Обнаружен белок, имитирующий физические упражнения

Исследовательская группа с медицинского факультета Школы клинической медицины Медицинского факультета LKS при Университете Гонконга выявила ключевой биологический механизм, который объясняет, как физические упражнения поддерживают крепкие кости, что открывает путь к новым методам лечения остеопороза и потери костной массы у людей, которые не могут заниматься спортом.

Выявив белок, который действует как “датчик физической нагрузки”, ученые открыли путь к разработке лекарств, имитирующих эффект от физической активности.

Это дает надежду уязвимым группам населения, например, пожилым людям, лежачим больным и людям с хроническими заболеваниями, которые подвержены высокому риску переломов. Результаты исследования опубликованы в журнале Signal Transduction and Targeted Therapy.

“Остеопороз и возрастная потеря костной массы поражают миллионы людей во всем мире, часто делая пожилых и прикованных к постели пациентов уязвимыми к переломам и потере самостоятельности”, – говорит профессор Сюй Айминь, директор Государственной лаборатории фармацевтической биотехнологии и заведующий кафедрой медицины Школы клинической медицины Университета Гонконга, возглавлявший исследование.

“Современные методы лечения в значительной степени зависят от физической активности, которая для многих пациентов просто недостижима. Нам нужно понять, как укрепляются наши кости, когда мы двигаемся или занимаемся спортом, прежде чем мы сможем найти способ воспроизвести пользу от физических упражнений на молекулярном уровне. Это исследование является важным шагом на пути к достижению этой цели”.

Активация костного “датчика физической нагрузки” для уменьшения количества жира и формирования новой костной ткания

По данным Всемирной организации здравоохранения, примерно каждая третья женщина и каждый пятый мужчина старше 50 лет страдают от переломов из-за хрупкости костей. В Гонконге эта проблема стоит особенно остро, поскольку население стареет: 45% женщин и 13% мужчин в возрасте 65 лет и старше страдают остеопорозом. Переломы, связанные с остеопорозом, вызывают сильную боль и приводят к инвалидности, сильно ухудшая качество жизни и ограничивая самостоятельность, а также создают значительную нагрузку на систему здравоохранения и экономику.

Старение приводит к естественному ослаблению костей, которые становятся менее плотными и более пористыми.

Мезенхимальные стволовые клетки в костном мозге способны превращаться либо в жировые клетки, либо в костную ткань.

Эти стволовые клетки очень чувствительны к внешним факторам, таким как физические нагрузки и давление. В процессе старения они, как правило, дифференцируются в жировые клетки.

По мере накопления жировых клеток в костном мозге уменьшается пространство, доступное для здоровой костной ткани, что еще больше снижает прочность костей и создает цикл их деградации, которую трудно обратить вспять с помощью современных методов лечения.

Используя мышиные модели и человеческие стволовые клетки, исследователи выявили особый «переключатель», называемый Piezo1 – белок на поверхности мезенхимальных стволовых клеток в костном мозге. Этот переключатель действует как датчик физической нагрузки, улавливая механические сигналы от физической активности, которая помогает сохранять кости крепкими и предотвращает их хрупкость с возрастом.

В мышиной модели, когда белок Piezo1 активировался при физической активности, он уменьшал накопление жира в костном мозге и способствовал формированию новой костной ткани. И наоборот, когда этого белка не хватает, он запускает сигналы, которые заставляют стволовые клетки накапливать жир, что приводит к усиленной потере костной массы.

Отсутствие Piezo1 также способствует высвобождению определенных провоспалительных сигналов (Ccl2 и липокалина-2), повышающих вероятность превращения стволовых клеток в жировые клетки, что препятствует формированию костной ткани. Блокирование этих сигналов может помочь восстановить здоровье костей.

Имитация физических упражнений для людей с ограниченной подвижностью

“По сути, мы расшифровали, как организм преобразует движение в укрепление костей”, – говорит профессор Сюй Айминь. “Мы определили молекулярный датчик физических нагрузок Piezo1 и сигнальные пути, которые он контролирует. Это дает нам четкую цель для вмешательства. Активируя сигнальный путь Piezo1, мы можем имитировать пользу от физических упражнений, эффективно обманывая организм, заставляя его думать, что он тренируется, даже при отсутствии движения.”

“Это открытие особенно важно для пожилых людей и пациентов, которые не могут заниматься физическими упражнениями из-за слабости, травм или хронических заболеваний. Наши результаты открывают путь к разработке “имитаторов физических упражнений” – препаратов, которые химически активируют путь Piezo1, помогая поддерживать костную массу и самостоятельность”, – добавляет доктор Ван Бэйл, доцент-исследователь с того же факультета, руководивший исследованием.

“Это многообещающая стратегия, выходящая за рамки традиционной физиотерапии”, – отмечает профессор Эрик Оноре, руководитель группы Института молекулярной и клеточной фармакологии Национального центра научных исследований Франции, который был одним из руководителей исследования. “В будущем мы сможем обеспечить биологическую пользу физических упражнений с помощью целенаправленного лечения, тем самым замедляя потерю костной массы у уязвимых групп населения, таких как лежачие больные или люди с ограниченной подвижностью, и существенно снизив риск переломов”.

В настоящее время исследовательская группа работает над внедрением этих результатов в клиническую практику с целью разработки новых методов лечения для сохранения здоровья костей и улучшения качества жизни стареющего населения и тех, кто прикован к постели.