Доказано, что низкокалорийные диеты и интервальное голодание полезны для здоровья: они могут отсрочить начало некоторых возрастных заболеваний и увеличить продолжительность жизни не только у людей, но и у других живых организмов.
Как пишет Republic, в основе этого явления лежит множество сложных механизмов.
Ранее исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) установили, что в ходе голодания усиливаются регенеративные способности кишечных стволовых клеток, что помогает кишечнику восстанавливаться после травм или воспалений. Теперь в исследовании на мышах ученые определили, что обеспечивает эту усиленную регенерацию, которая активируется, как только мыши возобновляют питание после голодания.
Они также обнаружили обратную сторону этой регенерации: когда раковые мутации происходили в течение регенеративного периода, у мышей с большей вероятностью развивались кишечные опухоли.
«Более высокая активность стволовых клеток полезна для регенерации, но слишком много хорошего со временем может иметь менее благоприятные последствия», - говорит Омер Йилмаз, доцент кафедры биологии MIT и старший автор нового исследования. Он добавляет, что необходимы дальнейшие исследования, прежде чем делать какие-либо выводы о том, оказывает ли голодание аналогичный эффект на людей.
«Нам еще многое предстоит узнать, но интересно, что пребывание в состоянии голодания или возобновления питания при воздействии мутагена может оказать глубокое влияние на вероятность развития рака в этих четко определенных моделях мышей», — утверждает он.
Постдокторанты MIT Синья Имада и Салех Хавалед — ведущие авторы статьи, которая на днях была опубликована в журнале Nature.
В течение нескольких лет лаборатория Йилмаза изучала, как голодание и низкокалорийные диеты влияют на здоровье кишечника. В исследовании 2018 года его команда сообщила, что во время голодания кишечные стволовые клетки начинают использовать липиды в качестве источника энергии вместо углеводов. Они также показали, что голодание приводит к значительному повышению регенеративной способности стволовых клеток. Однако без ответов остались вопросы: как голодание запускает этот процесс и когда начинается регенерация?
«После этой статьи мы действительно сосредоточились на понимании того, что именно в голодании стимулирует регенерацию, - рассказывает Йилмаз. - Само голодание стимулирует регенерацию или прием пищи после голодания?»
В своем новом исследовании исследователи обнаружили, что регенерация стволовых клеток подавляется во время голодания, но затем резко возрастает во время периода возобновления питания. Исследователи наблюдали за тремя группами мышей — первая голодала в течение 24 часов, второй после 24 часов голода разрешалось есть все, что она хотела в течение еще суток, и контрольная группа, которая ела все, что она хотела на протяжении всего эксперимента.
Исследователи проанализировали способность кишечных стволовых клеток размножаться в разные моменты времени и обнаружили, что стволовые клетки показали самые высокие уровни пролиферации в конце 24-часового периода повторного кормления.
«Мы считаем, что голодание и повторное кормление представляют собой два разных состояния, — говорит Имада. — В состоянии голодания способность клеток использовать липиды и жирные кислоты в качестве источника энергии позволяет им выживать при низком уровне питательных веществ. И затем именно состояние повторного кормления после голодания действительно стимулирует регенерацию. Когда питательные вещества становятся доступными, эти стволовые клетки и клетки-предшественники активируют программы, которые позволяют им наращивать клеточную массу и повторно заселять кишечную оболочку».
Дальнейшие исследования показали, что эти клетки активируют клеточный сигнальный путь, известный как mTOR, который участвует в росте и метаболизме клеток. Одна из функций mTOR заключается в регулировании трансляции матричной РНК в белок, поэтому, когда он активируется, клетки производят больше белка. Этот синтез белка необходим для пролиферации стволовых клеток. Исследователи показали, что активация mTOR в этих стволовых клетках также приводит к выработке большого количества полиаминов — небольших молекул, которые помогают клеткам расти и делиться.
«В состоянии рефида пролиферация активнее, и вам нужно наращивать клеточную массу. Это требует больше белка для создания новых клеток, и эти стволовые клетки продолжают создавать более дифференцированные клетки или специализированные типы кишечных клеток, которые выстилают кишечник», — утверждает Хавалед.
Исследователи также обнаружили, что когда стволовые клетки находятся в этом высокорегенеративном состоянии, они более склонны становиться раковыми клетками. Кишечные стволовые клетки — одни из наиболее активно делящихся клеток в организме, поскольку они помогают слизистой оболочке кишечника полностью обновляться каждые пять-десять дней. Поскольку они делятся так часто, эти стволовые клетки — наиболее распространенный источником предраковых клеток в кишечнике.
В этом исследовании ученые обнаружили, что если они включают ген, вызывающий рак, у мышей во время стадии возобновления питания, у них гораздо больше шансов развить предраковые полипы, чем если бы ген был включен во время состояния голодания. Связанные с раком мутации, которые произошли во время состояния возобновления питания, также гораздо чаще вызывали полипы, чем мутации, которые произошли у мышей, которые не прошли цикл голодания и возобновления питания.
«Я хочу подчеркнуть, что все это было сделано на мышах с использованием очень хорошо определенных раковых мутаций. У людей это будет гораздо сложнее, — говорит Йылмаз. — Но это приводит нас к следующему выводу: голодание очень полезно, но если вам не повезло, и вы восстанавливаете силы после голодания, и вы подвергаетесь воздействию мутагена, например, из пережаренного стейка или чего-то еще, вы можете фактически увеличить свои шансы на развитие рака».
Йылмаз также отметил, что регенеративные преимущества голодания могут быть значительными для людей, проходящих лучевую терапию, которая может повредить слизистую оболочку кишечника или получить другие виды кишечных травм. Его лаборатория сейчас изучает, могут ли полиаминные добавки помочь стимулировать этот тип регенерации без необходимости голодания.
«Это увлекательное исследование дает представление о сложной взаимосвязи между потреблением пищи, биологией стволовых клеток и риском рака, — говорит Офир Кляйн, профессор медицины Калифорнийского университета в Сан-Франциско и медицинского центра Cedars-Sinai, который не принимал участия в исследовании. — Их работа закладывает основу для тестирования полиаминов как соединений, которые могут усиливать восстановление кишечника после травм, и предполагает, что необходимо тщательное рассмотрение при планировании стратегий на основе диеты для регенерации, чтобы избежать увеличения риска рака».
