Botox: токсин, ставший лекарством
Инъекция «ботокса» (BOTOX® Cosmetic), наверное, одна из самых известных косметических процедур на сегодня (на самом деле, «ботокс» лишь название одного бренда, а не препарата, которое прочно укрепилось в нашей речи). Но знали ли вы, что «ботокс» – это, по сути, сильнейший токсин, один микрограмм которого способен убить человека? В годы Второй мировой войны ботулотоксин рассматривали в качестве потенциального биологического оружия, а сейчас он широко применяется в косметологии и медицине при снятии мышечных спазмов, головной боли и даже лечении офтальмологических заболеваний (косоглазия). Как опасный яд превратился в лекарство? Что же все-таки такое «ботокс», и как он работает?
Что такое ботулизм?
Ботулинический токсин (абб. BoNT) вырабатывается анаэробными (живущими в бескислородной среде) бактериями Clostridium botulinum, вызывая опасное, а порой и смертельное, заболевание ботулизм. Особенностью ботулотоксина является то, что он препятствует выделению ацетилхолина (нейромедиатор) в синапсах между нейронами и мышечными или экзокринными клетками, в итоге человеку становится сложно двигаться; симптомами ботулизма являются мышечная слабость, расплывчатое видение (ослабевают глазные мышцы) и нарушение речи. В критических случаях токсин вызывает парез (ослабление) дыхательных мышц, что может привести к летальному исходу. Заражение происходит при попадании спор бактерий в раны и употреблении инфицированной (чаще всего консервированной в домашних условиях) пищи.
Строение ботулотоксина
Неактивный BoNT представляет собой полипептид массой \(150\) кДа. Активация происходит, когда ферменты разделяют его на 2 цепи: тяжелую и легкую, соединенные дисульфидной связью. Существует \(7\) серотипов ботулотоксина (обозначаются от А до G), отличающихся набором антигенов. Человеческий ботулизм вызывается типами A, B, E и F (редко). Ботулотоксин образует комплексы (Progenitor Toxin Complex) с нетоксичными нейротоксин-ассоциированными белками (NAPs), функция которых облегчать проникновение BoNT из полости кишечника в кровеносную систему.
Механизм действия
Чтобы понять механизм действия ботулотоксина, давайте сначала вспомним, как нервный импульс возбуждает мышечные клетки. Когда потенциал действия достигает терминали (окончания) моторного нейрона (на картинке снизу отделен зеленой линией), ацетилхолин (acetylcholine, нейромедиатор) высвобождается из синаптических пузырьков (synaptic vesicle) в синаптическую щель (synaptic cleft). Этот процесс осуществляется комплексами SNARE-белков (soluble N-ethylmale-imide-sensitive factor-attachment protein receptors), которые обеспечивают слияние мембран пузырьков с клеточной мембраной. Молекулы ацетилхолина связываются с лиганд-зависимыми ионными каналами (acetylcholine receptor), которые позволяют ионам натрия диффундировать в мышечные клетки. Так запускается последовательность процессов, приводящая в итоге к сокращению мышечных волокон.
Когда ботулотоксин попадает в ткань, его тяжелая цепь (heavy chain) связывается с гликопротеинами (рецепторами) на поверхности нейронных окончаний. Затем токсин путем эндоцитоза попадает в клетку, где его легкая цепь (light chain) «разрывает» пептидные связи в SNARE-белках, таким образом блокируя выделение ацетилхолина. Следовательно, возбуждение не достигает клеток-мишеней. Именно этот механизм используется при инъекциях ботулотоксина: мышцы расслабляются, и морщины становятся менее заметны. В медицине ботулотоксин используется для снятия перенапряжения мышц и облегчения боли. Действие BoNT прекращается при восстановлении «запасов» SNARE-белков, поэтому эффект временный (около 3 месяцев).
Если вам кажется, что биология, да и наука в целом, имеет мало общего с нашей повседневной жизнью, то этот удивительный союз индустрии красоты и открытий в области молекулярной и клеточной биологии в очередной раз доказывает обратное.