Подслушивание органов: иммунная система контролирует уровень сахара в крови в периоды упадка сил
Исследование, опубликованное в журнале Science фондом Champalimaud, раскрывает удивительную новую роль иммунной системы. В периоды низкой энергии, например, периодического голодания или физических упражнений, иммунные клетки вмешиваются, чтобы регулировать уровень сахара в крови, выступая в роли «почтальона» в ранее неизвестном трехстороннем диалоге между нервной, иммунной и гормональной системами.
Эти результаты, опубликованные в журнале Science , открывают новые подходы к лечению таких заболеваний, как диабет, ожирение и рак.
Переосмысление иммунной системы
«В течение десятилетий иммунология была сосредоточена на иммунитете и инфекции», — говорит Энрике Вейга-Фернандес, глава лаборатории иммунофизиологии в Фонде Шампалимо. «Но мы начинаем понимать, что иммунная система делает гораздо больше».
Глюкоза, простой сахар, является основным топливом для наших мозгов и мышц. Поддержание стабильного уровня сахара в крови имеет решающее значение для нашего выживания, особенно во время голодания или длительной физической активности, когда потребности в энергии высоки, а потребление пищи низкое.
Традиционно регуляция сахара в крови приписывалась гормонам инсулину и глюкагону, которые вырабатываются поджелудочной железой. Инсулин снижает уровень глюкозы в крови , способствуя ее усвоению клетками, тогда как глюкагон повышает его, сигнализируя печени о необходимости высвободить глюкозу из запасов.
Вейга-Фернандес и его команда подозревали, что в этой истории есть что-то большее. «Например, — отмечает он, — некоторые иммунные клетки регулируют, как организм усваивает жир из пищи, и мы недавно показали, что взаимодействие мозга и иммунной системы помогает контролировать метаболизм жиров и ожирение. Это заставило нас задуматься — могут ли нервная и иммунная системы сотрудничать для регулирования других ключевых процессов, таких как уровень сахара в крови?».
Обнаружена новая схема
Чтобы исследовать эту идею, исследователи провели эксперименты на мышах. Они использовали генетически модифицированных мышей, лишенных определенных иммунных клеток, чтобы наблюдать их влияние на уровень сахара в крови.
Они обнаружили, что мыши, у которых отсутствовал тип иммунных клеток под названием ILC2, не могли вырабатывать достаточное количество глюкагона — гормона, повышающего уровень сахара в крови, — и уровень глюкозы у них падал слишком низко.
«Когда мы пересадили ILC2 этим мышам с дефицитом, уровень сахара в их крови вернулся к норме, что подтверждает роль этих иммунных клеток в стабилизации уровня глюкозы в условиях дефицита энергии», — объясняет Вейга-Фернандес.
Понимая, что иммунная система может влиять на такой жизненно важный гормон, как глюкагон, команда знала, что они наткнулись на что-то важное. Но это заставило их задаться вопросом: как именно работает этот процесс? Ответ повел их в совершенно неожиданном направлении.
«Мы думали, что все это регулируется в печени, потому что именно там глюкагон выполняет свою функцию», — вспоминает Вейга-Фернандес. «Но наши данные продолжали говорить нам, что все важное происходит между кишечником и поджелудочной железой».
Используя передовые методы маркировки клеток, команда пометила клетки ILC2 в кишечнике, придав им светящийся в темноте маркер. После голодания они обнаружили, что эти клетки переместились в поджелудочную железу. «Одним из самых больших сюрпризов стало то, что иммунная система стимулирует выработку гормона глюкагона, отправляя иммунные клетки в путешествие по разным органам».
Попав в поджелудочную железу, эти иммунные клетки выделяют цитокины — крошечные химические посредники, — которые дают команду клеткам поджелудочной железы вырабатывать гормон глюкагон. Увеличение глюкагона затем сигнализирует печени о необходимости вырабатывать глюкозу. «Когда мы заблокировали эти цитокины, уровень глюкагона упал, что доказывает их важность для поддержания уровня сахара в крови ».
«Здесь примечательно то, что мы наблюдаем массовую миграцию иммунных клеток между кишечником и поджелудочной железой, даже при отсутствии инфекции», — добавляет он. «Это показывает, что иммунные клетки — это не просто закаленные в боях солдаты, отбивающие угрозы, — они также действуют как спасатели, вмешиваясь, чтобы доставить критически важные запасы энергии и поддержать стабильность в трудные времена».
Оказывается, эта миграция организована нервной системой. Во время голодания нейроны в кишечнике, соединенные с мозгом, высвобождают химические сигналы, которые связываются с иммунными клетками, сообщая им о необходимости покинуть кишечник и отправиться на новый «почтовый индекс» в поджелудочной железе в течение нескольких часов.
Исследование показало, что эти нервные сигналы изменяют активность иммунных клеток, подавляя гены, которые закрепляют их в кишечнике, и позволяя им перемещаться туда, где они нужны.
Последствия для голодания и физических упражнений
«Это первое доказательство существования сложной нейроиммунно-гормональной цепи», — замечает Вейга-Фернандес. «Это показывает, как нервная, иммунная и гормональная системы работают вместе, чтобы обеспечить один из важнейших процессов организма — выработку глюкозы при дефиците энергии».
«У мышей много общих фундаментальных биологических систем с людьми, что позволяет предположить, что этот межорганный диалог также происходит у людей во время голодания или физических упражнений. Понимая роль ILC2 и их регуляцию нервной системой, мы можем лучше понять, как эти повседневные действия поддерживают метаболическое здоровье. Мы подслушиваем разговоры между органами, которые мы никогда раньше не слышали».
Он добавляет, что иммунная система , вероятно, развилась как защита во время невзгод, указывая на то, что наши предки не могли позволить себе роскошь трехразового питания, и, если им везло, они могли обходиться всего одним приемом пищи. Это эволюционное давление заставило бы наши тела найти способы гарантировать, что каждая клетка получает необходимую ей энергию.
«Мы давно знаем, что мозг может напрямую подавать сигнал поджелудочной железе о необходимости быстрой выработки гормонов, но наша работа показывает, что он также может косвенно усиливать выработку глюкагона через иммунные клетки, что позволяет организму лучше справляться с голоданием и интенсивной физической активностью».
Рак, диабет и не только
Результаты могут открыть новые возможности для управления рядом состояний, в частности, для исследований рака. Нейроэндокринные опухоли поджелудочной железы и рак печени могут перехватывать метаболические процессы организма, используя глюкагон для увеличения выработки глюкозы и стимулирования своего роста.
При прогрессирующем раке печени этот процесс может привести к раковой кахексии, состоянию, характеризующемуся серьезной потерей веса и мышечной массы. Понимание этих механизмов может помочь в разработке более эффективных методов лечения.
«Балансировка уровня сахара в крови также имеет решающее значение не только для профилактики ожирения, но и для борьбы с глобальной эпидемией диабета, которая затрагивает сотни миллионов людей», — замечает Вейга-Фернандес. «Воздействие на эти нейроиммунные пути может предложить новый подход к профилактике и лечению».
«Это исследование раскрывает уровень связи между системами организма, который мы только начинаем осознавать», — заключает он.
«Мы хотим понять, как эта межорганная коммуникация работает — или не работает — у людей с раком, хроническим воспалением, высоким уровнем стресса или ожирением. В конечном итоге мы стремимся использовать эти результаты для улучшения терапии гормональных и метаболических расстройств».