A hialuronsav természetben is előforduló szerves vegyület, a glükózaminoglikánok egyike. Gélszerű anyag, amely szerkezetileg az összetett, lineáris, anionos poliszacharidok családjába tartozik. Emberi és állati szervezetben egyaránt megtalálható a bőrben, ízületekben, csontvelőben, szemben, kötő-, hám- és idegszövetben. A hialuronsav a többi glükózaminoglikántól jelentősen különbözik néhány tulajdonságában: egyrészt nem szulfatált vegyület, vagyis nem tartalmaz ként, másrészt a Golgi-készülék helyett a sejtmembránban képződik, harmadrészt polimerláncának átlagos hosszúsága is lényegesen nagyobb.
A hialuronsavval kapcsolatban gyakran használt kifejezés a hialuronát és a hialuronán is, melyek a hialuronsav ionos származékait jelölik. A hialuronát a hialuronsav konjugált bázisa, míg ennek a bázisnak polianionos formája a hialuronán. Élő szervezetekben és vizes oldatokban többnyire ez utóbbi, negatív töltésű formájában fordul elő. Töltése miatt a hialuronát és a hialuronán sókat képez, melyeknek leggyakoribb képviselője a nátrium-hialuronát.
A hialuronsav részt vesz az emberek és állatok szervezetének kulcsfontosságú folyamataiban, úgy mint sejtkommunikáció, sebgyógyulás, szövetregeneráció, morfogenezis, valamint a porcok megfelelő működésének biztosítása. A sejtközti állomány egyik fő komponenseként jelentősen hozzájárul a sejtproliferációhoz és a sejtvándorláshoz, valamint köze lehet a rosszindulatú daganatok kifejlődéséhez. Egy átlagos 70 kg-os ember teste nagyjából 15 gramm hialuronánt tartalmaz, melynek egyharmada naponta kicserélődik (lebomlik, illetve szintetizálódik). A hialuronsav előfordul a GAS bakteriális tokjában, illetve keletkezhet bakteriális erjedés során is (pl. Streptococcus zooepidemicus, Escherichia coli, Bacillus subtilis fajok által).
Etimológiája A hialuronsav elnevezés az ógörög ὕαλος (jelentése: üveg, kristály) szóból és az uronsav kifejezés kombinációjából ered. Az üvegre való utalás a hialuronsav első dokumentált elkülönítésére vezethető vissza, ahol egy szarvasmarha szemében található üvegtestből vonták ki a hialuronsavat. Az üvegtest jelentős mennyiségű uronsavtartalommal bír, innen adódott az elnevezés másik része.
A hialuronán kifejezés angol nyelvű eredetije (hyaluronan) 1986-ban lett bevezetve, hogy a hialuronsav polianionos formája megfeleljen a poliszacharid nevezéktannak.
Története Hialuronsavat először Karl Meyernek és John Palmernek sikerült kinyernie 1934-ben egy szarvasmarha szeméből. Az 1930-as és 1940-es években emberi köldökzsinórból, kakastaréjból és különböző Streptococcus fajokból is sikerült elkülöníteni hialuronsavat. 1954-re a szerkezeti felépítését is sikerült megfejteni. Az 1970-es évek óta felhasználják ízületi fájdalmak és egyéb egészségügyi problémák kezelésére.
Az 1970-es évek végén az intraokuláris lencsék beültetését gyakran követte súlyos szaruhártya-ödéma az endotélsejtek műtét során bekövetkezett károsodása miatt. Emiatt született meg az igény egy viszkózus, tiszta, fiziológiai kenőanyag iránt, amely képes megelőzni az endotélsejtek felsértését. Az első, nátrium-hialuronátot tartalmazó gyógyászati termék a Healon nevű készítmény volt, melyet az 1970-es és 1980-as években a svédországi székhelyű Pharmacia gyógyszeripari és biotechnológiai vállalat fejlesztett ki. A szemműtétek során használt Healont az FDA is jóváhagyta 1983-ban.
Tulajdonságai, szerkezete A hialuronán diszacharidokból álló polimer, melyben a D-glükuronsav és az N-acetil-D-glükózamin alegységeket váltakozó β-(1→4) és β-(1→3) glikozidos kötések kapcsolják össze. A hialuronánban lévő diszacharid egységek száma 2000 és között mozog, a teljes lánc hosszúsága pedig 2–25 μm-re tehető. A hialuronán átlagos molekulatömege az emberi szervezet szinoviális folyadékában 3–4 millió Da, míg a köldökzsinórból származó hialuronáné kb. Da. Más források 7 millió Da átlagos molekulatömeget említenek a szinoviális folyadékra vonatkozólag. Egy kutatás szerint a hialuronán szilíciumot is tartalmaz, de egy későbbi vizsgálat szerint ez csak a feldolgozás során bekerülő szennyeződések miatt volt kimutatható.
A hialuronán a szerkezeti jellemzői (nagy molekulatömeg, karboxilátionok (COO−) elektrosztatikus taszítása, molekulán belüli hidrogénkötések, illetve kettős csavar konformáció) miatt viszkoelasztikus tulajdonságokkal rendelkezik.
A hialuronán energetikailag stabil, mely részben a diszacharidegységek térbeli szerkezetéből adódik. Az egyes szacharidmolekulák terjedelmesebb csoportjai kedvező elhelyezkedésben vannak, míg a hidrogénatomok a kevésbé kedvező axiális pozíciót veszik fel.
Vizes oldatokban a hialuronsav polimerlánca kölcsönhatásba lép saját magával, mely folyamat során átmeneti klasztereket képez az oldatban. középre|bélyegkép|600x600px|A hialuronsav, a hialuronát és a nátrium-hialuronát szerkezetének összehasonlítása
Élettani szerepe A hialuronán emberben, állatokban és baktériumokban is előfordul. Jelen van a bőrben, ízületekben, csontvelőben, szemben, kötő-, hám- és idegszövetben, valamint megtalálható még a kakastaréjban és az emberi köldökzsinórban is. Az emberi test hialuronántartalmának kb. fele a bőrben halmozódik fel. A hialuronán szerepet játszik több kulcsfontosságú folyamatban, sejtszinten és fiziológiai értelemben egyaránt. Közreműködik a sejtkommunikáció, sejtproliferáció, sejtvándorlás, sejtdifferenciálódás során; részt vesz a sebgyógyulás, szövetregeneráció, morfogenezis folyamatában, illetve különböző patobiológiai folyamatokban; hozzájárul a hidratációs egyensúly és a sejtközti állomány szerkezetének fenntartásához; kenőanyagként pedig csökkenti a mechanikai behatások következményeit és részben ellátja a test rendeltetésszerű mozgásához szükséges funkciókat.
A gerinces élőlények szervezetében kis és nagy molekulatömegű hialuronán is előfordul. Ezek a polimerláncok eltérő méretük miatt máshogy viselkednek molekuláris- és sejtszinten, mely sokféle biológiai hatást tesz lehetővé.
A hialuronán a szinoviális folyadék egyik fő összetevője, melyben viszkozitást növelő hatása van. Emellett a folyadék egyik fő kenőanyaga is a lubricinnel együtt.
A hialuronsav fontos összetevője az ízületi porcnak, amelyben a kondrocitákat körülvevő bevonatként van jelen. Amikor az aggrekán monomerek a hialuronánhoz kapcsolódnak HAPLN1 jelenlétében, nagyméretű, jelentős negatív töltéssel rendelkező aggregátumok képződnek. Ezek az aggregátumok ozmózissal vizet szívnak magukba, melynek hatására a porcok rugalmas jelleget kapnak, és az összenyomásnak is ellen tudnak állni. A porcokban előforduló hialuronán molekulatömege a kor előrehaladtával lecsökken, a molekulák száma azonban növekszik.
Egyes kutatások szerint az izomban előforduló kötőszövetekben a hialuronán rendeltetése az egymással szomszédos szövetrétegek közötti csúszás fokozása.
A hialuronsav a bőrnek is az egyik fő alkotóeleme, ahol a szövet javításában van szerepe. Amikor a bőr nagy mértékű UVB-sugárzásnak van kitéve, gyulladásba jön (köznapi kifejezéssel „leég”), és a dermiszben található sejtek alábbhagynak a hialuronán termelésével, illetve felgyorsítják annak lebomlását. E folyamat bomlástermékei felgyülemlenek a bőrben az UV-sugárzásnak való kitettség után.
Az endogén hialuronán több módon is hozzájárul a sebgyógyuláshoz: elősegíti a fibroblasztok proliferációját, vándorlását és adhézióját a sebesülés helyén, valamint fokozza a kollagén termelését. Alapesetben a hialuronán csak kis koncentrációban van jelen a véráramban, de sérülés esetén hamar megemelkedik a szintje a seb helyszínén.
A hialuronán hozzájárul a szöveti hidrodinamikához, valamint a sejtek mozgásához és osztódásához is. Részt vesz a sejtfelszíni receptorok működése során létrejövő kölcsönhatásokban, főképp azokban, amelyekben a CD44 és az RHAMM fehérjék is szerepet játszanak. A hialuronán hozzájárulása a tumornövekedéshez a CD44-gyel való kölcsönhatásából adódhat. A CD44 receptor részt vesz a tumorsejtek számára szükséges sejtadhéziós kölcsönhatásokban.
Bár a hialuronán a CD44 receptorhoz kötődik, bizonyíték van arra nézvést, hogy a hialuronán bomlástermékei a gyulladásos szignáljukat TLR2, illetve TLR4 receptorok révén továbbítják makrofágokban és dendritikus sejtekben.
Biológiai szintézise A hialuronsavat az élő szervezetekben a hialuronán-szintázok állítják elő, melyekből a gerinces élőlények három típussal rendelkeznek: HAS1, HAS2, és HAS3. Ezek az enzimek ismétlődően hozzáadott D-glükuronsav és N-acetil-D-glükózamin alegységekkel hosszabbítják meg a hialuronán polimerláncát. A lánchosszabbítás mindhárom enzim esetében különböző mértékben történik, eltérő méretet és tömeget eredményezve a hialuronán végleges láncainak. A szintetizált hialuronán a sejtmembránba ágyazott ABC-transzportereken keresztül jut ki a sejtközti térbe.
Egyes kutatások megállapították, hogy a 7-hidroxi-4-metilkumarin egyik származéka, a himekromon gátolja a hialuronsav-szintézist. Ez a szelektív gátlás (anélkül, hogy más glükózaminoglikánokat is gátolna) hasznosnak bizonyulhat a rosszindulatú tumorsejtek áttétképzésének megakadályozásában.
Fasciaciták A fasciaciták fibroblasztokhoz hasonlatos sejtek, melyek a pólyákban találhatók. Hialuronánban gazdag sejtközti állományt termelnek, és szabályozzák az izompólyák csúszását. Kerekded alakjuk van, és sejtfolyamataik kevésbé hosszúak a fibroblasztokkal összehasonlítva.
Lebomlása A hialuronán természetes lebomlása az emberi szervezetben két módon is történhet, egyrészt enzimatikus úton, másrészt pedig oxidatív károsodás által, melyet a reaktív oxigénszármazékok okoznak.
A hialuronánt enzimatikus úton a hialuronidáz nevű enzimcsalád képes lebontani. Emberekben legalább hét típusa fordul elő a hialuronidáz-szerű enzimeknek, melyek között több tumorszupresszor is fellelhető. A hialuronán bomlástermékei (oligoszacharidok és nagyon kis molekulatömegű hialuronánmolekulák) érképződést elősegítő hatásúak. Egyes tanulmányok rámutattak, hogy a hialuronán polimerlánc kisebb darabkái, töredékei kiválthatnak gyulladásos válaszreakciót makrofágokban és dendritikus sejtekben szövetsérülés, illetve bőrátültetés során.
A hialuronán lebomlása az enzimatikus és oxidációs reakciókon kívül más módokon is történhet, pl. savas és lúgos hidrolízissel, hőbomlással, vagy ultrahang hatására.
Gyógyászati célú alkalmazása jobbra|bélyegkép|400x400px|Ízületi célokra forgalmazott étrend-kiegészítő hialuronsav-tartalommal A hialuronánt felhasználják szemészeti, bőrgyógyászati célokra, sebesülések és égési sérülések, illetve oszteoartritisz kezelésére. Gyakran előforduló komponens a különböző bőrápoló termékekben, ízületbe adható injekciókban, dermális töltőanyagokban, valamint étrend-kiegészítőkben és szemcseppekben.
Ízületbe adható injekció Az FDA jóváhagyott egy hialuronántartalmú injekciót, mely a térdben jelentkező oszteoartritisz kezelését célozza meg. Egy 2012-es szisztematikus irodalmi áttekintés rámutatott arra, hogy az injekció hatásosságát alátámasztó bizonyítékok többnyire alacsony minőségűek voltak. A tanulmányok eredményeiből kiolvasható, hogy az injekciónak általában véve nem volt jelentős pozitív hatása, illetve káros mellékhatások is megjelentek. Egy 2020-as metaanalízis viszont azt állapította meg, hogy a nagy molekulatömegű hialuronánt tartalmazó intraartikuláris injekció csökkentette a fájdalomérzetet és javította az ízületi funkciókat a kutatásokban részt vevő, térdben jelentkező oszteoartritisszel rendelkező alanyok esetén.
Étrend-kiegészítő