Драматичното ограничаване на калориите, диетите, намалени с 40 процента от нормалното общо количество калории, отдавна е известно, че удължава здравословния период, продължителността на остаряването без болести, в проучвания върху животни и дори удължава живота на повечето изследвани животински видове. По-нататъшни изследвания показват, че животните, хранени с диети с ограничена калория, също са по-способни да регенерират множество тъкани след нараняване.

подобрява

Оставащ въпрос е как тези предимства се медиират. Ново проучване, ръководено от изследователи от университета в Пенсилвания, посочва клетката, отговорна за тези подобрени регенеративни способности в червата. Според работата на учените, когато калорично ограничена мишка е подложена на радиация, определен тип стволови клетки в червата, известни като резервни стволови клетки, могат да оцелеят и бързо да възстановят чревните тъкани. Констатациите са в съответствие с наблюденията на онколози, че краткосрочното гладуване преди химиотерапията може да смекчи тежестта на стомашно-чревното разрушаване.

„Моралът на историята е, че определено не искате да ядете куп чийзбургери, преди да получите химиотерапия или лъчение“, казва Кристофър Ленгнър, доцент в Училището по ветеринарна медицина на Пен. "Нашата работа сочи, че резервните стволови клетки са ключови играчи при предоставянето на предимствата на регенерацията на чревната тъкан след тези видове обиди."

Удължител си сътрудничи по работата с водещата авторка Мариам Юсефи, студент по програма за клетъчна и молекулярна биология в Penn Medicine и международен студент от Медицинския институт Хауърд Хюз и други колеги от Penn и China Agricultural University. Тяхната работа се появява в списанието Stem Cell Reports.

Години на изследвания показват, че съществуването на диета с ограничено съдържание на калории, макар и на пръв поглед да е неприятно, може да увеличи здравословната продължителност на живота, намалявайки риска от инфаркт, диабет и други състояния, свързани с възрастта. Други, по-скорошни проучвания показват, че животните с ограничен калории регенерират тъканите по-ефективно след нараняване.

"Полезните ефекти от ограничаването на калориите в този момент не са наистина за дебат; това е напълно ясно", каза Ленгър. "Но има всякакви въпроси относно клетъчната и молекулярната основа на тези предимства."

Една от теориите е, че ограничаването на калориите забавя свързаната с възрастта дегенерация и позволява по-ефективна тъканна функция, като влияе върху целостта и активността на възрастните стволови клетки, прекурсорните клетки, които се намират в определени тъкани и пораждат разнообразието от клетъчни типове, които съставят тази тъкан.

В предишната си работа лабораторията на Ленгър е изследвала как някои стволови клетки в червата се противопоставят на увреждането на ДНК. Може би, разсъждават изследователите, ограничаването на калориите по някакъв начин е насочено към тези стволови клетки, за да подобри способността им да се противопоставят на щетите.

Последните проучвания се фокусираха върху ефектите от ограничаването на калориите върху активните чревни стволови клетки. Докато тези активни стволови клетки носят тежестта на ежедневния обмен на тъкани и действат като работни коне на чревната функция, те са известни и като силно податливи на увреждане на ДНК, като това, предизвикано от радиационно излагане, и по тази причина е малко вероятно клетките да посредничат засилената регенерация, наблюдавана при ограничаване на калориите, разсъждава екипът на Penn.

Вместо да разгледа тези активни стволови клетки, групата на Lengner изследва втора популация от чревни стволови клетки, известни като резервни стволови клетки. Групата на Lengner и други по-рано са показали, че тези резервни стволови клетки обикновено живеят в неактивно състояние и са защитени от химиотерапия и лъчение. При силно нараняване, което убива активните клетки, тези резервни стволови клетки се „събуждат“, за да регенерират тъканта.

За да изследват тази хипотеза, учените се фокусираха върху това как субпопулация от чревни стволови клетки на мишки реагира при ограничаване на калориите и след това, когато животните са били изложени на радиация.

Когато мишките се хранят с диета, намалена с 40 процента калории от нормалната, изследователите наблюдават, че резервните чревни стволови клетки се разширяват пет пъти. Парадоксално е, че тези клетки също изглежда се разделят по-рядко, мистерия, която изследователите се надяват да проследят в по-късна работа.

Когато изследователският екип избирателно изтрива резервните стволови клетки при мишки с ограничена калория, способностите за регенерация на чревната им тъкан са намалени наполовина, което означава, че тези клетки имат важна роля в осъществяването на ползите от ограничаването на калориите.

"Тези резервни стволови клетки са редки клетки", каза Ленгър. "При нормално животно те могат да съставляват по-малко от половин процент от чревния епител, а при калорично ограничените животни може би малко повече. Обикновено, при липса на нараняване, тъканта може да понесе загубата поради наличието на активния ствол клетки, но когато нараните животното, регенерацията е нарушена и засилената регенерация след ограничаване на калориите е нарушена в отсъствието на резервния резерв от стволови клетки. "

За да се дразни механизмът, по който тези клетки са действали, изследователите сравняват гените, които са били включени при нормални спрямо ограничени калории животни.

"Беше много очевидно", каза Ленгър. "Тези резервни стволови клетки, които показахме, са важни за благоприятните ефекти от ограничаването на калориите, потискат много пътища, за които е известно, че се регулират от протеиновия комплекс mTOR, който е най-известен като чувствителен към хранителни вещества комплекс."

Констатацията имаше интуитивен смисъл; изследователи, изучаващи други видове тъкани, са показали, че активирането на mTOR може да изведе спящите клетки от спокойствие, необходима стъпка за регенерация. Тук изследователите установиха, че резервните стволови клетки имат ниска mTOR активност и това е дори по-ниско при ограничаване на калориите. Долната активност на mTOR корелира с устойчивостта на нараняване.

И все пак, за да се регенерират след приключване на нараняването, тези клетки отново ще се нуждаят от mTOR.

"Любопитното е, че виждаме, че когато са ранени, мишките с ограничена калория всъщност са били в състояние да активират mTOR по-добре от своите колеги", каза Ленгър. "Така че по някакъв начин, въпреки че mTOR първоначално се потиска, също е по-добре да се активира след нараняване. Това е нещо, което не разбираме напълно."

Изследователите, водени от Yousefi, проведоха експерименти, използвайки левцин, аминокиселина, която активира mTOR, и рапамицин, лекарство, което инхибира mTOR, за да потвърди, че mTOR действа в тези резервни стволови клетки, за да регулира тяхната активност. Резервните стволови клетки, изложени на левцин, се размножават, докато тези, изложени на рапамицин, са блокирани.

Предварителната обработка на животните с левцин прави резервните стволови клетки по-чувствителни към радиация и по-малко способни да регенерират тъкани след радиационно увреждане, докато рапамицинът защитава резервните стволови клетки, тъй като е по-вероятно да останат в латентно състояние.

Удължителят предупреждава обаче, че рапамицинът не може да се използва като резервен елемент за ограничаване на калориите, тъй като той ще се задържи и ще продължи да блокира активирането на mTOR дори след нараняване, възпрепятствайки способността на резервните стволови клетки да влязат в действие и да регенерират чревната тъкан.

"Рапамицинът не прави точно това, което прави ограничаването на калориите", каза той. "Ограничаването на калориите потиска mTOR, но е лесно обратимо при нараняване. Не е така при рапамицин, където постоянното потискане на mTOR след нараняване може да наруши регенеративния отговор. Така че засега няма магическо хапче, което да имитира ефектите от ограничаването на калориите. Ако искате ползите, трябва да намалите калориите. "

В бъдеща работа изследователите се надяват да разгледат по-дълбоко, като погледнат отвъд синтактирането на хранителни вещества, за да видят какъв тип сигнални молекули могат да модулират активирането на резервните стволови клетки.

В допълнение към Ленгър и Юсефи, съавтори са Анжела Накаука-Дамба на Пен Вет, Корбет Т. Бери, Нинг Ли, Джена Шьонбергер, Камен П. Симеонов и Райън Дж. Чедено и Женгкуан Ю от Китайския земеделски университет.

Изследването е подкрепено от Медицинския институт на Хауърд Хюз, Националната фондация за естествени науки на Китай, Националния институт по диабет и храносмилателни и бъбречни заболявания (Grant DK106309), Национален институт за рака (Grant CA168654) и Център за молекулярни изследвания при храносмилателни и чернодробни заболявания (Предоставяне на DK050306).