Учёным давно известно, что у людей, живущих на большой высоте, где уровень кислорода ниже, диабет встречается реже, чем у тех, кто живёт ближе к уровню моря. Но механизм этой защиты оставался загадкой. Теперь 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, ученые показали, как эритроциты меняют свой метаболизм, чтобы поглощать сахар из кровотока. На большой высоте такая адаптация повышает способность клеток более эффективно доставлять кислород к тканям по всему организму, а также снижает уровень сахара 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 много лет изучала, как низкий уровень кислорода в крови, так называемая гипоксия, влияет на здоровье и обмен веществ. 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.
«Когда мы давали мышам сахар в условиях гипоксии, он почти мгновенно исчезал из их крови, — говорит Иоланда Марти-Матеос, автор исследования. — Мы проверили мышцы, мозг, печень — все, что обычно проверяют, — но ни в одном из этих органов не было обнаружено ничего, что могло бы объяснить происходящее».
Используя другой метод визуализации, ученые выяснили, что эритроциты являются недостающим «поглотителем глюкозы». Эритроциты, которые долгое время считались метаболически простыми клетками, казались маловероятными кандидатами на эту роль. Однако дальнейшие эксперименты на мышах подтвердили, что эритроциты действительно поглощают глюкозу. В условиях низкого содержания кислорода у мышей не только вырабатывалось значительно больше эритроцитов, но и каждая клетка поглощала больше глюкозы, чем при нормальном уровне кислорода.
Исследователи показали, как в условиях низкого содержания кислорода глюкоза используется эритроцитами для выработки молекулы, которая помогает клеткам высвобождать кислород в ткани. Это вещество необходимо при недостатке кислорода.
«Больше всего меня удивила масштабность эффекта, — говорит Д’Алессандро. — Обычно считается, что эритроциты — это пассивные переносчики кислорода. Однако мы обнаружили, что на их долю может приходиться значительная часть потребления глюкозы всем организмом, особенно при гипоксии». Эффект от хронической гипоксии сохраняется в течение нескольких недель и даже месяцев после того, как уровень кислорода в организме мышей приходит в норму.
Исследователи также протестировали HypoxyStat — препарат, который имитирует действие воздуха с низким содержанием кислорода. HypoxyStat — это таблетки, которые заставляют гемоглобин в эритроцитах прочнее связываться с кислородом, препятствуя его проникновению в ткани. Препарат полностью снизил уровень сахара в крови у мышей с моделью диабета, показав себя даже лучше, чем существующие лекарства.
«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]
