Наука в новинах

Відкриття ліній спілкування між науковцями-дослідниками та широкою спільнотою

Сторінка SITN Facebook
SITN Твіттер
Сторінка Instagram SITN
Лекції SITN на YouTube
SITN Podcast на SoundCloud
Підпишіться на список розсилки SITN
RSS-канал веб-сайту SITN

Адітія Місра та Шрея Матур
фігури Вей Ву та Йовани Андреєвич

117 мільйонів дорослих американців мають одне або декілька запобіжних хронічних захворювань, пов'язаних з дієтою, таких як серцево-судинні захворювання, високий кров'яний тиск та діабет 2 типу. Намагаючись попередити цей результат для себе, приблизно 45 мільйонів американців намагаються бути здоровішими, дотримуючись дієти та витрачаючи на продукти для схуднення понад 33 мільярди доларів. Деякі навіть заходять так далеко, що не їдять нічого, крім м’яса. Однак, мабуть, найпростіша та найдешевша дієта передбачає просто зменшення кількості порцій та споживання калорій під час кожного прийому їжі. Ця так звана дієта з обмеженням калорій була вперше запропонована в 1917 році, а подальші дослідження в 1935 році продемонстрували, що зменшення кількості з’їдених калорій щодня при одночасному споживанні основних поживних речовин може продовжити життя людини. На відміну від примхливих дієт, які часто мають сумнівні медичні результати, клінічні дослідження виявили, що обмеження калорій надає низку переваг з часом, включаючи зниження рівня холестерину в крові, артеріального тиску та рівня глюкози в крові. Ці зміни можуть допомогти запобігти розвитку хронічних захворювань у майбутньому, включаючи атеросклероз (пов’язаний з інфарктом та інсультом) та діабет (пов’язаний із сліпотою та ампутацією кінцівок).

Однак, чому саме обмеження калорій може забезпечити ці переваги для здоров'я, все ще залишається загадкою. Хоча найпростішою відповіддю може бути те, що вживання меншої кількості калорій призводить до споживання менше цукру та жирів, останні дослідження показали, що організм реагує на обмеження калорій такими способами, які ми тільки починаємо розуміти. Можливо, як не дивно, нещодавно дослідники виявили, що обмеження калорій допомагає ключовому захиснику нашого тіла: імунній системі.

Імунна система: двосічний меч

Наші тіла постійно зазнають нападу бактерій, вірусів та паразитів, які намагаються проникнути всередину. Якщо загарбник все ж потрапляє всередину, імунна система намагається боротися і захищати тіло за допомогою процесу, званого запаленням. Наприклад, уявіть на мить, як відчувається укус бджоли - ну! Відразу після того, як жало пробиває шкіру, пошкодження від прокольної рани та отрути попереджають імунну систему реагувати на ці зовнішні загрози та ініціювати запалення. Імунні клітини виділяють прозапальні сполуки, які розширюють кровоносні судини у пошкодженій ділянці, спричинюючи знайоме почервоніння та хворобливі набряки, які набирають більше імунних клітин (Рис. 1). Прозапальні імунні клітини в місці пошкодження та запалення потім відбиваються отрутою від укусу бджіл та будь-якими іншими мікробами, які також могли проникнути в область.

Фігура 1. Імунні клітини перебувають або у запальному стані (ліворуч), або в протизапальному стані (праворуч), одночасно борючись із такими загрозами, як патогенні бактерії та віруси. Незважаючи на те, що запалення важливо захищати від цих загроз, для організму не менш важливо зупинити запалення та увійти в протизапальний стан, як тільки ці загрози будуть розглянуті.

Оскільки імунні клітини виділяють хімічні речовини в місці запалення для боротьби з мікробами, ці хімічні речовини, на жаль, також руйнують здорові клітини навколо них. Це двосічний меч імунної системи: хоча нам потрібно запалення для боротьби із загарбниками, наші здорові тканини також пошкоджуються як побічний продукт. Тому, щоб запобігти подальшому пошкодженню, як тільки загроза буде утримана, протизапальні сигнали відключають атакуючі імунні клітини і дозволяють набряку піти в міру загоєння рани.

Залежно від потреб тканини, організм повинен збалансувати прозапальні процеси, які борються з мікробами, і протизапальні процеси, які згодом загоюють тканини. Однак, коли люди старіють, цей баланс перекошується, оскільки більша кількість імунних клітин стає прозапальними на початку, що може призвести до таких захворювань, як ревматоїдний артрит та хронічний біль. Дослідження показали, що обмеження калорій може зменшити запалення та ризик серцево-судинних захворювань, які, як правило, розвиваються з віком. Враховуючи ці натяки на динамічну взаємодію між імунною системою та обмеженням калорій під час старіння, дослідники з Інституту Солка та Китайської академії наук вирішили посадити щурів на дієту, щоб зрозуміти, що саме відбувається.

Їжте менше - для імунного здоров’я!

Для свого дослідження вчені взяли щурів середнього віку (18 місяців, що відповідає 50 людським рокам) і забезпечили їм або нормальну калорійну дієту, або дієту з обмеженим вмістом калорій, що містить на 30% менше калорій (рис. 2). Як тільки щури досягли 27-місячного віку (еквівалентно 70 людським рокам), дослідники вивчили, чим відрізняються ці дві групи. Вони зосереджувались на аналізі органів в організмі, на які часто впливають вікові захворювання, такі як жирова клітковина, аорта, нирки, печінка, шкіра та кістковий мозок.

Дослідники виявили, що щури, які харчуються за звичайною дієтою, мають велику кількість прозапальних імунних клітин у жировій тканині, печінці та нирках, що може потенціювати захворювання, що розвиваються в цих органах. Однак, як не дивно, вони виявили, що у щурів на дієті з обмеженим вмістом калорій в цих тканинах в цілому менше імунних клітин, і що ці імунні клітини переважно перебувають у протизапальному стані. Однак вчені ще не мали відповіді на питання, чому обмеження калорій зменшує кількість запальних клітин імунітету в першу чергу.

Малюнок 2. Дослідники виявили та дослідили, чому у щурів, які мають низькокалорійну дієту (ліворуч), запалення тканин, пов’язане зі старінням, менше, ніж у щурів, які дотримуються нормальної калорійної дієти (праворуч).

Ybx1 - обмежувач старіння

Дослідники вирішили детальніше розглянути, як змінюються клітини різних тканин після обмеження калорій. Вони з подивом виявили значні зміни в маловідомому гені під назвою Ybx1, який виробляє тип білка, функція якого полягає у контролі рівня інших генів. Дослідники виявили, що щури, яким годували дієту з обмеженим вмістом калорій, мали вищу продукцію Ybx1 у кількох органах, ніж щури, яких годували звичайною дієтою. Оскільки ці явища відбуваються у багатьох різних типах клітин, особливо в тканинах, вразливих до численних вікових захворювань, дослідники були спонукані з’ясувати, що робить Ybx1 у цих клітинах.

Далі дослідники штучно знижують рівень Ybx1, щоб імітувати те, що відбувається під час нормального старіння. Вони виявили, що зменшення Ybx1 призвело до посилення прозапальних сигналів та зменшення загального росту клітин. Цей висновок припустив, що Ybx1 функціонує для стимулювання протизапального стану; тому його зниження під час старіння призводить до більшого запалення. Це відкриття нарешті пояснило, чому обмеження калорій може зменшити запалення: обмеження калорій зменшує нормальну втрату Ybx1, що захищає від запалення, пов'язаного зі старінням (Рисунок 3).

Малюнок 3. Під час нормального харчування вчені спостерігали, що рівні гена Ybx1 знижувались, і у цих щурів були ознаки запалення тканин (зверху). На відміну від цього, щури на дієті з обмеженим вмістом калорій (внизу) мали більш високий Ybx1 і нижчий рівень запалення тканин, що припускає, що Ybx1 зменшує пов’язане зі старінням запалення.

Вперше вчені тепер розуміють деякі біологічні фактори, які лежать в основі переваг для здоров’я, пов’язаних з дієтою з обмеженням калорій, аж до клітинного рівня. Ще більш захоплюючим є те, що це дослідження також повідомило про багато інших невідомих генів, пов’язаних із захисними перевагами обмеження калорій, які можна було б дослідити далі. Більше того, хоча обидві групи щурів у цьому дослідженні їли один і той же тип їжі, майбутня робота може виявити, як наш вибір їжі (наприклад, вживання обробленої їжі проти свіжої їжі) впливає на наші клітини з часом. Подальше вивчаючи зміни, які зазнають наші клітини внаслідок нашої дієти, одного разу вчені зможуть створити ліки або дієтичні добавки, що викликають подібний протизапальний та антивіковий захист, як обмеження калорій. Нам потрібні нові революційні методи лікування, щоб покращити якість життя для нашого старіння населення, дозволяючи нашим людям похилого віку активніше взаємодіяти зі своїми сім'ями та жити довше, повніше. Ці потенційні нові методи лікування, разом з новими знаннями, за допомогою яких можна приймати обґрунтовані рішення щодо того, як ми харчуємось, підсилюють нашу боротьбу з виснажливими запальними та віковими хронічними захворюваннями.

Адітя Місра - доктор медичних наук на другому курсі медичної інженерії та медичної фізики. студент програми медичних наук та технологій в Массачусетському технологічному університеті.

Шрея Матур є студентом першого курсу медичного факультету медичного факультету UCLA Девіда Геффена.

Вей Ву - аспірантка першого курсу програми дизайну в Вищій школі дизайну Гарвардського університету. Її концентрація - мистецтво, дизайн та суспільне надбання.