GHK-Cu

Hintergrund & Entdeckung

GHK ist ein Tripeptid aus den Aminosäuren Glycin, Histidin und Lysin. Als GHK-Cu wird sein Komplex mit einem Kupfer(II)-Ion bezeichnet. In der Literatur werden beide Formen nicht immer sauber getrennt: Manche Arbeiten untersuchen das freie Peptid, die meisten den Kupferkomplex. Dieses Dossier nennt jeweils die untersuchte Form.

L. Pickart und M. M. Thaler beschrieben 1973 ein Tripeptid in menschlichem Serum, das nach dem Titel ihrer Arbeit das Überleben normaler Leberzellen verlängere und das Wachstum in neoplastischem Lebergewebe anrege¹. Für diese Arbeit ist in PubMed kein Abstract hinterlegt; das genaue Versuchssystem lässt sich daraus nicht entnehmen. Nach dem Titel einer Arbeit von 1977 identifizierten Schlesinger, Pickart und Thaler das wachstumsmodulierende Serum-Tripeptid als Glycyl-histidyl-lysin².

Die Kupferbindung wurde 1982 in Lösung spektroskopisch untersucht: Bei neutralem pH bildet GHK mit Cu(II) einen einkernigen 1:1-Komplex, in dem das Kupfer äquatorial von zwei oder drei Stickstoffatomen koordiniert wird, darunter einem Stickstoff des Imidazolrings von Histidin³. Die Autoren stellten fest, dass die zuvor röntgenkristallographisch bestimmte polymere Festkörperstruktur in Lösung nicht vorliegt³. Nach einer Übersichtsarbeit von Pickart ähnelt die Kupferaffinität von GHK der Kupfertransportstelle von Albumin⁴.

Eine Übersichtsarbeit aus der Pickart-Gruppe gibt an, dass GHK in Plasma, Speichel und Urin vorkommt und mit dem Alter abnimmt⁵. Die Originaldaten zu diesem Rückgang wurden für dieses Dossier nicht ausgewertet; die Aussage ist daher als Angabe dieser Übersicht zu lesen. Summenformeln, Molekülmassen und CAS-Nummern im Steckbrief stammen aus PubChem: CID 73587 für das freie Peptid GHK sowie CID 71587328 (1:1-Komplex, Synonym „prezatide copper“) und CID 9831891 (Bis-Komplex) für die Kupferform. PubChem führt unter der Bezeichnung „GHK-Cu“ mehrere Einträge mit unterschiedlicher Stöchiometrie und Protonierung; eine einheitliche Angabe gibt es dort nicht. Für den gelösten Komplex bei neutralem pH beschreibt die Strukturarbeit von 1982 ein Verhältnis von 1:1³.

Zur Einordnung der Quellenlage: Ein großer Teil der Literatur zu GHK-Cu stammt von L. Pickart und Koautorinnen und -autoren, darunter die Entdeckungsarbeiten und die beiden hier zitierten Übersichtsarbeiten^1,2,4,5. Die beiden hier zitierten Übersichtsarbeiten von 2008 und 2015 geben als Adresse das Unternehmen Skin Biology in Bellevue (Washington, USA) an^4,5. Viele weitergehende Aussagen beruhen auf diesen Übersichten und nicht auf hier ausgewerteten Originalstudien. Die zweite wichtige Quelle ist das Biochemie-Labor der Medizinischen Fakultät in Reims (CNRS) um F. X. Maquart, das die Matrixsynthese in Zellkultur und im Wundmodell untersucht hat; an der ersten dieser Arbeiten war Pickart als Koautor beteiligt^6,7,8,9.

Untersuchte Mechanismen

Die folgenden Befunde stammen aus einer Strukturuntersuchung, aus Zellkultur- und Tierstudien sowie aus Genexpressionsanalysen. Sie beschreiben, was in einzelnen Versuchssystemen gemessen wurde, und ergeben zusammen keinen gesicherten Wirkmechanismus.

Kollagensynthese. In Fibroblastenkulturen steigerte GHK-Cu die Kollagensynthese; der Effekt begann im pikomolaren Bereich, war im nanomolaren Bereich maximal und hing nicht von einer Veränderung der Zellzahl ab⁶. Da die Sequenz GHK in der α2(I)-Kette von Typ-I-Kollagen vorkommt, vermuteten die Autoren, dass das Tripeptid bei einer Verletzung durch Proteasen freigesetzt werden könnte; dies ist eine Hypothese der Arbeit, kein Messergebnis⁶.

Glykosaminoglykane. In Kulturen normaler menschlicher Fibroblasten erhöhte GHK-Cu die Synthese von Glykosaminoglykanen konzentrationsabhängig und zweiphasig: Bei höheren Konzentrationen näherte sich die Syntheserate wieder der Kontrolle an⁷. Bevorzugt stieg die Synthese von extrazellulärem Dermatansulfat und zellgebundenem Heparansulfat; auf Hyaluronsäure wurde kein Einfluss beobachtet⁷.

Matrixabbau und Umbau. In Kulturen von Hautfibroblasten erhöhte GHK-Cu die Menge der Matrix-Metalloproteinase MMP-2 und ihrer mRNA sowie die Sekretion der Inhibitoren TIMP-1 und TIMP-2⁹. Der Effekt auf MMP-2 ließ sich mit Kupferionen allein, nicht aber mit dem kupferfreien Tripeptid GHK reproduzieren⁹. Die Autoren deuten GHK-Cu deshalb nicht nur als Aktivator der Bindegewebsbildung, sondern auch des Matrixumbaus⁹.

Entzündungssignale. In mit Lipopolysaccharid (LPS) stimulierten Makrophagen der Linie RAW 264.7 sowie im Mausmodell der akuten Lungenschädigung verringerte GHK-Cu die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies sowie von TNF-α und IL-6, erhöhte die Aktivität der Superoxiddismutase und unterdrückte die Signalwege über NF-κB p65 und p38 MAPK¹².

Genexpressionsanalysen – getrennt zu lesen. Eine Arbeitsgruppe der Boston University School of Medicine und der University of British Columbia in Vancouver bestimmte in Lungengewebe von Rauchern mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) 127 Gene, deren Expression mit dem regionalen Schweregrad des Emphysems zusammenhing¹¹. Ein anschließender Abgleich mit der Connectivity Map, einer Referenzsammlung von Genexpressionsprofilen, ergab GHK als Substanz, deren Expressionsprofil dieser Signatur entgegengesetzt und mit einer Aktivierung des TGF-β-Signalwegs vereinbar ist¹¹. Ein solcher Datenbankabgleich vergleicht Expressionsmuster; er belegt keine Wirkung auf Gewebe oder Organe.

Nach einer Übersichtsarbeit der Pickart-Gruppe soll GHK die Expression von mindestens 4.000 menschlichen Genen nach oben oder unten verändern können⁵; die zugrunde liegenden Daten wurden für dieses Dossier nicht ausgewertet. Die weitergehende Deutung dieser Übersicht, GHK setze die DNA im Wesentlichen „in einen gesünderen Zustand“ zurück, ist eine Interpretation der Autoren und kein Messergebnis⁵. Veränderte Genexpressionsmuster sind nicht mit funktionellen Effekten gleichzusetzen.

Studienlage

Die meisten Originaldaten zu GHK-Cu stammen aus Zellkultur und Tiermodellen. Viele weitergehende Aussagen finden sich nur in Übersichtsarbeiten derselben Autorengruppe^4,5.

Zellkultur: Für GHK-Cu sind in Fibroblastenkulturen eine gesteigerte Synthese von Kollagen⁶, sulfatierten Glykosaminoglykanen⁷ sowie von MMP-2, TIMP-1 und TIMP-2 beschrieben⁹. In LPS-stimulierten Makrophagen wurden verminderte Entzündungsmarker gemessen¹². In der Emphysem-Studie aus Boston und Vancouver wurde zusätzlich mit dem Peptid GHK an Zellen gearbeitet: In menschlichen Fibroblasten führte GHK zu Genexpressionsmustern wie nach Behandlung mit TGF-β, zur Organisation des Aktinzytoskeletts und zu mehr Integrin β1¹¹. In Fibroblasten aus Lungen von Menschen mit COPD stellten GHK oder TGF-β die Kontraktion und den Umbau von Kollagen-I-Gelen wieder her, verglichen mit Fibroblasten von ehemaligen Rauchern ohne COPD¹¹. Diese Zellkulturbefunde sind vom oben beschriebenen Datenbankabgleich zu unterscheiden.

Tiermodell: Die Tierstudien verwenden überwiegend GHK-Cu an Ratten und Mäusen:

• Wundkammermodell: Die Reimser Gruppe setzte Ratten subkutan Drahtgitterzylinder ein, in die wiederholt GHK-Cu oder Kochsalzlösung injiziert wurde. Mit GHK-Cu stiegen Trockengewicht, DNA-, Protein-, Kollagen- und Glykosaminoglykangehalt konzentrationsabhängig an, ebenso die mRNA von Kollagen Typ I und III, nicht aber die von TGF-β⁸. Ein Kontroll-Tripeptid hatte keinen signifikanten Effekt⁸.
• Kreuzbandplastik: Eine Gruppe der Chinese University of Hong Kong untersuchte GHK-Cu nach Rekonstruktion des vorderen Kreuzbands an 72 Ratten. Nach sechs Wochen war der Seitenunterschied der Kniegelenkslaxität kleiner als unter Kochsalzlösung, nach zwölf Wochen bestand kein signifikanter Unterschied mehr; Reißfestigkeit, Gangparameter und histologische Bewertung unterschieden sich nicht¹³. Die Autoren beschreiben den Effekt als vorübergehend¹³.
• Akute Lungenschädigung: Eine Gruppe der Kangwon National University in Südkorea, unter Beteiligung eines Mitautors des Unternehmens Bioceltran, beschrieb im LPS-Modell an der Maus geringere histologische Lungenveränderungen und weniger Einwanderung von Entzündungszellen in das Lungengewebe¹².

Klinische Forschung: Zu GHK-Cu liegen einzelne veröffentlichte, abgeschlossene Studien am Menschen vor; eine Phasenbezeichnung nennen die Abstracts nicht. Eine multizentrische, randomisierte, auswerterverblindete und placebokontrollierte Studie untersuchte ein GHK-Cu-haltiges Gel bei diabetischen neuropathischen Fußulzera; sie wurde 1994 veröffentlicht¹⁰. Dem Bereich der dermatologisch-kosmetischen Forschung ist eine randomisierte Studie zuzuordnen, die Hautpflegeprodukte mit GHK-Cu nach CO₂-Laser-Behandlung der Haut um den Mund untersuchte; 13 Teilnehmende schlossen sie ab¹⁴. Übersichtsarbeiten der Pickart-Gruppe verweisen auf weitere kosmetische Studien^4,5; diese Originalarbeiten wurden hier nicht ausgewertet. Eine Zulassung als Arzneimittel wird in keiner der hier ausgewerteten Arbeiten beschrieben.

Offene Fragen & Grenzen der Evidenz

Die Literatur zu GHK-Cu ist umfangreich, die unabhängig geprüfte Originalevidenz ist deutlich schmaler. Aus den ausgewerteten Arbeiten ergeben sich folgende Grenzen:

• Abhängigkeit von einer Autorengruppe: An Entdeckung, früher Charakterisierung und den beiden hier zitierten Übersichtsarbeiten war L. Pickart als Autor oder Koautor beteiligt^1,2,3,4,5. Die beiden hier zitierten Übersichten von 2008 und 2015 geben als Adresse ein Unternehmen an (Skin Biology, Bellevue)^4,5. Weitreichende Aussagen dieser Übersichten wurden hier nur dann übernommen, wenn sie ausdrücklich als deren Angabe gekennzeichnet sind.
• Genexpression ist kein Funktionsnachweis: Der Abgleich mit der Connectivity Map zeigt gegenläufige Expressionsmuster, nicht eine Wirkung im Gewebe¹¹. Die Angabe, GHK verändere Tausende Gene, stammt aus einer Übersicht derselben Autorengruppe⁵.
• Freies Peptid oder Kupferkomplex: Einige Effekte wurden mit GHK-Cu gemessen, andere mit GHK. Für MMP-2 ließ sich der Effekt mit Kupferionen allein, nicht aber mit dem kupferfreien Peptid auslösen⁹. Welcher Anteil eines Befunds auf das Kupfer zurückgeht, ist daher oft offen.
• Stabilität: Im Plasma von Ratten wurde GHK nach intravenöser Gabe schnell zum Dipeptid His-Lys abgebaut¹⁵. Wie lange das intakte Peptid in einem Versuchssystem vorliegt, ist deshalb eine eigene Frage.
• Tiermodelle: Die Befunde stammen aus wenigen Modellen und Arbeitsgruppen; im Kreuzbandmodell war der beschriebene Effekt nur vorübergehend^8,13,12.
• Klinische und kosmetische Forschung: Es liegen nur einzelne ältere oder kleine Studien vor^10,14; die in Übersichten genannten kosmetischen Studien wurden hier nicht im Original ausgewertet⁵.

Analytik & Qualität

Bei GHK-Cu ist zuerst zu klären, welche Form vorliegt: das freie Tripeptid oder der Kupferkomplex, und bei Letzterem in welchem Verhältnis von Peptid zu Kupfer. PubChem führt für GHK-Cu Einträge mit 1:1- und 2:1-Stöchiometrie, deren Molekülmassen sich fast um den Faktor zwei unterscheiden. Ein Analysezertifikat sollte daher die Form, die Summenformel und die zugrunde gelegte Molekülmasse ausdrücklich angeben.

Für die Bestimmung von GHK und seinem Abbauprodukt His-Lys in Rattenplasma entwickelte ein Labor des japanischen Unternehmens Kissei Pharmaceutical eine HPLC-Methode mit Festphasenextraktion, Ionenpaar-Chromatographie und Nachsäulenderivatisierung mit o-Phthalaldehyd¹⁵. Um den Abbau während der Probenaufbereitung zu verhindern, setzten die Autoren den Proben o-Phenanthrolin zu¹⁵. Das Kupfer im Komplex lässt sich spektroskopisch erfassen; die Strukturarbeit von 1982 nutzte dafür optische Spektroskopie und Elektronenspinresonanz³.

Für die Charakterisierung im Labor sind folgende Kennwerte maßgeblich:

• Identität: PubChem gibt für GHK eine mittlere Molekülmasse von 340,38 g/mol und eine monoisotopische Masse von 340,19 Da an, für den 1:1-Komplex 402,92 g/mol. Im Massenspektrum eines Kupferkomplexes ist wegen der beiden stabilen Kupferisotope ein charakteristisches Isotopenmuster zu erwarten.
• Abbauprodukte: His-Lys ist als Abbauprodukt von GHK beschrieben¹⁵. Im Chromatogramm einer Charge kann es als Nebenpeak auf Zersetzung hinweisen.
• Reinheit und Salzform: Die Reinheit wird üblicherweise per Umkehrphasen-HPLC als Flächenanteil des Hauptpeaks angegeben. Synthetische Peptide liegen häufig als Salz vor, etwa als Acetat; der tatsächliche Peptidgehalt liegt dann unter der Einwaage.

Allgemeine Hinweise zu HPLC, Massenspektrometrie, Analysezertifikaten, Lyophilisierung und Lagerung finden Sie auf der Seite zu Analytik und Handhabung von Forschungspeptiden. Bitte beachten Sie, dass sämtliche hier zusammengefassten Befunde zu GHK-Cu aus Zellkultur, Tiermodellen, Genexpressionsanalysen und einzelnen veröffentlichten Studien stammen und keine Aussage über eine Anwendung am Menschen zulassen.

Mehr zu Analytik & Handhabung