Аннотация:
Кость играет важную роль в человеческом организме, например, поддерживает тело, хранит кальций и производит клетки крови, но теперь ученые обнаружили, что у нее также может быть ранее недооцененная функция: воспринимая механическое напряжение, она высвобождает белки, которые могут защитить другие органы, тем самым влияя на процесс старения всего тела.
Новое исследование китайской исследовательской группы показало, что регулярное мягкое и регулярное механическое давление на голени мышей не только улучшает здоровье костей, но также оказывает положительное влияние на мозг, печень, мышцы и иммунную систему. Средняя продолжительность жизни пожилых мышей, получавших лечение, увеличилась в среднем на 9,4%, что эквивалентно увеличению примерно на 80 дней.
Это исследование провели ученые из Южного медицинского университета Гуанчжоу, сосредоточив внимание на типе костных клеток, способных воспринимать механическую силу, — остеоцитах. Они широко распространены внутри костной ткани, способны ощущать давление и деформацию костей и помогают костям адаптироваться к физическим упражнениям и нагрузкам тела, регулируя метаболизм костной ткани.
Исследователи обнаружили, что уровень белка PIEZO1 в костной ткани как мышей, так и людей постепенно снижается с возрастом. PIEZO1 — это механочувствительный ионный канал, который может преобразовывать внешние механические стимулы в биологические сигналы внутри клеток и играет важную роль в процессе восприятия стресса костными клетками.
Чтобы лучше понять этот механизм, исследователи сначала химически разрушили канал PIEZO1 в костных клетках взрослых мышей. Было обнаружено, что у этих мышей наблюдались значительно ускоренные признаки старения, причем эффекты не ограничивались самими костями. Также были затронуты многие органы, такие как мозг, печень и мышцы, при этом средняя продолжительность жизни сократилась примерно на 11% у самок мышей и на 13% у мышей-самцов.
Это открытие побудило исследовательскую группу поднять новый вопрос: если ослабление способности костей воспринимать механическое давление ускорит старение, может ли, наоборот, активное применение умеренного давления на кости замедлить старение?
Чтобы проверить эту идею, исследователи разработали специализированное механическое нагрузочное устройство, позволяющее оказывать легкое ритмичное давление на голени мышей, начиная с 20-месячного возраста. Этот возраст считается для мышей старостью. В ходе эксперимента мышей лечили под наркозом, исследователи неоднократно прикладывали небольшие нагрузки к голени через устройство и наблюдали изменения в их организме.
Результаты оказались неожиданными. Мыши, получившие механическую стимуляцию костей, не только жили дольше, но также улучшали регуляцию уровня сахара в крови и структуру костей. Исследователи также обнаружили, что показатели воспаления и маркеры клеточного старения во многих органах этих мышей снизились. Иммунная система, которая уже проявляла признаки старения, также стала более молодой. В частности, произошли положительные изменения в ткани, ответственной за выработку клеток крови в костном мозге.
Затем исследовательская группа продолжила поиск конкретного механизма, с помощью которого кости передают сигналы другим органам.
Они перенесли плазму мышей, получивших механическую стимуляцию костей, другим мышам старшего возраста и обнаружили, что у последних также наблюдалось некоторое улучшение здоровья. Это показывает, что после механической стимуляции костей в крови могут появиться биологически активные вещества, способные воздействовать на системные ткани.
Одним из веществ, которому уделяется большое внимание, является фактор пигментного эпителия (PEDF). Это белок с множеством тканезащитных эффектов. Исследование показало, что уровни PEDF в крови мышей значительно повышались после того, как кости подвергались механической нагрузке. Дальнейшие эксперименты показали, что прямое введение этого белка пожилым мышам также может улучшить ряд показателей старения и улучшить их когнитивные способности и показатели физической активности.
Это означает, что кости могут не только быть пассивными опорными структурами в опорно-двигательной системе, но также участвовать в системной физиологической регуляции посредством механочувствительности и секреции белка. Польза физических упражнений для здоровья может также частично объясняться химическими сигналами, которые кости посылают другим органам, помимо простого улучшения мышечной активности и сердечно-легочной функции.
Этот вывод является интересным отголоском другого исследования, проведенного ранее в этом году. В то время ученые наблюдали улучшение метаболизма, плотности костей и других показателей здоровья у мышей путем имплантации крошечной мышечной ткани, которая могла сокращаться сама по себе. Два исследования вместе указывают на направление, заслуживающее внимания: мышцы и кости не только отвечают за возможность движения тела, но и выделяют биологические сигналы, которые влияют на другие ткани во время движения.
Однако исследователи подчеркнули, что текущие результаты не могут напрямую сделать вывод о том, что люди могут продлить свою жизнь, сжимая кости. Этот эксперимент был завершен на мышах. Не доказано, что тот же метод механической стимуляции может вызывать аналогичные эффекты у людей, и нет никаких доказательств того, что этот метод может продлить продолжительность жизни человека почти на 10%.
Кроме того, исследователи не определили, необходим ли PEDF для механической стимуляции костей для достижения полного омолаживающего эффекта. Также могут быть задействованы другие белки, изменения иммунной системы и различные клеточные сигнальные пути.
Исследования также не доказывают, что нагрузка на голени два раза в неделю может заменить общую пользу для здоровья от ходьбы, плавания или силовых тренировок. Новый Атлас отмечает, что реальная проблема заключается не в том, что кости сжимаются каким-то особым образом, а в том, что это исследование дополнительно раскрывает глубокую связь между физической активностью и механическим восприятием костей.
Если будущие исследования подтвердят этот механизм на людях, ученые смогут разработать методы лечения, нацеленные на костную механосенсорную систему, предоставляя новые возможности медицинского вмешательства для людей, которым трудно заниматься регулярными физическими упражнениями из-за болезней, нарушений подвижности или физического упадка.
Соответствующие результаты исследования опубликованы в журнале «Клеточный метаболизм». Это исследование дает новое биологическое объяснение тому, почему физические упражнения могут замедлить старение. Это также предполагает, что кости могут быть гораздо более активными, чем традиционное познание. Они не только поддерживают тело, но также могут участвовать в поддержании здоровья всего организма, излучая химические сигналы.
Комментарии