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.

Лысенков С.П.

ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет»

Корчажкина Н.Б.

ФГБНУ «Российский научный центр хирургии им. акад. Б.В. Петровского»

Даутов Ю.Ю.

ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет»

Тхакушинов И.А.

ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет»

Уракова Т.Ю.

ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет»

Муженя Д.В.

ФГБОУ ВО «Адыгейский государственный университет»

Тхакушинов Р.А.

ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет»

Чамоков Э.В.

ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет»

Павленко М.Ю.

ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет»

Соотношение активности аутофагии и белкового ресинтеза у пациентов в условиях проведения оздоровительной программы в сочетании с пищевой депривацией

Авторы:

Лысенков С.П., Корчажкина Н.Б., Даутов Ю.Ю., Тхакушинов И.А., Уракова Т.Ю., Муженя Д.В., Тхакушинов Р.А., Чамоков Э.В., Павленко М.Ю.

Подробнее об авторах

Прочитано: 258 раз


Как цитировать:

Лысенков С.П., Корчажкина Н.Б., Даутов Ю.Ю., и др. Соотношение активности аутофагии и белкового ресинтеза у пациентов в условиях проведения оздоровительной программы в сочетании с пищевой депривацией. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2025;102(5‑2):6‑16.
Lysenkov SP, Korchazhkina NB, Dautov YuYu, et al. The ratio of autophagy activity and protein resynthesis in patients undergoing a wellness program in combination with food deprivation. Problems of Balneology, Physiotherapy and Exercise Therapy. 2025;102(5‑2):6‑16. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/kurort20251020526

Рекомендуем статьи по данной теме:
Биомар­ке­ры ме­ха­низ­мов ста­ре­ния. Воп­ро­сы ку­рор­то­ло­гии, фи­зи­оте­ра­пии и ле­чеб­ной фи­зи­чес­кой куль­ту­ры. 2025;(5-2):108-119

Введение

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.

Материал и методы

Дизайн исследования

Проведено проспективное наблюдательное исследование, основанное на наблюдении 48 пациентов до и после проведения КОП.

Условия проведения исследования

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 соответствия

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).

Целевые показатели исследования

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%).

Переменные (предикторы, конфаундеры, модификаторы эффекта)

В качестве потенциальных модификаторов принимали во внимание: обострение хронических воспалительных заболеваний, прием и отмену сахароснижающих и антигипертензивных препаратов, развитие функциональной почечной недостаточности.

Статистические процедуры

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.

Результаты

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.

Обсуждение

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.

Заключение

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:

  1. Kocaturk NM, Gozuacik D. Crosstalk Between Mammalian Autophagy and the Ubiquitin-Proteasome System. Front Cell Dev Biol. 2018;6:128.  https://doi.org/10.3389/fcell.2018.00128
  2. Marzoog BA. Autophagy as an Anti-senescent in Aging Neurocytes. Curr Mol Med. 2024;24(2):182-190.  https://doi.org/10.2174/1566524023666230120102718
  3. Marzoog BA. Endothelial Cell Aging and Autophagy Dysregulation. Cardiovasc Hematol Agents Med Chem. 2024;22(4):413-420.  https://doi.org/10.2174/0118715257275690231129101408
  4. Ohsumi Y. Historical landmarks of autophagy research. Cell Res. 2014;24(1):9-23.  https://doi.org/10.1038/cr.2013.169
  5. Mercer TJ, Gubas A, Tooze SA. A molecular perspective of mammalian autophagosome biogenesis. J Biol Chem.2018;293:5386-5395. https://doi.org/10.1074/jbc.r117.810366
  6. Corti O, Blomgren K, Poletti A, Beart PM. Autophagy in neurodegen eration: New insights underpinning therapy for neurological diseases. J Neurochem. 2020;154(4):354-371.  https://doi.org/10.1111/jnc.15002
  7. Fleming A, Bourdenx M, Fujimaki M, et al. The differ ent autophagy degradation pathways and neurodegeneration. Neuron. 2022;110(6):935-966.  https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.01.017
  8. Xu Y, Propson NE, Du S, et al. Autophagy deficiency modulates microglial lipid homeostasis and aggravates tau pathology and spreading. Proc Natl Acad Sci USA. 2021;118(27):e2023418118. https://doi.org/10.1073/pnas.2023418118
  9. Levine B, Kroemer G. Biological Functions of Autophagy Genes: A Disease Perspective. Cell. 2019;176(1-2):11-42.  https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.09.048
  10. Mei Y, Su M, Sanishvili R, et al. Identification of BECN1 and ATG14 Coiled-Coil Interface Residues That Are Important for Starvation-Induced Autophagy. Biochemistry. 2016;55(30):4239-4253. https://doi.org/10.1021/acs.biochem.6b00246
  11. Nechushtai L, Frenkel D, Pinkas-Kramarski R. Autophagy in Parkin son’s Disease. Biomolecules. 2023;13(10):1435. https://doi.org/10.3390/biom13101435
  12. Kanno H, Handa K, Murakami T, et al. Chaperone-Me diated Autophagy in Neurodegenerative Diseases and Acute Neuro Logical Insults in the Central Nervous System. Cells. 2022;11(7):1205. https://doi.org/10.3390/cells11071205
  13. Guo J, Chiang WC. Mitophagy in aging and longevity. IUBMB Life. 2022;74(4):296-316.  https://doi.org/10.1002/iub.2585
  14. Kim YA, Kim YS, Oh SL, et al. Autophagic response to exercise training in skeletal muscle with age. J Physiol Biochem. 2013;69(4):697-705.  https://doi.org/10.1007/s13105-013-0246-7
  15. Taylor T, Salcedo-Tacuma D, Smith DM. Structure, Function, and Allosteric Regulation of the 20S Proteasome by the 11S/PA28 Family of Proteasome Activators. Biomolecules. 2023;13(9):1326. https://doi.org/10.3390/biom13091326
  16. Ji CH, Kwon YT. Crosstalk and Interplay between the Ubiquitin-Proteasome System and Autophagy. Mol Cells. 2017;40(7):441-449.  https://doi.org/10.14348/molcells.2017.0115
  17. Teong XT, Liu K, Vincent AD, et al. Intermittent fasting plus early time-restricted eating versus calorie restriction and standard care in adults at risk of type 2 diabetes: a randomized controlled trial. Nat Med. 2023;29(4):963-972.  https://doi.org/10.1038/s41591-023-02287-7
  18. Lu DL, Ma Q, Wang J, et al. Fasting enhances cold resistance in fish through stimulating lipid catabolism and autophagy. J Physiol. 2019;597(6):1585-1603. https://doi.org/10.1113/JP277091
  19. Shabkhizan R, Haiaty S, Moslehian MS, et al. The Beneficial and Adverse Effects of Autophagic Response to Caloric Restriction and Fasting. Adv Nutr. 2023;14(5):1211-1225. https://doi.org/10.1016/j.advnut.2023.07.006
  20. Sadeghi A, Niknam M, Momeni-Moghaddam MA, et al. Crosstalk between autophagy and insulin resistance: evidence from different tissues. Eur J Med Res. 2023;28(1):456.  https://doi.org/10.1186/s40001-023-01424-9
  21. Mehrabani S, Bagherniya M, Askari G, et al. The effect of fasting or calorie restriction on mitophagy induction: a literature review. J Cachexia Sarcopenia Muscle. 2020;11(6):1447-1458. https://doi.org/10.1002/jcsm.12611
  22. Tanaka K. The proteasome: overview of structure and functions. Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 2009;85(1):12-36.  https://doi.org/10.2183/pjab.85.12
  23. Tasaki T, Sriram SM, Park KS, Kwon YT. The N-end rule pathway. Annu Rev Biochem. 2012;81:261-89.  https://doi.org/10.1146/annurev-biochem-051710-093308
  24. Алифанов А.А. Разгрузочно-диетическая терапия. Руководство для врачей. Под ред. Кокосова А.Н. Санкт-Петербург: СпецЛит; 2007.
  25. Kounakis K, Chaniotakis M, Markaki M, Tavernarakis N. Emerging Roles of Lipophagy in Health and Disease. Front Cell Dev Biol. 2019;7:185.  https://doi.org/10.3389/fcell.2019.00185
  26. Feng Y, He D, Yao Z, Klionsky DJ. The machinery of macroautophagy. Cell Res. 2014;24(1):24-41.  https://doi.org/10.1038/cr.2013.168
  27. Benbrook DM, Long A. Integration of autophagy, proteasomal degradation, unfolded protein response and apoptosis. Exp Oncol. 2012;34(3):286-297. 
  28. Мкртумян А.М., Маркова Т.Н., Овчинникова М.А. и др. Метформин-активатор АМФ-зависимой протеинкиназы. Известные и новые механизмы действия. Сахарный диабет. 2023;26(6):585-595.  https://doi.org/10.14341/DM13044
  29. Залевская А.Г., Патракеева Е.М. Метаболическая регуляция и цАМФ-зависимая протеинкиназа (АМРК): враг или союзник? Сахарный диабет. 2008;11(4):12-17.  https://doi.org/10.14341/2072-0351-5582
  30. Kocaturk NM, Peker N, Eberhart K, et al. Novel protein complexes containing autophagy and UPS components regulate proteasome-dependent PARK2 recruitment onto mitochondria and PARK2-PARK6 activity during mitophagy. Cell Death Dis. 2022;13(11):947.  https://doi.org/10.1038/s41419-022-05339-x
  31. Smith MD, Harley ME, Kemp AJ, et al. CCPG1 Is a Non-canonical Autophagy Cargo Receptor Essential for ER-Phagy and Pancreatic ER Proteostasis. Dev Cell. 2018;44(2):217-232.e11.  https://doi.org/10.1016/j.devcel.2017.11.024
  32. Новикова А.В., Гарабаджиу Дж.М, Барлев Н.А., Трибулович В.Г. AMPK: структура, функции и участие в патологических процессах: обзор. Биохимия. 2015;80(2):163-183. 
  33. Ryu KW, Fung TS, Baker DC, et al. Cellular ATP demand creates metabolically distinct subpopulations of mitochondria. Nature. 2024;635(8039):746-754.  https://doi.org/10.1038/s41586-024-08146-w
  34. Keerthana CK, Rayginia TP, Shifana SC, et al. The role of AMPK in cancer metabolism and its impact on the immunomodulation of the tumor microenvironment. Front Immunol. 2023;14:1114582. https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1114582
  35. Котенко К.В., Михайлова А.А., Бадимова А.В. и др. Определение прогностически значимых маркеров донозологического выявления предикторов ожирения и метаболических нарушений. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2023;100(5-2):21. 
  36. Корчажкина Н.Б., Михайлова А.А., Решетова И.В. и др. Современные подходы к разработке системы валидных методов мониторинга индивидуального здоровья и поддержания активного долголетия. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2023;100(6):6-13.  https://doi.org/10.17116/kurort20231000616
  37. Корчажкина Н.Б., Михайлова А.А., Бадимова А.В. и др. Методы и маркеры донозологической диагностики и мониторинга индивидуального здоровья и поддержания активного долголетия. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2023;100(5-2):20-21. 

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.