Рацион со сниженной калорийностью улучшает состояние мышц человека

Сохранение целостности и функциональности мышц повышает качество и продолжительность жизни людей. Структуру и функцию мышц при старении, в свою очередь, поддерживают не только физические упражнения. На животных моделях было показано, что снижение потребления калорий — наиболее известное негенетическое и нефармакологическое вмешательство, продлевающее жизнь, — улучшает состояние мышечных структур, и описаны механизмы, обуславливающие такой эффект. Однако подобных данных для человека долгое время не существовало. Получить их помогло проведенное в США исследование CALERIE (Комплексная оценка долгосрочных эффектов снижения потребления энергии), в рамках которого здоровых людей молодого и среднего возраста, не страдающих ожирением, разделили на две группы — одна не имела ограничений в питании, а другая стремилась снизить потребление калорий на 25%. (Подробнее на PCR.NEWS.) Поставленной цели по ограничению калорийности достичь не удалось, но в фазе 2 вторая группа уменьшила потребление калорий на 12% и сохранила потерю веса на 10% в течение двух лет. (Это щадящий вариант: в экспериментах на грызунах изучалось антивозрастное 40%-ное ограничение потребления калорий.) Мышечная масса у участников исследования уменьшилась, но на силу мышц это не повлияло.

Чтобы определить, каким образом сниженная калорийность рациона влияет на мускулы, ученые выполнили высокопроизводительное секвенирование РНК образцов скелетных мышц бедра, полученных от участников CALERIE на 12-й и 24-й месяцы исследования. На биопсию согласились 90 человек — 31 мужчина и 59 женщин. В группе дефицита калорий (ДК) было 57 человек, в группе нормального рациона (НР) — 33 человека; средний возраст участников составил около 38 лет в группе ДК и около 40 лет для группы нормального рациона (НР).

Авторы выявили 1003 дифференциально экспрессирующихся гена с достоверно (р < 0,05) меняющейся экспрессией в группе ДК по сравнению с НР. Экспрессия 797 генов была повышена, а 206 генов — понижена. Анализ дифференциальной экспрессии и анализ обогащения по функциональной принадлежности (GSEA) подтвердили, что ограничение калорий затрагивает в мышечной ткани человека те же механизмы, которые ранее были связаны с «антистарением» у модельных животных на низкокалорийном рационе. В частности, активация затронула сигналинг андрогенных рецепторов, аутофагию, регуляцию циркадных ритмов, репарацию ДНК, FOXO-опосредованную транскрипцию, биогенез митохондрий, процессинг и сплайсинг мРНК, а также миогенез. Сигналы, связанные с воспалением, напротив, были подавлены.

Авторы уделяют особое внимание некоторым активированным генам — FOXO3, FOXO3B, HSPA5, CRY2, IRS2, SIK3. Так, FOXO3 ранее был описан как связанный с долголетием, он участвует и в регуляции циркадных ритмов, и в ответе на окислительный стресс; FOXO3B схож с ним, но его функция ясна не до конца. HSPA5 — ген шаперона из семейства белков теплового шока. CRY2 кодирует белок-регулятор циркадных ритмов. Субстрат 2 рецептора инсулина (IRS2) в скелетных мышцах связан с физическими упражнениями, играет важную роль в липидном обмене в скелетных мышцах и долголетии у мышей. Продукт гена SIK3 — серин-треониновая киназа из семейства AMPK-активируемых протеинкиназ, известная как сенсор энергии и регулятор циркадных ритмов, влияющий на стабильность белка PER2.

С помощью математических моделей авторы подтвердили, что именно наблюдаемые изменения экспрессии генов могут опосредовать благотворное влияние ограничения калорий на мышечную силу.

Ранее было известно, что некоторые полезные эффекты ДК связаны с регуляцией альтернативного сплайсинга. В этой работе также удалось обнаружить дифференциальный сплайсинг, вызванный ДК. Эти изменения, в частности, затронули процессы утилизации глюкозы, регенерации мышц, удлинение теломер, а также сигнальный путь сиртуинов.

Подводя итоги, исследователи перечисляют молекулярные механизмы, способные влиять как на продолжительность жизни, так и на функцию мышц: устойчивость циркадных ритмов, чувствительность к инсулину, контроль воспаления и ответа на окислительный стресс, улучшение состояния клеточных митохондрий, удаление поврежденных митохондрий и отдельных белков.

Ночное питание продлевает жизнь мышей