Диета сильнее влияет на метаболическое здоровье, чем «лекарства от старения»

Известно, что ограничение калорийности питания задерживает развитие возрастных заболеваний и увеличивает продолжительность жизни у самых разных организмов, от дрожжей до приматов. При этом изменяется экспрессия генов и сигнальных путей в клетках, регуляторами которых выступают протеинкиназы mTOR и AMPK, сиртуины (у млекопитающих SIRT1) и инсулин/инсулиноподобный фактор роста 1 (IGF1).

Существуют лекарственные препараты, которые воздействуют на те же сигнальные пути, например, рапамицин (его мишень — mTOR), метформин (AMPK) и ресвератрол (SIRT1). Мерформин принимают при диабете для контроля уровня сахара, ресвератрол демонстрировал в ряде экспериментов противовоспалительные, кардиопротекторные и даже противоопухолевые свойства, рапамицин назначается как иммунодепрессант. Все три препарата повышают продолжительность жизни на различных моделях, таких как дрожжевые клетки, дрозофилы, нематоды и грызуны.

В новом исследовании ученые из Сиднейского университета сравнили эффекты различных рационов и лекарств (рапамицина, метформина, ресвератрола) на клеточные процессы, изучили их взаимодействие. Результаты опубликованы в Cell Metabolism.

Мышей содержали на одной из 10 диет, которые различались по соотношению белков/жиров/углеводов и общей калорийности. В каждом из вариантов диеты было три подгруппы, в которых мыши получали с едой один из исследуемых препаратов плюс контрольная подгруппа. Доступ грызунов к еде был свободным. Эксперимент начали, когда мышам было 12 недель и продолжали до возраста 40 недель.Затем ученые сравнили протеомы печени мышей, поскольку этот орган играет ключевую роль в метаболических процессах.

Для анализа результатов исследователи применили собственный подход, который назвали «геометрией питательных веществ» (nutritional geometry). Инструмент The Geometric Framework позволяем изучить комплексное воздействие на здоровье смеси веществ в рационе вместо концентрации на отдельных компонентах.

Ученые обнаружили значительное влияние калорийности пищи и количеств съеденного белка на состояние клеток печени. Более калорийные диеты активировали пути, вовлеченные в процессы углеводного, липидного и белкового обмена. Низкоэнергетическое питание с повышенным содержанием клетчатки изменяло состояние РНК: активировало сплайсинг («созревание» молекул РНК) и, в частности, сплайсосомы – клеточные структуры, обеспечивающуе этот процесс.

Избытчный белок в пище, в отличие от жиров и углеводов, не откладывается в печени и может быть удален посредством расщепления в митохондриях. Высокобелковая диета приводила у росту числа митохондрий, их размеров и белков в клетках печени мышей. Усиление же функции митохондрий провоцировало развитие окислительного стресса.

На молекулярном уровне это сопровождалось активацией SLC25A51 – митохондриального транспортера NAD⁺. Интригующим наблюдением стало выявление связи пищевого белка с неудезином (NENF) – нейротрофическим фактором, регулирующим потребление еды. Высокое потребление белка сопровождалось снижением концентраций NENF, что, вероятно, указывает на участие митохондрий в контроле потребления белка.

Влияние рапамицина, метформина и ресвератрола оказалось существенно более скромным по сравнению с диетой. Лекарства ослабляли метаболический ответ клеток на питательные вещества, подавляя синтез белков и сплайсинг. Исследователи установили и более специфические взаимодействия между препаратами и метаболизмом питательных веществ. Так, добавление в диету рапамицина и метформина, но не ресвератрола значительно снижало окислительный стресс, вызванный избытком белка. Ресвератрол уменьшал вредные эффекты избыточного потребления жиров и углеводов.

Изменение сплайсинга и развитие окислительного стресса в клетках связаны со старением и продолжительностью жизни у дрозофил, нематод, грызунов и приматов. И ведущий регулятор этих процессов, по мнению австралийских исследователей, — питание. Это означает, что коррекция питания может использоваться в терапевтических целях, в том числе в сочетании с медицинскими препаратами.