hơn 40 năm. Việc nhận diện và ứng dụng các peptide như một liệu pháp điều trị da theo sau sự các peptide kháng khuẩn và hỗ trợ lành thương như GHK-đồng và Magainin. Tuy nhiên, mặc dù nhiều nỗ lực được thực hiện, không có peptide hoạt tính sinh học nào được phát triển thành công và chấp thuận để làm thuốc bôi tại chỗ cho bất kỳ bệnh lý da nào. Do đó, việc áp dụng công nghệ hướng đến ngành công nghiệp mỹ phẩm với GHK đồng (Copper Tripeptide-1) và Matrixyl (Palmitoyl Pentapeptide-3) là những peptide đầu tiên được đưa vào trong công thức chăm sóc da. Các thành phần peptide mang tính thương mại đầu tiên này hướng đến mục tiêu là kích thích các thành phần chất nền ngoại bào như collagen và ở phương diện chữa lành vết thương như sự tăng sinh tế bào. Kể từ đầu những năm 2000, nhiều peptide đã gia nhập thị trường, tạo ra một loạt các lựa chọn để đưa chúng vào các sản phẩm da liễu thẩm mỹ (Bảng 14.1). Ở đây chúng tôi định nghĩa và mô tả đặc điểm của các thành phần, vai trò tự nhiên, quá trình phát triển, lợi ích lâm sàng, và những hạn chế.

Định nghĩa peptide

Peptide là các polyme ngắn do các đơn phần acid amin được liên kết bởi cầu nối peptide hình thành thông qua liên kết cộng hóa trị của nhóm cacboxyl của một amin acid với nhóm amin của acid amin kế tiếp. Mọi peptide đều có đầu tận N của một acid amin (nhóm amin đầu tận cùng không liên kết) và đầu tận C của acid amin khác (nhóm cacboxyl đầu cuối không liên kết) ở điểm kết thúc của nó (ngoại trừ các peptide vòng). Bởi vì người có 21 acid amin tự nhiên hoạt động, mỗi loại có cấu trúc hóa học và khả năng phản ứng đặc trưng, tồn tại một lượng lớn khả năng cho trình tự peptide dựa trên cơ sở mỗi vị trí trong trình tự của một peptide có thể là một trong số 21 amino acid này. Tiềm năng về sự đa dạng trong cấu trúc cho phép các peptide dễ dàng được sửa đổi để nhắm đến mục tiêu, điều chỉnh mức độ, tính đặc hiệu của hoạt tính sinh học và sinh khả dụng.

Peptide được phân biệt với các protein khác dựa trên kích thước và thường chứa ít hơn 50 axit amin. Vì kích thước ngắn này, chúng thiếu cấu trúc bậc hai, bậc ba phức tạp thường thấy trong protein. Peptide ngắn nhất là dipeptide, bao gồm của hai acid amin nối với nhau bằng một liên kết peptide đơn. Liên kết peptide mạnh và tương đối bền với nhiệt, ánh sáng và pH nhưng dễ bị phân hủy bởi protease. Protease là một nhóm lớn các enzym được tìm thấy ở tất cả các sinh vật, có vai trò xúc tác phản ứng thủy phần các liên kết peptide. Một số protease tách acid amin đầu tận khỏi chuỗi peptide (chẳng hạn như exopeptidase, aminopeptidases, carboxypeptidase A) và nhóm khác tác động tới liên kết peptide bên trong (chẳng hạn như endopeptidase, trypsin, chymotrypsin, pepsin, papain). Da chứa nhiều protease bao gồm collagenase, elastase và fibrinolysin. Bệnh lý da như bệnh vảy nến và trứng cá đỏ có thể liên quan đến cơ chế điều chỉnh tăng sinh quá mức trong các hoạt động nhất định của protease.

Vai Trò Của Peptide

Đối Với Da Trong da, có hai nguồn peptide chính. Nguồn đầu tiên là sự tổng hợp duy nhất và biểu hiện dưới dạng các phân tử độc lập nguyên vẹn cho một mục đích cụ thể. Ví dụ quan trọng cho loại này là các peptide cơ bản được gọi là peptide kháng khuẩn (AMP) nhưng, hiện nay khi sự hiểu biết của chúng ta về các chức năng điều biến của chúng nhiều hơn, chúng nên được gọi là “peptide bảo vệ vật chủ”, “alamins” hoặc “peptide miễn dịch bẩm sinh”. Trong suốt quá trình tiến hóa, các peptide này đã giúp bảo vệ tất cả sinh vật sống với hơn 1200 trình tự đặc trưng đã được xác định trong tự nhiên. Ở động vật có vú và các sinh vật bậc cao khác, các peptide này tiến hóa để bảo vệ các bề mặt tiếp xúc và biểu mô như đường tiêu hóa, mắt và da. Cathelicidins và human beta-defensins (hBDs) là các peptide đặc trưng nhất biểu hiện trong da người và các lớp peptide miễn dịch bẩm sinh này biểu hiện một loạt các hoạt tính liên quan đến việc bảo vệ chống lại các mầm bệnh, điều hòa làm lành vết thương, hình thành mạch và điều hòa phản ứng viêm.

Các peptide như vậy có thể được biểu hiện hoặc cảm ứng khi được thử thách bởi mầm bệnh, vết thương hoặc tình trạng bệnh lý. Ngoài ra, một số bệnh lý da nhất định có thể điều biến biểu hiện của peptide hoặc ngược lại, sự biểu hiện của chúng có thể liên quan đến căn nguyên của một số tình trạng da nhất định. Ví dụ, người ta biết rõ rằng cathelicidins và hBDs được cảm ứng mạnh mẽ trong các tổn thương vảy nến ở mức độ giống như da bị vết thương. Tuy nhiên, bất chấp sự hiện diện của phản ứng viêm, dường như không có sự điều chỉnh quá mức của các peptide này trong bệnh viêm da cơ địa có nguy cơ bội nhiễm Staphylococcus aureus. Trong bệnh trứng cá đỏ, sự gia tăng nồng độ cathelicidin LL-37 liên quan đến phản ứng viêm và phần nào được tin rằng góp phần vào sinh bệnh học của bệnh. Do đó, sự điều biến peptide liên quan với tính miễn dịch bẩm sinh đã tạo ra nhiều tiềm năng cho các chế phẩm trong các lĩnh vực chống nhiễm trùng tại chỗ, mụn trứng cá, rosacea và trẻ hóa từ hoạt tính chữa lành vết thương.

Nguồn thứ hai của peptide hoạt tính sinh học bắt nguồn từ sự phấn nhỏ của một peptide lớn hơn hoặc protein được kích hoạt bởi các phản ứng sinh lý như như bệnh lý viêm, vết thương, tiếp xúc với tia UV hoặc stress. Trong các phản ứng đó, peptide được tạo ra thông qua quá trình tiêu hóa phân giải protein ở chất nền ngoại bào. Các mảnh vỡ peptide này hoạt động theo một vòng feedback để kích thích quá trình chữa lành và tái xây dựng lại chất nền ngoại bào, đóng một vai trò quan trọng trong quá trình di chuyển, tăng sinh và điều hòa gen của tế bào. Trong số các trình tự peptide này, gọi là matrikines, bao gồm hexapeptide VGVAPG có nguồn gốc từ sự thủy phân elastin bởi elastase, pentapeptide KTTKS có nguồn gốc từ sự phân giải một procollagen, và tripeptide GHK có nguồn gốc từ collagen I. Trong ống nghiệm, sự ra đời của các peptide này trong chất nền ngoại bào đã được cho thấy có tín hiệu điều hòa sự di chuyển của tế bào sừng để chữa lành vết thương, thúc đẩy quá trình hóa hướng động và kích thích phân bào.

Sự Phát Triển Của Các Peptides

Gốc trình tự

Trình tự acid amin của peptide được sử dụng trong da liễu và các sản phẩm chăm sóc da có thể đến từ các peptide tự nhiên được mô tả ở trên hoặc từ bản sao của các chuỗi ngắn tồn tại như một phần của các peptide và protein lớn hơn nhưng không tồn tại riêng lẻ như các peptide trong tự nhiên. Phân nhóm này bao gồm các trình tự có thể bắt chước vị trí liên kết, vị trí hoạt động cho một enzym hoặc phối tử (ligand) của một enzym được sử dụng để liên kết với một phân tử khác. Những peptide này là chất đồng vận hay đối vận và do đó, làm các phản ứng xảy ra hoặc ngăn phản ứng xảy ra, cung cấp khả năng làm giảm các sự kiện không mong muốn như phản ứng viêm, sản xuất melanin hoặc dẫn truyền thần kinh hoặc tăng những sự kiện mong muốn như sự tạo mỡ, nồng độ kênh hấp thu nước hoặc bảo vệ DNA.

Các cơ sở dữ liệu của protein và DNA trở nên dễ tiếp cận, tìm kiếm được đã cho phép các nhà khoa học tăng tốc và mở rộng đáng kể khả năng xác định các trình tự quan tâm cũng như các mô típ cấu trúc. Trình tự và cấu trúc chung cho các protein khác nhau, các vị trí liên kết và các phối tử có thể dễ dàng được so sánh để tạo ra các thiết kế hợp lý và cung cấp sự chỉ dẫn cho các hoạt tính sinh học tiềm năng.

Điều biến peptide

Trình tự cuối cùng của một peptide có thể từ những gì được nhìn thấy trong tự nhiên sau đó được biến đổi để đưa vào công thức. Ví dụ, trình tự acid amin có thể được sửa đổi bằng nhóm thay thế để phát triển hoạt tính mong muốn, để thay đổi độ hòa tan hoặc để tăng khả năng của peptide đến được đích của nó. Những hiệu quả như vậy có thể đạt được bằng cách sửa đổi phân bố điện tích, thuộc tính kỵ nước/ưa nước, hoặc bằng cách thay đổi sắp xếp không gian của peptide. Thông thường, sự dễ dàng trong thiết kế và sửa đổi thông qua tổng hợp peptide mang lại một lợi thế đáng kể qua việc áp dụng các sản phẩm peptide có nguồn gốc tự nhiên.

Một biến đổi phổ biến khác của trình tự peptide xuất hiện tự nhiên là sự giảm số lượng acid amin. Nếu hoạt tính sinh học mong muốn có thể được duy trì trong một mảnh ngắn hơn của trình tự ban đầu, thì tổng thể chiều dài có thể giảm và điều này có thể giúp ích về khía cạnh công thức, chi phí và sự thâm nhập vào da. Trình tự cũng có thể được sửa đổi bằng cách bổ sung nhóm chức hóa học cụ thể như acid béo (ví dụ: acid palmitic sản xuất một nhóm palmitoyl, thường được viết là PAL) để thay đổi cấu trúc hóa học và đặc tính của peptide.

Sự kết hợp các hóa chất trong kho lưu trữ hàng nghìn peptide có thể được tổng hợp, cùng với khả năng tiếp cận một loạt thử ng-hiệm sàng lọc được đưa vào, đã cho phép các nhà nghiên cứu có được một mạng lưới rất rộng khi tìm cách tối ưu hóa trình tự để đạt lợi ích lâm sàng và phát triển sản phẩm. Ngoài ra, sự ra đời của phương pháp phân tích microarray (mRNA định lượng cho các sản phẩm gen cụ thể) đã cung cấp cả một công cụ có giá trị cho cơ chế hoạt động và phát triển giai đoạn đầu để hướng dẫn thiết kế cấu trúc chuỗi peptide.

Thẩm định

Sự kết hợp giữa thử nghiệm in vitro và xác định đặc tính in vivo đã trở thành tiêu chuẩn để đánh giá các thành phần hoạt động tiềm năng. Khi xem xét giá trị của một pep-tide vì một lợi ích cụ thể, điều quan trọng là rằng dữ liệu phiên mã dựa trên tế bào được hỗ trợ từ dữ liệu dịch mã dựa trên tế bào, như việc dữ liệu này là sự phê chuẩn của dữ liệu kia. Trong nghiên cứu trên con người, việc áp dụng peptide đơn lẻ phải được thực hiện và dữ liệu được trình bày từ kết quả lâm sàng và cơ chế tác động bao gồm việc đọc cả protein và mRNA. Mức độ thẩm định này là một phần quan trọng trong việc đánh giá các thành phần peptide bởi vì, do kích thước và tính nhạy cảm của chúng với sự thoái giáng protease, đôi khi dữ liệu in vitro sẽ không hoạt động in vivo.

Lợi ích lâm sàng

Như đã mô tả ở trên, đã có nhiều peptide được phát triển để đưa ra một loạt các ứng dụng vào da liễu và chăm sóc da. Một ví dụ của một peptide được phát triển để nhắm đến mục tiêu chống lão hóa là tetrapeptide-21, một thành phần chăm sóc da đã được mô tả đầy đủ và được công bố trong tạp chí bình duyệt. Tiền đề cho việc phân lập tetrapeptide-21 dựa trên sự tăng trưởng trong sản xuất chất nền ngoại bào (ECM) bởi đầu tận cacboxyl tiền peptide của collagen loại I. Sự tổng hợp collagen cảm ứng các hoạt động của những đoạn nhỏ này nằm trong trình tự pentapeptide bao gồm KTTKS (đã mô tả trên). Dựa trên những quan sát này, người ta cho rằng tồn tại một vòng điều hòa trong đó việc giải phóng các peptide từ ECM xung quanh kích thích hoạt động của nguyên bào sợi. Giả thuyết lý luận này đã được mở rộng để xác định các trình tự peptide với tiềm năng điều hòa sự sinh tổng hợp ECM với giả thuyết rằng trình tự lặp lại trong các thành phần ECM, chẳng hạn như collagen, có thể có tiềm năng cao trong vai trò truyền tín hiệu tại thời điểm phá vỡ collagen. Trình tự protein của collagen được ấn định nhờ vào sự xuất hiện lặp lại của trình tự tetrapeptide.

Thẩm định in vitro ở cấp độ dịch mã và phiên mã

Tầm soát 15 chuỗi tetrapeptide kép được thực hiện bằng cách cho các nguyên bào

Để xác định xem những hiệu ứng điều biến này có thể được tái tạo trong in vivo, Tetrapeptide-21 được dùng tại chỗ cho da của 10 người tình nguyện viên khỏe mạnh trong một nghiên cứu mù đôi, ngẫu nhiên, có đối chứng với giả dược một lần một ngày trong thời gian 8 tuần, chỉ sử dụng tá dược hoặc cùng lượng tá dược tương tự nhưng chứa 50 ppm peptide.

RNA được trích từ mẫu sinh thiết của các vùng da điều trị, chủ yếu là da mông, phiên mã ngược và biểu hiện gen được phân tích bằng RT-PCR. Biểu hiện của COL1A1 đã tăng lên đáng kể ở cả hai phương pháp điều trị sau 8 tuần, với kết quả sự gia tăng gấp 2 lần đối với các vùng được điều trị bằng giả dược và tăng 3,1 lần đối với tá dược chứa tetrapeptide so với da không được điều trị. Sự khác biệt kết quả giữa hai nhóm điều trị là có ý nghĩa (p = 0,02, kiểm định Wilcoxon).

Các phần hóa mô miễn dịch được nhuộm bằng kháng thể đơn dòng cho collagen I, acid hyaluronic và fibronectin (Hình 14.1). Tất cả cho thấy sự tăng sinh tế bào rõ ràng. | Độ đàn hồi của da được đo lường và tính theo độ căng đàn hồi (R1) tại thời điểm bắt đầu và kết thúc tám tuần nghiên cứu. Tetrapeptide-21 cải thiện in vivo R1 đến 34,1% (p = 0,002 phép kiểm T bắt cặp so với giá trị nền). Trong một nghiên cứu thứ hai, tuyển 60 tình nguyện viên, hiệu quả sinh lý da của Tetrapeptide-21 được xác định dựa trên khía cạnh độ căng đàn hồi (R1), thể tích da và độ thô ráp của da sau 8 tuần sử dụng hai lần mỗi ngày ở 10 ppm hoặc 100 ppm. Độ đàn hồi của da ở mặt trong cẳng tay tăng lên 41,3% đối với 10ppm Tetrapeptide-21 trong tám tuần. Để đánh giá hiệu quả chống lão hóa của tetrapeptide, chụp ảnh da của đối tượng trước và sau thời gian điều trị tám tuần bằng VisioscanTM. Kết quả quan sát thấy có sự giảm thể tích da lần lượt 8% và 12,2% khi sử dụng 10 ppm và 100 ppm Tetrapeptide-21. Độ mịn da được cải thiện 19% sau khi điều trị với 10 ppm và tiếp tục tăng lên 41,9% bởi 100 ppm peptide. Khi nghiên cứu này được lặp lại bằng cách sử dụng Tetrapeptide-21 10 ppm (hai lần mỗi ngày cho 8 tuần) ở vùng quanh mắt, quan sát thấy sự cải thiện thẩm mỹ các nếp nhăn quang mắt (Hình 14.2). Ngoài ra, kết quả này có liên quan đến sự cải thiện có ý nghĩa thống kê (p <0,01) ở độ thô ráp của da được xác định bởi hệ thống Primos Pico.

Kết Luận

Ưu điểm của công nghệ peptide với ứng dụng trong da liễu

Peptide từ nhiều nguồn khác nhau trong cơ thể tạo ra một loạt các tác động bên trong và trên da. Bởi vì thực tế này, việc sử dụng chúng như một liệu pháp điều trị tại chỗ và các thành phần dược mỹ phẩm chăm sóc da tạo ra ý nghĩa rất lớn như việc các peptide bôi lên da được cơ thể xử lý theo cách tương tự như các peptide của cơ thể vật chủ. Do đó, chúng không gây tính miễn dịch, chủ yếu dựa trên các chuỗi ngắn tự nhiên và được tổng hợp từ các acid amin có trong tự nhiên. Ngoài ra, chúng không có hoạt tính hóa học vì hoạt tính của chúng có bản chất sinh học (tín hiệu và gắn kết) trong cả lý thuyết và thực tế, nên đều rất ít khả năng gây kích ứng hoặc tác dụng phụ.

Quan trọng là, tổng hợp peptide mang lại cơ hội và khả năng tạo ra các thành phần chăm sóc da “thiết kế riêng” mà trước đây chưa từng có. Thông qua việc tổng hợp, sàng lọc các kết hợp hầu như vô tận của các trình tự axit amin và tối ưu hóa cấu trúc hóa học của các thành phần peptide tiềm năng, peptide đã mở ra một thế giới với các khả năng cho tương lai của cả thuốc và dược mỹ phẩm.

Nhược điểm của công nghệ peptide với ứng dụng trong da liễu

Những bất lợi đáng kể nhất đối với việc sử dụng peptide trong điều trị da nằm ở việc vận chuyển và tiếp cận mục tiêu. Để vận chuyển một phân tử trên 500 mw qua các lớp bên ngoài của da là vô cùng khó khăn, bằng chứng là lĩnh vực phân phối thuốc qua da đã sử dụng nhiều cách để giải quyết vấn đề này. Không có sự hỗ trợ từ các chất tăng cường thâm nhập chẳng hạn như dòng điện và phương pháp tiêm hoặc hệ thống vận chuyển như là các liposome hoặc các hạt nano được nhắm trúng địch, có vẻ không khả thi khi một peptide trên 500 m sẽ đến được lớp bì hay thậm chí là thượng bì. Điều này trước hết là do bản chất vật lý của da và cũng do sự hiện diện của các protease.

Tổng hợp peptide, mặc dù không phải là một quá trình phức tạp hoặc khó khăn, nhưng có thể tốn kém. Sản xuất bằng phương pháp tổng hợp (hóa học pha rắn hoặc pha dung dịch) sử dụng các axit amin có nguồn gốc từ thực vật là quy trình tiêu chuẩn được sử dụng cho cả peptide trong trị liệu và thành phần. Việc sản xuất peptide tái tổ hợp đã được ng-hiên cứu trong nhiều năm và mặc dù nó tốn kém hơn, sản phẩm cuối cùng có vẻ không tinh khiết như các sản phẩm tổng hợp có sẵn.

Tương Lai

Để khai thác triệt để công nghệ này, một cách tiếp cận hợp lý nên được thực hiện với việc thiết kế, phát triển và thẩm định các peptide có hoạt tính sinh học. Điều này cân nhắc đến cơ chế hoạt động được giả định và vị trí nơi hoạt động đó diễn ra. Các đích nằm trên bề mặt của da có thể dễ dàng tiếp cận và đem lại tính ứng dụng khả thi cho peptide. Ví dụ, một peptide hiện đang được bán trên thị trường, Oligopeptide-10, được thiết kế để liên kết với acid lipoteichoic (độc tố trên bề mặt vi khuẩn Gram dương) góp phần gây viêm ở mụn trứng cá và trứng cá đỏ. Sự gắn kết của chất độc này có thể xảy ra rất gần bề mặt da và do đó không yêu cầu thẩm nhập qua da. Một ví dụ khác là Tetrapeptide-14 có khả năng làm giảm lượng IL8 trong tế bào sừng, do đó làm giảm biểu hiện MVP-1 trong nguyên bào sợi. Trong trường hợp này, peptide không cần tiếp cận nguyên bào sợi nhưng hoạt động thông qua tín hiệu. Những chiến lược này tránh được nhược điểm chính của peptide. Khi mục tiêu peptide nằm trong các lớp dưới của da, thì các dữ liệu ủng hộ việc áp dụng peptide trong da liễu hoặc các sản phẩm chăm sóc da phải toàn diện, như miêu tả trên.

Tiềm năng thực sự của công nghệ peptide đã được chứng thực trong da liễu có thể kết hợp với các hoạt chất hoạt động có nguồn gốc từ các thành phần truyền thống và liệu pháp OTC. Peptide được biến đổi để mang lại một hoạt tính cụ thể cho một mục tiêu cụ thể thông qua một quy trình gắn kết đặc hiệu. Để một sản phẩm có công thức mang lại hiệu quả vượt trội, hoạt động này cần được bổ sung bởi các công nghệ khác được thiết kế để giải quyết điểm mấu chốt trên lâm sàng một cách rộng rãi và toàn diện nhất, có thể trong cùng một sản phẩm hoặc trong các sản phẩm đi kèm. Phân tích sâu các hoạt động của thành phần, ví dụ: dữ liệu microarray, có thể cung cấp một công cụ tuyệt vời để phân tích khả năng tương thích.

Trong cơ thể, và đặc biệt là ở da, các peptide được sản xuất nhanh chóng để phản ứng lại sự kiện kích thích và cũng nhanh chóng bị phân hủy. Chúng là “lính bộ binh” của nhiều hệ thống sinh học. Và có lẽ đó là khía cạnh hấp dẫn nhất của các peptide có hoạt tính sinh học – khả năng bắt chước các quá trình sinh học tự nhiên của da.

xem thêm: Đậu nành và bột yến mạch trong dược thẩm mỹ có tốt cho da không?