Ожирение нарушает восприимчивость мышечных клеток к инсулину и заставляет человека заболеть сахарным диабетом. Теперь биологи знают все тонкости этого процесса. Это означает, что в некоторых случаях патологические нарушения метаболизма можно повернуть вспять.
Мышцы игнорируют инсулин
Если скелетная мускулатура не реагирует на инсулин (гормон поджелудочной железы), то человек заболевает сахарным диабетом второго типа. Хотя сама болезнь не смертельна, ее последствия опасны. Так, диабетик может облысеть, потерять зрение и лишиться конечности из-за гангрены. Ученые знают, что заболевание связано с «поломкой» молекулярного пути, который снижает чувствительность клеток к инсулину и приводит к тому, что глюкоза – «клеточное топливо» - не попадает в «бензобак», а остается в крови.
Но дело не только в поломке сигнального пути: есть и другая причина, или «отягчающее обстоятельство», - это дисфункция митохондрий (клеточных «энергостанций»). Впрочем, с изменением работы митохондрий связаны и онкологические, и нейродегенеративные заболевания. Кстати, любители хорошенько поесть много болеют и рано умирают тоже из-за митохондриальных нарушений.
Что касается диабета второго типа, то в экспериментах с мышами и крысами ученые увидели, что у животных-диабетиков нарушается строение митохондрий, а также работа генов, которыми митохондрии «выкачивают» энергию из питательных молекул. Схожие патологические изменения происходят и при ожирении, которое наблюдается у абсолютного большинства пациентов с сахарным диабетом второго типа. «У пациентов с сахарным диабетом второго типа отмечено снижение оксидативного потенциала митохондрий и снижение уровня синтеза АТФ», - продолжают ученые из исследовательских центров США.
Митохондрии травятся
Биологи поясняют, что митохондрии не просто «переваривают» питательные молекулы, но и производят активные кислород-содержащие частицы – свободные радикалы. И если в какой-то момент «система отчистки митохондрий» начинает барахлить, то митохондрии «глохнут» и останавливают сигнальные пути, обеспечивающие чувствительность клеток к инсулину.
«Резюмируя эти и другие данные, мы можем предположить, что изменение процессов окислительного фосфорилирования (что происходит в митохондриях) может быть и предвестником, и причиной сахарного диабета второго типа», - пишет коллектив ученых под руководством Брайса Эммануэли (Brice Emanuelli) из Медицинской школы Гарварда (Harvard Medical School).
Брайс Эммануэли и другие биологи попытались найти связующие звенья между свободными радикалами, дисфункцией митохондрий и сахарным диабетом. Они обратили внимание на белок Sirt3 (Сиртуин-3), который вместе с другими шестью членами сиртуинового семейства заслужил репутацию активного регулятора метаболических процессов. Выбор был более чем неслучайным: в 2004 году в экспериментах с мышами коллеги Брайса Эммануэли обратили внимание, что у мышей-диабетиков гены белка Sirt3 работают слишком слабо, а лишние калории вызывают дефицит белка Sirt3.
Одним словом, все экспериментальные улики указывали на одного «подозреваемого». Биологам пришлось лишь провести «следственный эксперимент», что они и сделали.
Диабет от жира
Правда, перед экспериментом ученые все-таки убедились, что с белком Sirt3 стоит проводить дальнейшие исследования. Для этого они изучили экспрессию генов Sirt3 в мышечной ткани старых животных и мышей-диабетиков, которые заработали свою болезнь высококалорийной диетой. Оказалось, что и у обжор-диабетиков, и у старых животных белка слишком мало, а гены почти не работают. Правда, у мышей-диабетиков уровень Sirt3 восстанавливался путем диеты, а у старых животных – нет.
Во втором опыте ученые исследовали мышечную ткань мышей, у которых вовсе не было гена белка Sirt3. Оказалось, что мышечные клетки таких животных резистентны к инсулину, то есть, эти животные – изначально диабетики. А кроме того, у них в митохондриях было слишком много свободных радикалов.
Такие же результаты ученые получили и в эксперименте с культурой мышечных клеток.
В статье «Sirtuin-3 (Sirt3) regulates skeletal muscle metabolism and insulin signaling via altered mitochondrial oxidation and reactive oxygen species production», опубликованной в PNAS, ученые описывают весь молекулярный путь, посредством которого белок и лишние калории вызывают оксидативный стресс и, как следствие, сахарный диабет.
Биологи полагают, что теперь можно подумать над тем, как повернуть вспять нарушения метаболизма и предотвратить диабет.
