Кости конечностей не только чувствуют увеличение массы тела, но и сигнализируют организму о том, что надо меньше есть. Как показали на грызунах авторы исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences, сигнал об избыточной нагрузке всему остальному организму, по-видимому, передают клетки костной ткани.
Сидячий образ жизни ассоциирован с повышенным риском развития ожирения, метаболического синдрома, диабета и сердечно-сосудистых заболеваний, причем эта зависимость сохраняется, даже если люди в дополнение к сидячей работе умеренно занимаются спортом. Исследователи из медицинской академии Сальгренска университета Гетеборга (Швеция) предложили гипотезу, объясняющую этот феномен, согласно которой ограничитель массы тела находится в буквальном смысле в ногах.
Избыточное потребление пищи в организме млекопитающих ограничивает белковый гормон лептин, который вырабатывается клетками жировой ткани, когда запасы жира достигают определенного критического значения. Действие лептина приводит к подавлению «центра голода» в головном мозге. Лептиновая система известна уже более 20 лет, но с момента ее открытия стало известно, что далеко не всегда у людей с избыточным весом наблюдается нарушение синтеза лептина или нечувствительность тканей к нему. Очевидно, в организме существуют дополнительные системы регуляции объема жировой ткани и массы тела.
Исследователи предположили, что масса тела может регулироваться по механизму типа «гравиостаза» (по аналогии с гомеостазом). Согласно этому механизму сенсор массы находится в костях нижних конечностей, которые чувствуют избыточное давление и передают другим системам организма сигнал о том, что надо принять меры. Авторы работы подтвердили на грызунах, что подобный механизм действует независимо от лептина.
В экспериментах участвовали мыши и крысы с ожирением, вызванным избыточным потреблением калорий. Животным под кожу имплантировали грузики, составляющие 15 процентов от их веса, контрольной группе имплантировали пустые капсулы того же объема, которые составляли всего лишь три процента от их веса.
Дополнительно «нагруженные» животные начали меньше есть и терять вес. Разница между опытной и контрольной группами стала заметна уже на второй день. Через две недели эксперимента вес опытных и контрольных животных сравнялся за счет того, что «нагруженные» животные сбросили вес, в среднем равный массе имплантированной капсулы. Количество белой жировой ткани у животных также снизилось. Концентрация лептина в сыворотке крови у опытных грызунов во время эксперимента была существенно ниже, чем у контрольных. В обратную сторону этот механизм тоже сработал – в другом эксперименте животные набрали вес после удаления грузика.
Динамика изменения массы тела у крыс (A) и мышей (B) с нагрузкой (черные линии) против контрольной группы (красные линии)
Динамика изменения массы тела у крыс (A) и мышей (B) с нагрузкой (черные линии) против контрольной группы (красные линии)
Ученые предположили, что избыточную нагрузку детектируют остеоциты – клетки, продуцирующие костную ткань. Ранее было показано, что остеоциты чувствительны к кратковременным воздействиям, прилагаемым к кости, и осуществляют ее локальную адаптацию к нагрузке. Для того чтобы проверить это предположение, авторы работы повторили эксперимент на трансгенных мышах со сниженным количеством остеоцитов. Оказалось, что дополнительная «загрузка» трансгенных мышей не приводит к потере веса, отличной от контрольной группы. Таким образом, сенсором избыточной массы действительно выступают остеоциты.
Динамика изменения веса у трансгенных мышей с нарушенной дифференцировкой остеоцитов с нагрузкой (черная линия) и без нее (красная линия)
У людей, проводящих много времени сидя, количество остеоцитов в костях нижних конечностей, на которые давит вес тела, может сокращаться, что в конечном итоге приводит к нарушению «гравиостаза» и набору веса.
Кости также являются эндокринным органом и выделяют сигнальные молекулы, регулирующие гомеостаз организма. Исследователи проверили концентрацию четырех кандидатных молекул, продуцируемых костной тканью в ответ на загрузку, однако не нашли изменения ни для одной из них. Механизм подавления остеоцитами потребления пищи также оказался не связан ни с одной известной системой контроля аппетита. Как заключили авторы, этот любопытный феномен вероятно задействует неизвестные сигнальные пути и требует дальнейшего изучения.
