Оказывается, скелет нужен организму не только для того, чтобы поддерживать тело и защищать внутренние органы. Кости могут играть гораздо более важную роль в процессе старения, чем считалось ранее. Новое исследование китайских ученых показало, что механическое воздействие на костную ткань способно запускать биохимические процессы, защищающие мозг, мышцы, печень и другие органы от возрастных изменений.
В экспериментах на пожилых мышах такая стимуляция не только улучшила физические и когнитивные показатели животных, но и увеличила их продолжительность жизни в среднем на 9,4%. Результаты открывают интересное направление исследований: возможно, часть омолаживающего эффекта физических упражнений связана не только с работой мышц, но и с реакцией костной ткани на нагрузку.
Кости — больше, чем опора для организма
Скелет выполняет множество функций, о которых мы не всегда задумываемся. Костный мозг производит новые клетки крови, костная ткань служит своеобразным хранилищем кальция и других минералов, а сами кости обеспечивают механическую поддержку тела.
Однако, как выяснили исследователи, на этом список обязанностей не заканчивается. Костная ткань может выступать своеобразной химической фабрикой, производящей сигнальные молекулы, которые влияют на работу других органов.
Команда ученых из Южного медицинского университета в Гуанчжоу (Китай) сосредоточилась на изучении остеоцитов — специализированных клеток костной ткани, способных воспринимать механические воздействия. Именно они помогают костям адаптироваться к физическим нагрузкам.
Важную роль в этом процессе играет белковый канал PIEZO1. Его можно представить как своеобразный механический датчик: он реагирует на давление и деформацию клеточной мембраны, помогая клеткам преобразовывать физическое воздействие в биохимические сигналы.
Исследователи обнаружили, что с возрастом количество PIEZO1 в костной ткани уменьшается как у мышей, так и у людей.
Чтобы выяснить, насколько важен этот механизм, ученые провели дополнительные эксперименты. Когда они искусственно разрушили каналы PIEZO1 в остеоцитах взрослых мышей, признаки старения стали проявляться значительно быстрее. Причем изменения затронули не только скелет, но и мозг, печень и мышцы.
Продолжительность жизни животных также сократилась: примерно на 11% у самок и на 13% у самцов.
Как механическое воздействие на кости влияет на старение?
Следующий вопрос был вполне закономерным: если потеря чувствительности костных клеток к механической нагрузке ускоряет старение, может ли регулярная стимуляция костей, наоборот, замедлить этот процесс?
Чтобы проверить гипотезу, исследователи разработали специальное устройство, которое ритмично воздействовало небольшой нагрузкой на большеберцовые кости пожилых мышей.
Эксперимент начался, когда животным исполнилось 20 месяцев — для мышей это уже весьма преклонный возраст. Несмотря на это, результаты оказались впечатляющими.
У животных, получавших механическую стимуляцию костной ткани, улучшились физическая сила, координация движений и результаты тестов на память. Кроме того, ученые зафиксировали положительные изменения в регуляции уровня сахара в крови и структуре костей.
Но наиболее интересные результаты касались внутренних процессов старения.
В нескольких органах снизились показатели воспаления и клеточного старения. Последнее представляет собой состояние, при котором клетки перестают нормально делиться и выполнять свои функции, но при этом не удаляются из организма. Со временем накопление таких клеток может способствовать развитию возрастных нарушений.
Изменения затронули и иммунную систему. По некоторым показателям она стала напоминать иммунную систему более молодых животных. В частности, исследователи обнаружили изменения в тканях костного мозга, отвечающих за производство клеток крови.
В конечном итоге средняя продолжительность жизни мышей увеличилась на 9,4% — примерно на 80 дней.
Белок PEDF: возможный посредник между костями и другими органами
Но каким образом воздействие на большеберцовую кость может улучшать работу мозга или печени? Ведь эти органы находятся далеко друг от друга.
Чтобы разобраться в механизме, ученые обратили внимание на кровь.
Они перенесли плазму крови мышей, прошедших механическую стимуляцию костей, другим пожилым животным. Это также принесло положительные результаты. Следовательно, эффект мог быть связан с веществами, которые циркулируют в кровотоке и передают сигналы между различными тканями организма.
Одним из наиболее перспективных кандидатов оказался белок PEDF — фактор, полученный из пигментного эпителия. Он известен своими защитными свойствами и способен воздействовать на различные типы тканей.
После механической стимуляции костей концентрация PEDF в крови животных увеличивалась. Более того, когда исследователи вводили этот белок другим пожилым мышам, у них также наблюдались улучшения физических и когнитивных показателей, а некоторые признаки старения становились менее выраженными.
Таким образом, PEDF может выступать одним из посредников, благодаря которым костная ткань влияет на состояние всего организма.
Впрочем, ученые пока не доказали, что именно этот белок отвечает за все положительные эффекты. Не исключено, что в процесс вовлечены и другие сигнальные молекулы, изменения иммунной системы и дополнительные биохимические механизмы.
Можно ли использовать это открытие для продления жизни человека?
Результаты исследования выглядят многообещающе, но до практического применения еще далеко.
Прежде всего, эксперименты проводились на мышах. Ученые пока не проверяли, способна ли аналогичная механическая стимуляция костной ткани увеличить продолжительность человеческой жизни.
Есть и другие основания для осторожности. Хотя уровень PEDF в крови человека действительно снижается с возрастом, пока неизвестно, позволит ли искусственное повышение концентрации этого белка замедлить старение. Некоторые исследования показывают, что PEDF способен защищать человеческую хрящевую ткань от экспериментально вызванных повреждений, однако это еще не доказывает его омолаживающего действия на организм в целом.
Кроме того, пока нельзя утверждать, что воздействие на большеберцовые кости дважды в неделю способно заменить полноценную физическую активность. Обычная ходьба, плавание и силовые упражнения воздействуют на организм комплексно, задействуя мышцы, сердечно-сосудистую систему, суставы и костную ткань.
Тем не менее новое исследование дополняет растущий массив научных данных о том, насколько тесно связаны физическая активность и процессы старения.
Интересно, что ранее ученые изучали другой механизм подобного взаимодействия: небольшие имплантаты из самостоятельно сокращающейся мышечной ткани. В экспериментах на мышах они улучшали обмен веществ, плотность костей и ряд других показателей здоровья. Оба исследования указывают на одну любопытную закономерность: мышцы и кости не просто выполняют механическую работу, но и участвуют в химической регуляции организма.
В перспективе понимание этих механизмов может помочь людям, которым трудно заниматься физическими упражнениями из-за заболеваний или ограниченной подвижности. Возможно, ученые смогут разработать методы стимуляции естественных защитных процессов организма без необходимости интенсивных тренировок.
Пока же главный вывод остается достаточно простым: физическая активность важна для здоровья не только потому, что укрепляет мышцы и сердце. Она также поддерживает сложную систему взаимодействий между костной тканью и другими органами. И, судя по всему, наши кости заслуживают гораздо большего внимания, чем мы привыкли им уделять.
Исследование опубликовано в научном журнале Cell Metabolism.
