Голодание переводит мышечные стволовые клетки в состояние глубокого покоя, которое замедляет восстановление мышц, но также делает их более устойчивыми к стрессу, — об этом гласит исследование Медицинского центра Стэнфордского университета над лабораторными мышами.
Голодание индуцирует высокоэластичное глубокое состояние покоя в мышечных стволовых клетках с помощью сигнализации кетонового тела. Опубликовано 17 мая 2022 года.
Защитный эффект также может быть достигнут путем кормления мышей пищей с высоким содержанием жиров и низким содержанием углеводов, также известной как кетогенная диета, которая имитирует реакцию организма на голодание или дает животным кетоновые тела, побочные продукты, которые возникают, когда организм использует жир в качестве источника энергии.
mmc3Исследование описывает, как организм реагирует и функционирует во времена лишения и изобилия, и дает подсказки о влиянии старения на способность регенерировать и восстанавливать поврежденные ткани.
Хотя исследование было сосредоточено на мышечных стволовых клетках, исследователи считают, что результаты применимы к другим типам тканей по всему телу.
«С возрастом мы испытываем более медленное и менее полное заживление наших тканей», — сказал Томас Рэндо, доктор медицинских наук, профессор неврологии и неврологических наук.
«Мы хотели понять, что контролирует эту регенеративную способность и как голодание влияет на этот процесс. Мы обнаружили, что голодание вызывает устойчивость в мышечных стволовых клетках, так что они выживают во время лишения и доступны для восстановления мышц, когда питательные вещества снова становятся доступны».
Рандо, который недавно занял должность директора Исследовательского центра стволовых клеток в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, является старшим автором данного исследования, которое было опубликовано онлайн 7 июня 2022 года в журнале Cell Metabolism. Инструктор Даниэль Бенджамин, доктор философии, и аспирант Питер Оба являются ведущими авторами исследования.
Выводы исследования
Кратковременное голодание полезно для регенерации различных типов тканей. Однако влияние голодания на регенерацию мышц в значительной степени неизвестно. Здесь мы сообщаем, что голодание замедляет восстановление мышц как сразу после окончания голодания, так и после нескольких дней повторного кормления.
Мы показываем, что кетоз, либо эндогенно вырабатываемый во время голодания или кетогенной диеты, либо вводимый экзогенно, способствует глубокому состоянию покоя в мышечных стволовых клетках (MUSC). Хотя мышцы, находящиеся в состоянии глубокого покоя, менее склонны к активации, замедляя регенерацию мышц, они заметно улучшили выживаемость при столкновении с источниками клеточного стресса.
Кроме того, мы показываем, что кетоновые тела, в частности β-гидроксибутират, непосредственно способствуют глубокому покою MuSC через неметаболический механизм. Мы показываем, что β-гидроксибутират действует как ингибитор HDAC в MuSCs, приводя к ацетилированию и активации целевого белка HDAC1 p53.
Наконец, мы демонстрируем, что активация р53 способствует глубокому покою и повышению сопротивляемости, наблюдаемым во время голодания.
Ограничение калорий
Хорошо задокументировано, что долгосрочное ограничение калорий продлевает продолжительность жизни и способствует общему здоровью лабораторных животных, но людям трудно поддерживать очень низкокалорийную диету в течение месяцев или лет.
Периодическое голодание было изучено как еще один способ получить пользу для здоровья от ограничения калорий, но влияние прерывистого голодания на организм и его способность регенерировать поврежденные или стареющие ткани не были хорошо изучены.
Голодание или, альтернативно, употребление кетогенной диеты с высоким содержанием жира и низким содержанием углеводов — популярная техника потери веса — заставляет организм входить в состояние, называемое кетозом, в котором жир является основным источником энергии. Кетоновые тела являются побочными продуктами жирового обмена.
Исследователи обнаружили, что мыши, которые голодали от 1 до 2,5 дней, были менее способны, чем не голодающие животные, регенерировать новые мышцы на задних ногах в ответ на травму.
Эта сниженная регенеративная способность сохранялась в течение трех дней после того, как мыши снова начали питаться и вернулись к нормальной массе тела; она вернулась в норму в течение одной недели после окончания голода.
Дальнейшие исследования показали, что мышечные стволовые клетки от животных, которые голодали, были меньше и делились медленнее, чем у животных, не голодающих.
Но они также были более устойчивыми: они лучше выживали при выращивании на лабораторной тарелке в сложных условиях, включая лишение питательных веществ, воздействие повреждающих клетки химических веществ и радиации. Они также пережили трансплантацию обратно животным лучше, чем у животных, которые не голодали.
«Обычно большинство выращенных в лаборатории мышечных стволовых клеток умирают при пересадке», — сказал Рэндо. «Но эти клетки находятся в состоянии глубокого покоя, которое мы называем индуцированным кетоном глубоким покоем, что позволяет им выдерживать многие виды стресса».
Исследователи обнаружили, что мышечные стволовые клетки, выделенные из животных, не голодающих, а затем обработанные кетоновым телом, называемым бета-гидроксибутиратом (BHB), демонстрировали такую же устойчивость, как и у животных, прошедших через голод.
Кроме того, мышечные стволовые клетки, выделенные из мышей, которых кормили кетогенной диетой, или нормальной диетой в сочетании с инъекциями кетоновых тел, демонстрировали те же характеристики, что и глубоко покоящиеся стволовые клетки животных после голода.
Наконец, исследователи изолировали мышечные стволовые клетки от старых мышей, которых лечили кетоновыми телами в течение одной недели.
Предыдущие исследования в лаборатории Rando показали, что эти старые мышечные стволовые клетки росли в лаборатории хуже, чем мышечные стволовые клетки у молодых животных.
Но лечение кетоновыми телами позволило старым мышечным стволовым клеткам выжить так же, как и их более молодым коллегам.
Потенциальное применения
Хотя необходимо провести больше исследований, результаты интригуют, сказали исследователи.
«Клетки эволюционировали, чтобы существовать во времена изобилия и во времена лишения», — сказал Рэндо. «Они должны были выжить, когда пища была недоступна.
Кетоновые тела возникают, когда организм использует жир для получения энергии, но они также переводят стволовые клетки в состояние покоя, которое защищает их во время периода лишения. В этом состоянии они защищены от стресса окружающей среды, но они также менее способны регенерировать поврежденные ткани».
Балансировка этих результатов может однажды помочь бороться с нормальным старением и улучшить функцию стволовых клеток по всему телу, — предположили исследователи.
«Было бы полезно, если бы воздействие голодания на стволовые клетки могло быть достигнуто с помощью кетоновых тел, вытесняя необходимость поститься или есть кетогенную диету», — сказал Рэндо.
«Возможно, можно нормально питаться и все же получить эту повышенную устойчивость».
Источник:
Daniel I. Benjamin et al, голодание вызывает высокоэластичное глубокое состояние покоя в мышечных стволовых клетках через передачу сигналов кетонового тела, клеточный метаболизм (2022). DOI: 10.1016 / j.cmet.2022.04.012
