Прогноз діабету

Ілюстрація Хейлі Ізон

Гормони - це молекули, що дозволяють організму спілкуватися з самим собою. Можливо, вам найбільш відомий інсулін, який сигналізує м’язовим клітинам про поглинання глюкози з крові. Інші гормони контролюють або впливають на все - від сну та сексу до настрою, руху та росту.

Виявляється, кілька гормонів також відіграють велику роль у голоді та його протилежності: ситості, відчуття ситості. За останні два десятиліття дослідники дізналися багато нового про те, як працюють гормони голоду, і по дорозі виявили, що ми набагато більше не розуміємо.

Природний відбір

Потяг до їжі мотивується почуттям голоду, на який впливають такі фактори, як смачна їжа, запаси жиру в організмі та відчутна потреба в енергії. "По мірі того, як ви відчуваєте більше енергії, ви стаєте голоднішими", - говорить Захарі Найт, доктор філософії, науковий співробітник Каліфорнійського університету - медичної школи Сан-Франциско. Ситість - відчуття «Я з’їв досить» - це також результат гормональних сигналів, що передаються мозку.

Всі ці імпульси мають глибокі еволюційні корені. Подібно до того, як для тіла та мозку важливо співпрацювати, щоб переконатися, що ви їсте, також розвинулися системи, які гарантують, що ви не їсте занадто багато. Годування було лише однією поведінкою, яка підтримувала наших далеких предків живими, подібно до приховування від хижаків, міграції чи спаровування - зрештою, жир важливий для родючості та переживання голоду. Але в той же час той, хто витратив занадто багато часу на їжу, не виживе. Система регулювання, яку ми створили так давно, і сьогодні управляє нашими харчовими імпульсами. "Людина постійно повинна зважувати, що є найважливішим для виживання", - говорить Найт. "Ви хочете, щоб система чутлива до ваших справжніх потреб, щоб ви могли оцінити, що вам потрібно робити".

Гормони голоду

Протягом десятиліть вчені досліджували роль двох гормонів у регулюванні голоду, харчових уподобань та ситості. Називаючись лептином і греліном, ці два сполуки діють як сигнали від тіла до мозку і, здається, регулюють апетит і ситість.

Відкриття ролі лептину у збільшенні ваги грунтувалося на простому експерименті на мишах з мутацією, яка «вибила» ген, який говорить жировим клітинам виробляти лептин, залишаючи гризунів не в змозі самостійно виробляти лептин. Коли мишам без лептину вводили гормон, вони підтримували свою вагу стабільною та здоровою. Але миші без лептину, яким не вводили цей гормон, їли занадто багато і ожиріли. Природний висновок: Лептин тримав мишей худим, пригнічуючи або регулюючи їх апетит. Вважалося, що високий рівень лептину говорить мозку «досить», викликаючи насичене відчуття. З іншого боку, низький рівень був пов’язаний з почуттям голоду.

Подумайте про гормон як про радіосигнал, який випромінюється жировими клітинами і вловлює мозок. Повідомлення? Ви отримали достатньо енергії, що зберігається у вигляді жиру. Повністю навантажені жирові клітини дорівнюють сильному сигналу лептину. Коли мозок перестає отримувати передачу лептину, він приходить до висновку, що запасів жиру мало - і штовхає організм поповнювати їх, змушуючи почувати голод.

Ренді Сілі, доктор філософії, вчений з Мічиганського університету, який десятки років вивчав гормони та ожиріння. Для Сілі, однією з найвидатніших речей цієї складної системи сигналізації є те, наскільки добре вона працює. Як і літак на автопілоті, організм приймає різні змінні - від того, скільки ми вправляємось, до калорійності їжі, яку ми їмо. Потім, змушуючи нас відчувати більший чи менший голод, або прискорюючи або уповільнюючи наш метаболізм, гормони взаємодіють з мозком, вносячи крихітні корекції курсу, щоб утримувати нас у потрібному діапазоні ваги. "Це поєднання всіх цих сигналів дозволяє вам бути настільки точним", - говорить Сілі. "Дивовижно, що ми не страждаємо ожирінням, ніж ми".

Розгляньте це: типові страви в ресторанах на 200 калорій більші, ніж два десятиліття тому. Проте середній приріст ваги серед дорослих американців становить лише фунт щороку - еквівалент 4000 додаткових калорій. Це означає, що протягом року середньостатистичний американець споживає лише 11 надлишкових калорій на день. Іншими словами, нас майже точно тримає на меті надзвичайно складна система гормонів та мозкових сигналів.

Сілі каже, що система гормонів голоду може навіть змусити нас залишати їжу на тарілках, коли розміри порцій зростають. Тим часом наш метаболізм компенсує та спалює більше енергії. Хоча американці в середньому на 15 фунтів важчі, ніж були 20 років тому, враховуючи збільшення обсягу порцій та час, проведений сидячи, ми могли б бути набагато важчими, стверджує Сілі.

Загублений у передачі

Проте навіть ця добре відкалібрована система не відповідає сучасним викликам, коли калорії легко отримати, а переміщення - завдяки сидячим робочим місцям - не є.

Глибоко укорінена відповідь на лептин також допомагає пояснити, чому дієти такі важкі. Коли ви скидаєте кілограми, у вашому організмі стає менше жирових клітин, а отже, менше лептину. Це робить слабший "радіосигнал" для мозку. "Якщо ви зменшите 200-фунтову людину до 150 фунтів, сигнал [лептину] недостатньо сильний для приймача [мозку]", - говорить генетик Медичного центру Колумбійського університету Рудольф Лейбел, доктор медичних наук, головна фігура в первинному відкритті лептин більше 20 років тому. "Приймач сприймає те, що в моєму тілі недостатньо жиру, щоб генерувати достатній сигнал".

Поки вага не повернеться до рівня, до якого звик мозок, нижчий рівень лептину спричиняє якусь паніку в областях мозку, відповідальних за голод і ситість. "Це дуже важлива система в еволюції, - каже Лейбель, - розроблена для збереження жиру в організмі, порушеного при зменшенні маси тіла для лікування діабету [типу 2]". Мозок зацікавлений у тому, щоб на борту було достатньо енергії у вигляді накопиченого жиру, тому люди, які схудли, отримують сигнали про те, що їм недостатньо маси тіла. Фактично, організм реагує на дієти або схуднення, натискаючи на мозок, щоб повернути кілограми.

Лептин в дії

Коли його було ідентифіковано в 1994 році, дослідники вважали, що лептин буде діяти як простий перемикач, який дозволить лікарям відключити напади голоду, вирішуючи проблему ожиріння - і потенційно запобігаючи мільйонам людей розвинути діабет 2 типу або перевести його в стан ремісії. Коли ген, відповідальний за вироблення лептину, був ідентифікований, його було прославлено як блокбастер, який престижний науковий журнал Nature оприлюднив на своїй обкладинці. Амген, каліфорнійська фармацевтична компанія, придбала патент на 20 мільйонів доларів і заплатила ще десятки мільйонів у міру розвитку досліджень гена та гормону.

Рання робота над гормоном була багатообіцяючою. Дослідники вказали на незвичну генетичну мутацію як на такий надзвичайний приклад ролі лептину. Люди, які народилися без здатності виробляти лептин (дуже рідкісний стан, який називається вродженою недостатністю лептину, що вражає кілька десятків людей у світі), постійно голодні та швидко страждають ожирінням, мабуть, доводячи дію гормону. Коли людям із цим захворюванням робили ін’єкції лептину, вони втрачали вагу.

Проте коли дослідники намагалися давати лептин звичайним людям із надмірною вагою або ожирінням як засіб для схуднення, експерименти були провальними. "Коли цей гормон був відкритий спочатку, були люди, які вважали, що це буде відповіддю на ожиріння людини", - говорить Лейбель. "З'ясувалося, що це не мало такого ефекту у людей із ожирінням або без них". Це сильний підказка, що лептин - це лише одна частина у набагато більшій загадці, яка включає генетику, навколишнє середовище та спосіб життя.

За два десятиліття після відкриття наше розуміння можливої ролі лептину змінилося. Замість “гормону голоду”, який пригнічує апетит, він відіграє роль у захисті маси тіла. "Причина, чому люди, яким не вистачає цього, набирають вагу, полягає в тому, що мозку не вистачає сигналу про те, що в організмі достатньо жиру, тому вони продовжують їсти", - говорить Лейбель.

Насправді це дуже схоже на гормон інсулін: Подібно до того, як деякі люди стійкі до сигналів інсуліну, змушуючи підшлункову залозу робити все більше і більше, деякі люди стійкі до лептинових сигналів. Резистентність до лептину найважча у людей, які страждають ожирінням, що змушує їх частіше відчувати голод і рідше розпізнавати, коли вони ситі. Це ускладнює використання лептину як «засобу для лікування ожиріння». Стійкість до лептину означає, що незалежно від того, скільки лептину ви додаєте до системи, організм все ще реєструє рівні як "низькі". (Люди, у яких відсутні рецептори лептину в мозку - ще одне рідкісне захворювання - страждають ожирінням, як і люди, які не виробляють лептину.)

Лептин виділяється жировими клітинами і надходить на роботу глибоко всередину мозку. Ін’єкція лептину насправді не розтоплює кілограми, як ін’єкції інсуліну контролюють рівень глюкози в крові. "Це точно така ж проблема, але в іншій частині тіла, яку набагато важче вивчити", - говорить Найт. За його словами, вчені, які вивчають гормони голоду, "на десятки років відстають від дослідників, які вивчають діабет 2 типу".

Роль Греліна

Іншим відомим гормоном, що регулює голод, є грелін, передбачуваний аналог лептину. Дослідники вважали, що грелін підвищує апетит так само, як вважалося, що лептин пригнічує його. "Результати продемонстрували на людях, що рівень греліну в крові досягав максимуму перед кожним із трьох прийомів їжі", - говорить Жак Пантел, доктор філософії, доктор філософії, медичний ендокринолог з Французького інституту охорони здоров'я. "Це здавалося лептиновим дзеркалом: більше греліну означало більше голоду". В одному з недавніх досліджень, в якому взяли участь понад 300 людей, учасники з більш високим рівнем греліну на початку дослідження повідомили про більше пристрасті до їжі, ніж учасники з нижчим рівнем греліну - і набрали більше ваги через півроку.

Багато років дослідники працювали над пошуком способу блокування греліну, сподіваючись, що відключення сигналів гормону запобіжить почуттю голоду. Але експерименти на гризунах були невтішними. Коли гени для вироблення греліну були видалені у гризунів, лабораторні тварини продовжували їсти - що не мало б сенсу, якби грелін відповідав за голод.

Нещодавно Пантел та група інших вчених припустили, що Грелін може взагалі займатися чимось іншим. Замість того, щоб зголодніти, каже Пантел, Грелін, можливо, каже тілу готуватися до накопичення жиру. Щоб перевірити свою теорію, Пантел та його команда використали щурів з мутацією, що зробило їх надмірно чутливими до греліну. Вони садять щурів на дієту, обмежуючи кількість отриманих калорій. Щури з гіперчутливістю до греліну краще підтримували свою масу тіла, тоді як щури з нормальною чутливістю до греліну, яких годували однаковими калорійними стравами, втрачали більше ваги.

Потім дослідники збільшили кількість чау, яким вони годували щурів. Тоді все стало по-справжньому цікавим: і щури, чутливі до греліну, і звичайні щури їли однакову кількість калорій, але щури, чутливі до греліну, набирали більшої ваги. Іншими словами, те, що дослідники інтерпретували як сигнал голоду, може бути дещо іншим: Грелін, зазначає Пантел, міг би зробити організм більш ефективним у накопиченні жиру, заливати тіло перед їжею, щоб підготувати тіло для накопичення калорій і закласти основу для набору ваги.

Нові відкриття

Найт також знаходиться на передньому краї науки про гормони голоду. У його дослідженні використовується нова методика, яка дозволяє виділити окремі типи нейронів мозку, щоб побачити, які з них активуються різними гормонами. Ця техніка передбачає генетичну модифікацію та сенсор, який трохи ширший за людське волосся, вставлений в область глибоко всередині мозку живої миші.

Це дозволило Найту, який минулого року виграв грант Американської діабетичної асоціації на 1,6 мільйона доларів, щоб зупинити діабет ®, побачити, що відбувається в мозку миші в режимі реального часу. Кілька років тому він спеціально розглянув нейрони в області мозку, що контролює апетит. Він очікував показати, що гормони голоду запускають нейрони в мозку, які викликають у нас бажання їсти. Коли ми з’їли достатньо, рівень наших гормонів змінюється, викликаючи ще один набір нейронів, які змушують нас почуватися ситими і сигналізують про те, щоб перестати їсти - що є стандартним розумінням того, як гормони впливають на ланцюги голоду в мозку протягом десятиліть.

Натомість, "як тільки миша побачила їжу, нейрони голоду відключаються - за секунду - і нейрони ситості включаються", - говорить Найт. Іноді нейрони, що сигналізують про почуття ситості, починали стріляти ще до того, як миша зробила перший укус. Замість простого перемикача ввімкнення/вимкнення, все, що перешкоджає їжі миші, має бути більше схожою на ланцюгову реакцію, яка запускається гормонами голоду і продовжується в інших відділах мозку.

Це, за словами Найта, змінює точки зору дослідників на гормони голоду та мозок. Замість того, щоб просто вимірювати і реагувати на те, скільки жиру зберігається в організмі, експеримент Найта показує, що мозок мишей також отримує інформацію зі свого середовища.

Жирна або цукриста їжа, багата енергією, насправді найшвидше активізувала ланцюги насичення миші. Нейрони мозку "схоже беруть сенсорну інформацію про те, наскільки енергетично багата їжа і наскільки голодна миша, і роблять прогноз", що час розпочати процес сигналізації про відчуття ситості, говорить Найт.

Його ранні дані свідчать про те, що такі гормони, як лептин, можуть змусити вас зголодніти, але побачивши, що їжа може ввімкнути нейрони ситості мозку, які починають процес відновлення цих почуттів. "Ми думали, що існує нейрон голоду, який спрацює і змусить вас їсти", - говорить Найт. "Це було очевидно надто просто".

Що лежить попереду

Лептин і грелін не виявилися швидкими ліками від ожиріння, а надто оптимістичні прогнози щодо лептину та греліну в 90-х роках змусили дослідників гормону голоду бути обережними щодо надмірних перспектив. "Лікування ожиріння", зазначає університет Мічигану Сілі, може бути ще десятками років - якщо взагалі можливо розплутати каскадні сигнали наших гормонів голоду.

Натомість Сілі вважає, що колись дослідження дадуть лікарям цілий ряд інструментів, щоб допомогти людям зі своєю вагою, так само, як зараз існують ліки для лікування таких хвороб, як гіпертонія та депресія, які одночасно здавалися непереможними. “Подумайте, де ми були з точки зору лікування високого кров’яного тиску 30 років тому. Приблизно все, що ви могли зробити, - це розслабитися і з’їсти дієту з низьким вмістом солі », - говорить він. «Зараз у нас дійсно ефективні ліки. Ми намагаємось надати лікарям більше інструментів для боротьби з ожирінням ".