Лекарства от остеопороза провоцируют диабет

Кости нужны человеку не только для опоры и движения. В костном мозге образуются кроветворные клетки, но и это еще не все. Последние исследования говорят, что кости играют немаловажную роль в метаболизме. Можно даже сказать, что кость – это эндокринный орган (как железы внутренней секреции, выделяющие гормоны). Команда американских и итальянских ученых под руководством Джерарда Карсенти (Gerard Karsenty ) из Колледжа медицины и хирургии Колумбийского университета (College of Physicians and Surgeons, Columbia University) показала, что клетки костной ткани регулируют уровень глюкозы в крови.

Костная ткань состоит из зрелых клеток -- остеоцитов, окруженных межклеточным минеральным матриксом. В надкостнице расположены делящиеся клетки -- остеобласты, которые формируют костную ткань. Основная работа остеобластов приходится на период развития организма – благодаря им кость растет. Но и во взрослом состоянии сохраняется популяция остеобластов. Они залечивают переломы и трещины. Но главное, с их участием идет постоянное медленное обновление – перестройка костной ткани.

Другой участник процесса – остеокласты. Их роль заключается в разрушении – резорбции клеток и костного матрикса, для чего в них содержится множество лизирующих органелл – лизосом. Работа остеобластов и остеокластов скоординирована. Если разрушение кости начинает преобладать над строительством, развивается остеопороз – дефицит костной массы. Обычно им страдают пожилые женщины.

Как кости влияют на глюкозу

Процессы строительства-разрушения в кости давно известны, но до сих пор не было доказательств, что они не ограничиваются костью, а влияют на метаболизм всего организма. Это влияние, как показали ученые, происходит благодаря инсулину. Рецепторы к инсулину имеют клетки разных тканей. Есть они и у остеобластов. Инсулиновый сигнал, поступающий на рецепторы, передается на другой гормон – остеокальцин, который синтезируют остеобласты. Оказалось, что у остеокальцина две функции – он регулирует внутренние процессы в кости и внешние во всем организме.

Большую часть работы биологи провели на мышах, у которых они выключали тот или иной интересующий их ген. Так, они создали линию мышей, у которых остеобласты были лишены инсулинового рецептора (а во всех остальных клетках он сохранился). В возрасте восьми недель у таких мышей поднялся уровень глюкозы в крови и снизилась секреция инсулина. При этом в их поджелудочной железе уменьшилось число и размер островков Лангерганса, а в островках снизилось число и размер β-клеток. Значит, решили ученые, они нарушили ответ остеобластов на инсулин и тем самым нарушили метаболизм глюкозы.

Затем исследователи показали, как инсулиновый рецептор влияет на остеокальцин. Гормон циркулирует в крови в двух состояниях: карбоксилированном и декарбоксилированном. Первое отличается от второго наличием в структуре гормона карбоксильной группы.

На тех же мышах биологи увидели, что без инсулинового рецептора в остеобластах увеличивается содержание карбоксилированного остеокальцина. И, как уже было сказано, снижается синтез инсулина и повышается уровень глюкозы.

Биологи предположили, что декарбоксилирование – ключевая черта, отличающая метаболически активный остеокальцин от неактивного. То есть, отняв от него карбоксильную группу, можно его активировать. Именно в таком состоянии он поддерживает гомеостаз глюкозы в организме. А роль инсулинового рецептора состоит в том, чтобы разбудить метаболическую активность остеокальцина. Препятствуя его карбоксилированию.

Осталось понять, как он это делает и как это связано с внутренними процессами костной ткани.

Разрушение не менее важно, чем строительство

И здесь ученые получили парадоксальный на первый взгляд результат. Оказалось, поддержание метаболизма глюкозы связано с разрушением костной ткани. Это вторая роль остеокальцина – он стимулирует работу клеток-разрушителей остеокластов. Причем в той же самой активной – то есть декарбоксилированной форме.

Деструкция костной ткани в культуре происходит в кислой среде. Значит, и в кости перед этим увеличивается кислотность костного матрикса. А это возможно, если отнять кислую карбоксильную группу от молекулы остеокальцина.

Выстраивается такая цепочка: инсулин подает сигнал на рецепторы в остеобластах, затем остеокальцин декарбоксилируется, после чего остеокласты разрушают положенную порцию костной ткани. Следом остеокальцин в активной форме поступает в кровь и стимулирует секрецию инсулина, из-за чего уровень глюкозы приходит в норму.

Все боятся остеопороза, и не без оснований. Но есть противоположная болезнь, хотя намного более редкая – остеопетроз, или мраморные кости. Это не недостаток, а избыток костной ткани. У пациентов с таким заболеванием снижен синтез инсулина и повышен уровень глюкозы в крови. То есть и у людей остеокальцин вовлечен в метаболизм глюкозы.

Отсюда следует важный для практической медицины вывод. Большинство лекарств, которые применяют для лечения остеопороза, снижают скорость разрушения костной ткани. И одновременно повышают уровень сахара в крови. Этот побочный эффект надо обязательно учитывать, чтобы вместо остеопороза у пациенток не появился диабет.

Статья об эндокринной роли костей опубликована в журнале Cell.