Согласно двум исследованиям, проведенным учеными Weill Cornell Medicine, нарушение циркадных часов, которые удерживают тело и его клетки в 24-часовом цикле дня и ночи, играет решающую роль в увеличении веса.
Одно исследование, опубликованное 27 июня в Cell Reports, показало, что стресс, вызванный хроническим введением глюкокортикоидных гормонов стресса и нарушением нормального суточного цикла высвобождения, запускает временный защитный механизм у мышей. Этот механизм повышает рост жировых клеток и выработку инсулина, одновременно снижая избыточный уровень сахара и жира в крови и печени.
Второе исследование, опубликованное 8 августа в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, что предшественники жировых клеток превращаются в жировые клетки во время периода отдыха мышей. Исследования показывают, что стресс и другие факторы, которые сбивают «часы» организма, могут способствовать увеличению веса, и предлагают новые подходы к лечению ожирения.
«Многие силы работают против здорового метаболизма, когда мы выходим из циркадного ритма», объяснила старший автор обоих исследований, доктор Мэри Теруэль, доцент биохимии и член Института детского здоровья Гейла и Айры Друкье в Weill Cornell Medicine. «Чем больше мы понимаем, тем больше вероятность, что мы сможем что-то с этим сделать».
В первом исследовании доктор Теруэль и ее коллеги имитировали разрушительное воздействие таких состояний, как болезнь Кушинга или хронический стресс, на обычные ежедневные колебания уровня глюкокортикоидов, класса гормонов, связанных со стрессом. Для этого они имплантировали гранулы, которые высвобождали глюкокортикоиды с постоянной скоростью в течение 21 дня под кожу мышей и сравнивали их с нормальными мышами, у которых наблюдаются нормальные суточные колебания. Количество бурого и белого жира у мышей с гранулами глюкокортикоидов удвоилось в течение 21 дня, а уровень инсулина в их телах взлетел до небес несмотря на то, что мыши по-прежнему придерживались той же здоровой диеты, что и нормальные мыши.
«Если вы подвергаете животных стрессу в неподходящее время, это имеет драматический эффект», сказала доктор Теруэль. «Мыши не едят по-другому, но большой сдвиг в метаболизме вызывает увеличение веса».
Удивительно, но эти метаболические нарушения оказывают «защитный эффект», поддерживая низкий уровень сахара в крови и предотвращая накопление жира в крови или печени. Когда ученые удалили гранулы, метаболические изменения быстро обратились вспять.
«Это показывает, что животные могут какое-то время справляться с хроническим стрессом», сказала доктор Теруэль.
Во втором исследовании Мэри Теруэль и ее коллеги присоединили красный флуоресцентный белок к белку, контролирующему экспрессию важных генов циркадных часов, и желтый флуоресцентный белок к гамма-рецептору, активируемому пролифератором пероксисом (PPARG), белку, который регулирует производство жировых клеток. Они использовали эти два флуоресцентных маркера для мониторинга ежедневных колебаний PPARG и циркадной экспрессии генов в предшественниках жировых клеток мыши. В остальное время суток они обнаружили, что циркадный белок, называемый альфа-белком, связывающим энхансер CCAAT (CEBPA), вызывает быстрое увеличение производства PPARG. Как только уровни PPARG достигают определенного порога, клетки-предшественники превращаются в жировые клетки, и этот процесс занимает несколько дней.
«Решение стать жировой клеткой происходит быстро, в течение четырех часов. Это как переключатель», сказала доцент Теруэль. «Это происходит только в определенное время дня». Доктор Теруэль и ее коллеги сейчас работают над тем, чтобы понять, почему нарушение суточных ритмов глюкокортикоидов вызывает временные защитные метаболические изменения. Они также хотят узнать, делают ли эти изменения постоянными продолжительный стресс или диета с высоким содержанием жиров. Результаты этих исследований могут помочь определить, как долго безопасно лечить людей глюкокортикоидными препаратами при таких состояниях, как астма.
Исследование может также привести к разработке лекарств, которые помогают сбросить циркадные ритмы у людей с ожирением в качестве альтернативы более инвазивным методам лечения, таким как бариатрическая хирургия. Другой возможностью может быть терапия, нацеленная на 4-часовое окно, когда предшественники жировых клеток стремятся стать жировыми клетками, чтобы предотвратить избыточное накопление жира.
Доктор Теруэль и ее коллеги также считают, что важно научиться синхронизировать клеточные и циркадные часы организма.
«Каждая клетка в нашем теле имеет встроенные клеточные часы, как и жировые клетки, и у нас есть главные часы в нашем мозгу, которые контролируют секрецию гормонов», сказала она. «Мы пытаемся понять, как они работают вместе и как мы можем их координировать».
