Стволовые клетки кишечника выделены зеленым цветом, деление клеток — красным. Предоставлено: Гельмгольц Мюнхен / Аника Бёттхер.
Кишечник необходим для поддержания нашего энергетического баланса и мастерски быстро реагирует на изменения в питании и балансе питательных веществ. Ему удается сделать это с помощью кишечных клеток, которые, помимо прочего, специализируются на абсорбции компонентов пищи или секреции гормонов. У взрослых людей клетки кишечника регенерируют каждые пять-семь дней. Способность постоянно обновлять и развивать все типы кишечных клеток из кишечных стволовых клеток имеет решающее значение для естественной адаптивности пищеварительной системы. Однако длительная диета с высоким содержанием сахара и жира нарушает эту адаптацию и может способствовать развитию ожирения, диабета 2 типа и рака желудочно-кишечного тракта.
Молекулярные механизмы, лежащие в основе этой дезадаптации, являются частью области исследований Хайко Ликерта и его группы в Гельмгольце в Мюнхене и Мюнхенском техническом университете.
Ученые предполагают, что стволовые клетки кишечника играют особую роль в дезадаптации.
Используя модель на мышах, исследователи исследовали эффекты диеты с высоким содержанием сахара и жиров и сравнили ее с контрольной группой.
От высококалорийной диеты до повышенного риска рака желудочно-кишечного тракта
«Первое, что мы заметили, это то, что тонкий кишечник значительно увеличивается в размерах при использовании высококалорийной диеты», — говорит руководитель исследования Аника Бёттхер. «Вместе с командой компьютерных биологов Фабиана Тайса из Helmholtz Munich мы затем профилировали 27 000 кишечных клеток из контрольной диеты и мышей, получавших диету с высоким содержанием жиров и сахара. Таким образом, используя новые методы машинного обучения, мы обнаружили, что стволовые клетки кишечника делятся и дифференцируются значительно быстрее у мышей, соблюдающих нездоровую диету».
Исследователи предполагают, что это связано с активизацией соответствующих сигнальных путей, что связано с ускорением роста опухоли при многих видах рака.
Это может быть важным звеном:
- диета влияет на метаболические сигналы;
- что приводит к чрезмерному росту кишечных стволовых клеток;
- и, в конечном итоге, к повышенному риску рака желудочно-кишечного тракта.
С помощью этого метода высокого разрешения исследователи также смогли изучить редкие типы клеток кишечника, например, клетки, секретирующие гормоны. Среди своих результатов они смогли показать, что нездоровая диета приводит к снижению количества серотонин-продуцирующих клеток в кишечнике. Это может привести к инерции кишечника (типично для сахарного диабета) или повышению аппетита. Кроме того, исследование показало, что абсорбирующие клетки адаптируются к диете с высоким содержанием жиров, и их функциональность увеличивается, что напрямую способствует увеличению веса.
Важные фундаментальные исследования для неинвазивной терапии
Эти и другие результаты исследования приводят к новому пониманию механизмов заболевания, связанных с высококалорийной диетой. «То, что мы обнаружили, имеет решающее значение для разработки альтернативных неинвазивных методов лечения», — говорит руководитель исследования Хайко Ликерт, подводя итоги. На сегодняшний день не существует фармакологического подхода к предотвращению, прекращению или обращению вспять ожирения и диабета. Только бариатрическая операция приводит к необратимой потере веса и даже может привести к ремиссии диабета. Однако эти операции являются инвазивными, необратимыми и дорогостоящими для системы здравоохранения. Новые неинвазивные методы лечения могут применяться, например, на гормональном уровне за счет целенаправленной регуляции уровня серотонина. Исследовательская группа изучит этот и другие подходы в последующих исследованиях.
Хайко Ликерт и Аника Бёттхер проводят исследования в Диабетическом центре им. Гельмгольца в Мюнхене. Они специализируются на разработке методов регенеративного лечения многочисленных широко распространенных заболеваний, связанных с нарушением функции кишечника. Ликерт возглавляет Институт исследований диабета и регенерации и является профессором Мюнхенского технического университета (TUM). Оба являются учеными Немецкого центра исследований диабета (DZD).
Настоящее исследование было опубликовано в журнале Nature Metabolism в качестве прикрытия.