Проблемы с метаболизмом могут быть скрытой причиной старения и развития заболеваний

Старение — это неизбежный биологический процесс. Однако некоторые стороны старения связывают с заболеваниями. Каждую секунду в наших клетках происходят миллиарды биохимических реакций, которые поддерживают основные жизненные функции и формируют сложную метаболическую цепь. Она обеспечивает рост, размножение и восстановление клеток. Ее нарушение может ускорить старение. Но вызывает ли старение снижение метаболических функций или нарушение метаболизма ускоряет старение? Или оба эти фактора взаимосвязаны?

Старение является наиболее значимым фактором риска для множества распространенных заболеваний, таких как диабет, рак, сердечно-сосудистые болезни и нейродегенеративные расстройства. Основной причиной возникновения этих проблем со здоровьем является нарушение клеточного и метаболического гомеостаза, то есть равновесия.

Нарушение гомеостаза приводит к дестабилизации внутренней среды организма, что влечет за собой дисбалансы, способные вызвать цепь проблем со здоровьем, включая метаболические нарушения, хронические заболевания и ухудшение функций клеток, что, в свою очередь, способствует старению и другим серьезным состояниям. Нарушения метаболизма ассоциируются с множеством признаков стареющих клеток, таких как укорочение теломер, защищающих концы хромосом от повреждений, и геномная нестабильность, которая проявляется в склонности к возникновению генетических мутаций.

Дисфункциональный метаболизм также связан с нехваткой правильной работы митохондрий, процессом клеточного старения, когда клетки перестают делиться, дисбалансом микрофлоры кишечника и сниженной способностью клеток обнаруживать и реагировать на различные сигналы. Неврологические заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, являются примером возрастных состояний, где наблюдается тесная связь между нарушенным метаболизмом и ухудшением функций организма.

Ранее исследователями было обнаружено, что у стареющих мышей способность клеток костного мозга производить, хранить и использовать энергию подавляется из-за повышенной активности белка, который модулирует воспаление.

Этот дефицит энергии приводит к усилению воспалительных процессов, что усугубляется зависимостью стареющих клеток от глюкозы как основного источника энергии. Однако экспериментальное блокирование этого белка в клетках костного мозга стареющих мышей позволяет восстановить способность клеток производить энергию, снижает воспаление и улучшает пластичность области мозга, связанной с памятью.

Эти открытия предполагают, что некоторые аспекты когнитивного старения могут быть обратимы, если перепрограммировать метаболизм глюкозы в клетках костного мозга для восстановления иммунных функций.

В недавнем исследовании группа ученых выявили новую связь между нарушениями в метаболизме глюкозы и нейродегенеративными заболеваниями. Это открытие привело их к обнаружению препарата, который изначально создавался для лечения рака, но может оказаться эффективным в борьбе с болезнью Альцгеймера.

Исследователи сосредоточили внимание на ферменте IDO1, который играет решающую роль на первом этапе расщепления аминокислоты триптофана. Этот путь приводит к образованию ключевого соединения — кинуренина, который поддерживает различные энергетические процессы и воспалительные реакции в организме. Тем не менее избыточное накопление кинуренина может иметь отрицательные последствия, в том числе повышать риск развития болезни Альцгеймера. Головной мозг нуждается в глюкозе для своей нормальной работы и является одним из органов, наиболее зависимых от этого источника энергии. Проблемы с использованием глюкозы могут приводить к снижению метаболической активности и ухудшению когнитивных способностей.

Увеличенные уровни IDO1 замедляют метаболизм глюкозы, что приводит к чрезмерному образованию кинуренина. Учитывая это, ингибиторы IDO1, первоначально разработанные для терапии некоторых видов рака, таких как меланома, лейкемия и рак молочной железы, могут быть также полезны для снижения уровня кинуренина и улучшения функций мозга. Используя различные лабораторные модели, включая мышей и клетки пациентов с болезнью Альцгеймера, ученые выяснили, что ингибиторы IDO1 могут восстанавливать метаболизм глюкозы в нейронах.

Кроме того, исследователям удалось нормализовать метаболизм глюкозы у мышей с накоплением амилоида и тау-белков — аномальных белков, связанных с рядом нейродегенеративных заболеваний, — путем блокировки активности IDO1. Предполагается, что повторное применение этих ингибиторов может оказаться эффективным средством для борьбы с различными нейродегенеративными расстройствами.

Воздействие неврологических расстройств и снижения метаболизма оказывает значительное влияние на людей, их близких и экономику в целом. Большинство ученых до сих пор концентрировались на устранении последствий этих заболеваний, таких как контроль симптомов и замедление их развития, однако раннее вмешательство может улучшить когнитивные функции с возрастом. Дальнейшие исследования позволят глубже понять, как метаболизм влияет на стрессовые реакции и клеточный баланс на протяжении всей жизни.

У некоторых людей изменения, характерные для болезни Альцгеймера, не проявляются никакими симптомами, как будто их мозг более устойчив к этому заболеванию. В новом исследовании изучается, как это загадочное явление может указать путь к лечению этого заболевания.