Как обнаружилось в недавнем исследовании, открытый новый гормон, производимый организмом в ответ на физические нагрузки, способен превращать белый жир, накапливаемый в организме человека, в коричневый, и в процессе этого снижать подверженность организма ожирению, диабетам, и другим проблемам со здоровьем.
Исследование, результаты которого опубликованы в журнале «Nature», проводилось специалистами Института Рака, и Гарвардской Медицинской Школы. Оно позволило сформировать совершенно новый взгляд на то, как физические упражнения влияют на тело на клеточном уровне.
Ученые изучили клетки мышц у человека и мыши. Уже довольно давно считалось, что клетки мышц влияют на биологические процессы во всем организме, а не только в самих мышцах. В частности, предполагалось, что мышцы могут химически «общаться» с жиром, накопленном в теле.
Но каким образом клетки мышц могут «говорить» с жиром, что они говорят жиру, и какую роль играют физические упражнения в поддержании этого разговора – оставалось неясным до тех пор, пока новое исследование не позволило ученым тщательно изучить химическое соединение, названное PGC1-alpha, которое вырабатывается в мышцах, как во время, так и после физических нагрузок.
«Кажется ясным, что PGC1a стимулирует многие известные выгоды физических упражнений», – говорит Брюс Шпигельман, профессор биологии и медицины, руководивший исследованием. Мыши, генетически измененные для производства неестественно больших объемов PGC1a в их мышцах, обычно менее подвержены связанными с возрастом ожирению и диабетам, как и люди, регулярно занимающиеся спортом.
Но при этом биологический механизм, посредством которого PGC1a запускает эти благотворные влияния, был неизвестен. Для нового исследования ученые использовали более совершенные алгоритмы, позволившие определить, что увеличение выработки PCG1a в мышцах вызывает последующий скачок в выработке протеина, известного, как Fndc5. Этот протеин давно интересовал биологов, но они не могли понять, что он делает.
Гарвардские исследователи выяснили, что этот протеин распадается на две независимые части, одной из которой является гормон, ранее не идентифицированный. Ученые назвали этот гормон «ирисин», по имени Ирис, вестницы богов в греческой мифологии.
Ученые заметили, что в отличие от многих химических соединений, вырабатывающихся в мышцах, ирисин не остается там. Он поступает в кровяной поток и переносится к жировым клеткам, где, передавая различные биохимические сигналы или сообщения, он начинает преобразовывать обычный жир – особенно, глубокий, внутренний жир вокруг органов – в коричневый жир.
Если после этого у вас не поднялись в удивлении брови, то вы – не биолог, специализирующийся по жиру. Для них, открытие того, что ирисин может участвовать в преобразовании внутреннего жира в коричневый жир является «экстраординарным открытием», говорит Свен Энербак, профессор метаболических исследований в Университете Готенбёрга (Швеция), публикующий много работ по биологии жира и ожирению.
Коричневый жир, как многие слышали, является биологически желательным. В то время как белые жировые клетки, в сущности, представляют собой инертные хранилища жира, коричневые жировые клетки метаболически активны. Они используют кислород и требуют энергии. Они сжигают калории.
Коричневый жир и ирисин
До недавнего времени считалось, что у взрослых людей нет коричневого жира, что он уходит вместе с детством. Но в начале 2009 года несколько исследователей продемонстрировали, что и взрослые могут вырабатывать коричневый жир. Просто у некоторых людей его больше, чем у других.
Ученые предположили, что, возможно, этот ирисин, и физические упражнения определяют, какое количество коричневого жира имеет каждый человек. В одном из наиболее сложных экспериментов, описанных в статье, ученые ввели ирисин в белые жировые клетки мыши. После этого, генетические изменения в этих клетках показали, что они начали становиться коричневыми. Жировые клетки также увеличивают свою частоту потребления кислорода, что указывает на то, что они сжигают больше энергии.
В дополнительных экспериментах, мышам, которых кормили пищей с высоким содержанием жиров, делалась инъекция протеина Fndc5, который при расщеплении производит ирисин. После этого у мышей повышалась толерантность к глюкозе, говорит д-р Шпигельман. У них не развивался диабет, несмотря на высокий риск этого заболевания при их диете.
Наконец, эксперименты с клетками мышц человека, проведенные на добровольцах, которые проходили недельную программу бега трусцой, показали, что в их клетках уровень ирисина намного выше, чем был до того, как началась программа физических упражнений. Удивительно, но этот гормон одинаков, по крайней мере, структурно, как у мышей, так и у людей. Это открытие позволяет предположить его биологическую важность, говорит д-р Шпигельман, поскольку в противном случае этот гормон не сохранился бы почти неизменным в течение прошедших эпох эволюции млекопитающих.
В сущности, ирисин, похоже, является одной из наиболее важных недостающих связей в нашем понимании того, каким образом физические нагрузки улучшают здоровье.
Хотя ирисин оказывает важное влияние на метаболизм, он, кажется, не играет никакой заметной роли во влиянии, оказываемом физическими упражнениями на сердце, или на мозг. И остаются нерешенными ряд вопросов. Например, почему, если физические упражнения увеличивают уровень ирисина, а ирисин увеличивает в теле запасы сжигающего энергию коричневого жира, физические упражнения редко приводят к значительному снижению веса? Мыши, которым вводился ирисин, теряли не очень много веса. С другой стороны, отмечает д-р Шпигельман, они прекращали набирать вес, даже при диете с высоким содержанием жира, и уровень сахара в крови у них оставался стабильным. Поэтому, возможно, что упражнения, посредством действия ирисина, могут сделать тело более здоровым, а не более стройным.
В будущих экспериментах д-р Шпигельман намерен изучить, будут ли инъекции ирисина приносить благоприятные эффекты физических упражнений в метаболизм людей, которые не могут заниматься спортом из-за болезни, или инвалидности. Он также надеется объяснить, как много, и какого типа упражнений необходимо выполнять для получения естественного увеличение ирисина у здоровых людей.
Эти исследования могут занять годы. Но уже сегодня, говорит он, можно утверждать, что «физическая активность увеличивает уровни ирисина у здоровых людей», изменяя цвет их жировых клеток, и состояние их здоровья, и это следует помнить.
