Исследователи Калифорнийского университета в Сан-Франциско, изучающие бежевый жир – ткань, сжигающую калории, которая может помочь предотвратить ожирение и диабет, – обнаружили новую стратегию выращивания этого полезного жира.
Бежевые жировые клетки обладают способностью переключаться между накоплением энергии "белый" состояние и энергия горения "коричневый" состояние, новое исследование показало, что основано на том, как они справляются с клеточными энергетическими установками, известными как митохондрии: предотвращение переваривания собственных митохондрий бежевыми жировыми клетками приводит их в состояние сжигания энергии. У мышей это вмешательство успешно защитило от ожирения и преддиабетических симптомов, что вселяет надежду на будущее применение у людей.
Результаты – которые появляются в августе. 25, 2016 в журнале Cell Metabolism – представляет собой новый ключевой прогресс в усилиях по использованию бежевого жира для борьбы с растущей во всем мире эпидемией ожирения и диабета 2 типа, по словам старшего исследователя Синго Каджимура, доктора философии, доцента биологии клеток и тканей. в Школе стоматологии UCSF.
Исследования могут помочь усилиям по увеличению и поддержанию сжигания жира у людей
У всех млекопитающих, включая человека, есть два типа жира с совершенно противоположными функциями: белый, который накапливает энергию и связан с диабетом и ожирением; и коричневый, который выделяет тепло за счет энергии горения и ассоциируется с худощавостью.
Человеческие младенцы рождаются с коричневым жиром как естественной защитой от холода, но только в 2009 году исследователи впервые обнаружили, что у взрослых людей также есть жир, сжигающий энергию. В 2015 году группа Каджимуры продемонстрировала, что большая часть этого здорового жира у людей – это не так называемый классический бурый жир того типа, с которым рождаются младенцы, а совершенно другой тип клеток, который исследователи назвали "бежевый жир." Бежевый жир содержится в белом жире и имеет способность быстро переходить из состояния накопления энергии в состояние сжигания энергии в ответ на изменения окружающей среды, такие как холод или другие факторы стресса.
Многие исследователи ожирения надеются использовать способность бежевого и коричневого жира сжигать энергию, чтобы помочь пациентам похудеть: всего две унции этого вещества могут сжигать до 200 калорий в день при понижении температуры. Но простое воздействие на пациентов низких температур – или введение им лекарств, заставляющих организм думать, что он холодный – оказались неэффективными на ранних этапах испытаний, поскольку большинству людей, страдающих ожирением, не хватает значительного количества активного коричневого жира. Эти подходы также имеют опасные побочные эффекты со стороны сердечно-сосудистой системы, которые вызывают особую озабоченность у пациентов с ожирением.
Группа Каджимуры недавно определила новые фармакологические стратегии преобразования белого жира в бежевый жир у мышей, которые показали значительную пользу для здоровья без побочных эффектов со стороны сердечно-сосудистой системы. Однако вскоре исследователи поняли, что, когда эти лекарства прекращаются, новый бежевый жир снова превращается в белый жир в течение нескольких недель.
"В течение многих лет мы фокусировались на том, чтобы научиться превращать белый жир в бежевый," – сказал Каджимура, который проводит совместные приемы в Диабетическом центре UCSF и в Центре регенеративной медицины и исследований стволовых клеток Эли и Эдит Брод. "Теперь мы понимаем, что нам также нужно подумать о том, как сохранить его там дольше."
Митохондрии играют ключевую роль в функционировании жировых клеток
В своей новой статье группа под руководством аспирантки Каджимуры Светланы Альтшулер-Кейлин продемонстрировала, что, когда они возвращаются к белому жиру, бежевые жировые клетки переваривают свои митохондрии – структуру, находящуюся внутри клеток, которая сжигает глюкозу и превращает ее в энергию. Когда исследовательская группа удалила ключевые гены, чтобы бежевые жировые клетки не поедали собственные митохондрии у мышей, им удалось сохранить бежевый жир и его преимущества для здоровья.
Во-первых, команде нужно было показать, что отдельные бежевые жировые клетки напрямую превращаются обратно в белый жир – например, что они не умирают и заменяются новыми белыми жировыми клетками. Чтобы продемонстрировать это, Альтшулер-Кейлин поместил клетки в гель и использовал микроскоп для отслеживания их трансформации в течение 10 дней. Она увидела, что бежевые жировые клетки быстро теряют свой характерный мраморный вид, образуя единственную большую каплю маслянистого липида, типичного для белых жировых клеток. [См. Видео]
"Итак, мы знали, что бежевый жир имеет тенденцию исчезать, но мы хотели знать, почему," Альтшулер-Кейлин сказал. "Мы знали, что цвет коричневого и бежевого жира зависит от количества содержащихся в них пигментированных митохондрий, поэтому мы задались вопросом, происходит ли что-то с митохондриями, когда бежевый жир становится белым."
Исследователи проанализировали изменения в экспрессии генов во время перехода от бежевого к белому. Они обнаружили, что действительно кластер генов, связанных с митохондриями, был очень активен в бежевом жире, но резко снизился, когда бежевый жир стал белым. Используя флуоресцентные белки для визуализации митохондрий, исследователи подтвердили, что количество этих клеточных электростанций увеличивается во время "начинающий", но снижаться во время "отбеливание."
Дальнейший анализ экспрессии генов показал, что аутофагия – общий процесс, при котором клетки переваривают свои собственные внутренние компоненты, когда они дефектны или не нужны, – активно отбраковывает митохондрии во время перехода от бежевого к белому. Альтшулер-Кейлин подозревала, что контроль аутофагии может быть ключом к сохранению энергии сжигания бежевых клеток. Она получила несколько мышей с ключевыми генами аутофагии, удаленными из бежевых жировых клеток, повысила уровень бежевого жира у этих мышей с помощью холода или лекарств, а затем отменила эти стимулирующие факторы. Она обнаружила, что мыши с отключенными генами аутофагии сохраняли гораздо больше бежевого жира, предположительно потому, что они не могли вернуть его обратно в белый жир.
"Впервые в своей карьере я увидел такой поразительный результат," Альтшулер-Кейлин сказал, "Пришлось бегать по лаборатории и всем показывать."
Дальнейшие тесты показали, что мыши с аутофагией, заблокированной в их жировых клетках, не только сохраняли бежевый жир дольше, чем нормальные мыши, но и сжигали энергию быстрее – без каких-либо очевидных различий в уровне активности или аппетите. После размещения на диете с высоким содержанием жиров в течение 8 недель эти мыши также набрали значительно меньший вес и сохранили более здоровый метаболизм глюкозы и чувствительность к инсулину, что является признаками защиты от диабета 2 типа.
Каджимура надеется, что новое открытие будет способствовать усилиям по увеличению количества бежевого жира у людей с ожирением, особенно пожилых людей. "С возрастом вы естественным образом теряете бежевый жир, который, по нашему мнению, является одним из основных факторов возрастного ожирения. Количество потребляемых калорий остается прежним, но вы сжигаете не так много," он сказал. "Возможно, понимая этот процесс, мы сможем помочь людям сохранить больше бежевого жира и, следовательно, оставаться более здоровыми."