Der epidermale Arginin-Stoffwechsel und dessen therapeutische Beeinflussung

Zusammenfassung

Arginin ist als physiologische Aminosäure für die topische Anwendung in kosmetischer und dermatologischer Hinsicht eine vielversprechende Wirksubstanz. Arginin wird enzymatisch in der Arginasereaktion zu Harnstoff und Ornithin sowie in der NO-Synthase-Reaktion zu NO und Citrullin metabolisiert. Harnstoff erhöht die Wasserbindungskapazität der Hornschicht, besitzt keratoplastische, bakteriostatische, antimykotische, juckreizstillende und proteolytische Eigenschaften. NO ist wesentlich an der Regulation der hämo- und lymphovaskulären Perfusion sowie Initiation und Unterhaltung von Entzündungsprozessen beteiligt und verfügt über immunmodulierende und Radikalfängereigenschaften. Sowohl Arginase als auch NO-Synthase werden in Keratinozyten, aber auch in weiteren kutanen Zellen (z. B. Melanozyten, Fibroblasten, mikrovaskuläre Endothelzellen) exprimiert und funktionell durch verschiedene Faktoren in ihrer Aktivität beeinflusst. Arginin ist aus toxikologischer Sicht in relevanten Konzentrationen als unbedenklich einzustufen. Als hydrophile Substanz lässt sich L-Arginin unkompliziert in Standardvehikelsysteme zur topischen Applikation einarbeiten. L-Arginin penetriert in die menschliche Haut, wobei in der lebenden Epidermis ein ausreichendes Konzentrations-Zeit-Profil erreicht wird. Die Potenz einer praktischen Anwendung von topisch appliziertem L-Arginin ergibt sich aus der biochemischen Stellung des Arginins im epidermalen Stoffwechsel. Neben der kosmetischen Anwendung und der Pflegetherapie bei chronischen Dermatosen ist eine Vielzahl weiterer Anwendungsmöglichkeiten bei Störungen der Funktion und Struktur der Haut möglich.

Abstract

From a cosmetic and dermatological point of view, arginine, a physiological amino acid, is a promising active substance for topical applications. Arginine is metabolized enzymatically in the arginase reaction to urea and ornithine and in the NO-synthase reaction to NO and citrullin. Urea increases the water binding capacity of the horny skin layer, possesses keratoplastic, bacteriostatic, antimycotic, and proteolytic properties and relieves itching. NO is essentially involved in the regulation of hemo- and lymphovascular perfusion and in initiation and maintenance of inflammatory processes. It possesses immunomodulating and radical trapping properties. Both arginase and NO synthase are expressed in keratinocytes, and also in other cutaneous cells (such as melanocytes, fibroblasts, microvascular endothelial cells) and its activity is functionally influenced by various factors. In relevant concentrations, arginine can be considered safe from a toxicological point of view. As a hydrophilic substance, L-arginine can be easily worked into standard vehicle systems for topical application. L-arginine penetrates into human skin, whereby an adequate concentration time-profile is attained in the living epidermis. The potency of practical use of topically applied L-arginine arises from the biochemical role of arginine in epidermal metabolism. In addition to cosmetic use and therapy of chronic dermatoses, a number of additional applications are possible in functional and structural disruptions of the skin.

Literatur

• 1 Abd El Aleen S A, Ferguson M W, Appleton I, Kairsingh S, Jude E B, Jones K, McCollum C N, Ireland G W. Expression of nitric oxide synthase isoforms and arginase in normal human skin and venous leg ulcers.  J Pathol. 2000;  191 434-442
• 2 Bogle R G, Baydoun A R, Pearson J D, Mann G E. Regulation of L-arginine transport and nitric oxid release in superfused porcine aortic endothelial cells.  J Physiol Lond. 1996;  490 229-241
• 3 Brittenden J, Heys S D, Eremin O. Immunological properties of L-arginine. In: Eremin O (ed) L-Arginine: Biological aspects and clinical application. New York; Springer 1997
• 4 Buga G M, Singh R, Pervin S, Rogers N E, Schmitz D A, Jenkinson C P, Cederbaum S D, Ignarro L J. Arginase activity in endothelial cells: inhibition by N^G-hydroxy-L-arginine during high-output NO production.  Am J Physiol. 1996;  271 H1988-1998
• 5 Chamorro G, Salazar M, Salazar S, Ceballos G, Trujillo J, Munoz O, Yanez R. Antifertility effects of (+)-S-2-amino-6-iodoacetamidohexanoic acid (2-AIHA) in female rats.  Contraception. 1996;  53 247-251
• 6 Dupré J, Curtis J D, Waddell R W, Beck J C. Alimentary factors in the endocrine response to administration of arginine in man.  Lancet. 1968;  2 28-29
• 7 Feelisch M, Stamler S J. Methods in nitric oxide research. Chichester; Wiley 1996
• 8 Gotoh T, Araki M, Mori M. Chromosomal localization of the human arginase II gene and tissue distribution of its mRNA.  Biochem Biophys Res Comm. 1997;  233 487-491
• 9 Gotoh T, Sonoki T, Nagasaki A, Terada K, Takiguchi M, Mori M. Molecular cloning of cDNA for nonhepatic mitochondrial arginase (arginase II) and comparison of its induction with nitric oxide synthase in a murine macrophage-like cell line.  FEBS Letters. 1996;  395 119-122
• 10 Hassan A S, Milner J A. Alterations in nucleic acid and nucleotides in arginine deficient rats.  Metabolism. 1981;  30 739-744
• 11 Heys S D, Broom J, Eremin O. L-Arginine: Biochemistry and basic biology. In: Eremin O (ed) L-Arginine: Biological aspects and clinical application. New York; Springer 1997
• 12 Imms F J, London D R, Neame R LB. The secretion of catecholamines from the adrenal gland following arginine infusion in the rat.  J Physiol. 1969;  200 331-335
• 13 Iyer-Ramaswamy K, Bando J M, Jenkinson C P, Vockley J G, Kim P S, Kern R M, Cederbaum S D, Grody-Wayne W. Cloning and characterization of the mouse and rat type II arginase agenes.  Mol Gen Metabol. 1998;  63 168-175
• 14 Jenkinson C P, Grigor M R. Rat mammary arginase: Isolation and characterization.  Biochem Med Meta Biol. 1994;  51 156-165
• 15 Jude E B, Boulton A J, Ferguson M W, Appleton I. The role of nitric oxide synthase isoforms and arginase in the pathogenesis of diabetic foot ulcers: possible modulatory effects by transforming growth factor beta 1.  Diabetologica. 1999;  42 748-757
• 16 Lancaster J. Nitric oxide. San Diego; Academic press 1996
• 17 Liu J, Hatzoglou M. Control of expression of the gene for the arginine transporter Cat-1 in rat liver cells by glucocorticoids and insulin.  Amino Acids. 1998;  15 321-337
• 18 Louis C A, Reichner J S, Henry W L, Mastrofrancesco B, Gotoh T, Mori M, Albina J E. Distinct arginase isoforms expressed in primary and transformed macrophages: Regulation by oxygen tension.  Am J Physiol. 1998;  274 R775-782
• 19 MacAllister R, Benjamin N. L-arginine and nitric oxide system. In: Eremin O (ed) L-Arginine: Biological aspects and clinical application. New York; Springer 1997
• 20 Mendez J D, Yanez R, Wong C, Hicks J J. Uterine arginase inhibition affect the rat embryonic development.  Contraception. 1986;  33 597-604
• 21 Merimée T J, Lillicrap D A, Rabinowitz D. Effect of arginine on serum-levels of human growth-hormone.  Lancet. 1965;  2 668-670
• 22 Ochoa J B, Bernard A C, Mistry S K, Morris S M, Figert P L, Maley M E, Tsuei B J, Boulanger B R, Kearney P A. Trauma increases extrahepatic arginase activity.  Surg St Louis. 2000;  127 419-426
• 23 Ratner S. Enzymes of arginine and urea synthesis.  Adv Enzym. 1973;  39 1-90
• 24 Salimuddin H, Nagasaki A, Gotoh T, Isobe H, Mori M. Regulation of the genes for arginase isoforms and related enzymes in mouse macrophages by Iipopolysaccharide.  Am J Physiol. 1999;  277 E110-117
• 25 Sobrevia L, Nadal A, Yudilevich D L, Mann G E. Activation of L-arginine transport (system y⁺) and nitric oxide synthase by elevated glucose and insulin in human endothelial cells.  J Physiol. 1996;  490 775-781
• 26 Williams-Ashman H G, Pegg A E. Aminopropyl group transfers in polyamine biosynthesis. In: Morris DR, Marton LJ (eds) Polyamines in Biology and Medicine. New York; Marcel Dekker 1981
• 27 Wohlrab J. Der Einfluss von L-Arginin auf die Regulation der epidermalen Arginase. Aachen; Shaker 2001
• 28 Wohlrab J, Körting R, Marsch W C. Induktion der NO-Synthase-Isoenzyme in HDMEC durch L-Arginin.  Dermatosen. 1999;  47 19
• 29 Wohlrab J, Siemes C, Marsch W C. The Influence of L-arginine on the regulation of epidermal arginase.  Skin Pharmacol Appl Skin Physiol. 2002;  52 44-54
• 30 Wohlrab W. Die Therapeutische Harnstoffwirkung auf die Haut.  Dermatologica. 1977;  155 97-107
• 31 Wohlrab W. Bedeutung von Harnstoff in der externen Therapie.  Hautarzt. 1989;  40 35-41
• 32 Wohlrab W. Galenik und Pharmakologie von Harnstoffpräparaten.  Dt Derm. 1990;  38 619-625