Кости, диабет и ожирение…понятия совместимые

Мы редко задумываемся над тем, что наш скелет представляет собой живой организм, а процесс разрушения и восстановления костей носит постоянный характер.

Этот процесс давно известен, но совсем недавно выяснилось, что он необходим не только для нормального функционирования костной системы. Кости вырабатывают особый белок, остеокальцин, влияющий на выработку инсулина, следовательно, скелет играет центральную роль в обмене веществ. В 2007 году появились предложения о значении остеокальцина для обмена веществ. Генетик Жерар Карсенти из Колумбийского университета в Нью-Йорке изучал мышей-мутантов, организм которых не вырабатывал этот белок. А поскольку он вырабатывается по мере роста костей, – считалось, что его задача и заключается в регулировании этого роста. Но оказалось, что это не так. Карсенти обнаружил, что мыши заболевали диабетом, когда их кости прекращали вырабатывать остеокальцин.

Кусочки мозаики сложились воедино
Ученые попытались установить связь между костной тканью и диабетом, и летом 2010 года им наконец удалось отыскать последний кусочек мозаики, прояснивший влияние скелета на обмен веществ. Выяснилось, что не только кости контролируют выработку поджелудочной железой инсулина, но и инсулин контролирует рост костей и выработку остеокальцина. Исследователи считают, что кости принимают активное участие в настройке обмена веществ под нужды организма в длительной перспективе, тогда как другие механизмы обеспечивают приспосабливание обмена веществ под режим сна, питания и других ежедневных потребностей.

Кости не могут растягиваться, как другие ткани организма. Их строение можно сравнить с железобетоном: сеть прочных протеиновых волокон заполнена минеральными отложениями, делающими кости крепкими и твердыми. Но по «мертвой» костной ткани разбросаны два необычайно важных типа живых клеток. Один из них – остеокласты (разрушители костей). Они движутся по костям и, подобно шлифовальному кругу, снимают «отжившую» костную ткань. Другой – остеобласты (строители костей). Они, наоборот, восстанавливают кости, образуя слои новой костной ткани. Это «созидательное разрушение» и обеспечивает нормальный рост костей. Например, черепная коробка увеличивается за счет разрушения ее костной ткани с внутренней стороны и восстановления с внешней.

Исследования, проведенные Жераром Карсенти в 2010 году, доказали, что остеобласты также вырабатывают остеокальцин. Чтобы его запустить и выбросить в кровь, требуется химическая модификация, то есть лишь в результате процесса разрушения и восстановления кости остеокальцин становится активным и начинает воздействие на поджелудочную железу для выработки ею инсулина.
Инсулин отвечает за снижение уровня сахара в крови, стимулируя усвоение глюкозы организмом, но что касается костей, здесь у него особые функции. Он поддерживает активность остеобластов и остеокластов таким образом, чтобы они не только разрушали и восстанавливали костную ткань, но и увеличивали выработку остеокальцина, который, в свою очередь, отвечает за выработку инсулина. И пока в этом круговороте нет сбоев, уровень сахара в крови держится на оптимальном уровне. Если же сбой все-таки происходит, то кости и поджелудочная железа перестают стимулировать взаимную выработку белков и возникает риск развития диабета.

Верный путь укажут мыши

Исследовательская группа Томаса Клеменса из Медицинской школы Балтиморского университета Джона Хоп-кинса в 2010 году представила результаты экспериментов, в ходе которых изучалась связь между инсулином и ростом костей у генетически модифицированных мышей. Им удалили инсулиновый рецептор, находящийся на поверхности остеобластов, и в костной ткани остался только один вид клеток, который больше не был способен реагировать на инсулин. Соответственно, костной ткани стало образовываться меньше, в кровь стало поступать меньше остеокальцина. Постепенно у зверьков началось ожирение и развился диабет. Это подтверждает теорию о том, что кости регулируют обмен веществ, контролируя выработку инсулина, а также объясняет, почему у диабетиков часто наблюдается низкий уровень остеокальцина в крови.

Мутанты-переростки

Скелет не только стимулирует выработку инсулина, здесь имеет место куда более тесная связь с обменом веществ. Жировые депо вырабатывают гормон лептин, активирующий стволовые клетки и дающий остеобластам сигнал через симпатическую нервную систему о прекращении роста костей. В ходе одного из экспериментов у мутированных мышей прекратилась выработка лептина, и они утратили механизм торможения костного роста. В итоге их костная масса превысила костную массу обычных мышей на 40-50%. Выработка лептина зависит от размеров жировых депо, то есть у полных людей его больше. Теоретически лептин может дать толчок к остановке костного роста, а следовательно, к остановке выработки остеокальцина, что, в свою очередь, вызовет выработку меньшего количества инсулина поджелудочной железой, и в результате уровень сахара в крови будет нарушен. Таким образом, ожирение может привести к развитию диабета.
На основе новых знаний об остеокальцине может быть разработан препарат, заменяющий инсулиновые инъекции. Это дало бы медикам в руки еще одну карту в борьбе против грозной болезни и позволило создать новую схему лечебной стратегии. Остеокальцин воздействует на первопричину – неспособность поджелудочной железы вырабатывать инсулин –
и дает ей толчок к возобновлению его выработки.

Исследования костной ткани могут помочь и в лечении другой «народной» болезни – ожирения. В 2007 году Карсенти провел эксперимент на мышах-мутантах, у которых был удален ген esp, проявляющий активность в основном в остеобластах. Это кардинально подействовало на обмен веществ мышей, жировые депо которых сократились на 40% по сравнению с обычными мышами. Зверьки-мутанты с трудом прибавляли в весе, и даже при получения очень жирного корма их вес увеличивался вдвое медленнее, чем у обычных мышей. Иными словами, развитие ожирения можно предупредить, обезвредив «проблемный» ген, поэтому поиск веществ, так или иначе влияющих на его функции, представляется вполне логичным.

У полных детей не хватает костного белка

Поскольку костная ткань и поджелудочная железа влияют друг на друга, то многие ученые считают, что подобный механизм лежит и в основе взаимозависимости костей и жировых депо. Существует гипотеза, что и здесь немаловажную роль может играть остеокальцин, но неопровержимых доказательств этому пока нет. Карсенти и другие ученые до сих пор работают над этой теорией.
Еще одним признаком того, что костная ткань может быть ключом к методам лечения ожирения, стали результаты исследования Томаса Рейнера из немецкого университета Виттен-Хердеке. Они показали, что в крови у полных детей на 17% меньше остеокальцина, чем у детей с нормальным весом. Но после существенной потери веса количество остеокальцина увеличивается на 10%.
Исходя из этого, пока не представляется возможным точно определить, к ожирению приводит низкий уровень остеокальцина или, наоборот, ожирение приводит к его низкому уровню. Но все указывает на то, что костная ткань играет важную роль в обмене веществ.

Открытие роли костной ткани в обмене веществ может привести к кардинальному изменению стратегии лечения ожирения и диабета

Сахарный диабет

Первопричина
У больных сахарным диабетом 1-го типа бета-клетки поджелудочной железы погибают, а так как инсулин играет главную роль в регулировании потребления глюкозы, уровень сахара в крови выходит из-под контроля.

Традиционное лечение
Регулярные инъекции инсулина. Возможный метод лечения
Костная ткань вырабатывает остеокальцин, стимулирующий выработку инсулина поджелудочной железой. При использовании остеокальцина вероятна возможность восстановления выработки инсулина и поддержания необходимого уровня сахара в крови пациента.

Ожирение

Первопричина
Больше половины населения западных стран страдает от избыточного веса, из них четвертая часть больна ожирением. Виной тому не только переедание и гиподинамия, но и генетическая предрасположенность.

Традиционное лечение
Обычно все сводится к оперативному вмешательству, при котором удаляется часть желудка и пищеварительного тракта. Возможный метод лечения Если удастся выделить вещество (возможно, это и есть остеокальцин), способное контролировать работу и размер жировых депо, его можно будет использовать для остановки роста этих депо.