Сайт издательства «Медиа Сфера»
содержит материалы, предназначенные исключительно для работников здравоохранения. Закрывая это сообщение, Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.
Соотношение активности аутофагии и белкового ресинтеза у пациентов в условиях проведения оздоровительной программы в сочетании с пищевой депривацией
Журнал: Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2025;102(5‑2): 6‑16
Прочитано: 258 раз
Как цитировать:
В организме человека имеется множество функциональных и молекулярных механизмов и систем, поддерживающих разные параметры гомеостаза в физиологических пределах. К таким механизмам относят аутофагию и убиквитин-протеасомную систему (UPS), которые имеют разнонаправленный характер выполняемых задач в зависимости от условий [1—3]. Как известно, аутофагия обеспечивает «чистоту» внутриклеточного пространства за счет расщепления на составляющие модифицированных структур и соединений [4]. Аутофагия активируется при появлении модифицированных соединений, а также при недостатке энергетических запасов. На начальных этапах формирования аутофагосомы активное участие принимает белок беклин-1 (Beclin-1) [5]. Получаемые компоненты от расщепления могут использоваться клеткой либо для обновления собственных структур, либо, в случае острого дефицита энергии, на собственные энергетические нужды [4]. В этих условиях процесс аутофагии приобретает особое значение для выживания клеток и организма.
В литературе опубликованы данные о нарушениях процесса аутофагии при ряде заболеваний у человека [6, 7]. Так, аутофагия, расщепляя патологические внутриклеточные белки и органеллы клетками микроглии, обеспечивает внутриклеточный гомеостаз клеток головного мозга [8]. Снижение активности аутофагии в микроглии снижает ее способность к фагоцитозу β-амилоида [9]. Нарушения белкового обмена в головном мозге, накопление β-амилоида и τ-белка чаще проявляются в виде болезни Альцгеймера с последующим развитием деменции. В качестве лечебного воздействия на сегодняшний день предложены способы активации аутофагии при болезни Паркинсона и Альцгеймера. Активация аутофагии, по мнению ряда авторов, является инструментом продления жизни, включая жизни нейроцитов [10—12]. Появились работы об эффективности активации аутофагии при возрастной потере мышечной массы и физической нагрузки для ее сохранения [13, 14]. Описанные положительные эффекты чаще связывают с процессами аутофагии, однако одной только аутофагией сохранение и обновление мышечных элементов трудно объяснить.
Наряду с аутофагией, которая может быть отнесена в большей степени к системе катаболизма, функционирует протеасомная система 20S, направленная на ресинтез поврежденных или короткоживущих белков [15]. Протеасома 20S является сложной аденозинтрифосфат (АТФ)-зависимой системой, обеспечивающей анаболические процессы. Протеасома — белковый комплекс, включающий в себя множество субъединиц. Основной частью комплекса является частица 20S, а регуляторными частицами — 19S. Последние распознают убиквитиновые метки на белках, расплетают их и представляют их основной 20S частице для дальнейшего расщепления [16].
В настоящее время разные варианты ограничения калорийности питания [17, 18] используются именно с целью активации аутофагии. К сожалению, большинство исследований этого вопроса проведено на отдельных клетках либо на экспериментальных животных [19, 20]. Механизмы и эффекты, сопутствующие голоданию и аутофагии [21], могут играть существенную роль в процессе проведения оздоровительных мероприятий у человека.
Представляет интерес как для фундаментальной, так и для прикладной медицины информация о характере взаимодействия систем анаболизма и катаболизма в условиях ограничения калорийности питания у человека.
Цель исследования — установить соотношение активности аутофагии и протеасомы 20S с помощью специфических маркеров у человека в условиях комплексной оздоровительной программы (КОП) при полноценном и ограниченном по калорийности питании.
Проведено проспективное наблюдательное исследование, основанное на наблюдении 48 пациентов до и после проведения КОП.
Все пациенты, принявшие участие в исследовании, добровольно проходили КОП в клинике ООО «Центр Здоровье» Майкопа (Россия). Исследование было проведено в период с сентября 2020 г. по январь 2021 г. Оздоровительные мероприятия включали в себя: гипокалорийную диету (30—40% от нормы) либо лечебное голодание в течение 12 сут, гидроколонотерапию (2—3 процедуры), пешие прогулки протяженностью 3—6 км, ручной массаж различных зон тела ежедневно, питьевой режим (1,5—2,0 л/сут), теплый душ 2—3 раза в день.
Критерии включения. В проспективное исследование были включены 48 добровольцев в возрасте 18—64 лет, проживающих в разных регионах России. Все пациенты подписали информированное согласие на участие в исследовании. Предварительно в условиях поликлиники всем участникам были верифицированы диагнозы, среди которых выявлены: избыточная масса и ожирение I—II степени, сахарный диабет 2 типа, гипертоническая болезнь I—III степени. Пациенты не имели противопоказаний к проведению оздоровительных процедур.
Критерии невключения: наличие у пациентов острых инфекционных заболеваний, злокачественных опухолей, беременности, декомпенсированной формы сердечно-сосудистой недостаточности, металлических конструкций в теле и имплантированных водителей ритма.
Критерии исключения: прерывание оздоровительного курса по желанию пациента.
Описание критериев соответствия (диагностические критерии). Все пациенты имели выписки из стационарных карт или поликлинических заключений согласно Международной классификации болезней 10-го пересмотра (МКБ-10).
Подбор участников в группы. Всего в исследование вошли 48 пациентов (37 женщин и 11 мужчин в возрасте 18—64 лет), которые были распределены на группы с индексом массы тела (ИМТ) <30 кг/м2 (n=19) и ≥30 кг/м2 (n=29), а также на возрастные группы: до 60 лет (n=34) и старше 60 лет (n=14). Отдельно была выделена группа (21 пациент: 15 женщин и 6 мужчин), состоящая из лиц, прошедших голодание (от 2—3 до 12 сут).
Основной показатель исследования. Активность аутофагии и протеасомы 20S оценивали по концентрации белка в плазме крови (пг/мл).
Дополнительные показатели исследования не использовали.
Методы измерения целевых показателей. Всем пациентам определяли ИМТ по показателю Кетле — отношение массы тела (кг) к росту (м2); измеряли артериальное давление, пульс, температуру тела. С помощью импедансометрии (прибор DDFAO-3D) определяли состав тела: жировую массу (ЖМ), мышечную массу (ММ), тощую массу (ТМ), содержание общей воды (ОВ), внутри- и внеклеточной воды (ВнутрВ и ВнеВ). Активность системы 20S и аутофагии оценивали по концентрации белков-маркеров (20S и беклин-1) в плазме венозной крови, взятой утром натощак в 1-е и на 12-е сутки пребывания в оздоровительном центре. Определение маркеров проводили с помощью тест-систем Cloud-CloneCorp методом иммуноферментного анализа на аппарате CLARIOstarplus (BMG LABTECH, Германия). Активность аутофагии и 20S оценивали по показателю «дельта»-процент увеличения или уменьшения показателей концентрации маркеров (процентное отношение к исходному уровню, принятому за 100%).
В качестве потенциальных модификаторов принимали во внимание: обострение хронических воспалительных заболеваний, прием и отмену сахароснижающих и антигипертензивных препаратов, развитие функциональной почечной недостаточности.
Принципы расчета размера выборки. Размер выборки предварительно не рассчитывали и определяли попаданием в процентильный интервал 5—95%.
Статистический метод. Цифровые данные обрабатывали с помощью программного обеспечения SPSS Statistics 26.0 (IBM, США). Проверку нормальности распределения ряда осуществляли с помощью критерия Колмогорова—Смирнова. Для оценки различия двух независимых выборок применяли параметрический показатель Стьюдента; корреляцию оценивали с помощью критерия Пирсона. Различия принимали статистически значимыми при p≤0,05; статистически незначимыми при p>0,05.
Согласно данным, представленным в табл. 1, по всем категориям исследуемых групп отмечен закономерный рост активности протеасомы 20S и аутофагии в отдельно взятых категориях.
Таблица 1. Сравнительная оценка концентраций протеасомы 20S и беклина-1 (пг/мл) до и после проведения комплексных оздоровительных программ
| Исследуемая группа | Концентрация (пг/мл) | КК | |||||
| 20S | беклин-1 | ||||||
| M | ±σ | m0 | M | ±σ | m0 | ||
| До проведения комплексной оздоровительной программы | |||||||
| все пациенты (n=48) | 8,7 | 4,7 | 0,7 | 51,2 | 41,4 | 6,0 | 0,15 |
| мужчины (n=11) | 10,9 | 6,6 | 2,0 | 46,5 | 41,6 | 12,5 | 0,2 |
| женщины (n=37) | 8,0 | 3,8 | 0,6 | 52,6 | 41,9 | 7,0 | 0,1 |
| ИМТ <30 кг/м2 (n=19) | 7,3 | 3,5 | 0,8 | 44,5 | 42,3 | 9,7 | 0,7** |
| ИМТ ≥30 кг/м2 (n=29) | 9,7 | 5,2 | 0,9 | 55,7 | 41,0 | 7,7 | –0,1 |
| возраст до 60 лет (n=34) | 8,9 | 4,6 | 0,8 | 50,4 | 35,6 | 6,1 | 0,2 |
| возраст старше 60 лет (n=14) | 8,1 | 5,2 | 1,4 | 53,2 | 55,6 | 15,4 | 0,06 |
| После проведения комплексной оздоровительной программы | |||||||
| все пациенты (n=48) | 20,7 | 9,1*** | 1,3 | 77,2 | 72,8* | 10,5 | 0,3* |
| мужчины (n=11) | 20,3 | 7,0*** | 2,1 | 103,6 | 99,8 | 30,1 | 0,3 |
| женщины (n=37) | 20,8 | 9,7*** | 1,6 | 69,3 | 62,2 | 10,2 | 0,3* |
| ИМТ <30 кг/м2 (n=19) | 20,1 | 8,9*** | 2,0 | 72,2 | 71,6 | 16,4 | 0,5* |
| ИМТ ≥30 кг/м2 (n=29) | 21,1 | 9,3*** | 1,7 | 80,4 | 74,6 | 13,8 | 0,2 |
| возраст до 60 лет (n=34) | 21,4 | 9,6*** | 1,6 | 78,6 | 69,1* | 11,9 | 0,2 |
| возраст старше 60 лет (n=14) | 19,0 | 7,8*** | 2,1 | 73,6 | 83,6 | 22,3 | 0,7** |
Примечание. КК — коэффициент корреляции между концентрацией 20S и беклином-1; * — p<0,05; ** — p<0,01; *** — p<0,001.
Корреляционный анализ между уровнями маркеров до проведения КОП (см. табл. 1) выявил достаточно высокую корреляционную связь у лиц с ИМТ <30 кг/м2 (r=0,70; p<0,01). После проведения КОП положительные корреляционные связи выявлялись уже по многим исследуемым группам: у всех пациентов, в группе женщин, у лиц с ИМТ <30 кг/м2, а также в группе лиц старше 60 лет. Следует отметить, что подавляющая часть пациентов находились на гипокалорийном питании. Наличие положительных корреляционных связей между 20S и беклином-1 после КОП у лиц, находящихся на гипокалорийном питании, свидетельствует о содружественной однонаправленной реакции активации.
Сравнение исходных показателей в группе с полной пищевой депривацией (ППД) (табл. 2) показало однонаправленное повышение уровня 20S у всех пациентов, также в группе женщин (p<0,001) и с явной тенденцией в группе мужчин. Однако такого не наблюдали в отношении концентрации беклина-1; при общей тенденции к повышению этого показателя достоверных изменений выявлено не было. Эта же закономерность была отмечена при анализе корреляционных связей между концентрацией исследуемых маркеров. Если в исходном состоянии корреляции выявлялись у всех пациентов и в группе женщин, то после пищевой депривации таких связей уже не выявлялось.
Таблица 2. Концентрация протеасомы 20S и беклина-1 до и после полной пищевой депривации
| Исследуемая группа | Концентрация (пг/мл) | КК | |||||
| 20S | беклин-1 | ||||||
| M | ±σ | m0 | M | ±σ | m0 | ||
| До проведения комплексной оздоровительной программы | |||||||
| все пациенты (n=21) | 8,2 | 5,0 | 1,1 | 38,8 | 36,1 | 7,9 | 0,4* |
| мужчины (n=6) | 11,0 | 8,2 | 3,3 | 39,1 | 51,0 | 20,8 | 0,4 |
| женщины (n=15) | 7,0 | 2,7 | 0,7 | 38,7 | 30,5 | 7,9 | 0,7** |
| После проведения комплексной оздоровительной программы | |||||||
| все пациенты (n=21) | 20,5 | 8,5 | 1,8*** | 58,6 | 29,6 | 6,4 | 0,3 |
| мужчины (n=6) | 20,6 | 8,7 | 3,6 | 64,3 | 32,1 | 13,1 | 0,5 |
| женщины (n=15) | 20,5 | 8,7 | 2,3*** | 56,3 | 29,3 | 7,6 | 0,2 |
Примечание. КК — коэффициент корреляции между концентрацией 20S и беклином-1; * — p<0,05; ** — p<0,01; *** — p<0,001.
Подобная картина могла свидетельствовать о разных уровнях взаимоотношений между белковым ресинтезом и аутофагией.
Корреляционный анализ между активностью 20S и составом тела (табл. 3) показал наличие достоверных положительных связей в исходном состоянии во всей группе между ММ и ТМ, содержанием ОВ и ВнеВ и отрицательной связи в группе женщин с содержанием ВнеВ. После проведения курса голодания корреляционные связи уже не выявлялись. Потеря корреляционных связей могла быть обусловлена разной продолжительностью пищевой депривации пациентов этой группы. Как до, так и после КОП корреляции с возрастом не выявлялись.
Таблица 3. Коэффициент корреляции между концентрацией 20S (пг/мл) и морфофизиологическими параметрами до и после полной пищевой депривации
| Исследуемая группа | Коэффициент корреляции | ||||||
| возраст | ММ | ТМ | ЖМ | ОВ | ВнеВ | ВнутрВ | |
| До проведения комплексной оздоровительной программы | |||||||
| все пациенты (n=21) | 0,1 | 0,4* | 0,4* | 0,1 | 0,4* | 0,4* | 0,3 |
| мужчины (n=6) | 0,3 | 0,09 | 0,09 | 0,2 | 0,09 | 0,6 | –0,3 |
| женщины (n=15) | 0,03 | −0,2 | −0,2 | 0,1 | −0,2 | −0,5* | 0,1 |
| После проведения комплексной оздоровительной программы | |||||||
| все пациенты (n=20) | −0,1 | −0,04 | −0,03 | 0,2 | −0,1 | 0,02 | −0,07 |
| мужчины (n=6) | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,3 | −0,1 | 0,2 | 0,2 |
| женщины (n=14) | −0,3 | −0,1 | −0,1 | 0,1 | −0,1 | 0,05 | −0,1 |
Примечание. ММ — мышечная масса; ТМ — тощая масса; ЖМ — жировая масса; ОВ — содержание общей воды; ВнеВ — содержание внеклеточной воды; ВнутрВ — содержание внутриклеточной воды. * — достоверность коэффициента корреляции при p<0,05.
Корреляционный анализ уровня беклина-1 с морфофизиологическими параметрами (табл. 4) не выявил наличия связей как до проведения КОП, так и после нее. По всей вероятности, базовый уровень аутофагии обеспечивался у данных пациентов в разных органах и тканях с разной степенью выраженности.
Таблица 4. Коэффициент корреляции между концентрацией беклина-1 (пг/мл) и морфофизиологическими параметрами до и после полной пищевой депривации
| Исследуемая группа | Коэффициент корреляции | ||||||
| возраст | ММ | ТМ | ЖМ | ОВ | ВнеВ | ВнутрВ | |
| До проведения комплексной оздоровительной программы | |||||||
| все пациенты (n=21) | −0,3 | 0,2 | 0,2 | −0,1 | 0,2 | 0,1 | 0,2 |
| мужчины (n=6) | −0,4 | −0,1 | −0,1 | −0,5 | −0,1 | −0,1 | −0,2 |
| женщины (n=15) | −0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,3 | 0,2 | −0,001 | 0,3 |
| После проведения комплексной оздоровительной программы | |||||||
| все пациенты (n=21) | −0,4 | 0,1 | 0,1 | −0,2 | 0,2 | 0,2 | −0,05 |
| мужчины (n=6) | −0,3 | −0,5 | −0,5 | −0,6 | 0,3 | −0,3 | −0,3 |
| женщины (n=15) | −0,4 | −0,1 | −0,1 | −0,03 | −0,1 | 0,2 | −0,2 |
Примечание. ММ — мышечная масса; ТМ — тощая масса; ЖМ — жировая масса; ОВ — содержание общей воды; ВнеВ — содержание внеклеточной воды; ВнутрВ — содержание внутриклеточной воды.
Дальнейший анализ в зависимости от продолжительной пищевой депривации показал некую цикличность в активности 20S и аутофагии (рис. 1). Как видно из рис. 1, активация 20S происходила уже в первые несколько суток, достигая максимума на 3-и сутки. После этого срока активность 20S начинала снижаться, а активность аутофагии возрастала, достигая максимума на 4—6-е сутки. После этого периода активность 20S вновь начинала возрастать и достигала наиболее высокой активности на 6—8-е сутки, а активность аутофагии, напротив, начинала снижаться. Начиная с 8-х суток активность и аутофагии, и 20S одновременно начинала снижаться вплоть до 10-х суток, причем активность 20S оставалась высокой по отношению к исходным показателям, а активность аутофагии падала даже ниже исходного уровня. На 11-е сутки был отмечен синхронный подъем активности 20S и аутофагии, уровень которых в дальнейшем снижался, но оставался высоким по отношению к исходному вплоть до 12 сут.
Рис. 1. Показатель «дельта Beclin-1 и 20S» в разные временные периоды полной пищевой депривации.
Исходя из представленного графика, наиболее оптимальным соотношением активности 20S и аутофагии является период 3—4 сут. При этих сроках активность аутофагии и протеасомы 20S находится на достаточно высоком уровне, обеспечивая свои эффекты. Кроме того, при этих сроках исключается вероятность развития осложнений, что позволяет проводить лечебное голодание в амбулаторных и домашних условиях. В связи с этим авторы предлагают обозначить этот период как «серебряный период голодания».
Таким образом, «паритетные» отношения между 20S и беклином-1 наиболее тесно устанавливаются у лиц с ИМТ <30 кг/м2. КОП сопровождалась активацией ресинтеза белка и аутофагии, причем более закономерным процесс был для протеасомы 20S. При полном ограничении приема пищи наблюдались разные уровни активности (даже противоположно направленные) 20S и беклина-1, что в большей степени зависело от продолжительности голодания. Активность процесса ресинтеза белка и аутофагии после голодания происходила в разных сегментах тела с разной интенсивностью и без доминирования какого-либо отдельно взятого сегмента.
Эффективность оздоравливающих программ зависит от функционирования молекулярных механизмов, направленных на саногенез. Аутофагия и система протеасом являются двумя эволюционными консервативными системами у эукариот, направленными на деградацию неправильно свернутых белков, органелл и соединений [1—4]. Эти функции обеспечивают чистоту внутриклеточного пространства и генетического материала, что крайне важно при выполнении оздоровительных процедур у человека. Однако остается открытым важный вопрос о взаимодействии этих систем между собой.
Результаты исследования показали, что наиболее оптимальным соотношение между активностью 20S и беклином-1 до проведения КОП является у лиц с ИМТ <30 кг/м2, что подтверждалось достоверными корреляционными связями. Можно сделать предположение о том, что процессы ресинтеза белка и аутофагии у этих лиц находятся в определенном физиологическом соотношении. Источником базовой активности 20S являются тощая и мышечная ткани; в отличие от этого доминирующий компонент тела для беклина-1 выявить не удалось.
Гипокалорийное питание с комплексом оздоровительных мероприятий у большинства пациентов оказывает положительное влияние на активность аутофагии и протеасомы 20S. Для протеасомы 20S эти изменения были однонаправленными и закономерными во всех исследуемых группах, а для аутофагии — лишь во всей группе и у лиц до 60 лет; в остальных группах отмечена явная тенденция к повышению.
Гипокалорийное питание (30—40% от суточного калоража) можно отнести к умеренному физиологическому стрессу (эустрессу), однако представляло интерес проследить взаимоотношения в условиях ППД.
Было обращено внимание на то, что в исходном состоянии в группе лиц, в последующем находящихся на голодании, выявлены положительные корреляционные связи между концентрациями маркеров у всех пациентов, а у женщин — между морфофизиологическими параметрами и концентрацией 20S. Эти связи выявлены с ТМ, ММ, содержанием ОВ и ВнеВ. Наличие корреляционных связей между активностью 20S, с одной стороны, ОВ и ВнеВ, с другой, может быть связано со стабилизирующими функциями воды по отношению к белкам. Наличие положительных корреляционных связей между маркерами до проведения КОП свидетельствует об однонаправленной реакции исследуемых процессов. Учитывая тот факт, что в группу попадали лица, имеющие опыт голодания, наличие связей подчеркивает преимущественную роль ММ и ТМ в белковом ресинтезе. Однако ППД приводила к потере этих связей, что могло свидетельствовать об участии в реакции различных структур и органов с разной степенью активации процесса ресинтеза и разнонаправленными изменениями концентрации 20S и беклина-1.
Это фрагмент исследования показал, что в условиях ППД фиксируется определенная цикличность активности исследуемых систем, но в большинстве случаев они находились в противофазе, особенно при ограничении калорийности в течение первых 10 сут. Если голодание продолжалось до 10—12 сут, то активация 20S и аутофагии происходила однонаправленно и с одинаковой степенью выраженности. Возможно, что физиологические соотношения между ресинтезом (20S) и катаболизмом (беклин-1) наступают после исследуемого срока наблюдения (12-е сутки). С другой стороны, при большом дефиците энергии (голодание до 12 сут) содружественная активация протеасомы 20S и аутофагии, возможно, обусловлена доставкой протеасомой белков на нужды аутофагии [1, 22, 23]. На момент заключительного определения маркеров (12-е сутки) активность процессов оставалась повышенной (в 2,5 раза).
Цикличность в активности исследуемых процессов можно объяснить с позиций молекулярных перестроек в динамике КОП. Первый пик активности протеасомы 20S приходится по времени на период активации процесса неоглюкогенеза и нарастающего метаболического ацидоза [24], при этом активность аутофагии несколько запаздывает по времени (4—5-е сутки) с последующим снижением вплоть до 9 сут. Второй пик активности 20S (10—11-е сутки) соответствует ацидотическому кризу и переходу организма на «эндогенное» питание, когда основным энергетическим источником становятся жиры. Липофагия как вариант аутофагии [25] активируется в первую очередь в печени в период голодания и способна быть источником синтеза АТФ, в том числе на нужды протеасомы 20S. Этот временной период интересен тем, что желудок и кишечник начинают активно секретировать белки и реабсорбировать их обратно в кровь [24]. Можно предположить, что в процессе мембранного пищеварения для «селекции» белков и аминокислот требуется активная работа протеасомы 20S и аутофагии. Кроме того, в этот период снижаются основной обмен и артериальное давление, уменьшается частота сердечных сокращений, появляется некоторая «заторможенность» в действиях пациентов.
Важный вопрос, который был поставлен в настоящем исследовании, — это возможные молекулярные механизмы, определяющие взаимоотношения между активностью протеасомы и аутофагии.
Известно, что общими метками для белков протеасомной системы и аутофагии являются цепочки убиквитина [26]. В физиологических условиях процессы деградации и ресинтеза белков могут происходить сопряженно. Разница заключается в том, что протеасомная система (PS) специализируется на короткоживущих белках, а аутофагия — на долгоживущих [27]. В случае «перегрузки» одной из систем вторая система может взять на себя функцию первой. Известно, что mTORC1 (рапамицин-чувствительный комплекс млекопитающих 1) является регулятором аутофагии, ингибируя ее активность, особенно на начальных этапах процесса [28]. В свою очередь mTORC1 регулируется активностью фермента АМФК (аденозинмонофосфат-активируемая протеинкиназа); при повышении активности АМФК функция mTORC1 ингибируется. В результате активируется аутофагия через сигнальный путь ULK1 (рис. 2).
Рис. 2. Взаимодействие протеасомы 20S и аутофагии при умеренном ограничении энергетических субстратов.
АТФ — аденозинтрифосфат; АДФ — аденозиндифосфат; ЭПР — эндоплазматический ретикулум; АМФК — активируемая протеинкиназа; 20S — протеасома 20S; ULK1 — серин/треонин-протеинкиназа; mTORC — комплекс мишени рапамицина млекопитающих.
Активация аутофагии сопровождается выработкой энергии в виде АТФ и активацией ресинтеза нормальных белков протеасомой 20S [29]. В случае нехватки АТФ процесс ресинтеза как менее приоритетный в условиях выживания замедляется либо приостанавливается. Более того, при недостатке субстратов для осуществления аутофагии ими становятся сами компоненты системы 20S. В этом случае аутофагия доминирует над системой 20S. Как видно из представленной на рис. 2 схемы, основным регулятором активности протеасомы 20S и аутофагии являются АМФК и mTORC-1. Это вполне согласуется с данными о важной регуляторной роли внутриклеточных процессов АМФК [28]. В случае образования большого количества патологических белков процессы аутофагии и образование аутофагосом опосредуются шапероном Grp78 [27]. В отдельных исследованиях показана возможность формирования молекулярной связи белков митофагии (Parkin, Atg5) с белками PSMA7 и PSMB5, которые являются компонентами протеасом [30]. Кроме того, активность митофагии зависит от субъединицы PSMA7 протеасомы 20S. Такая молекулярная связь позволяет активировать с разной интенсивностью процесс ресинтеза в протеасомах. Какому механизму доминировать — зависит от специфических меток на цепочках убиквитина [27].
Распознавание мишеней, которые будут подвергнуты аутофагии, обеспечивается рецепторным взаимодействием LC3 аутофагических мембран и убиквитированных субстратов [31]. При всем многообразии путей, активирующих аутофагию и протеасомы, основным «дирижером» выбора того или другого процесса является белок убиквитин [26].
Механизм заключается в том, что C-конец убиквитина образует связь с лизином белка, а наличие такой метки включает механизмы деградации белка [22]. Интересно, что убиквитин, отщепляясь от белка, подвергнутого разборке, используется повторно в новом цикле.
Кроме того, направленность действий и активность протеасомной системы по отношению к белкам определяется тем, какая из аминокислот находится на N-конце белка [23]: либо аргинин, либо фенилаланин. Появление на N-конце белка таких аминокислот достаточно быстро включает механизмы деградации белка. Чаще такой деградации подвергнуты короткоживущие белки. Второй путь активации и «узнавания» белков для последующей деградации осуществляется посредством убиквитиновых меток.
Взаимовлияние процессов в протеасоме и аутофагии явно проявляется при возникновении в клетках экстремальных условий: недостатка питания, стресса, снижения уровня аминокислот и глюкозы и др. Эти взаимосвязи представлены в виде основных блоков на рис. 2. Основными источниками активности протеосомы 20S в исходном состоянии, вероятно, являются ММ и ТМ, что подтверждается корреляционными связями. Потеря корреляционных связей после голодания могла свидетельствовать о том, что активность 20S в органах и тканях происходила с разной степенью выраженности, без предпочтений какого-либо органа или ткани.
До определенных моментов активность протеасомы и аутофагии осуществляется содружественно, однако в экстремальных условиях доминирование аутофагии становится биологически более целесообразным. В любом случае активность протеасомы и аутофагии способствует обновлению компонентов клетки, поддержанию клеточного гомеостаза, а на организменном уровне — оздоровлению.
Известно, что АМФК в условиях недостатка энергии и снижения соотношения АТФ:АМФ переключает внутриклеточные процессы на синтез АТФ [32]. В условиях ингибирования функции 20S при выраженном дефиците энергии активация аутофагического потока становится доминирующей. Такую реакцию в настоящем исследовании отмечали на 12-е сутки голодания, хотя она сопровождалась одновременно активацией протеасомы 20S. Последние исследования показывают, что выбор между синтезом белков и выработкой АТФ дополнительно может осуществляться с помощью процесса слияния и деления митохондрий [33] и последующей их специализацией. Эти процессы также помогают выдерживать оптимальный баланс между синтезом белков и выработкой АТФ.
Современные исследования подтверждают важную роль АМФК в координации различных метаболических путей, имеющих отношение к развитию старения, ожирения, сахарного диабета 2 типа, рака и других заболеваний [32, 34—37]. Учитывая эти данные, целесообразен поиск физиологических путей активации АМФК. Одним из них является ограничение калорийности питания на 30—40%, при котором активируется и процесс ресинтеза белка, и процесс аутофагии у большинства пациентов. Особенно следует отметить, что «базовая» активность протеасомы и аутофагии коррелирует у лиц с ИМТ <30 кг/м2. Выявленные особенности взаимодействия аутофагии и ресинтеза белков в условиях гипокалорийного питания и голодания позволяют обосновать продолжительность пищевой депривации для клинической практики. В частности, в амбулаторных и домашних условиях оптимальной продолжительностью голодания («серебряный период голодания») является период 3—4 сут, при котором имеет место одновременная активация аутофагии и белкового ресинтеза. Такое сочетание очень важно для получения оздоровительного эффекта. В стационарных условиях длительность голодания целесообразно довести до 11—12 сут, когда реакция протеасомы и аутофагии становится вновь содружественной. Комплексная оздоровительная программа затрагивает глубокие молекулярные механизмы очищения клеток и организма в целом. Разнообразие режимов и методов оздоровительных программ требует их изучения и обоснования применения. Это касается и разных схем ограничения питания у человека.
Многие современные реабилитационные и оздоровительные программы включают в себя как компонент рациональное питание, ограничительные диеты, а также лечебное голодание. Для врача-реабилитолога важно иметь представление о молекулярных механизмах, способствующих оздоровлению организма. Такие механизмы, как аутофагия и система протеасом, эволюционно заложены в нашем организме и призваны поддерживать гомеостаз клетки и, соответственно, организма. По механизму действия эти процессы катаболизма и анаболизма противоположно направленные, однако из полученных данных можно утверждать, что эти взаимодействия имеют более сложную структуру и определяются биологической целесообразностью.
Проведенное исследование показало, что КОП, включающая в себя: гипокалорийную диету (30—40% от нормы) либо лечебное голодание в течение 12 сут, 2—3-кратную гидроколонотерапию, пешие прогулки продолжительностью 3—6 км, ручной массаж различных зон тела ежедневно, адекватный питьевой режим (1,5—2,0 л/сут), теплый душ 2—3 раза в день, является мощным физиологическим инструментом активации молекулярных саногенетических реакций и оздоровления.
Источник финансирования. Исследование выполнено в рамках Гос. задания на НИР.
Участие авторов: концепция и дизайн исследования — Лысенков С.П.; поиск материала — Даутов Ю.Ю., Тхакушинов И.А., Уракова Т.Ю., Муженя Д.В., Тхакушинов Р.А., Чамоков Э.В.; статистическая обработка и анализ данных — Тхакушинов Р.А.; написание текста — Тхакушинов И.А., Уракова Т.Ю., Муженя Д.В., Тхакушинов Р.А., Чамоков Э.В., Павленко М.Ю.; редактирование — Чамоков Э.В., Павленко М.Ю.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Литература / References:
Подтверждение e-mail
На test@yandex.ru отправлено письмо со ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.
Подтверждение e-mail
Мы используем файлы cооkies для улучшения работы сайта. Оставаясь на нашем сайте, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cооkies. Чтобы ознакомиться с нашими Положениями о конфиденциальности и об использовании файлов cookie, нажмите здесь.