Ученые уже давно установили, что у жителей высокогорных районов, где концентрация кислорода в воздухе ниже, заболевание диабетом встречается реже, чем у людей, проживающих на равнинной местности. Однако, природа этой защитной функции долгое время оставалась неясной. Недавно исследователи из Института Глэдстоуна объяснили причины этого явления. Было обнаружено, что в условиях низкого содержания кислорода, например на вершинах самых высоких гор в мире, эритроциты действуют как губки, поглощающие глюкозу.
В исследовании, опубликованном в журнале Cell Metabolism, согласно исследованиям, проведенным учеными, эритроциты способны изменять свой метаболизм, что позволяет им поглощать сахар из крови. В условиях гипоксии, например, на большой высоте, эта адаптация увеличивает эффективность доставки кислорода клетками к тканям организма и способствует снижению уровня глюкозы в крови.
По словам Иши Джейн, автора исследования, полученные результаты решают давнюю загадку физиологии: «Эритроциты представляют собой скрытый механизм метаболизма глюкозы, о котором до сих пор не было известно, — говорит Джейн. — Это открытие может подсказать совершенно новые способы контроля уровня сахара в крови».
Джейн на протяжении многих лет исследует воздействие недостатка кислорода в крови, известного как гипоксия, на здоровье и метаболизм. В ходе предыдущего исследования ее команда заметила, что у мышей, дышавших воздухом с низким содержанием кислорода, уровень глюкозы в крови был значительно ниже нормы. Это означало, что после еды животные быстро расходовали глюкозу, что является признаком снижения риска развития диабета. Но когда ученые с помощью методов визуализации проследили за тем, куда уходит глюкоза, оказалось, что основные органы не могут ее усвоить.
«По словам Иоланды Марти-Матеос, автора исследования, сахар, который давали мышам в условиях кислородного голодания, практически моментально выводился из их крови. Исследователи проверили различные органы, включая мышцы, мозг и печень, – все те, которые обычно исследуются в подобных случаях, – однако в них не было найдено ничего, способного объяснить данный феномен».
Применив альтернативный способ визуализации, исследователи установили, что эритроциты выполняют функцию «поглотителя глюкозы». Ранее считавшиеся клетками с простым метаболизмом, эритроциты не представлялись вероятными претендентами на такую роль. Тем не менее, последующие эксперименты, проведенные на мышах, продемонстрировали, что эритроциты действительно способны поглощать глюкозу. При дефиците кислорода у мышей наблюдалось не только повышенное производство эритроцитов, но и увеличение способности каждой клетки к поглощению глюкозы по сравнению с условиями нормального содержания кислорода.
Ученые выяснили, что при дефиците кислорода эритроциты используют глюкозу для синтеза соединения, способствующего высвобождению кислорода клетками в ткани. Данная молекула играет важную роль в ситуациях, когда кислорода недостаточно.
«Наибольшей неожиданностью оказалось влияние, которое мы наблюдали, — отмечает Д’Алессандро. — Традиционно принято думать, что эритроциты выполняют лишь функцию доставки кислорода. Но наши исследования показали, что они могут играть существенную роль в использовании глюкозы всем организмом, особенно в условиях недостатка кислорода». Последствия длительного кислородного голодания могут сохраняться в течение нескольких недель и даже месяцев, даже после восстановления нормального уровня кислорода у мышей.
Исследователи также протестировали HypoxyStat — средство, способное воспроизвести эффект воздействия воздуха с пониженным содержанием кислорода. HypoxyStat — это лекарственные средства, усиливающие прочное соединение гемоглобина с кислородом в эритроцитах и ограничивающие доставку кислорода к тканям. В ходе исследований, препарат продемонстрировал способность свести к минимуму уровень глюкозы в крови у мышей, имеющих признаки диабета, превосходя при этом эффективность применяемых в настоящее время медикаментов.
«Это один из первых случаев применения HypoxyStat не только при митохондриальных заболеваниях, — говорит Джайн. — Это открывает возможности для нового подхода к лечению диабета — за счет использования эритроцитов в качестве поглотителей глюкозы». Полученные результаты могут быть применимы не только к диабету, но и к физиологии физических нагрузок или патологической гипоксии после травм.
[Фото: Gladstone Institutes / Isha Jain]