Исследователи выяснили, что кратковременное (в течение суток) голодание улучшает состояние тонкой кишки у молодых и пожилых мышей. Как пишут авторы в Cell Stem Cell, при голодании стволовые клетки слизистой оболочки переключаются с расщепления глюкозы на утилизацию жирных кислот и это улучшает функционирование стволовых клеток и регенерацию кишечного эпителия.

В тонкой кишке, которая располагается между желудком и толстой кишкой, происходит частичное переваривание пищи и всасывание продуктов переваривания в лимфатические и кровеносные сосуды. Слизистая оболочка тонкой кишки состоит из многочисленных ворсинок, циркулярных складок и кишечных желез или крипт, которые многократно увеличивают поверхность всасывания. В криптах — крошечных углублениях в слизистой оболочке — находятся, в том числе, стволовые клетки, из которых развиваются зрелые клетки с разной «специализацией». Ранее ученые показали, что рацион влияет на функции стволовых клеток тонкой кишки (СКТК). Так, ограничение калорий в рационе увеличивает их количество, а диета с высоким содержанием жиров ухудшает функционирование стволовых клеток, а получившиеся из них зрелые клетки легче образуют опухоли.

При старении у многоклеточных организмов количество СКТК уменьшается и ухудшаются их функции. Так, известно, что у мушек дрозофил ухудшение работы СКТК влияет на возникновение дисфункции эпителия. У стареющих млекопитающих уменьшается активность СКТК и их способность восстанавливаться после радиационного облучения. Но до сих пор было неизвестно, как старые СКТК реагируют на голодание.

Американские, бельгийские и финские биологи под руководством Дэвида Сабатини (David Sabatini) и Эмира Йилмаза (Ömer Yilmaz) из MIT решили посмотреть, как СКТК молодых и старых мышей приспосабливаются к недолгому голоданию, которое длится 24 часа.

Сначала исследователи оценили способность стволовых клеток вырабатывать так называемые «мини-кишечники» — самообновляющиеся клеточные органеллы, из которых позднее могут развиться разные типы зрелых клеток. Оказалось, что такая способность у стволовых клеток голодавших мышей выше, чем у животных из контрольной группы.

Чтобы выяснить, каким образом голодание увеличивает активность СКТК, авторы статьи проанализировали транскриптомы стволовых клеток, выделенных из тонкого кишечника голодавших и накормленных мышей. Анализ транскриптома позволяет посмотреть на активность генов и понять, какие белки синтезировались в клетках.

Оказалось, что стволовые клетки голодавших мышей переключились с расщепления углеводов на бета-окисление жирных кислот (это один из путей получения ATФ — вещества, которое принимает участие в большинстве энергетических процессов, происходящих в клетках). Также в стволовых клетках голодных мышей увеличивался синтез белка CPT1A, участвующего в переносе жирных кислот через митохондриальную мембрану и повышался уровень свободных жирных кислот. Исследователи выяснили, что кратковременное «выключение» белка CPT1A сводит эффект голодания на нет, а трехмесячное его отсутствие приводит к уменьшению числа стволовых клеток и ухудшению работы оставшихся.

Стволовые клетки тонкого кишечника мышей. Слева — контрольные, справа — клетки голодавших мышей. На графике — органеллы, которые вырабатывали стволовые клетки голодавших мышей (справа) и мышей контрольной группы (слева). M.Mihaylova et al. / Cell stem cell, 2018

В заключение авторы статьи сравнили состояние стволовых клеток тонкой кишки у молодых (3–4 месяца) и старых (17–24 месяца) мышей. Оказалось, с возрастом у мышей количество СКТК по сравнению с молодыми снижается на 62 процента, уменьшается их способность к делению и к дифференцированию в эпителиальные клетки. Также стволовые клетки старых мышей хуже регенерировали после радиационного облучения.

Затем ученые посмотрели, как стволовые клетки молодых и старых животных реагируют на суточное голодание. На этот раз исследователи не только заставляли животных голодать, но и инициировали бета-окисление жирных кислот фармакологическим путем. В результате активность стволовых клеток у старых мышей возросла, они стали синтезировать больше клеточных органелл, и у них увеличилось количество стволовых клеток. Стоит отметить, что число зрелых клеток выросло незначительно (в случае фармакологической активации окисления жирных кислот) и в обоих случаях оно было все равно меньше, чем у молодых животных.

Клеточные органеллы, которые вырабатывали СКТК молодых мышей (отмечено черным цветом), старых (серым), старых голодавших животных (белым цветом), мышей, которых стимулировали фармакологически (отмечено синим цветом). M.Mihaylova et al. / Cell stem cell, 2018

Как часто встречаются стволовые клетки (верхний график) и зрелые клетки (нижний график) в кишечных железах тонкой кишки мышей. Столбец черного цвета — у молодых животных, серый столбец — у старых животных, белый столбец — у голодавших мышей, синий — у мышей, которых стимулировали фармакологическим путем. M.Mihaylova et al. / Cell stem cell, 2018

Исследователи не смогли дать однозначного ответа, как окисление жирных кислот связано с увеличением активности мышиных стволовых клеток. Согласно недавнему исследованию, у клеток-предшественников клеток крови оно влияло на скорость деления в экспериментах «в пробирке». Но в живых организмах такую закономерность не выявили. Другая работа показала, что ограниченное окисление виноградной кислоты способствует росту стволовых клеток тонкого кишечника и волосяных фолликулов. Возможно, жирные кислоты влияют подобным образом на СКТК. Это предположение подтверждается еще и тем, что старение сопровождается ухудшением метаболизма и окисления жирных кислот в митохондриях некоторых тканей.

Автор: Екатерина Русакова